Введение к работе
Актуальность работы. На подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях металлургической промышленности в целом сохраняется высокий уровень аварийности. Основными причинами аварийности являются: неудовлетворительное состояние технических устройств и сооружений, старение основных фондов, выработка ресурсов производственных объектов, в частности, сталеразливочных стендов.
Ключевым узлом оборудования, обеспечивающим подачу стали, является стенд сталеразливочных ковшей, схематический рисунок которого представлен на с. 19. Большие нагрузки (масса разливочных ковшей со сталью 500т), непрерывный технологический процесс, температурные воздействия, ограниченность доступа к элементам и т.д. ускоряют процессы, приводящие к снижению его работоспособности и безопасной эксплуатации, а также затрудняют получение полной информации по результатам обследований и испытаний. Безопасная эксплуатация сталеразливочного стенда, мерой которой является надежность, в первую очередь зависит от состояния его металлоконструкций, особенно после выработки нормативного срока эксплуатации.
Проблема оценки состояния несущих металлоконструкций (МК) сталеразливочных стендов актуальна не только из-за большого числа объектов, отработавших нормативный срок, но и из-за нехватки методик неразрушающего контроля для получения достоверной информации о несущей способности МК, для достоверного определения остаточного срока эксплуатации, а также отсутствием удобных для использования методик оценки надежности МК.
Определение несущей способности сталеразливочных стендов, обоснованное продление ресурса их безопасной эксплуатации, базирующееся на экспериментальных исследованиях и теоретических расчетах, является экономически оправданным, а иногда вынужденным шагом для поддержания производства. Следовательно, вопрос разработки и применения методов, позволяющих определять несущую способность, надежность и остаточный ресурс МК сталеразливочных стендов металлургического производства экономически целесообразен, а по условию безопасности производства необходим.
Целью работы является разработка научно-обоснованных методик оценки несущей способности и надежности, а также метода определения остаточного ресурса МК сталеразливочных стендов при ограниченной (неполной) информации о контролируемых параметрах для обеспечения их надежной и безопасной эксплуатации.
Научная новизна заключается в следующем:
1. В ходе проведения анализа напряженно-деформированного состояния
МК сталеразливочных стендов, с учетом особенности их работы в реальных условиях эксплуатации, получена ограниченная информация о контролируемом параметре - деформации. На основании ра тф52'їи]ЩЩЩ5СЙ0№ого анализа
№№№№
БИБЛИОТЕКА |
напряженно-деформированного состояния МК сталеразливочных стендов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), с учетом их работы в реальных условиях эксплуатации, изучены механизмы изменения контролируемого параметра - деформации траверсы сталеразливочного стенда, как основного несущего элемента. С учетом выявленного при испытаниях ограниченного статистического характера контролируемого параметра - деформации, разработаны новые методики определения несущей способности МК сталеразливочных стендов МНЛЗ с заданной обеспеченностью неразрушающими испытаниями при линейной и нелинейной зависимостях между нагрузкой и деформациями, позволяющие, в отличие от существующих методик, проводить испытания при нагрузке, которая может быть в 2-3 раза меньше эксплуатационной.
-
По результатам проведенных неразрушающих испытаний МК балок траверс сталеразливочных стендов МНЛЗ и найденных с определенной обеспеченностью значений предельной нагрузки, при условии ограниченной статистической информации, разработаны новые методики определения надежности МК сталеразливочных стендов, основанные на сравнении значений эксплуатационной нагрузки или других параметров с предельными, позволяющие определить надежность по одному сталеразливочному стенду, в то время как для существующих методик требуется несколько одинаковых, сталеразливочных стендов, находящихся в одних и тех же условиях эксплуатации.
-
С использованием математического аппарата теории возможностей разработан новый метод определения остаточного ресурса сталеразливочных: стендов МНЛЗ при ограниченной информации о надежности их несущих МК, полученной по результатам двух и более неразрушающих испытаний, проведенных в различные сроки и дающий результат в интервальном виде, что отличает его от всех существующих методов.
