Оценка (Расчет) остаточного ресурса крана (башеного или мостового) с истекшим нормативным сроком службы

Введение
1 Безопасная эксплуатация ГПМ
2 Примеры аварий
3 Методика расчета остаточного ресурса крана
4 Пример расчета остаточного ресурса крана
Заключение
Список используемой литературы

Возникающие при этом погрешности в запас безопасности не идут.
Т.о., возникает задача определения алгоритма определения наработки крана, выраженной в циклах работы крана, но свободного от перечисленных выше недостатков.
Ниже приведен алгоритм определения выработки краном заданного срока [8].
Оценка наработки крана (текущее характеристическое число) производится по показаниям регистратора параметров работы крана. Согласно [1] его значение определяется отношением поднимаемого груза во всех циклах за весь срок эксплуатации к грузоподъемности крана возведенное в куб. Данный параметр определяется с помощью специального регистратора, установленного на кране.
При отсутствии на кране регистратора параметров работы наработку крана (текущее характеристическое число) определятся по отношению среднего относительного значения массы поднимаемого груза за весь срок эксплуатации к грузоподъемности крана [1]. При этом добавляется поправочный коэффициент, учитывающий число циклов в смену, число отработанных краном смен и коэффициента запаса.
В [1] для определения среднего относительного значения массы поднятого груза имеется классификация кранов по режиму нагружения. Так существует четыре режима нагружения:
Q1-легкий – краны, поднимающие регулярно легкие грузы, а номинальные грузы — редко;
Q2-умеренный – краны, поднимающие регулярно средние грузы, а номинальные - довольно часто;
Q1-тяжелый – краны, поднимающие регулярно тяжелые грузы, а номинальные грузы - часто;
Q1-весьма тяжелый – краны, регулярно поднимающие грузы, близкие к номинальным.
Так, если для Q1-легкого режима среднее относительное значения массы поднятого груза равно 0,5, то для Q4-вестма тяжелого – 1.
Также [1] устанавливает классы использования, определяющие количество циклов. Число циклов можно получить, если известно суммарное число рабочих часов и число рабочих циклов в час.
Общее число рабочих циклов зависит от частоты использования крана. Для удобства классификации весь диапазон возможных чисел рабочих циклов разделен на десять классов использования. Рабочий цикл начинается, когда груз готов к подъему и заканчивается, когда кран готов к подъему следующего груза.
Определение нормативного характеристического числа крана (группы классификации в целом) определяется по совмещенной таблице на основании класса использования и режим нагружения.
По результатам сравнения нормативного и текущего характеристических чисел делается вывод о возможности продления ресурса.
Остаточный ресурс металлоконструкции определяется следующими показателями:
техническим состоянием крана;
скорректированной линейной суммой накопленных усталостных повреждений (с ростом повреждений растет);
текущего характеристического числа.
Рассчитанный таким методом остаточный ресурс металлоконструкции определяет количество циклов, в течение которых, при сохранении режима работы, металлоконструкции крана будут отвечать требованиям безопасности. Эту величину можно перевести во временной отрезок при сохранении или известном изменении класса нагружения. Т.о. устанавливается срок по истечению, которого необходимо проведение аналогичной оценки ресурса. Осмотры в ходе эксплуатации крана с продленными сроками службы производятся с той же периодичностью и в том же объеме, как в период нормативного его срока службы [2].
Также существуют вероятностный подход к определению остаточного металлоконструкций ресурса крана. Суть данного метода заключается в вероятностном определении времени, через которое в металлоконструкции крана разовьется усталостная трещина, превышающая допустимое значение.
Например, такой подход описан в [9]. В предлагаемом методе расчета остаточного ресурса металлоконструкций кранов рассматривается случай многоцикловой усталости, а в качестве основного показателя остаточного ресурса характеристики следующие крана:
Наработка;
Относительная вероятность того, что в течение этой наработки предельное состояние конструкции не будет достигнуто.
На рис.1 представлена схема определения остаточного ресурса металлоконструкции крана с учетом этапа живучести. Здесь Q(t) – вероятность появления усталостной трещины в конструкции, l - длина усталостной трещины.
