• Все новости •

НОВОСТЬ от 18.01.2013

 

Остаточные прогибы крановых мостов

 


УДК 621.873.83:006.354

Канд. техн. наук В.А. Слободяник,
канд. техн. наук Л.М. Козарь

ОСТАТОЧНЫЕ ПРОГИБЫ КРАНОВЫХ МОСТОВ.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В СВЕТЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КРАНОВ.

Постановка проблемы и анализ последних исследований. Проблема увеличения остаточных прогибов несущих конструкций является актуальной ещё с середины прошлого столетия, а начало её изучения положено трудами Е.О. Патона, А.В. Дятлова. В краностроении исследованиями указанного вопроса занимались М.М. Гохберг, Б.С. Ковальский и другие известные ученые. Если проанализировать результаты ранее проведенных работ, в частности результаты наблюдений за прогибами пролетных балок, то обобщающим итогом может быть график, изображенный на рис. 1. Кривая «время - деформация (остаточный прогиб)» показывает характер нарастания остаточного прогиба в зависимости от времени эксплуатации. Кривую разделяют на три характерных участка:
1) участок АВ - интенсивное нарастание прогиба, включающее конструктивную усадку, затем убывание скорости нарастания;
2) участок ВС - скорость нарастания постоянная, зависящая от соответствия фактического режима работы крана расчетному;
3) участок от точки С и далее - резкий перелом, характеризующийся спонтанным нарастанием прогиба.

Рисунок 1 - Общий вид кривой зависимости остаточного прогиба пролетной балки от времени эксплуатации крана

 

Нерешенные ранее вопросы. Сложившаяся на сегодняшний день ситуация с условиями, в которых эксплуатируется (и будет эксплуатироваться далее) действующий парк грузоподъёмных кранов мостового типа, по ряду причин требует уточнения указанная зависимости. Необходимость в уточнении вызвана, прежде всего, как использованием существующей методологии определения фактического числа циклов работы кранов, так и накоплением статистического материала по состоянию крановых мостов в процессе их длительной эксплуатации со значительным превышением расчетного срока службы.
Цель статьи - установить зависимость роста остаточных прогибов пролетных балок от числа циклов работы крана, с одной стороны, и времени эксплуатации крана (в годах) - с другой стороны.
Основной материал. Как известно, в соответствии с техническими условиями (ТУ) на изготовление кранов [1] в расчете металлоконструкции, в зависимости от заданного режима работы, закладывается соответствующее расчетное число циклов работы крана [2], т.е. предусматривается его эксплуатация до достижения точки С (рис. 2). Это гарантия того, что нарастающий остаточный прогиб не превысит допускаемого значения [f], соответствующего точке D. Шкала оси ординат на графике (рис. 2) учитывает строительный подъем пролетной балки (предварительный выгиб вверх) fстр=L/1000, где L - пролет крана [1].

Рисунок 2 - Зависимость остаточного прогиба пролетной балки от числа циклов работы крана в соответствии с расчетом


Известно, что при проектировании крановых конструкций в основе приняты расчеты на статическую прочность и соблюдение требований жесткости пролетных балок. Расчет на усталость всегда рассматривался как вспомогательный, применялись упрощенные методы, возможные ошибки (до 75% и выше) выявлялись при испытаниях. А возможности приобретения новых кранов, в случае проявления каких - либо первых дефектов, в т.ч. трещин и прогибов, не выделяло проблему остаточного ресурса в разряд актуальных, как при нынешней ситуации в экономике Украины и стран СНГ. Необходимость же проведения расчета остаточного ресурса по критерию усталости отличается от проектировочного, по крайней мере, двумя особенностями: а) он проводится для конкретного образца крана, с конкретным металлом и суммой накопленных повреждений; б) погрешности расчета не могут быть проверены испытаниями, как это делалось для кранов серийного производства/3/. Поэтому представляет интерес на основании обработки значительного объёма статистических данных, полученных в процессе выполнения экспертных обследований, установить следующее: зависит ли ресурс металлоконструкции (в циклах её работы) от времени эксплуатации крана (в годах), и если зависит, то каков характер этой зависимости - прямо пропорциональный (как считается) или другой (как подтверждает действительность).
Графики (рис. 3 и 4), построенные по данным измерений остаточных прогибов, подтвердили качественную сторону наших теоретических предположений/4/. Так, наличие в примерно 80 % обследуемых кранов строительного подъёма свидетельствует о том факте, что напряжения, при которых работают металлоконструкции мостов находятся на таком низком уровне, что появление трещин в металле и сварочных швах, которые могли бы относиться к разряду «опасных», а состояние кранов «предельным» («граничным») маловероятно. Подтверждением результатов наших исследований на деформационном уровне можно считать работу [5], авторы которой также утверждают, что усталостные разрушения маловероятны, так как максимальные напряжения в пролетных балках находятся в пределах от 70 до 135 МПа. Уровень этих напряжений существенно ниже предела выносливости малоуглеродистых сталей при изгибе, даже если принимать его для знакопеременной (симметричной) нагрузки.