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается теоретическим расчетом (классическим методом и методом конечных элементов), положительными результатами промышленных экспериментов и внедрением методов и средств контроля в практику испытаний МК сталеразливочных стендов.
Сравнение результатов теоретических расчетов (по классической теории) по оценке несущей способности несущих МК сталеразливочных стендов с результатами, полученными по предлагаемым методикам, показало, что отличие составляет 3-5%. Сравнение результатов испытаний сталеразливочных стендов по предлагаемой методике при линейной зависимости между нагрузкой и деформациями с результатами расчетов, произведенных по методу конечных элементов независимыми экспертами, показало отличие 5-8%. Испытания стальной балки, на определение несущей способности, в лабораторных условиях ВоГТУ дало расхождение с результатами, полученными по предлагаемым методикам, в пределах 4-5%.
Практическая значимость работы:
1. Разработанные новые методики оценки несущей способности МК стале
разливочных стендов МНЛЗ позволяют безопасно проводить испытания стале
разливочных стендов с получением ограниченной статистической информации о
контролируемом параметре - деформации и на этой основе оценить значение не
сущей способности МК сталеразливочных стендов. Предложенные методики
обеспечивают безопасность проведения испытаний и исключают внесение допол
нительных повреждений, так как величина испытательной нагрузки в 2-3 раза
меньше эксплуатационной. По данным методикам была определена несущая спо
собность МК балок траверс сталеразливочных стендов ОАО «Северсталь».
-
Разработанные новые методики оценки надежности конструктивных элементов сталеразливочных стендов МНЛЗ, при ограниченной статистической информации о контролируемых параметрах МК, позволяют определить надежность МК по одному сталеразливочному стенду. С использованием данных методик была определена надежность несущих МК (балок траверсы) сталеразливочных стендов ОАО «Северсталь».
-
Предложенный новый метод определения остаточного ресурса МК сталеразливочных стендов позволяет определять остаточный срок эксплуатации обследуемой МК, хотя и в интервальном виде, что дает возможность принимать решение о дальнейшей эксплуатации МК или ее замене, а также установить сроки последующих испытаний. На основе нового метода определения остаточного ресурса сталеразливочных стендов МНЛЗ по известным значениям надежности МК в различные периоды эксплуатации, в частности, по консолям несущих траверс определен остаточный ресурс МК балок траверсы сталеразливочных стендов ОАО «Северсталь».
Апробация работы, публикации. Настоящее диссертационное исследование проводилось автором на ОАО «Северсталь» с испытанием консолей сталеразливочных стендов МНЛЗ № 4 и МНЛЗ № 3, на кафедре промышленного и гражданского строительства Вологодского государственного технического университета в рамках научной тематики Министерства образования Российской Федерации, Правительства Вологодской области и Вологодского государственного технического университета.
Основные результаты работы были представлены на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых "Строительные конструкции-2000" (Москва, май, 2000г.), Пятой Международной конференции "Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте" (Череповец, июнь, 2002г.), Первой Общероссийской научно-технической конференции "Вузовская наука региону" (Вологда, февраль, 2003), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Молодые исследователи региону" (Вологда, апрель, 2003г.), Международной научно-технической конференции "Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов" (Вологда, май, 2003).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, заключения с основными выводами, списка литературы и приложений. Она изложена на 178 страницах, содержит 143 страницы основного текста, 52 рисунка, 135 наименований литературы и 3 приложения на 30 страницах.
На защиту выносятся:
-методики оценки остаточной несущей способности МК сталеразливоч-ных стендов металлургического производства при ограниченной информации об объектах и воздействиях на основе теории возможностей, при линейной и нелинейной зависимостях между нагрузкой и деформациями;
-методики оценки надежности МК сталеразливочных стендов при ограниченной (неполной) информации о контролируемых параметрах элементов и воздействиях на основе теории возможностей;
-метод определения остаточного ресурса сталеразливочных стендов по значениям надежности их МК, определенным в различные моменты времени.
