CC BY
345
УДК 621.86
КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ И ОТКАЗОВ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
В.Ю. Анцев, П.В. Витчук, К.Ю. Крылов
Представлены данные о дефектах и отказах башенных кранов по Калужской области. Предложен алгоритм классификации дефектов и отказов.
Ключевые слова: база данных, башенный кран, дефект, диагностирование, классификация, отказ.
Обеспечение надежной и безотказной работы грузоподъемных машин (ГПМ) является важной задачей, имеющей существенное значение для всех отраслей промышленности. Для ее эффективного решения необходимо своевременно производить техническое диагностирование ГПМ с целью достижения на основе обеспечения оптимальных режимов их функционирования не только повышения надежности, эффективности использования и увеличения технического ресурса ГПМ, но и сокращения трудовых, временных и материальных затрат на всех стадиях эксплуатации [1]. Реализация основной цели технического диагностирования требует решения следующих задач [2]:
1) предотвращение возможных отказов ГПМ на основе раннего обнаружения дефектов и неисправностей, что позволяет их устранять в процессе технического обслуживания и ремонта;
2) увеличение наработки ГПМ на основе сокращения времени нахождения в техническом обслуживании и ремонте и своевременной замены дефектных элементов;
3) предотвращение преждевременных ремонтов элементов ГПМ, находящихся в исправном состоянии, на основе своевременного получения информации об их техническом состоянии;
4) сокращение потребности в некоторых запасных элементах ГПМ на основе заблаговременного их ремонта;
5) определение остаточного ресурса и остаточной стоимости ГПМ;
6) корректирование программ технического обслуживания и ремонта для обеспечения возможности эксплуатации ГПМ по техническому состоянию.
Таким образом, задачами технической диагностики как науки являются определение технического состояния объекта диагностирования в условиях ограниченной информации и изучение средств и методов получения диагностической информации с разработкой алгоритмов контроля, поиска дефектов и минимизаций процесса постановки диагноза. Для решения первой задачи теоретическим фундаментом является теория распознавания образов [3]. Также важным теоретическим направлением диагностики является теория контролепригодности.
Техническая диагностика рассматривает алгоритмы распознавания как задачи классификации и основывается на диагностических моделях, устанавливающих связь между техническим состоянием объектов диагностирования и отражениями в пространстве диагностических сигналов. Важной частью распознавания являются правила принятия решения. Решения задач основываются на моделях отказов, изучаемых в теории надежности, с привлечением методов теории статистических решений.
Применение ЭВМ позволяет существенно упростить и ускорить процесс технического диагностирования, а решение задач технического диагностирования может быть получено при помощи автоматизированной экспертной системы всего цикла «Эксплуатация - Учет - Диагностика -Ремонт». Центральным звеном экспертной системы диагностирования ГПМ является база данных и ее система управления [4, 5].
База данных должна содержать информацию о дефектах и отказах ГПМ и может быть составлена на основе паспортных данных кранов, результатов технических осмотров, ведомостей обнаруженных дефектов, классифицированных по типам ГПМ.
Несомненно, для однотипных кранов будут выявлены наиболее часто встречаемые виды дефектов. Таким образом возможно выявить наиболее часто отказывающие узлы, подузлы или детали для различных ГПМ, в том числе лифтов [6]. Полученные данные можно использовать для наполнения базы данных экспертной системы диагностирования. С целью упрощения работы с базой данных, а также ее унификации для возможности использования и дополнения различными организациями, в том числе осуществляющими проектирование ГПМ, их техническое обслуживание, обследование и ремонт, целесообразной видится разработка единого классификатора дефектов и отказов.
Рассмотрим классификацию дефектов и отказов на примере башенных кранов. Авторами были собраны данные о всех дефектах и отказах башенных кранов, отработавших нормативный срок службы, по Калужской области за последние 5 лет. С использованием материалов, представленных в сводных ведомостях дефектов, была составлена общая таблица дефектов и отказов 196 башенных кранов, содержащая все сведения о конкретном кране: тип, модель, завод-изготовитель, завод-владелец, регистрационный номер, год изготовления и т.д.
