Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы безопасной эксплуатации грузоподъемных портальных кранов. Постановка задач исследования 4
1.1. Анализ травматизма на предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные краны 4
1.2 Состояние парка портальных кранов, а также системы их технического обслуживания в России 14
1.3. Обзор конструкций регистраторов параметров работы крана 18
1.4. Особенности конструкций ограничителей грузоподъемности (грузового момента) грузоподъемных кранов 33
1.5. Постановка задачи и краткая характеристика работы 39
Глава 2. Анализ статистических параметров рабочих циклов портального крана во время эксплуатации 42
2.1 Необходимость выполнения оценок статистических параметров рабочих циклов. Объект исследования 42
2.2. Обработка результатов регистрации параметров циклов 45
Глава 3. Обоснование алгоритма регистратора параметров портальных кранов 54
3.1. Существующие алгоритмы регистраторов параметров грузоподъемных кранов 54
3.2. Адаптация существующих алгоритмов РПРК для использования в РПРК портального грейферного крана 60
3.3. Обобщение алгоритма работы РПРК портального крана на случаи регистрации предыдущей наработки, ремонтов и простоев крана 64
Глава 4. Расчет и исследование шарнирно-сочлененных стреловых систем с прямолинейным хоботом для последующего моделирования нагружения датчика ОГМ 70
4.1 Постановка задачи. Расчетная схема уравнения модели ШСС 70
4.2. Пример расчета числовых характеристик ШСС портального крана с прямолинейным хоботом 76
Глава 5. Установка и испытания датчика нагрузки посредством проведения эксперементальных исследований нагружения опор барабана 81
5.1. Основные положения 81
5.2. Постановка задачи и цель эксперимента. Общие сведения об устанавливаемом датчике нагрузки .т .: 86
5.3. Методика и порядок проведения эксперимента 94
5.4. Результаты эксперимента 101
Глава 6. Оценка показателей безопасности эксплуатации портального крана при наличии и отсутствии РПРК 103
6.1. Критерии безопасности в процессе эксплуатации 103
6.2. Предложения по оценке показателей безопасности портального крана при наличии и отсутствии РПРК, а также своевременном и несвоевременном выполнении регламентов ремонтов 107
7. Заключение. Основные результаты и выводы по диссертационной работе 110
Перечень литературы, на которую в работе приведены ссылки
- Особенности конструкций ограничителей грузоподъемности (грузового момента) грузоподъемных кранов
- Обработка результатов регистрации параметров циклов
- Обобщение алгоритма работы РПРК портального крана на случаи регистрации предыдущей наработки, ремонтов и простоев крана
- Постановка задачи и цель эксперимента. Общие сведения об устанавливаемом датчике нагрузки .т
- Предложения по оценке показателей безопасности портального крана при наличии и отсутствии РПРК, а также своевременном и несвоевременном выполнении регламентов ремонтов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Согласно статистическим данным Ростехнадзора, производственный травматизм и аварийность на подъемных сооружениях занимают третье место (после травматизма в угольной и горнорудной промышленности) и составляет примерно 90 аварий в год, причем более 80% этих аварий связано с фузоподъемными кранами уже отработавшими свой нормативный срок службы. Приведенная статистика свидетельствует о необходимости поиска дополнительных методов снижения аварийности и повышения безопасности парка фузоподъемных кранов.
В дальнейшем под термином «безопасность фузоподъемных кранов» будем понимать состояние крана, при котором показатель риска от возникновения аварии офаничен допустимым (приемлемым) уровнем, а под «аварией» - опасное событие, приводящее либо к падению фуза, либо к разрушению элементов «первой фуппы»: несущих (расчетных) элементов металлоконструкции, канатов и т.д.
Очевидно, что безопасность эксплуатируемых фузоподъемных кранов , может быть достигнута путем разработки и реализации ряда системно взаимосвязанных методов (мероприятий), обеспечивающих предупреждение аварий с фузоподъемными кранами, т.е. снижающих показатель риска их эксплуатации. Заметим, что понятие безопасность грузоподъемного крана в эксплуатации относительно новое и оно во многом тождественно понятию «приемлемого риска» (Риск эксплуатации фузоподъемного крана является приемлемым, если его величина настолько незначительна, что ради выгоды, получаемой от эксплуатации фузоподъемного крана, общество готово пойти на этот риск). До введения данного термина применительно к грузоподъемным кранам применялось понятие «техническое состояние», которое описывалось как «исправное», «неисправное», «работоспособное» или « неработоспособное».
