Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
Эксплуатация крановых подъемных канатов 10
Дефекты крановых канатов 16
Обзор методов оценки технического состояния крановых
канатов 26
Анализ работ по расчету стальных канатов 28
Выводы и постановка задач исследования 31
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КРАНОВЫХ КАНАТОВ, ИМЕЮЩИХ РАЗЛИЧИЕ
ДЛИН ПРЯДЕЙ 33
Оценка технического состояния крановых канатов 33
Уравнения статики кранового каната с учетом различия
геометрических параметров и механических свойств прядей 34
Влияние технологических факторов на различие длин прядей в
свиваемом канате 40
-
Технологические деформации кранового каната 40
-
Определение изгибающего момента упругой отдачи каната двойной свивки 41
-
Влияние разбега предела прочности материала канатной проволоки на различие длин прядей, свиваемого каната двойной свивки 43
-
Влияние неравномерности технологического натяжения на различие длин прядей, свиваемого каната 44
-
Влияние преформации на различие длин прядей свиваемого
з
каната двойной свивки 46
Влияние конструктивных параметров на различие длин прядей
кранового каната 46
.1 Влияние допуска на диаметр проволок на различие длин
прядей, свиваемого каната 46
.2 Влияние угла свивки наружных слоев проволок в пряди на
различие длин прядей 48
.3 Влияние угла свивки каната на различие длин прядей 51
.4 Влияние сочетания направлений свивки проволоки на
различие длин прядей 51
.5 Влияние крутимости каната двойной свивки на различие длин
прядей 51
.6 Влияние радиальной податливости сердечника на различие
длин прядей 55
Выводы
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ
КАНАТА, ИМЕЮЩЕГО РАЗЛИЧИЕ ДЛИН ПРЯДЕЙ 57
Напряжения в проволоках каната двойной свивки, имеющего
различие длин, при изгибе его на блоке 57
Влияние эксплуатационных факторов на
напряженно-деформированное состояние кранового каната 63
.1 Определение различия длин прядей и напряжений в прядях
кранового каната с учетом влияния эксплуатационных
факторов 63
.2 Влияние кручения на различие длин прядей и
напряженно-деформированное состояние кранового каната 65
.3 Влияние растягивающего усилия на различие длин прядей 70
.4 Влияние динамических нагрузок на различие длин прядей
каната 73
3. Оценка факторов, влияющих на различие длин прядей каната... 73 Выводы
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КРАНОВОГО КАНАТА. 81
1 Новый метод оценки технического состояния крановых
канатов 81
-
Устройство для определения различия длин прядей кранового каната 85
-
Экспериментальные исследования напряженного состояния крановых канатов в условиях эксплуатации 88
-
Оценка технического состояния крановых канатов при их
эксплуатации 90
Выводы
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА КРАНОВЫХ
КАНАТОВ 95
-
Оценка напряженно-деформированного состояния проволок каната, имеющего различие длин прядей 95
-
Определение допускаемого различия длин прядей 96
-
Алгоритм определения различия длин прядей каната 100
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 107
ПРИЛОЖЕНИЯ 116
Введение к работе
Современный уровень развития грузоподъемных кранов предъявляет все более жесткие требования.к повышению надежности стальных канатов. Основную роль в этом играют новые методы расчета каната, выбора конструкции каната в зависимости от условий его эксплуатации, технологии изготовления, качества исходных материалов, а также методы оценки качества каната после изготовления и в процессе эксплуатации.
Грузоподъемные краны снабжены блочно-канатными системами. Передача тяговых усилий от барабана лебедки к грузозахватному органу при подъеме или опускании груза осуществляется стальными канатами. Последние работают с относительно высокими скоростями, различной по величине и характеру приложения нагрузкой, испытывают большое количество перегибов при огибании блоков и навивке на барабан. При этом стальные канаты подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов: растяжению, изгибу, скручиванию, внезапным динамическим нагрузкам, абразивному износу (истиранию), коррозионному воздействию и т.п., что в конечном итоге ведет к снижению их прочности и уменьшению ресурса.
Качество и надежность кранового каната определяют степень его безопасности. Это значит, что в течение установленного срока службы при его эксплуатации не будут происходить повреждения и отказы, причиной которых являются, как правило, низкое качество изготовления, несоответствие применяемых конструкций канатов проектным и нормативным документам, некачественное техническое обслуживание, нарушение установленных режимов эксплуатации, как самих кранов, так и их элементов и др. Разрабатываются и внедряются в производство наиболее прогрессивные методы расчета, конструирования и изготовления канатов, что позволяет значительно повысить их технический ресурс. Однако, даже при совре- менном уровне конструирования и изготовления стальные канаты изготавливаются с различными длинами прядей, расположенными в одном слое. Вследствие чего, при эксплуатации в них появляются структурные дефекты и, соответственно, снижается срок их службы.
