CC BY
149
Метрология и метрологическое обеспечение
МЕТРОЛОГИЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УДК 006:621.86.078.62
А.Н. Теплых
СГГ А, Новосибирск
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МОСТОВЫХ КРАНОВ И МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
В данной статье предлагается методика определения деформаций мостовых кранов и металлоконструкций с применением современных цифровых способов регистрации и обработки результатов измерений (например, цифровых нивелиров). Методика позволяет определять стрелу прогиба моста с ошибкой измерений порядка 0,2-0,3 мм, а деформацию металлоконструкций с ошибкой от 0,05 до 0,1 мм.
методы измерения силы, мостовой кран, цифровые нивелиры, металлоконструкции.
A.N. Teplykh SSGA, Novosibirsk
THE ESTIMATION METHOD OF BRIDGE CRANES AND FABRICATED METALS DEFORMATIONS
In this article the method of bridge cranes and fabricated metals deformations with the use of modern digital methods of registration and processing of measurements (for example, digital leveling instrument) is suggested. This procedure allows to detect the bending deflection of bridge accurate within 0,2-0,3 mm, and the deformation of fabricated metal within 0,05-0,1 mm.
methods of measurement of force, bridge crane, digital levelling instruments, metallic structures.
При изготовлении и эксплуатации мостовых кранов и металлоконструкций необходимо определять величину их деформаций в зависимости от прилагаемой к ним нагрузки (силы). Под деформацией мостовых и полярных кранов АЭС понимается изменение величины стрелы прогиба моста этих кранов в зависимости от величины веса перемещаемого груза. В свою очередь под деформацией металлоконструкций понимаются неоднократные изменения их формы и размеров в зависимости от прилагаемой к ним силы.
Определение стрелы прогиба моста крана. При изготовлении мостовых и полярных кранов, а также при их эксплуатации необходимо проводить аттестации различных параметров (при эксплуатации аттестация проводится ежегод-
105
Метрология и метрологическое обеспечение
но). Геодезическими способами и средствами измерений определяется величина стрелы прогиба при подъеме и перемещении максимально допустимого веса. В последние годы при реконструкции и замене технологического оборудования, например, генераторов турбоагрегатов, часто возникают ситуации, когда вес перемещаемого оборудования практически равен или значительно превышает номинальную грузоподъемность крана. В таких случаях определение стрелы прогиба моста крана производится с особой тщательностью. Кроме того, разрабатываются мероприятия по перемещению груза с помощью двух кранов. В этом случае необходимо определять стрелу прогиба моста каждого из двух кранов.
Также часто приходится поднимать и перемещать сложную металлоконструкцию или оборудование, вес которых можно оценить ориентировочно. В таких случаях необходимо решать две задачи: определение веса перемещаемого груза и определение стрелы прогиба моста крана.
Рассмотрим способы определения величины стрелы прогиба моста мостового крана. В настоящее время стрела прогиба моста крана определяется следующим образом. В точке А (рис. 1, а) устанавливается нивелир и зрительная труба визируется на миллиметровую линейку 1, прикрепленную к канату 2. После предварительного натяжения каната силой от 500 до 1 000 кг по линейке 1 производится отсчет с точностью 0,2-0,3 мм. Затем груз P поднимается над уровнем основания на 10-15 см и производится отсчет по линейке 1. Разность отсчетов даёт величину прогиба f мостового крана. Недостатком данной схемы является влияние на значение f величины растяжения каната под действием веса груза P. Для исключения влияния этого растяжения необходимо рядом с канатом подвесить стальную рулетку 3 с небольшим грузом P1, весом 8-10 кг. В точке B устанавливается нивелир, и по рулетке 3 производится отсчет до и после поднятия груза P. Данную схему можно применять тогда, когда высота крана над уровнем основания не превышает 15-20 см, так как при большей высоте на положение рулетки оказывают влияние локальные воздушные потоки. В таких случаях определение величины стрелы прогиба необходимо производить путем установки нивелира непосредственно на мост крана, например в точке C, а рейки 4 на середину моста. Величина стрелы прогиба определяется аналогично, по разности отсчетов, взятых до и после поднятия груза P.
