CC BY
73
УДК 622.873
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1259-1262
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ БАЛОК МОСТОВЫХ КРАНОВ ПРИ ИХ ВОССТАНОВЛЕНИИ
© Е.В. Пояркова1*, В.С. Гарипов1*, А.М. Авдонин2)
1) Оренбургский государственный университет, г. Оренбург, Российская Федерация, e-mail: liniklika@mail.ru, vladimir.garipov@mail.ru 2) Научно-производственная фирма «Завод «Измерон»», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация,
e-mail: personal@izmeron.ru
В работе описан новый подход к восстановлению пролетных металлоконструкций (МК) грузоподъемных машин (ГПМ). Показано, что использование альтернативных способов крепления деталей МК при проведении ре-монтно-восстановительных работ позволяет изменить технологию ремонта, существенно снизив ее трудоемкость.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние; мостовой кран; ремонт; сварной шов; строительный подъем.
В современных экономических условиях, во времена жесткой конкуренции, многие производители стремятся повысить конкурентноспособность своей продукции путем снижении производственных затрат. К таким затратам могут относиться расходы на ремонт и содержание существующего оборудования или приобретение нового. Одной из многочисленных линеек оборудования, на содержание которого ежегодно расходуются десятки миллионов рублей, является транспортное оборудование, в частности грузоподъемные машины. Если принять во внимание тот факт, что на многих предприятиях свыше 30 % транспортных операций выполняется крановым оборудованием, то оптимизация затрат на его содержание и обновление является немаловажной задачей современной промышленности. Однако параллельно с сокращением расходов на содержание оборудования остро встает вопрос о сохранении его надежности.
От надежной и безопасной работы транспортного оборудования, к числу которого относятся грузоподъемные краны, зависит не только бесперебойное функционирование технологического процесса, но и безопасность работников предприятия. К сожалению, аварийные ситуации, связанные с эксплуатацией ГПМ, не являются редкостью. Согласно статистическим данным Ростехнадзора России, производственный травматизм и аварийность на подъемных сооружениях занимают 3 место в первой тройке (после травматизма в угольной и горнорудной промышленности) и составляют примерно 90 аварий в год [1-2]. Проблема обеспечения надежной и безопасной эксплуатации ГПМ с каждым годом становится все более актуальной, т. к. их старение значительно опережает темпы технического перевооружения. В настоящее время парк грузоподъемных машин, отработавших нормативный срок службы, составляет около 85 %, что свидетельствует о необходимости поиска методов сохранения жизнеспособности
существующего парка ГПМ [3-8]. И так как грузоподъемные машины на 80 % состоят из МК, то их восстановление является первоочередной задачей в решении проблемы обеспечения промышленной безопасности производства. При этом основным дефектом МК мостового крана считается недопустимый прогиб его главной балки, а способом восстановления ее геометрии могла бы выступить механическая правка без нагрева или с нагревом.
Предположим, максимальный прогиб в середине балки превышает допускаемую величину, тогда при приложении достаточной нагрузки в обратном направлении работы грузовой лебедки можно устранить данный дефект. В качестве примера была проанализирована главная балка мостового крана сечением 400x200x12 мм, длина пролета 10 м. При этом нагрузки распределены начиная от центра - 5, 3, 1 тонны.
Чтобы устранить дефект, возникающий при холодной правке, напряжения в верхнем и нижнем поясе и частично в стенках балки должны превышать предел текучести материала (рис. 1). Если приложить нагрузки к балке, при которых напряжения будут частично превышать предел текучести материала балки, то прогиб в ней будет порядка 60-80 мм (рис. 2), что намного больше допустимого, а удлинение/укорочение длины верхнего/нижнего пояса составит 12,8 мм (исходя из закона Гука).
Учитывая, что упругие деформации не превышают 30 %, тем не менее, прогиб после снятия нагрузки превосходит допускаемую величину, но в противоположном направлении (отрицательный подъем). Стало быть, без предварительного нагрева устранить прогиб в большепролетных балках весьма затруднительно.