Рисунок 3

Рисунок 4

Выводы. Таким образом, несмотря на то, что наши исследования основаны на идеализированных предпосылках, т.е. не учитывались влияния режимов, пролетов, условий эксплуатации и т.п., можно сделать следующие выводы:
1) число циклов, на которое были рассчитаны металлоконструкции пролетных балок значительно (в два и более раза) превышает установленный срок службы кранов, определяемый по техническим условиям на изготовление кранов в годах (таблица 1), а потому календарный срок службы кранов не является критерием, определяющим их предельное состояние;
2) имеющиеся факты превышения допускаемого значения остаточного прогиба ([f]>0,0035L) можно объяснить следующими причинами [6]:
- разовые подъёмы груза, масса которого превышает грузоподъем-ность крана (т.е. нарушение правил эксплуатации);
- эксплуатация в нерасчетном режиме - кран легкого или среднего режима эксплуатируются в среднем или тяжёлом соответственно/5/;
- низкое качество ремонта и последующей эксплуатации крана.

Таблица 1
Полный установленный срок службы кранов
Наименование крана Норма, лет, для групп режима работы по ИСО 4301-1-86
А1-А3 А4-А5 А6-А7 А8
1 Краны мостовые и козловые с грузовой тележкой (неизнашивающиеся детали механизмов/металлоконструкция) 30/50 25/30 15/25 10/20
2 Козловые краны с электроталью 25/50 20/30 - -
Примечание. Срок службы крана определяется сроком службы его несущих металлических конструкций [7].

Список литературы

1. ГОСТ 27584-88. Краны мостовые и козловые электрические. Общие технические условия [Текст]. - Введ. 1990-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2003. - 16 с.
2. ГОСТ 25546-82. Краны грузоподъемные. Режимы работы [Текст]. - Введ. 1986-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2002. - 8 с.
3.Зарецкий А.А., Инденбаум А.И. Определение остаточного ресурса грузоподъёмных кранов/Подъёмные сооружения. Специальная техника. №01/2012, С.12-15.
4. Слободяник В.А. О косвенной оценке остаточного ресурса металлоконструкций крана. Изд. «Астропринт» г.Одесса, сб. тр. научно-практ. конфер. «Проблемы производства безопасной эксплуатации подъёмных сооружений в Украине и в России», 21-24 мая 2004г., С.248-250.
5. Будиков Л.Я. Расчетные напряжения в опасном сечении главных балок. «Подъёмные сооружения. Специальная техника» №6, -2007, С.18-19.
6. Ковальский Б.С., Слободяник В.А., Иванов В.Н. Некоторые проблемы украинского краностроения. Ст. деп. в ГНТБ Украины,03.10.94г.№1894-Ук-94.
7. Справочник по кранам [Текст] : в 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металличес-ких конструкций / В. И. Брауде, М. М. Гохберг, И. Е. Звягин [и др.] ; под. общ. ред. М. М. Гохберга. - М. : Машиностроение, 1988. - 536 с.

Ключевые слова: кран мостового типа, пролетная балка, остаточный прогиб, срок службы.

Аннотация

В статье рассматриваются грузоподъемные краны мостового типа. По результатам экспериментальных исследований получены зависимости остаточного прогиба пролетной балки от числа циклов работы крана. Доказано, что календарный срок службы кранов не является критерием, определяющим их предельное состояние.