Поэтому, в настоящее время существует проблемная ситуация, заключающаяся в отсутствии методов перехода от результатов инженерной оценки (экспертизе промышленной безопасности) отдельных фузоподъемных кранов к оценке безопасности (риска) в соответствии с требованиями Федерального законодательства.
Из всего многообразия факторов, определяющих показатели риска эксплуатации грузоподъемных кранов, в дальнейшем нас будут интересовать лишь те из них, которые связаны с превышением паспортной фузоподъемности или фуппы классификации крана, поскольку, в конечном счете, они приводят к наиболее серьезным авариям.
Ниже остановимся на тех конструктивных особенностях фузоподъемных кранов и их приборов безопасности, которые в совокупности определяют выделенные нами указанные «показатели риска».
Помимо возможного нанесения увечий рабочему персоналу, от превышения грузоподъемности и/или грузового момента, «страдают» и сами грузоподъемные сооружения: происходит их частичное или полное разрушение с обрушением отдельных частей.
Парк кранов стрелового типа (портальных, автомобильных, гусеничных, портальных, пневмоколёсных, на шасси автомобильного типа, на короткобазовом и вездеходном шасси) в России по состоянию на конец этого года составляет 46,4% от общего числа грузоподъёмных кранов, то есть является наиболее многочисленным типом кранов.
Портальные краны, так же входящие в разряд кранов стрелового типа из общего числа грузоподъемных кранов составляют 3,2%. Их количество незначительно по сравнению со всей группой кранов стрелового типа, но технологические процессы перегрузочных работ в портах, осуществляемые именно портальными кранами, являются важной отраслью промышленности. Стоимость портального крана на сегодняшний день составляет 18 млн. рублей в отечественном исполнении и как минимум в 2,5-3 раза дороже в зарубежном.
Такая высокая цена на конечное изделие связана со сложностью конструкции необходимой для перегрузки многих видов грузов в условиях порта, и существенной металлоемкостью конструкции портального крана.
Одной из причин перегруза и возникновения аварий портальных кранов является отсутствие современных приборов безопасности: электронных ограничителей грузоподъемности и регистраторов параметров, а так же других микропроцессорных устройств защиты. Механические или электромеханические ОГП, которыми оснащены некоторые типы кранов, из-за несовершенства своей конструкции и инерционности систем не решают проблемы перегруза крана.
В случае с портальным краном, имеющим большую металлоемкость и сложное техническое устройство, ремонт (из-за необходимости устройства вспомогательных «лесов» для демонтажа или разгрузки элементов металлоконструкций) обходится в 5-10 раз дороже по сравнению с кранами других типов. Для многих портов замена такого крана, в нынешних экономических условиях, представляется трудновыполнимой.
Проанализировав вышеизложенное, можно считать, что ситуация с недостаточной безопасностью эксплуатации портальных кранов, сложившаяся в последнее время обусловлена не только «старением» парка кранов, но и конструктивным несовершенством ряда их приборов безопасности, в частности, ограничителей грузоподъемности (и/или грузового момента), а также отсутствием регистраторов параметров, позволяющих более четко отслеживать регламенты технических обслуживании и ремонтов.
В России, большинство портальных кранов 75%, как упоминалось, поставлялись зарубежными изготовителями, часть из которых вообще уже не присутствует на международном рынке и не общается с Российскими эксплуатирующими организациями. Другая часть этих компаний попросту не существует, и любая поддержка запасными частями ранее приобретенного крана возможна лишь усилиями ремонтных организаций и эксплуатационных служб. Вследствие таких фактов несвоевременно или неудовлетворительно
проводится технические обслуживание, технические освидетельствование и тптягностикя. не соблюдаются графики планово - предупредительного ремонта (ППР). Число производственных травм со смертельным исходом, связанное с эксплуатацией неисправных кранов, вместе с заведомо отключенными или вышедшими из строя приборами и устройствами безопасности, повлекшими за собой возможность их перегрузки, за прошедшие годы составило 21,4-23% от общего числа аварий.
Настоящая диссертационная работа посвящена обоснованию технических требований к регистрируемым параметрам работы портального крана и конструкции самого регистратора параметров с ограничителем грузоподъемности (грузового момента).
Оснащение такими приборами необходимо для повышения безопасности (снижения показателя риска) новых и уже находящихся в эксплуатации портальных кранов.
Одновременно с этим ставится задача анализа существующих нормативных документов и Правил безопасности, в которых изложены требования к регистраторам параметров и ограничителям грузоподъемности грузоподъемных кранов с целью обоснования изменений (пересмотра) устаревших или не отвечающих реальности их отдельных положений.