Все дефекты и отказы предложено распределять по 5 основным группам: «Металлоконструкция», «Механизмы», «Опорно-поворотное устройство», «Канатно-блочная система» и «Электрооборудование и приборы безопасности». Дефекты и отказы, которые невозможно отнести к одной из этих групп, предложено выделять в отдельную группу «Прочие дефекты и отказы» (таблица).
При исследовании были исключены из рассмотрения те виды дефектов и отказов, которые произошли не из-за недостатков процессов монтажа и эксплуатации грузоподъемных машин, а из-за недосмотров и халатного отношения к состоянию ГПМ обслуживающего персонала.
Затем была выявлена наиболее многочисленная группа однотипных башенных кранов - КБ-403А (45 кранов) и аналогичным методом исключены дефекты и отказы, не относящиеся к процессу эксплуатации ГПМ, после чего были выявлены так называемые «слабые места».
Анализ полученных данных показал, что, в общем, в башенных кранах Калужской области, 10 % обнаруженных дефектов и отказов - это трещины или разрывы в металлоконструкции, тогда как в группе обследованных КБ-403А данный показатель равен 11 %. Отсутствие дренажных отверстий было зафиксировано в 9 % всех башенных кранов, что касается КБ-403А, то в 19 % от их общего числа не было обнаружено дренажных отверстий. Трещины по сварным швам и деформация раскосов были зафиксированы в 8 и 7 % башенных кранов соответственно.
Среди дефектов и отказов механизмов необходимо отметить, что в основном обнаруженные дефекты являются следствием технических недосмотров и ненадлежащего обслуживания. Интересующую часть дефектов и отказов составляют ослабление крепления механизма поворота - 8 % среди башенных кранов Калужской области и 11 % - среди КБ-403А; износ зубьев колес редукторов и открытых передач - 8 и 26 % соответственно.
Также выявлено, что максимальное количество дефектов и отказов башенных кранов обнаружено в канатно-блочной системе - 45 % среди всех башенных кранов области и 38 % среди КБ-403А.
Дефекты и отказы башенных кранов по Калужской области
Все башенные краны Краны КБ-403 А
1 2 3 4
Дефект (отказ) Кол-во Дефект (отказ) Кол-во
Металлоконструкция
Состояние окраски неудовлетворительное 72 Состояние окраски неудовлетворительное 21
Трещины и разрыв по основному металлу 23 Трещины или разрыв по основному металлу 8
Отсутствие дренажных отверстий 21 Отсутствие дренажных отверстий 17
Деформация и вздутие раскосов 19 Деформация и вздутие раскосов 8
Неработоспособное состояние подъемной лестницы 18 Неработоспособное состояние подъемной лестницы 5
Трещины по сварным швам 16 Трещины по сварным швам 10
Продолжение
1 2 3 4
Недопустимая толщина верхнего листа 8 Недопустимая толщина верхнего листа 5
ходовой рамы ходовой рамы
Ослаблены болтовые соединения 7 Ослаблены болтовые соединения 5
Деформация частей МК 7 Деформация частей МК 2
Деформация стрелы 7 Деформация стрелы 1
Другие 24 Другие 6
Механизмы
Тормоза не отрегулированы 50 Тормоза не отрегулированы 10
Механизм передвижения демонтирован 18 Механизм передвижения демонтирован 6
или отсутствует или отсутствует
Ослаблено крепление мех. поворота 17 Ослаблено крепление мех. поворота 5
Ослаблено крепление обойм цевочного колеса мех. поворота 14 Тормоза неработоспособны 3
Тормоза неработоспособны 11 Отсутствуют защитные кожухи 3
Отсутствуют защитные кожухи 11 Износ зубьев шестерни открытой передачи более 20 % 7
Износ зубьев шестерни открытой передачи более 20 % 9 Неработоспособное состояние механизма передвижения 1
Неработоспособное состояние механизма 7 Износ зубьев колес редуктора более 5
передвижения 15 %