Однако использование нагрева также усложняет процесс восстановления работоспособности МК (необходим демонтаж главной балки, ее транспортировка, использование туннельной печи и т. д.). При этом слож-
Iе
I
Рис. 1. Распределение напряжений по длине главной балки и по высоте ее поперечного сечения (максимум напряжений посередине балки, а также в верхних и нижних точках поперечного сечения - 256 МПа)
I
I
Рис. 2. Перемещения сечений по длине главной балки
ности в данном методе восстановления вызывают теоретический расчет параметров термической обработки и прогноз усилий нагружения, а также оценка возникновения остаточных деформаций и напряжений в главной балке и металлоконструкции в целом.
Поэтому был спроектирован альтернативный способ восстановления МК ГПМ, который исключает про-
ведение дорогостоящих операций по демонтажу и транспортировке МК для осуществления ремонтных работ, как это предписывается многочисленными нормативными документами (НД). Ремонт осуществляется непосредственно на МК смонтированного крана. А усиление ослабленного места МК производится дополнительной металлоконструкцией коробчатого сечения «лодочкой» [9], специально спроектированной для подобных случаев. Крепление «лодочки» производится без применения угловых сварных соединений, ориентированных поперек оси МК. Наличие же в креплении электрозаклепок позволяет усиливающей накладке и МК работать совместно (рис. 3). Данный способ ремонта хорошо зарекомендовал себя на действующих ГПМ на металлургических предприятиях Оренбургской области. Он может применяться для устранения таких дефектов, как: трещины в вертикальных поясах пролетных балок, уменьшение длины балок, восстановление строительного подъема [10].
С целью оценки возможности проведения ремонт-но-восстановительных работ был предложен расчетный метод определения действительного геометрического положения балки в пространстве относительно любой опорной поверхности, на основании которого разработана программа для ЭВМ "FlexСros 1.0", позволяющая по данным геодезической съемки балки определять максимальную величину отклонения ее геометрии от нормальных значений (рис. 4) и согласно требований НД устанавливать необходимость проведения ремонта [11].
Для восстановления строительного подъема предложен метод, суть которого заключается в следующем: в МК балки необходимо вырезать клин так, чтобы были прорезаны нижний пояс, вертикальные листы, но не затронут верхний пояс балки. Количество вырезов не ограничивается одним в середине балки. Для более точного соответствия первоначальной геометрии МК
Рис. 3. Предложенный метод крепления лодочки
Рис. 4. Рабочее окно программы "FlexCros 1.0"
допускается выполнение двух и более клиновых вырезов. Расчет каждого последующего клинового выреза необходимо производить после получения достоверных данных о фактическом состоянии пролетной балки после сведения и заварки первого выреза.
Для удобства определения размеров вырезаемого клина выведено соотношение [4]:
l = 2 • tg ф • h = ф • h = 5 • h
(¥)
мм,
где I - основание вырезаемого клина, мм; ф - угол при вершине клина, рад; к - полная высота балки, мм; а -высота нормального строительного подъема, мм; / -высота отрицательного строительного подъема (прогиба), мм; Ь - длина балки, мм.
Получившейся из сторон клина стык заваривают электродуговой сваркой. Место стыка нижнего пояса балки необходимо усилить прикреплением к низу балки дополнительной конструкции «лодочка». Основной задачей усиливающей накладки является не только перекрытие сварного шва на нижнем поясе балки, но и увеличение момента сопротивления сечения. Положительное влияние на работоспособность МК балок после прикрепления «лодочки» подтверждается выполненными расчетами и натурными испытаниями.
Предложенный подход к ремонтно-восстанови-тельным работам позволяет иначе взглянуть на вопрос
сохранения существующего парка ГПМ. Применение описанной методики позволяет снизить расходы на ремонт МК на сумму, соизмеримую с затратами на демонтаж и монтаж МК, и сократить время проведения ремонта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Липатов А.С., Емельянова ГА. Об учете ненормируемых условий эксплуатации при назначении показателей риска грузоподъемных кранов // Механизация строительства. 2014. № 5. С. 60-64.