Цель работы заключается в обосновании требований к алгоритмам, методам практической реализации разработанных алгоритмов и конструктивному исполнению регистраторов параметров, необходимых для повышения безопасности (снижения показателя риска) новых и уже находящихся в эксплуатации портальных кранов.
Методы исследований:
При анализе параметров циклических перегрузочных процессов на портальных кранах использованы экспериментальные методы фиксации рассматриваемых параметров и методы математической статистики (для обработки результатов эксперимента).
Для обоснования алгоритма работы ОГМ (составного узла регистратора параметров работы крана), а также оценки динамической составляющей при перемещения груза на всем диапазоне вылетов стрелы использованы данные математического моделирования шарнирной стреловой системы (ШСС) портального крана.
Для выбора мест возможного крепления датчиков усилия ОГМ выполнена расчетная оценка напряженно-деформированного состояния отдельных элементов механизмов крана с применением МКЭ.
Для сопоставления адекватности результатов расчета напряженно-деформированного состояния с применением МКЭ осуществлено экспериментальное тензометрнрование аналогичных элементов механизмов подъема крана на кране Альбатрос № 3, установленном в «Южном речном порту», г.Москва.
При выполнении оценки показателей безопасности от применения регистратора параметров портального крана использованы методы математической статистики и риск-анализа сложных механических систем.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые:
Проанализированы различные алгоритмы работы ограничителей грузоподъемности и регистраторов параметров грузоподъемных кранов, на основе которых разработаны технические требования к соответствующим приборам безопасности портальных кранов.
Разработана математическая (компьютерная) модель для анализа напряженно-деформированного состояния отдельных элементов механизма подъема, позволяющая получать информацию о нагрузках во время рабочего цикла крана.
Сформулированы требования к определению временных интервалов проведения регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту портального крана на основании вычисления значений его наработки.
Предложен метод оценки показателей безопасности эксплуатации портального крана при наличии и отсутствии регистратора параметров.
Практическая ценность работы:
Разработан алгоритм определения наработки портального крана, учитывающий реальные параметры рабочих циклов крана, а также его простои и ремонты.
Разработана математическая модель стреловой (шарнирно-сочлененной) системы портального крана, позволяющая проводить работы по адаптации микропроцессорных ограничителей грузоподъемности со встроенными регистраторами параметров к конкретным кранам.
Обоснованы (с учетом расчетной оценки напряженно-деформированного состояния и экспериментального тензометрирования) места установки датчиков ОГП портальных кранов.
Предложены изменения и дополнения к РД 10-399-01«Требования к регистраторам параметров грузоподъемных кранов», учитывающие конкретную специфику конструкции портальных кранов, а также предшествующую наработку (до установки РП) и простои крана во время эксплуатации.
На защиту выносятся:
Метод фиксации эксплуатационной нагруженное и алгоритм работы, реализованный в конструкции регистратора параметров портального крана.
Математическая модель, позволяющая оценивать диапазон динамических нагрузок на датчик ограничителя грузоподъемности и электронный блок регистратора параметров до установки последних на конкретный портальный кран.
Результаты расчета напряженно-деформированного состояния и экспериментального тензометрирования узлов портального крана, определяющих места установки датчиков ОГП.
Метод оценки показателей безопасности эксплуатации портального крана ппн ияіиотт н птгутгтвии регпстратопя параметров,
Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Реализация работы:
Результаты работы реализованы в одной из ведущих организаций Российской Федерации по приборам безопасности грузоподъемных кранов -ООО «ЭГО» (МИИГАИК) при разработке новых конструкций регистраторов параметров портальных кранов (письмо о внедрении результатов диссертационной работы от 25.11.2008 № Э-764/08)
Апробация работы:
Основные научные положения и результаты диссертационной работы
доложены и получили одобрение на межвузовских конференциях студентов,
молодых специалистов и аспирантов кафедр ПТМ в 2006 и 2007 г.г., а также на
заседании кафедры ППТМ и Р Московской государственной академии водного
транспорта 18.02.2008. ?
Публикации:
Автором диссертационной работы опубликовано 8 работ в отечественной печати, в том числе 2 статьи в журналах рекомендованных ВАК.
Структура работы: г^
Диссертация состоит из введения, б глав, общих результатов и выводов, . списка литературы. Работа изложена на 126 листах машинописного текста, „ содержит 32 рисунка, 8 таблиц. Библиография работы содержит 56 f наименований.