Износ зубьев цевочной шестерни более 7 Разрушение резиновых втулок соеди- 3
20 % нительных муфт
Разрушение резиновых втулок соединительных муфт 7 Ослаблено крепление фланца барабана 1
Износ зубьев колес редуктора более 15 % 5 Смещение грузового барабана 1
Другие 48 Отсутствуют гидротолкатели 1
Опорно-поворотное устройство
Ослаблены болтовые соединения 53 Ослаблены болтовые соединения 21
Болтовые соединения зубчатого колеса не 6 Болтовые соединения зубчатого колеса 2
застопорены не застопорены
Отсутствуют болты соединений 15 Отсутствуют болты соединений 5
Отсутствует вращение опорных роликов башни 1 - -
Перекос поворотной рамы 1 - -
Перекос поворотных обойм 1 - -
Перекос ОПУ 1 - -
Канатно-блочная система
Неработоспособное состояние грузового 47 Неработоспособное состояние грузово- 14
каната го каната
Срок службы каната более 5 лет 46 Срок службы каната более 5 лет 25
Неработоспособное состояние негрузовых 41 Неработоспособное состояние негрузо- 19
канатов вых канатов
Окончание
1 2 3 4
Срок службы оттяжки более 5 лет 35 Срок службы оттяжки более 5 лет 20
Неудовлетворительное состояние смазки каната 19 Неудовлетворительное состояние смазки каната 4
Другие 8 Другие 5
Электрооборудование и приборы безопасности
Приборы безопасности отсутствуют 63 Приборы безопасности отсутствуют 17
Концевые выключатели не работают или заблокированы 41 Концевые выключатели не работают или заблокированы 21
Свободный доступ в защитную панель 41 Свободный доступ в защитную панель 19
Ограничитель грузоподъемности не работает 36 Ограничитель грузоподъемности не работает 20
Состояние неработоспособное 24 Состояние неработоспособное 14
Отсутствуют противоопрокидывающие захваты 24 Отсутствуют противоопрокидывающие захваты 11
Приборы безопасности не отрегулированы 19 Приборы безопасности не отрегулированы 10
Анемометры не работают 10 Анемометры не работают 4
Другие 3 Другие 2
Прочие дефекты и отказы
Отсутствует таблица с паспортными данными крана 31 Отсутствует таблица с паспортными данными крана 8
Сиденье крановщика не соответствует п.2.14.12 ПБ 10-382-00 14 Износ зева крюка более 10 % 1
Состояние настила на стреле неудовлетворительное 7 На стропах отсутствуют коуши 1
Состояние крепления кабины неудовлетворительное 5 Отсутствует сиденье крановщика 1
Износ зева крюка более 10% 4 Состояние грузозахватного приспособления неработоспособное 1
На стропах отсутствуют коуши 4 Состояние предохранительного замка неработоспособное 1
Отсутствует сиденье крановщика 2 Свободный доступ к крановому рубильнику 1
Масса балласта на портале не соответствует паспорту 2 - -
Другие 13 - -
Далее каждому виду дефектов и отказов был присвоен специальный номер, что упрощает процесс представления результатов обследования кранов. Принцип кодирования заключается в соблюдении строго иерархического порядка присвоения кодовых обозначений. Использование буквенно-цифрового кода является доступным для визуального восприятия, а
также удобно для использования. Присвоение происходит поблочно от обобщенного блока к конкретизирующему. При присвоении используется структура кода, аналогичная обозначению чертежей. Так, механический износ колеса редуктора механизма подъема группы «Механизмы» башенного крана будет иметь обозначение БК 01.02.01.002.003 (рисунок).
Алгоритм классификации дефектов и отказов
В настоящее время разрабатывается алгоритм программы, управляющей данной базой, которая позволит оператору принимать решения по результатам технического обследования и назначать плановые проверки, а также выбирать методы восстановления работоспособности узлов и деталей ГПМ при необходимости.