Если вес перемещаемого оборудования превышает номинальную грузоподъемность крана, то используются два крана (рис. 1, б).
В этом случае перемещаемый груз удерживается на общей траверсе, которая в свою очередь удерживается канатами двух кранов. При таком перемещении груза можно определять общую величину прогиба или прогиб каждого моста двух кранов. В первом случае используется схема, показанная на рис. 1, а. Нивелир аналогично устанавливается в точке А, а линейка 1 прикрепляется к общей траверсе. Отсчеты по ней производятся до и после поднятия груза P.
106
Метрология и метрологическое обеспечение
Рис. 1. Схема определения стрелы прогиба мостового крана
В тех случаях, когда установить линейку на траверсе не представляется возможным, применяется схема, представленная на рис. 1, б. Для этого на мостах кранов в точках E, F и D устанавливаются три нивелира, а в пунктах 5, 6, 7 и 8 поочередно - шашечная рейка. Перед началом подъема груза P по рейкам в указанных пунктах производятся отсчеты. Эти отсчеты регистрируют первоначальное положение рам каждого моста. После поднятия груза производятся повторные отсчеты по рейке. По разности отсчетов получаем величину прогиба
107
Метрология и метрологическое обеспечение
каждой рамы моста. Среднее из прогибов двух рам моста каждого крана дает общую величину прогиба.
Определение деформации металлоконструкций. Современные тенденции развития науки и техники направлены на автоматизацию всех процессов производства, а также на автоматизацию испытаний различных образцов металлоконструкций. Повышение требований к точности измерений ведет к дальнейшему усовершенствованию конструкций испытательных машин. В связи с этим возникает задача создания универсальных методик проведения испытаний различных образцов металлоконструкций с применением электронно-цифровой техники (например, цифровых нивелиров), которая исключает субъективные погрешности и обеспечивает высокую точность измерений, например, при слежении за деформацией объектов.
При реализации методики определения деформации различных образцов металлоконструкций цифровым нивелиром требуется соблюдать необходимые условия измерений:
- в помещении не должно быть оборудования, создающего вибрацию;
- нивелир следует устанавливать на жестком основании на расстоянии наименьшего визирования от разрывной машины;
- обеспечивать необходимую освещенность рейки;
- диапазон температуры окружающего воздуха - 20-30 °С, при этом изменение температуры в процессе проведения испытаний не более 2-3 °С;
- относительная влажность воздуха - не более 80 %.
Если нивелир находился в условиях, где температура окружающего воздуха отличалась от указанной выше, то его необходимо выдерживать в помещении при данной температуре не менее 2 часов.
При определении растяжения арматурной стали необходимо получить информацию о значениях ее растяжения в различных точках исследуемого диапазона разрывной машины. Поставленная задача может быть решена следующим образом. Принципиальная схема методики определения растяжения образца арматурной стали цифровым нивелиром представлена на рис. 2. В зажимах разрывной машины МР-200 закрепляется исследуемый образец гладкой арматуры диаметром 16,02 мм. Диаметр исследуемого образца измеряется с помощью микрометра. Затем на жестком основании устанавливается высокоточный цифровой нивелир Trimble DiNi 0.3 на расстоянии от разрывной машины не менее 2 м (данные паспорта нивелира). Была разработана методика определения метрологических характеристик методом высокоточного геометрического нивелирования цифровым нивелиром. Данная методика включает в себя: выбор точности измерений, предела измерений, быстроты измерений и продолжительности цикла измерений. Точность измерений зависит от расстояния до предмета измерений, выбранной программы измерений и влияния внешних условий. В зависимости от поставленной задачи измерений могут применяться различные программы наблюдений.