2. Липатов А.С., Емельянова Г.А. О максимально допустимых значениях вероятностей аварий при разработке обоснования безопасности грузоподъемных кранов общего назначения // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2014. № 11. С. 20-24.
3. Овчинников Н.В. Методика оценки технического состояния сварных несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов: авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2010. 24 с.
4. Пояркова Е.В., Авдонин А.М. Метод восстановления строительного подъема пролетных балок мостовых кранов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2015. № 4. С. 3-7.
5. Пояркова Е.В., Авдонин А.М. Обеспечение эксплуатационной прочности несущих элементов конструкций на основе оптимизации технологии их ремонта // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2015. № 5. С. 20-27.
6. Гаврилов А.А., Морозов Н.А., Власов Ю.Л. Методика расчета собственных частот кран-балок // Вестник Оренбург. гос. ун-та. 2015. № 1. С. 212-217.
7. Гарипов В.С., Горелов С.Н., Веккер П.И., Никитенко К.С. Анализ напряженно-деформированного состояния металлоконструкций и канатов навесного самоподъемного крана // Строительная механика и расчет сооружений. 2015. № 4. С. 4-11.
8. Абдрахимова Р.И., Фролова О.А. Применение программных комплексов в расчетах элементов конструкций // Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии: сб. материалов 6 Всерос. науч.-практ. конф. Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2013. С. 399-401.
9. Патент № 147876. Накладка для ремонта балки металлоконструкции / А.М. Авдонин, О.Г. Камышев, И.В. Артемасов, Д.Н. Арте-менко, Е.В. Пояркова (РФ). 2014130496/02; заявлено 22.07.2014; опубл. 20.11.2014. Бюл. № 32.
10. Ольшевский И.Ю., Пояркова Е.В., Камышев О.Г., Авдонин А.М. Восстановление несущей способности пролетных балок мостовых кранов // Прогрессивные технологии в транспортных системах: сб. тр. 11 Междунар. науч.-практ. конф. Оренбург, 2013. С. 399-406.
11. Авдонин А.М., Пояркова Е.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014612384 Определение фактического прогиба пролетных балок мостовых кранов на основе геодезических данных "FlexCros 1/0" (заявка № 2013662245. Дата поступления 27.12.2013. Дата гос. регистрации в Реестре программ для ЭВМ 25.02.2014. Дата публикации 20.03.2014).
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 622.873
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1259-1262
ANALYSIS OF STRESS-STRAIN STATE OF STEEL CONSTRUCTIONS IN BEAMS OF BRIDGE CRANES IN THEIR RESTORATION
© E.V. Poyarkova1), V.S. Garipov1), A.M. Avdonin2)
1) Orenburg State University, Orenburg, Russian Federation, e-mail: liniklika@mail.ru, vladimir.garipov@mail.ru 2) Scientific and Production Company "Plant "Izmeron", Saint-Petersburg, Russian Federation, e-mail: personal@izmeron.ru
The paper describes a new approach to restoring of span steel constructions (SC) of lifting equipment (LE). It is shown that the use of alternative methods of mounting SC parts during repair work allows changing the repair technology, significantly reducing the complexity of it.
Key words: stress-strain state; bridge crane; repair; welding seam; construction recovery.
REFERENCES
1. Lipatov A.S., Emel'yanova G.A.Ob uchete nenormiruemykh usloviy ekspluatatsii pri naznachenii pokazateley riska gruzopod"emnykh kranov. Mekhanizatsiya stroitel'stva—Mechanization of construction, 2014, no 5, pp. 60-64.
2. Lipatov A.S., Emel'yanova G.A. O maksimal'no dopustimykh znacheniyakh veroyatnostey avariy pri razrabotke obosnovaniya bezopas-nosti gruzopod"emnykh kranov obshchego naznacheniya. Remont, Vosstanovlenie, Modernizatsiya — Repair, Reconditioning, Modernization, 2014, no. 11, pp. 20-24.