Особенности конструкций ограничителей грузоподъемности (грузового момента) грузоподъемных кранов
Обработка результатов регистрации параметров циклов
Современное состояние парка грузоподъемных машин вообще, и кранов стрелового типа в частности, характеризуется чрезвычайно большим содержанием машин, отработавших так называемый нормативный срок службы и, зачастую, несоответствующих температурному диапазону климата России.
Это связано с тем, что большинство закупок портальных кранов было осуществлено СССР у Германии, Венгрии и других стран, изготовленных для эксплуатации в т.н. «европейских» климатических условиях, т.е. без учета реального диапазона наших зимних температур (т.н. европейский температурный диапазон характеризуется нижним пределом температуры рабочего состояния -20еС, а российский - по ГОСТ 15150-69, соответственно, -40еС).
К началу 90-х в перке эксплуатировавшихся кранов отмечали наличие 10-15% машин отработавших нормативный строк (как известно у портальных кранов он составляет в среднем 20-25 лет), а с наступлением 2000-го года, их количество увеличилось в несколько раз и составило 80-85%. Ожидать в ближайшие годы сокращения доли кранов с истекшим сроком службы не приходится. При существующих темпах обновления парка кранов - менее 1% в год (при норме 8-10%) - к началу 2009 года доля кранов с истекшим сроком службы превысит 90% - 95% [16].
При отсутствии возможности приобретать новые портальные краны, вопросы эксплуатации имеющегося парка кранов становятся первоочередными. Основой поддержания необходимого уровня безопасности и эффективности грузоподъёмных кранов, старых в особенности, является система технического обслуживания (ТО) и ремонта (устаревшая аббревиатура - ППР) [24].
За рубежом диагностирование и ТО грузоподъёмных кранов уже много лет осуществляется, как правило, специализированными предприятиями сервисной службы. Сервисное обслуживание кранов превратилось в технически развитых странах, например в Европе, в отдельную отрасль промышленности. Чаще всего это организации, образованные для производства грузоподъемной техники или партнеры по производству отдельных агрегатов. Поэтому работники этих организаций наилучшим образом знают свою технику. Сервисное обслуживание, обеспечивает своевременное и высококачественное выполнение всех регламентных работ по техническому контролю и ТО кранов, а так же гарантию (а, иногда даже и страхование) на виды выполняемых работ.
Большое значение имеет применение компьютерных е технологий, с помощью которых выполняют большой объём организационно-управленческих, плановых и контрольных функций, необходимых в сервисном обслуживании. Появились информационно-экспертные системы, на основе которых разрабатывают индивидуальные оптимальные графики технического контроля, ППР и ТО для каждого крана, находящегося на сервисном обслуживании. Кроме того, с помощью компьютеров: а) контролируют потребность и исполнение всех регламентных работ по составу и действительному объему их выполнения; б) закрепляют персонал, ответственный за своевременность выполнения и качество каждого вида, а иногда и состава проведённой работы; в) контролируют наличие запасных частей и материалов, оптимально (по критериям минимальных суммарных затрат) управляют их потоками; г) оптимально управляют финансовыми процессами на предприятиях сервисного обслуживания кранов, вплоть до выписывания отдельных счетов и составления бухгалтерской отчетности. Именно применяемые современные компьютерные организационно-технические технологии в значительной мере обеспечили успешный менеджмент сервисам грузоподъёмных кранов в целом, развитие предприятий занимающихся этими проблемами.
В России сервисное обслуживание грузоподъемных кранов как таковое отсутствует [5], за исключением обслуживания отдельных агрегатов, которые приобретены у компаний с современным подходом к реализуемой продукции (т.е. продажей техники с обязательным последующем сервисным сопровождением). Технический контроль и обслуживание портальных кранов в России выполняют исключительно владельцы или организации, нанятые владельцем для производства подобных работ. Некоторые специализированные предприятия обладают довольно развитой инфраструктурой и осуществляют технический контроль, ППР и ТО своих кранов на сравнительно удовлетворительном уровне. Однако это следует рассматривать скорее как исключение, а не как правило.
Обычно состояние дел с диагностикой и ТО [6] кранов, как показывает анализ [5], обстоит много хуже. Квалификация и исполнительская дисциплина обслуживающего персонала на предприятиях, эксплуатирующих краны, в том числе инженерно-технических работников, во многих случаях недопустимо низкая. Поэтому качество технического контроля и ТО кранов часто оказывается плохим и осуществляется с существенными нарушениями регламента. Что касается ППР кранов, то его почти повсеместно игнорируют, выполняя на практике только текущий ремонт, чтобы побыстрее запустить кран в последующую эксплуатацию.