В связи с этим настоящая работа посвящена разработке метода оценки качества крановых канатов и разработке рекомендаций, позволяющих осуществлять контроль технического состояния канатов, с целью выявления дефектов как в начальный период, так и в процессе дальнейшей эксплуатации.
Работа выполнена на кафедре «Подъемно-транспортные машины и роботы» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках научного направления «Оценка, прогноз и повышение производственной и экологической безопасности жизнедеятельности», утвержденного Ученным советом ЮРГТУ (НПИ) 25.04.2001 г.,. по госбюджетной теме кафедры ПТМиР П3.842 «Экспертиза подъемно-транспортных машин повышенной опасности».
Цель работы.
Разработка метода оценки качества крановых подъемных канатов с учетом различия длин прядей и влияния технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов.
Научные положения, выносимые на защиту.
Обобщенным показателем качества крановых канатов принято различие длин прядей каната, значение которого устанавливается на основе анализа напряженно-деформированного состояния каната с учетом влияния технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов.
Метод оценки качества крановых канатов, основанный на учете различия длин прядей каната;
Зависимость для определения различия длин прядей каната, позволяющая учесть влияние неодинаковости геометрических параметров и механических свойств проволоки;
Зависимость для определения различия длин прядей каната, позволяющая учесть эксплуатационные факторы;
Математическая модель напряженно-деформированного состояния изогнутого на блоке кранового каната, позволяющая учесть влияние напряжений кручения;
Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов на напряженно-деформированное состояние каната, имеющего различие длин прядей.
Степень достоверности результатов, проведенных исследований. Степень достоверности, полученных результатов подтверждается:
Значительным объемом статистических данных по эксплуатации канатов;
Использованием методов математического моделирования и положений строительной механики каната;.
Использованием методов математической статистики для обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований стальных канатов;
Сходимостью теоретических и экспериментальных исследований (расхождение составляет 11%).
Новизна научных положений, выносимых на защиту. Научная новизна заключается в следующем:
Установлено, что вследствие различия технологического натяжения пря дей, геометрических параметров и механических свойств проволок в кана тах возникает различие длин прядей, приводящее к появлению структур ных дефектов при их эксплуатации.
Разработан метод оценки качества крановых канатов, который в отличие от известных, основан на учете различия длин прядей, зависящем от влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.
В результате исследования технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов установлено следующее: основным технологическим фактором, определяющим возникновения различия длин прядей, является неравномерность технологического натяжения; наиболее существенным конструктивным фактором, вызывающим возникновение различия длин прядей, является одинаковое направление свивки слоев проволок в пряди; - наиболее существенными эксплуатационными факторами, определяю щими появление структурных дефектов, являются натяжение ветви каната, кручение каната от углов девиации на блоке и барабане.
Уточнение математической модели напряженно-деформированного состояния изогнутого на блоке каната, имеющего различие длин прядей с учетом кручения проволок показало, что напряжения кручения являются величинами малого порядка в сравнении с нормальными напряжениями и их влиянием можно пренебречь.
Разработан алгоритм определения различия длин прядей каната двойной свивки, позволяющий оценить качество каната на этапах изготовления и эксплуатации.
Практическая значимость работы.
Предложена методика оценки технического состояния крановых канатов, позволяющая оценить качество каната как после изготовления, так и в процессе эксплуатации;
Получена зависимость допустимых значений различия длин прядей канатов, позволяющая контролировать качество канатов после изготовления;
Предложен способ оценки качества крановых канатов, который защищен патентом № 2238903 на изобретение;
Разработано устройство для определения различия длин прядей каната.
Ценность научных работ.
Ценность научных работ заключается в том, что предложен, научно обоснован, подтвержден теоретическими и экспериментальными исследованиями метод оценки качества крановых канатов на основе различия длин прядей каната и учета влияния технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов.
Реализация работы.
Методика оценки качества крановых подъемных канатов внедрена на ОАО «ВМЗ «Красный Октябрь».
Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах.
Общее содержание и основные положения работы докладывались на: научно-практическом семинаре по совершенствованию системы экспертизы промышленной безопасности Госгортехнадзора России (Сочи, 2000 г.); конференциях и научных семинарах кафедры ПТМиР ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2000 - 2005 гг.); техническом совете ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь» (Волгоград, 2003-2004 гг.).
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 статьях, из них в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК - 4, получен патент на изобретение.