3. Ovchinnikov N.V. Metodika otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya svarnykh nesushchikh metallokonstruktsiy gruzopod"emnykh kranov. Avtoreferat dissertatsii ... kandidata tekhnicheskikh nauk. St. Petersburg, 2010. 24 p.
4. Poyarkova E.V., Avdonin A.M. Metod vosstanovleniya stroitel'nogo pod"ema proletnykh balok mostovykh kranov. Remont, Vosstanovlenie, Modernizatsiya — Repair, Reconditioning, Modernization, 2015, no. 4, pp. 3-7.
5. Poyarkova E.V., Avdonin A.M. Obespechenie ekspluatatsionnoy prochnosti nesushchikh elementov konstruktsiy na osnove optimizatsii tekhnologii ikh remonta. Remont, Vosstanovlenie, Modernizatsiya — Repair, Reconditioning, Modernization, 2015, no. 5, pp. 20-27.
6. Gavrilov A.A., Morozov N.A., Vlasov Yu.L. Metodika rascheta sobstvennykh chastot kran-balok. Vestnik Orenburgskogo gosu-darstvennogo universiteta — Vestnik of the Orenburg State University, 2015, no. 1, pp. 212-217.
7. Garipov V.S., Gorelov S.N., Vekker P.I., Nikitenko K.S. Analiz napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya metallokonstruktsiy i kanatov navesnogo samopod"emnogo krana. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzheniy — Structural Mechanics and Analysis of Constructions, 2015, no. 4, pp. 4-11.
8. Abdrakhimova R.I., Frolova O.A. Primenenie programmnykh kompleksov v raschetakh elementov konstruktsiy. Sbornik materialov 6 Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Komp'yuternaya integratsiyaproizvodstva i IPI-tekhnologii". Orenburg, LLC Publishing and Printing Complex "Universitet", 2013, pp. 399-401.
9. Avdonin A.M., Kamyshev O.G., Artemasov I.V., Artemenko D.N., Poyarkova E.V. Patent RF, no. 147876. Nakladka dlya remonta balki metallokonstruktsii. 2014130496/02; zayavleno 22.07.2014; opubl. 20.11.2014. Byul. no. 32.
10. Ol'shevskiy I.Yu., Poyarkova E.V., Kamyshev O.G., Avdonin A.M. Vosstanovlenie nesushchey sposobnosti proletnykh balok mostovykh kranov. Sbornik trudov 11 mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Progressivnye tekhnologii v transportnykh sis-temakh". Orenburg, 2013, pp. 399-406.
11. Avdonin A.M., Poyarkova E.V. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programmy dlya EVM № 2014612384 Opredelenie fakti-cheskogo progiba proletnykh balok mostovykh kranov na osnove geodezicheskikh dannykh "FlexCros 1/0" (zayavka no. 2013662245. Data postupleniya 27.12.2013. Data gos. registratsii v Reestre programm dlya EVM 25.02.2014. Data publikatsii 20.03.2014).
Received 10 April 2016
Пояркова Екатерина Васильевна, Оренбургский государственный университет, г. Оренбург, Российская Федерация, доктор технических наук, доцент, доцент кафедры машиноведения, e-mail: liniklika@mail.ru
Poyarkova Ekaterina Vasilevna, Orenburg State University, Orenburg, Russian Federation, Doctor of Technics, Associate Professor, Associate Professor of Mechanical Engineering Department, e-mail: liniklika@mail.ru
Гарипов Владимир Станиславович, Оренбургский государственный университет, г. Оренбург, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент кафедры машиноведения, e-mail: vladimir.garipov@mail.ru
Garipov Vladimir Stanislavovich, Orenburg State University, Orenburg, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor of Mechanical Engineering Department, e-mail: vladimir.garipov@mail.ru
Авдонин Алексей Михайлович, Научно-производственная фирма «Завод «Измерон»», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, соискатель ученой степени кандидата технических наук, e-mail: personal@izmeron.ru
Avdonin Aleksey Mikhaylovich, Scientific and Production Company "Plant "Izmeron", Saint-Petersburg, Russian Federation, Candidate for a Degree of Candidate of Technics, e-mail: personal@izmeron.ru
