Введение к работе
Актуальность работы. В условиях спада промышленного производ-гва весьма актуальной становится проблема обеспечения безопасности ксплуатации подъемных сооружений. Проблема существенно осложняет-я из-за следующих факторов:
1. Парк подъемных сооружений значительно постарел, например, 0% грузоподъемных кранов и подъемников, 60% лифтов, 85% подвесных анатных дорог выработали нормативный срок службы.
2.У владельцев отсутствуют финансовые возможности для обновле-ия парка подъемных сооружений, их модернизации и замены изношенных злов.
3.Уровень технического обслуживания и квалификация обслужи-ающего персонала низкие.
: целом это приводит к тому, что, несмотря на непрерывное снижение бъемов промышленного производства, число аварий и несчастных случа-» на подъемных сооружениях не снижается, а в некоторых случаях даже озрастает. Производственный травматизм на подъемных сооружениях за-имает в настоящее время третье место после угольной и горнорудной от-аслей.
Взаимоотношения государства и предприятий в последнее время из-енились коренным образом. Рыночные отношения вторглись и в систему ромышленной безопасности, в том числе, подъемных сооружений. Для беспечения Государственного регулирования в области промышленной езопасности приняты законы: "О промышленной безопасности потенци-иьно опасных объектов", "О страховании от несчастных случаев на про-зводстве и профессиональных заболеваний", "Основы законодательства оссийской Федерации об охране труда". В порядке реализации принятых исонодательных актов и постановлений Правительства, а также для усилия ответственности разработчиков, владельцев и обслуживающего пер-)нала подъемных сооружений Госгортехнадзором России разработан ряд овых Правил устройства и безопасной эксплуатации по типам подъемных юружений.
Наряду с этим организовано массовое экспертное обследование эдъемных сооружений, отработавших нормативный срок службы, с цело определения возможности дальнейшей эксплуатации. Эту работу вы-элняют специализированные организации, имеющие особые разрешения нцензии). Зачастую заключения готовятся только на основе экспертных 4енок без достаточной математической обработки результатов, что во ногах случаях приводит к необъективной оценке безопасности объектов, ля создания таких методов и возникла необходимость найти меру коли-;ственной оценки уровня безопасности подъемных сооружений, которая
могла бы дать представление владельцу о величине риска аварий прі дальнейшей эксплуатации. Эта оценка должна выполняться на основанш вероятностных данных о нагружении, анализа выявленных дефектов прі обследовании и соответственно о возможности дальнейшей эксплуатацш данного объекта. Располагая достаточно убедительной оценкой, владелеї может принимать обоснованное решение о дальнейшей эксплуатации объ екта с определенной степенью риска.
В диссертации эти вопросы решены применительно к мостовым кра нам.
Вопросами оценки и прогнозирования технического состояния меха нических систем занимались выдающиеся ученые. Среди них В.В.Болотин, К.В.Фролов, Ю.Н.Работнов, С.В.Серенсен, В.П.Когаев И.А.Махутов, и др. Безопасность подъемных сооружений рассматривала^ в работах- М.М.Гохберга, А.А.Зарецкого, С.А.Казака, В.И.Брауде А.В.Вершинского, М.Н.Хальфина, В.И.Бережинского, А.Н.Орлова Н.Н.Панасенко, СА.Соколова, Ю.Г. Матвиенко, А.А.Короткого В.И.Сероштана, А.М.Маковского, В.Г.Полежаева и др.
Несмотря на большой объем исследований, до сих пор отсутствовал! работы по обоснованию безопасности подъемных сооружений, как нахо дящихся в эксплуатации, так и вновь проектируемых с учетом риска. Ком плекс исследований, выполненный автором, позволил восполнить сущест вующий пробел и разработать ряд конкретных аналитических предложе ний для оценки безопасности кранов мостового типа, в том числе отрабо тавших нормативный срок службы.
Цель диссертации: Повышение безопасности эксплуатации крано; мостового типа на основе проведения риск-анализа и оценки вероятносп безаварийной работы.
Идея работы: Идея состоит в разработке методов комплексной оцен ки уровня безопасности кранов мостового типа (как проектируемых, так і находящихся в эксплуатации) по значениям риска аварии и индексу безо пасности с учетом вероятностных характеристик нагрузок и свойств мате риалов их металлоконструкций.
Методы исследования: В диссертационной работе использовані методы теории надежности и вероятности, статистического анализа на груженности и риск - анализа технических систем для разработки (алгс ритмов) решения задач безопасности кранов мостового типа. В теоретиче ских исследованиях использовались прикладные аспекты теории рискої катастроф, технической диагностики и строительной механики. При прс ведении экспериментов в лабораторных исследованиях и промышленны испытаниях применялись методы тензометрирования.