Рис.1 – Схема определения остаточного ресурса металлоконструкции крана
В момент времени tэ проводится осмотр (оценка) технического состояния конструкции в соответствии с [2] согласно группе классификации крана. tp - время достижения расчетной долговечности. Т.о., остаточный ресурс можно представляет как разность между tp и tэ.
Предлагаемый метод даёт возможность рассчитать функцию долговечности Q(t) (кривая 1 рис.1) в интервале времени tp – tэ.
Метод расчета базируется на учете постепенного снижения исходного предела выносливости конструкции в рассматриваемом сечении вследствие действия амплитуд напряжений, превышающих исходный предел выносливости. Кроме этого, по результатам неразрушающего контроля представляется возможным внести коррективы в части уменьшения площади расчетного сечения и увеличения концентрации напряжения вследствие локального эффекта из-за коррозии внутренних полостей металлоконструкций крана.
Т.о. можно сказать, что оценка остаточного ресурса основывается на прогнозировании процессов деградации рассматриваемого сечения конструкции в результате усталостного и коррозионного повреждения.
Для принятия окончательного решения о возможности дальнейшей эксплуатации металлоконструкции крана на основе данных расчета остаточного ресурса также использоваться выражение:
N0 = N / Np .
Здесь N0 - показатель относительного ресурса; Np - расчетное число циклов нагружения; N - фактическая наработка в циклах нагружения, которое:
при N0<0,8 конструкция обладает достаточным остаточным ресурсом;
при 0,8<N0<1 конструкция находится вблизи границы области безопасности;
при N0>1 рассматриваемая конструкция попадает в область ограниченной безопасности; в этом случае необходимо выполнить дополнительный расчет ресурса конструкции на стадии роста усталостной трещины (график 2 на рис. 1).
Расчета ресурса конструкции на стадии роста усталостной трещины заключается в определении кривой 2 рис.1, определении закона развития трещины с течением времени в зависимости от режима работы.
Скорость развития трещины в сечении конструкции определяется уравнением Периса-Элбера:
V = dl /dN = A(∆Kэф)n,
где l - текущее значение длины усталостной трещины;
∆Кэф = (σi max - σi) (π l)Y - размах коэффициента интенсивности напряжений;
σi max - максимальное напряжение в i-м цикле;
σi - эффективное минимальное напряжение в i-м цикле;
Y - коэффициент К-тарировки, полученный по результатам натурных усталостных испытаний;
А, n - постоянные материала конструкции.
После анализа расчета живучести конструкции (кривая 2 рис.1) принимается решение о возможности дальнейшей её эксплуатации. Также по графику (рис.1) можно оценить время продления ресурса эксплуатации крана.
Методы определении остаточного ресурса крана (по методическим рекомендациям и вероятностный), приведенные выше имеют как плюсы, так и минусы.
4 Пример расчета остаточного ресурса крана
Определим значение остаточного ресурса металлоконструкций башенного крана КБ-403Б грузоподъемностью 8т, работающего на строительной площадке, к моменту истечения срока службы.
Для начала необходимо определить наработка крана:
где QN – масса груза, поднимаемого в n-ом цикле, Q – номинальная грузоподъемность крана.
При отсутствии на кране регистратора, допускается наработку крана определять по упрощенной формуле [1]:
где С=k∙n∙T – число рабочих циклов, выполненное краном от начала эксплуатации;
k – коэффициент запаса, равный 1,5 при наличии сведений о работе крана и 2 – при их отсутствии;
n – число циклов в смену (при отсутствии сведений о работе крана принимается равным 10);
Т – число смен, выработанных краном от начала эксплуатации (при отсутствии сведений о работе крана принимается равным произведению 300М, где М – срок службы);
Qср – среднее относительное значение массы поднимаемого груза.
Допустим, кран предназначен для поднятия железобетонных плит массой 5-7т, остальные задокументированные данные об эксплуатации крана отсутствуют.
Запишем исходные данные необходимые для расчета остаточного ресурса:
Коэффициент запаса – k = 2;
Число циклов в смену – n = 10;
Среднее относительное значение массы поднимаемого груза (режим нагружения Q2-тяжелый, кран регулярно поднимает средние грузы, а номинальные – довольно часто) – 0,6 [1].
Срок службы крана – M = 10 [2];
Число смен, выработанных краном от начала эксплуатации – Т=310∙М=310∙10=3100.