Кроме того, в конструкции ГПМ при проектировании должны быть исключены или уменьшены до допустимых значений риски [7] от всех идентифицированных опасностей на всех стадиях жизненного цикла, включая нормальную эксплуатацию, чрезвычайные ситуации (отказы и внешние воздействия), предполагаемые ошибки персонала и недопустимое
126
(прогнозируемое) использование. База дефектов и отказов позволит учесть проблемы критических мест еще на стадии проектирования крана, а это крайне важно, учитывая то, что практически все ГПМ являются объектами повышенной опасности.
Таким образом, результаты обследований будут объективно отображать состояние ГПМ, а выявленные часто встречающиеся дефекты и отказы дают дополнительный стимул для исследований и новых технических решений при проектировании кранов.
Список литературы
1. Селиверстов Г.В., Анцев В.Ю., Вобликова Ю.О. Построение оптимального алгоритма диагностирования крановых металлоконструкций // Строительные и дорожные машины. 2013. № 7. С. 23-24.
2. Диагностирование грузоподъемных машин / В.И. Сероштан [и др.] / под ред. В.И. Сероштана, Ю.С. Огаря. М.: Машиностроение, 1992. 192 с.
3. Анцев В.Ю., Толоконников А. С., Ковалева А.Е. Управление эксплуатацией грузоподъемных машин на основе процессного подхода // Подъемно-транспортное дело. 2012. № 1. С. 5-7.
4. Сероштан В.И. Система оперативной диагностики грузоподъемных машин // Безопасность труда в промышленности. 1999. № 6. С. 16-18.
5. Васин С.А., Иноземцев А.Н., Анцев В.Ю. Информационная инфраструктура технологической подготовки производства // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2004. № 6. С. 32-44.
6. Анцев В.Ю., Витчук П.В. Расчет параметров канатоведущего шкива лифта в процессе износа // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 2-6(292). С. 112 - 118.
7. Анцев В.Ю., Толоконников А.С., Горынин А.Д. Автоматизация расчета рисков возникновения отказов грузоподъемных кранов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 7. Ч. 1. С. 214-220.
Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, An-zev@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, zzzVentor@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Крылов Константин Юрьевич, директор, kmz 40 kk@,mail.ru, Россия, Калуга, ООО «РИТЦ»
CLASSIFICA TION OF DEFECTS AND FAIL URES OF LOAD-LIFTING MACHINES
V.J. Anzev, P.V. Vitchuk, K.J. Krylov 127
Data of the defects and failures of tower cranes in Kaluga region are submitted. The algorithm for classification defects and failures is offered.
Key words: database, tower crane, defect, diagnosis, classification, failure.
Anzev Vitaliy Jur 'evich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, An-zev@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical science, zzz Ventor@yandex. ru, Russia, Kaluga, Moscow Bauman State Technical University (Kaluga Branch),
Krylov Konstantin Jurievich, director, kmz_40_kk@,mail. ru, Russia, Kaluga, LLC «RITC»
УДК 621.9-114
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ОТКАЗОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
А.И. Никоноров
Рассмотрены вопросы модификации режимов резания при прогнозировании параметрических отказов технологических систем в контексте задач проектирования технологических комплексов механической обработки. Приведен подход к прогнозированию отказов технологических систем, основанный на аналитических расчетах точности обработки. Поставлена задача оптимизации режимов обработки и приведен пример ее решения.
Ключевые слова: проектирование технологических комплексов, режимы резания, технологическая система, производственная неопределенность, точность обработки.
Одними из важнейших проблем проектирования современных предприятий машиностроения являются адаптация и совершенствование существующих подходов к решениям задач выбора и расчета количества оборудования в условиях так называемой производственной неопределенности. Ключевым отличием принятых в отечественной практике подходов к проектированию технологических комплексов (ТК) [1, 2] является использование нормативных показателей фондов времени и фиксированных показателей производственной программы. Зарубежные методы [3] предполагают проведение проектных расчетов и моделирования производст-