Научные положения, выносимые па защиту
1. Методы выявления источников опасности для кранов мостовог типа и определения их характеристик с учетом статистических данных п аварийности и производственному травматизму.
-
Методы оценки безопасности по значению риска аварийных отка-ов металлоконструкций кранов мостового типа с учетом вероятностного нализа коэффициентов запаса прочности, в пределах расчета по допус-аемым напряжениям и по предельным состояниям.
-
Методы оценки безопасности по значению риска аварийных отка-ов металлоконструкций кранов, учитывающие вероятностные свойства іагрузок и сопротивлений конструкционных материалов..
4:: Методики испытаний в условиях производства для измерения па->аметров силового взаимодействия мостовых кранов с рельсовыми путями [ напряженно-деформированного состояния металлоконструкций козло-ых кранов.
' 5. Метод оценки индекса безопасности металлоконструкций, классифицированный для различного рода экономических и социальных требо-аний по безопасности, предъявляемый обществом к кранам мостового ипа.
Достоверпоёть научных положений и выводов диссертационной работы ібеспечивается накопленным опытом научных исследований и проектиро-ания кранов, использованием апробированных в различных отраслях іашиностроеігая предпосылок и методов теорий вероятностей, надежно-ти, математической статистики, риск-анализа, строительной механики и (инамики машин.
Научная новизна. Полученные результаты обобщают и дополняют >течественный и зарубежный опыт по риск-анализу безопасности металло-:онструкций подъемных сооружений применительно к кранам мостового чипа.
При этом впервые:
-
Идентифицированы источники опасности для кранов мостового una.
-
Установлены зависимости рисков аварий металлоконструкций ранов мостового типа от значений обобщенного коэффициента запаса ірочности, определяемого как по средним значениям нагрузок и несущей пособности, так и при дифференцированном анализе материалов и нагру-ок.
-
Исследованы симметричные и асимметричные условия наступле-гия предельных состояний металлоконструкций кранов мостового типа, іереходящих в стадию разрушения.
-
Обобщены научные знания, направленные на вычисление вероят-юстей аварийных отказов металлоконструкций кранов мостового типа на >сиове различных стохастических закономерностей и соотношений рас-[етных нагрузок и сопротивлений.
S. Введены классификационные признаки кранов мостового типа по качениям допустимых рисков аварийных разрушений и допустимых ин-(ексов безопасности как комплексных показателей безопасности металло-:онструкций кранов.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в диссертации выводы и рекомендации использованы в нормативной литературе Госгортехнадзора РФ и головных краностроительных институтов. Проведенные исследования и полученные результаты создали предпосылки для разработки новых методов риск-анализа кранов мостового типа и позволили выявить эффективные направления дальнейших научных работ.
Реализация резульпштов работы. Разработаны и утверждены Госгор-технадзором РФ:
1.Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-14-92).
-
Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России (РД 09-102-95).
-
Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы (РД 10-112-96) часть 1, часть 2, часть 3, часть 5.
-
Методические указания по комплексному обследованию крановых путей грузоподъемных машин (РД 10-138-97).
Апробация работы. Основные научные положения и результаты, разработанные в диссертационной работе, докладывались и получили одобрение: на научных советах технического управления Госгортехнадзора России (г.Москва, 1991 - 1997гг.); на Российском научно-техническом семинаре "Проблемы надежности и безопасной эксплуатации крановых металлоконструкций и стальных канатов" (г.Новочеркасск, 1992г.); на Российской научно-практической конференции "Проблемы технической безопасности подъемных сооружений" (г.Новочеркасск, 1994г.); на втором Норвежско-Российском семинаре по безопасности сложных технические систем (Трондхейм, Норвегия, 1994 г.); на научно-практических конференциях "Проблемы надежности и безопасной эксплуатации подъемных сооружений" (г.Сочи, 1996, 1997гг.); на научно-практической конференции по безопасной эксплуатации объектов котлонадзора, подъемных сооружений и других объектов, подконтрольных Госгортехнадзор> (г.Магнитогорск, 1997г.); на научно-методическом совете по специальности «Подъемно транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» стран СНГ (г.Мариуполь, 1997г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, в том числе: «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов»; справочник в двух томах; 8 руководящш документов Госгортехнадзора России.
Автору принадлежит теоретическое и практическое обобщение результатов, опубликованных в работах в соавторстве и используемых в диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 153 страницах машинописного текста, содержит рисунков 85, таблиц 35, список литературы из 141 наименования.