Всё это приводит в итоге к существенному снижению эффективности и безопасности эксплуатации кранов, о чем свидетельствует высокий уровень травматизма, отмеченный выше, как обслуживающего персонала, так и других лиц, связанных с эксплуатацией указанных кранов. Сегодня, текущая эксплуатация кранов и экономическое положение портов, является таковым, что краны не только не реконструируются, но, часто, и не ремонтируются. Ситуация доходит до полной остановки кранов без возможности продолжения дальнейшей эксплуатации. При современном уровне развития научно-технической индустрии, такое отношение к грузоподъемной технике приводит к очень высоким материальным затратам на ее поддержание.
В России создалась уникальная ситуация, заключающаяся в том, что нам в ближайшем обозримом будущем (10-15 лет) придётся работать с парком морально устаревших и физически изношенных кранов. Они по естественным причинам имеют более низкую работоспособность и более опасны в эксплуатации, чем их новые представители, поскольку старение кранов влияет на возрастающее количество отказов в заданных условиях эксплуатации. Следовательно, можно ожидать дальнейшего снижения безопасности эксплуатации кранов и увеличения травматизма.
Ситуацию осложняет нежелание владельцев переоснащать краны современными техническими средствами (приборами безопасности и др.). Хотя существует Постановление Правительства № 241 [7, 8], предписывающее установку систем (приборов) безопасности. При этом затраты на их установку обычно не превышают 1% от стоимости нового крана.
Компенсация большинства отмеченных отрицательных тенденций может быть достигнута за счет предельного повышения организационно-технической и исполнительской дисциплины эксплуатации кранов, заключающейся в выполнении требований закона «О ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ» и скрупулёзной реализации всех предписанных операций технического контроля, ППР и ТО как по времени и объему этих процедур, так и
Обобщение алгоритма работы РПРК портального крана на случаи регистрации предыдущей наработки, ремонтов и простоев крана
Грузы, перегружаемые портальными кранами в речных и морских портах достаточно разнообразны. Используемые портальные краны также отличаются друг от друга по конструктивному исполнению, особенно это касается исполнения конструкций стреловых и опорно-поворотных устройств.
Указанное разнообразие приводит к необходимости применения различных технологических схем перегрузочного процесса, самые распространенные из которых, «судно-склад», «судно-вагон», «судно-автомобиль», «склад-склад», «склад-вагон», «склад-автомобиль»,, «склад-судно», «вагон-склад» и др. Как следствие, каждая из таких «технологических схем» имеет различную структуру и продолжительность рабочего цикла.
Для разработки алгоритма работы регистратора параметров (РП) портального крана необходимо определить наиболее общие критерии для оценки произвольного рабочего цикла портального крана. Это необходимо для правильного квантования уровней нагрузок во время работы РП, а также для учета наработки конкретного крана до оснащения его указанным регистратором параметров.
В качестве объекта исследования были выбраны одни из наиболее распространенных портальных кранов «Альбатрос», установленные в Южном речном порту г. Москвы. Данные об исследуемых кранах приведены в табл.2.1.
Способ исследования (сбора данных): Визуальное наблюдение с занесением отметок (времени цикла, углов поворота) в специальную ведомость эксперимента, фиксирование на фотокамеру процессов перегрузки (для последующего вычисления размера вылета стрелы и других параметров). Ниже на рис. 2.1. - 2.3. приведены фотографии примеров перегрузочных процессов, в которых регистрировались параметры рабочих циклов.
Рисунок 2.2. Кран № 20. Вариант работы «автомобиль-судно», груз -металлолом, грузозахватное устройство - многочелюстной грейфер. Рисунок 2.3. Кран № 122. Вариант работы «судно-склад», груз - щебень, грейфер - Пр. 2872 (объем - 3,2 м3) Масса поднимаемого груза принимается константой (обычно для грейферных кранов - 0,7...0,8 паспортной грузоподъемности) поскольку в идеальном случае (при одинаковом заполнении грейфера) она приближенно одинакова.
Для обработки полученных выборок использованы известные методы теории математической статистики, с помощью которого вычислялись следующие параметры зарегистрированных случайных рабочих циклов портальных кранов: Величины математического ожидания, среднеквадратичного отклонения и дисперсии. Величины коэффициента асимметрии и эксцесса. Далее с выбором одинакового шага квантования для однотипных выборок строились гистограммы распределения случайных величин и проверялись гипотезы закона их распределений (при уровне значимости - 0,95).. Для расчета вышеуказанных параметров циклов были использованы следующие зависимости.