Тогда число рабочих циклов, выполненное краном от начала эксплуатации будет равно:
С = k∙n∙T = = 2∙10∙3100 =6,2·104,
(по значению C определяем класс использования – U2 [1]), а наработка крана
В зависимости от класса использования – U2 и режима работы – Q3-тяжелый определяем группу классификации крана – А3 [1], которой соответствует характеристическое число равное 3,2·104.
Сравнивая значения наработки крана Nт и характеристическое число группы классификации крана NН, следует, что кран не выработал своего нормативного срока службы
Однако, этот расчет произведен без учета технического состояния крана. Осмотр технического состояния производится в соответствии с [1,2]. По результатам осмотра выдается заключение о наличии и характере выявленных дефектов.
В расчете по определения остаточного ресурса металлоконструкций крана учет технического стояния производится с помощью ввода коэффициент α – скорректированной линейной суммы накопленных относительных усталостных повреждений. Чем ближе α к 1, тем больше в металлоконструкции крана накопленных усталостных повреждений.
Допустим, α = 0,4, тогда
где
К – поправочный коэффициент, равный 0,9 для лучшего технического состояния и 0,8 – для худшего.
Также можно оценить ориентировочный срок продления эксплуатации при сохранении режима работы и режима нагружения:
Т.о. можно сделать вывод, что элементы металлоконструкций крана не выработали расчетного ресурса согласно фактической группе классификации А3. До окончании нормативного срока службы кран может работать при сохранении режима работы и режима нагружения – 5,8 лет.
Заключение
Известно, что в регламентирующих технических документах, сроки эксплуатации несколько завышены, к тому же они не связаны с режимом работы и классом нагружения. А, если к этому еще прибавить стоимость металлопроката, которая с каждым годом только растет, то определение остаточного ресурса (для выработка «полного» ресурса металлоконструкций) является важным экономическим показателем оптимального использования.
Основные трудности определения остаточного ресурса металлоконструкций крана с целью продления срока эксплуатации:
Сложность определения технического характеристического числа (параметров выработки) крана;
Ошибки в ходе выполнения осмотра;
Отсутствие единой методики определения остаточного ресурса и др.
Однако, эти трудности вполне преодолимы. Так, например, для определения технического характеристического числа (параметров выработки) крана необходимо внедрить компьютеризированные регистраторы состояний крана (типа ПФХ-1), позволяющие определить число циклов, выполненных краном, и определить среднее кубическое значение относительной массы поднятых грузов в течение какого угодно срока.
Для устранения второй проблемы – необходимо усилить контроль за проектными, эксплуатирующими, ремонтными и обслуживающими организациями, ужесточить наказание в случае нарушения правил безопасности.
Также необходимо отметить, что требуется разработка единой методики по определению остаточного ресурса металлоконструкций. Методика должна быть разработана специализированными научными организациями на основании анализа обширной базы эксплуатации кранов с продленным сроком службы. Также необходимо провести уточнение значений и коэффициентов, ныне используемых при определении остаточного ресурса.
Список используемой литературы
ПБ 10-14-92 «Правила устройства и безопасной эксплуатации подъемных кранов»
РД 10-112-96 «Методологические указания по обследованию ГПМ с истекшим сроком службы»
Соколов С.А., Карзов Г.П. Прочность и долговечность металлических конструкций ПТМ: Учеб. Пособие. – Л.: ЛПИ, 1989 -88 с., с ил.
Все Краны – 2006 – 02/02.
http://www.cranewreck.ru/
Концевой Е.М., Розенштейн Б.М. Ремонт крановых металлоконструкций – М.: Машиностроение, 1979. – 206 с., с ил.
Пустовой В.Н. Металлоконструкции грузоподъемных машин. Разрушение и прогнозирование остаточного ресурса. – М.: Транспорт, 1992 – 256 с., с ил.
Котельников В.С., Зарецкий А.А и др. Алгоритм оценки выработки грузоподъемным краном нормативного срока службы.
Коцубенко В.П., Измеров М.А.. Оценка остаточного ресурса металлоконструкций мостового крана в вероятностном аспекте// Вестник Брянского государственного технического университета – 2007 – №3(15).
33