108
Метрология и метрологическое обеспечение
Рис. 2. Принципиальная схема методики определения растяжения образца арматурной стали цифровым нивелиром:
1 - подвижная траверса разрывной машины; 2 - исследуемый образец арматурной стали; 3 - штрих-кодовая рейка; 4 - цифровой нивелир
Сущность первой программы состоит в том, что измерение перемещений производится путем однократного «взятия отсчета». Под однократным «взятием отсчета» понимается взятие отсчета по рейке путем однократного визирования на рейку и однократного нажатия на кнопку «пуск» нивелира. При этом необходимо отметить, что нивелир представляет на цифровом табло отсчет, состоящий из ста независимых отсчетов. После взятия ста отсчетов происходит их осреднение с последующей выдачей его на табло. Отсчет, взятый по рейке, при неизменном положении нивелира будет являться горизонтом нивелира. В начале необходимо произвести исходный отсчет по штрих-кодовой стороне рейки 01. Затем через определенный временной интервал после изменения нагрузки берется повторный отсчет О2 по рейке. Таких операций производится n число раз в зависимости от условий применения (величины нагрузки силоизмерительной машины). Отметим, что при необходимости взятие отсчетов производится в обратной последовательности.
В тех случаях, когда по производственным условиям возникает необходимость измерения перемещений на двух разрывных машинах необходимо применять вторую программу. С помощью этой программы измерение перемещений чувствительного элемента можно производить последовательно для каждой из разрывных машин. Взятие отсчетов нивелиром и их осреднение производятся аналогично первой программе.
После этого на подвижной траверсе гидравлической машины с помощью металлической скобы закрепляется штрих-кодовая рейка. Перед началом пуска разрывной машины цифровой нивелир приводится в рабочее положение. Далее включается нивелир и проверяется его работоспособность, для чего устанавливается необходимая освещенность рейки и производятся тестовые отчеты по ней. После этого машиной создается усилие натяжения. С целью исключения всех люфтов в механическом соединении начальное измерение принимается при силе натяжения в 5 кН. В принципе, при использовании других разрывных
109
Метрология и метрологическое обеспечение
машин значение минимальной нагрузки может быть любым. Затем производится взятие исходного отчета по рейке цифровым нивелиром. По аналогии через 5 делений гидравлической машины нивелиром производится взятие следующего отчета. После этого взятие отчета по рейке цифровым нивелиром производится через каждые 10 делений разрывной машины с записью результатов измерений в его памяти. При использовании других машин диапазон измерений может быть любым. Эти действия продолжаются до максимальной нагрузки разрывной машины или интересующей точки исследуемого диапазона или момента разрыва исследуемого образца. По окончанию эксперимента результаты измерений сохраняются на карте памяти USB.
Величина деформации различных образцов металлоконструкций рассчитывается по формуле (1) или по кривой Гука, полученной из результатов измерений (рис. 3):
Al = N -N2, (1)
где N1 - показания нивелира при максимальной деформации различных
образцов металлоконструкций, мм;
N 2 - показания нивелира при минимальной деформации различных образцов металлоконструкций, мм.
Рис. 3. Деформация образца арматурной стали при нагружении разрывной машины
110
Метрология и метрологическое обеспечение
Таким образом, предложенная методика позволяет непосредственно на предприятии аттестовывать стандартные образцы металлоконструкций. Данная методика позволяет получать достоверные результаты исследований, застрахованные от субъективной ошибки, а также возможного их умышленного изменения. Сущность предложенной методики состоит в том, что исходные геодезические данные, полученные нивелиром в автоматическом режиме без участия наблюдателя, хранятся на карте памяти USB в контролирующей организации. В случае возникновения аварийной ситуации, с целью установления причин аварии карта памяти USB является документом, подтверждающим достоверность проведения геодезических измерений.
Получено 14.05.2010
© А.Н. Теплых, 2010
111