Для детального расчета, построения графиков и предварительной оценки результатов расчетов использован программный пакет Stat Soft «STATISTICA 6.0».
Далее представлены результаты расчета выборок: Объединенная выборка 60 значений «вылетов стрелы в начале цикла»
В процессе исследования на территории Московского Южного речного порта, были рассмотрены различные схемы перегрузочных работ с помощью портальных кранов «Альбрехт» и «Ганц».
На основании полученных результатов после обработки статистической информации о работе кранов, можно сделать следующие выводы: вне зависимости от количества циклов перегрузки за рабочую смену, структура цикла остается практически неизменной; величины рабочих параметров происходящих во время цикла на кране (изменение вылета, угол поворота, время в цикле) не изменяются в зависимости от схемы перегрузочных работ, но при этом ха долгое время работы крана могут быть усреднены с вероятностью близкой к 90%; время цикла и время нагружения крана в цикле, единственные величины не определяемые нормальным законом, и могут быть в значительных пределах.
На основании полученных выводов можно прогнозировать наработку крана в разных случаях, до установки прибора регистрации рабочих параметров, во время простоя крана. Использовать для предварительной оценки наработки достаточно использования только времени цикла, поскольку все остальные параметры усреднены. kj - коэффициент погрешности сбора данных [32] Учитывая время всех циклов, крайние значения не отбрасываются, поскольку они не являются результатом каких-либо ошибок, а напротив позволяют регистрировать несколько циклов нагружения в том случае, когда кран долго находится в бездействии с подвешенным грузом. Общее время работы крана ( щ) будет: общ = 1(ХЧ/Н 1ом Псм ,сут ) »ае Кр k2 J кХ & Где, х ц/ч. - количество циклов в час; t см - время сены (час); п см/сут - количество смен в сутки; m нав - количество дней навигации; tnp - время простоев крана; к2 - коэффициент уточняющий погрешность в учете простоев [32] Краткие выводы по разделу 2.2: Для приблизительной оценки наработки крана в любой период его эксплуатации (до установки РПРК и/или в момент простоев), необходимо: регистрировать величины изменяемых в циклах рабочих параметров крана, для определения их влияния на наработку крана; регистрировать временные интервалы циклов нагружения и простоя крана; регистрировать величины поднимаемых в цикле грузов, для сравнения с группой режима работы крана (как следствие с количеством возможных рабочих циклов) осуществлять расчет наработки с учетом крайних величин рабочих параметров в циклах
Обобщение алгоритма работы РПРК портального крана на случаи регистрации предыдущей наработки, ремонтов и простоев крана
Как было показано выше, в документе FEM 9.755 [32J метод сбора данных учтен эмпирическим коэффициентом - f . Назначают данный коэффициент следующим образом: fi - 1,1; при условии что, фактические спектры нагрузок или коэффициенты (Крі по Кр4), а так же относящееся к ним количество рабочих циклов Ст документируются владельцем. Для вычисления эффективного количества рабочих циклов Ст (часов 7")), подъемный механизм оснащен пригодным счетным прибором - регистратором. Данный случай также подразумевает, что подъемный механизм оснащен ограничителем массы поднимаемого груза и защищен от перегрузок; f2 - 1,2; при условии что, фактические спектры нагрузок или коэффициенты (Крі по Кр4), а так же относящееся к ним количество рабочих циклов Ст также документируются владельцем, но без пригодного счетного прибора - регистратора . Поскольку, вариант отсутствия регистратора параметров, на кране где оценивается наработка в данной работе далее рассматриваться не будет, то в формулу (3.7) введем первый коэффициент U, и получим следующую формулу: Мн =Е(1Д- я) (3-8) В таком виде характеристическое число стало более содержательной мерой наработки крана в целом и его металлической конструкции, в частности. После изменения таблица 3.1 примет следующий вид:
Значения нормативных характеристических чисел TV// для кранов в целом различных групп классификации по ISO 4301/1-85. Группа классификации крана М/ Группа классификации крана Л/„ А1 8000 А5 125000 А2 16000 А6 250000 A3 32000 А7 500000 А4 63000 А8 1000000 Для оценки текущего значения израсходованного ресурса крана, существует понятие текущего значения Nt характеристического числа 0 Nt NH. РПРК должен регистрировать каждый рабочий цикл крана независимо от его структуры и значения массы поднимаемого груза. На каждый такой подъем затрачивается определенная доля ресурса крана, которая при необходимости может быть рассчитана. Найдя меру выработки ресурса в каждом цикле работы крана и суммируя эти меры, получим в итоге некоторое монотонно возрастающее число. На основании формулы (3.8) можно утверждать, что такой мерой является относительное кубическое значение поднимаемого груза в каждом цикле - число, стоящее под знаком суммы в формуле (3.7). Их суммирование позволит определить текущее значение характеристического числа Л/(. Нормативный ресурс будет выработан, когда текущее значение (Nffi) окажется равным нормативному характеристическому числу Л/н для данной группы классификации крана.
Обратившись к формуле (3.8), видим, что она может быть применена таюке для определения Nt. Но для этого необходимо в качестве верхнего предела суммирования принять текущее значение числа циклов Ct выполненных к моменту времени t Окончательно формула для определения Nt будет выглядеть следующим образом:
Эта формула и определяет алгоритм РПРК типа ОНК. Он заключается в том, что для нахождения текущего характеристического числа, следует накапливать сумму всех безразмерных значений (Pi / Р max)3, помноженных на f, постоянно сравнивая сумму со значением NH до тех пор, пока она не станет равной нормативному характеристическому числу NH, выбранному для данного крана.
Важно отметить следующее. При определении текущего значения характеристического числа может возникнуть вопрос о структуре цикла. При перегрузке штучного груза учитывается каждый рабочий цикл, что позволяет получать полную информацию о нагружении крана. Всё это предопределяет простой и надежный алгоритм нахождения выработки краном заданного срока службы или его части. При перегрузке же насыпных грузов, когда используется грейфер (грузозахватное устройство, имеющее массу 0,15 - 0,3 от грузоподъемности брутто крана), данный алгоритм должен быть несколько скорректирован, поскольку даже перемещения порожнего грейфера должны быть учтены при определении текущего характеристического числа.
При наличии постоянной нагрузки на грузовых канатах, увеличиваемой только в ходе захвата и перемещения груза, рабочий цикл необходимо разделить на «грузовой» и «порожний». Поскольку нагрузка в обоих циклах определена, в «порожнем» она постоянна и зависит от типа выбранного грейфера, а в грузовом зависит от суммы масс грейфера и груза, разным остается только время работы в каждом из циклов.
Для определения текущего значения характеристического числа необходимо регистрировать массу груза, поднимаемого в і-ом цикле, и число выполненных циклов. Началом пф+1 «грузового» цикла можно считать увеличение нагрузки выше т.н. 5% уровня грузоподъемности крана (см. работу [34]) т. е. в нашем случае тгрйфера+5%, а концом грузового цикла - уменьшение нагрузки на датчике РПРК до величины нагрузки от массы порожнего грейфера. Остальные циклы, в которых зафиксировано включение механизмов крана, но нагрузки на датчик РПРК не удовлетворяют приведенному выше требованию, можно считать «порожними».
Поскольку у разных конструкций грейферов массы не одинаковы, в регистраторе параметров должна существовать возможность установки эталонной массы конкретного грузозахватного устройства, установленного на кране.
На основе вышесказанного, формула 3.9 для подсчета текущего характеристического числа, будет иметь вид: "=C-V Р П=ѻРРNt= Ec- +Zcf2-) (3-Ю) "=1 max n=l max При таком подходе к алгоритму регистрации параметров регистрируются практически все циклы, вносящие вклад в накопление текущего значения Nt. Нормативный срок службы крана следует считать исчерпанным при наступлении момента времени, когда N, = NH (3.11) где значения нормативных характеристических чисел - Л/н для кранов различных групп классификации приведены в табл. 3.4. Алгоритм определения наработки грейферного портального крана с помощью регистратора параметров,- описанный в данном разделе, дает возможность объективно оценить его действительную наработку, однако остаются нерешенными вопросы, касающиеся учета наработки крана до установки РПРК, учета влияния на наработку выполненных ремонтов, а также наработку кранов во время простоев в нерабочем состоянии.
Предложения по оценке показателей безопасности портального крана при наличии и отсутствии РПРК, а также своевременном и несвоевременном выполнении регламентов ремонтов
Для оценки безопасности портальных кранов будем использовать концепцию, включающую следующие основные этапы выполнения работ: оценку фактического состояния портального крана; оценку эксплуатации и надзора за техническим состоянием грузоподъемного крана (при отсутствии и при наличии РПРК), а также объема, качества и своевременности планово - предупредительных и иных видов ремонта; ликвидации дефектов и повреждений, которые за период до следующей экспертизы могут привести к нарушению требований прочности (предельные состояния первой группы) или пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы).
Основной целью инженерного обследования является оценка наиболее значимых технических параметров, интегрально характеризующих эксплуатационную пригодность грузоподъемного крана. Очевидно, что техническое состояние различных элементов по - разному влияет на возможность возникновения аварии грузоподъемного крана. Следовательно, требуются и несколько различные подходы при инженерном обследовании и техническом диагностировании параметров грузоподъемного крана. Эта процедура может быть реализована путем построения структурной модели возникновения происшествия (в нашем случае аварии, как события, определяющего безопасность крана). Вершинным событием в сценарии является авария - частичное или полное разрушение расчетных элементов металлической конструкции, либо иное развитие событие, приводящее к падению транспортируемого груза, а исходными событиями - возможные причины аварии, в том числе как внешние (температурные, силовые и т.д.), так и внутренние (например, технологические) воздействия.
В результате такого анализа выявляется перечень элементов и (или) узлов, а также параметров этих элементов, определяющих безопасность портального крана, в т.ч. условиях эксплуатации при отсутствии или наличии на нем РПРК. Очевидно, что в ходе экспертизы такие элементы требуют наиболее углубленного обследования с использованием как визуального, так и неразрушающих методов контроля. Попытка обоснования перечня наиболее важных элементов и узлов крана, определяющих техническое состояние портального крана была сделана группой специалистов и внедрена в серии нормативных документов Госгортехнадзора России - РД 10 - 112, Части 1 и 4 [35]. Но это вовсе не означает, что остальные элементы грузоподъемного крана не рассматриваются в ходе проведения экспертизы. По ним также приведены браковочные показатели в РД 10 - 112, однако наличие отказов по «второстепенным» элементам, например, по электрооборудованию или системе отопления кабины управления не приведет к развитию аварийной ситуации, а лишь выведет из эксплуатации портальный кран на срок, определяемый организационными и техническими мероприятиями по выполнению ремонта.
При оценке безопасности портального крана в первую очередь оценивается техническое состояние (прочность, несущая способность и т.д.) его расчетных металлических конструкций, т. е. оценивается вероятность недостижения предельного состояния первой группы. В работе [57] сказано, что расчетные сочетания нагрузок устанавливают с учетом «ожидаемых условий использования кранов и особенностей их конструкции».
При проверке по статическим характеристикам материала учитывают вес конструкции, вес груза с учетом коэффициента перегрузки, динамические нагрузки, возникающие при работе механизма подъема. Например, для мостовых кранов дополнительно учитывают следующие нагрузки [57]: сочетание 1.1 М - динамические нагрузки, возникающие при движении крана по неровностям рельсового пути; сочетание 1.2М - динамические нагрузки, возникающие от пуска -торможения механизма передвижения фана; сочетание 1 .ЗМ - осевые нагрузки на ходовые колеса.
Для козловых кранов дополнительно учитывают следующие нагрузки [57]: сочетание 1.1 К - перекосные динамические нагрузки, возникающие при одностороннем торможении движущегося крана; сочетание 1.2К - динамические нагрузки, возникающие от пуска -торможения механизма передвижения крана.
Аналогичные расчетные сочетания приняты и для портальных кранов [57]. При проверке на сопротивление усталости учитывают нагрузки от веса конструкции и груза (без коэффициента перегрузки) и 50 % динамических нагрузок.
Если же сохранить расчетные сочетания нагрузок, как это принято в работе [57], то при оценке безопасности эксплуатируемых портальных кранов их проверку следует выполнять с учетом: установленных в ходе визуально - инструментального контроля фактических нагрузок1; наиболее невыгодных, но реально возможных сочетаний нагрузок; фактических прочностных характеристик сталей металлических конструкций, установленных на основе разрушающих и неразрушающих испытаний; выявленных дефектов и повреждений, снижающих несущую способность расчетных элементов металлической конструкции, а также рекомендаций по их учету в расчетах, разработанных ведущими научно - исследовательскими и проектными организациями по портальным кранам.
Очевидно, что металлоконструкция портального крана в целом, это система, состоящая из отдельных расчетных элементов. С учетом свойства целостности системы, можно утверждать, что необходимым условием соответствия портального крана требованиям безопасности является условие соответствия всех его расчетных элементов металлоконструкции требованиям первой группы предельных состояний.
Однако ряд дефектов и повреждений, не оказывающих в текущий момент существенного влияния на несущую способность конструкции, может при соответствующих условиях в будущем оказывать такое влияние, например, воздействие перегрузок, если кран не оснащен РПРК с ОГМ, или разрушение защитного лакокрасочного покрытия с последующей прогрессирующей коррозией сечений расчетных элементов. Следовательно, достаточным условием соответствия портального крана требованиям безопасности являются:
