CC BY
40
МАШИНОВЕДЕНИЕ И ДЕТАЛИ МАШИН
УДК 629.19 В.Е. Овсянников
Курганский государственный университет
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК
Аннотация. В работе рассматривается проблема оценки состояния подкрановых балок тяжелого и особо тяжелого режима работы. Приведена методика оценки геодезических параметров подкрановой балки, дающая объективную информацию об отклонении от проектного положения элементов конструкции балки. Рассмотрена методика оценки повреждаемости балок крановых путей интенсивной нагруженности.
Ключевые слова: подкрановые балки, усталостные трещины, геодезия, отклонения.
V.E. Ovsyannikov Kurgan State University
SOME ASPECTS OF THE CRANE BEAM STATE ESTIMATE
Annotation. The problem of the crane beam state estimate of heavy and especially heavy duty mode is considered. Crane beam estimate geodesic parameters methodology, giving the objective information about a deviation from the design elements position of a beam design is resulted.
Key words: crane beams, fatigue cracks, geodesy, deviations.
Введение
Одним из наиболее существенных опасных и вредных производственных факторов являются движущиеся грузы [1]. Таким образом, безопасность работы любого производства в значительной мере определяется нормальными условиями эксплуатации грузоподъемных механизмов, которая в свою очередь зависит от состояния подкрановых путей и балок. Подкрановые балки испытывают значительные повреждения в случае использования кранов тяжелого и весьма тяжелого режима работы. Появление дефектов в данных конструкциях наблюдается уже через 5-6 лет эксплуатации здания, а в целом срок службы не превышает 15 лет [2].
Согласно [3] под дефектом понимают отклонение качества, формы или фактических размеров элементов и конструкций от требований нормативных документов, возникающее при эксплуатации, обслуживании или ремонте. Применительно к подкрановым балкам можно выделить следующие основные виды дефектов:
- трещины в элементах конструкции;
- отклонения от проектного положения конструкций и их элементов;
- непрямолинейность элементов;
- коррозия элементов конструкций;
- неточная установка и монтаж элементов конструкций и т.д.
Повреждение - отклонение от первичного уровня качества элементов и конструкций, которое возникает во время эксплуатации или при аварии. Среди наиболее характерных повреждений можно выделить:
- разрывы и трещины в основном металле и сварных швах;
- искривления, местные прогибы;
- ослабление соединений;
- деформации, вызванные внешними нагрузками и т.д.
Возникновение повреждений в подкрановых балках
происходит вследствие тяжелого режима работы, преимущественно из-за влияния знакопеременных нагрузок, создающих предпосылки для возникновения трещин. В источнике [4] приведены наиболее распространенные дефекты и повреждения конструкций и элементов подкрановых путей, оказывающие максимальное влияние на работоспособность крана (рис. 1).
iS W 35 30 25 20 15 V 5 О
45%
щ 10% 7Ш
i 1
1 Ш ш ш ж УУ7. 7.5% 5% Ш
2.5% m Ш
Лчй.су
npve wv-«ft-it/j*ret" Stoi !.!П£Щр-
го&им&А XV*
jfeftn.i» краябва
/»Hid
Рис. 1. Статистика повреждений подкрановых конструкций
Как видно из рис. 1, наиболее часто наблюдаются усталостные трещины в элементах подкрановых балок и отклонения от прямолинейности элементов конструкций (подкрановых путей). Таким образом, для эффективной эксплуатации грузоподъемных механизмов необходимо организовать диагностику элементов и конструкций в первую очередь на предмет выявления указанных выше дефектов.
При оценке отклонения конструкций и элементов от прямолинейности производится оценка фактического положения конструкций посредством измерения высотных отметок при помощи геодезической съемки. Однако традиционная методика геодезической съемки для оценки состояния подкрановых путей не применима вследствие того, что базовая плоскость, относительно которой должен производится отсчет высотных отметок, не совпадает с рабочей плоскостью, в которой непосредственно выполняются замеры.
Оценка повреждаемости подкрановых балок традиционно осуществляется посредством визуально-измерительного контроля (ВИК), однако использование одного только ВИК не дает полной информации о состоянии конструкции, потому что отсутствие трещин на поверхности балки в данный момент времени не дает гарантии того, что они не возникнут через некоторое время. Таким образом, для того, чтобы дать объективную оценку состояния подкрановых балок интенсивной нагруженности, необходимо внедрять аппарат прогнозирования их повреждаемости с учетом текущего состояния конструкции, времени эксплуатации и характера нагружения. Целью данной работы является разработка и внедрение методи-
ки оценки состояния конструкций и элементов подкрановых балок по параметрам отклонения от прямолинейности и прогнозирования повреждаемости.
1. Предлагаемая методика решения задачи. Была разработана методика оценки отклонения элементов и конструкций подкрановых прямолинейности, которая заключается в следующем:
- измерение высотных отметок, характеризующих положение подкранового пути в 7 точках по схеме, приведенной на рис. 2;
- проведение базовой плоскости, относительно которой должна производится оценка действительного положения подкранового пути;
- вычисление действительных значений высотных отметок.
1
2
3
7
\ /
а а а а а а
28500
- 59.50( N - 3) + 69.75\ -^—\-731
е-10Л „„,(,-915]
1+ 60.25
и-15_ 8
Рис. 2. Схема геодезической съемки
Измерение высотных отметок производится в трех взаимноперпендикулярных плоскостях X, X Z, уравнения базовых плоскостей выглядят следующим образом:
I(X, 7,) = -X,. агог^НЦ + 7, соб\агог^Н
Б(X,, 2 1) = -X 1 aгоtg(^]\ + 2, соб\aгоtg(^
где H, h - перепад высот балок, ^ - пролет крана.
Тогда уравнения для определения действительных значений высотных отметок имеют вид:
11(X, ,7,) = А - / (X, ,7,),
Б1(X,, 2,) = В - Б (X,, 2,),
где A, B - учет положения плоскости измерения.
Основные подходы к расчету повреждаемости подкрановых балок изложены в [5]. Согласно данной методике необходимо определять следующие параметры:
1. Вероятность появления усталостных трещин:
(Т -14 Л (Р - 375Л
Х = 34.98+13.78\——\ + 7.76К + 2.78\ 1 +1.672 -
-1.76(N - 3; + 2.49[^\+3.09[^] + 2.34^
где Т - время эксплуатации; R - группа режима работы; Р - максимальное давление колеса; Z - параметры среды работы; N - количество колес на концевой балке; е - эксцентриситет рельса; i - полярный момент инерции рельса; и - оценка математического ожидания отклонения фактического расстояния между осями симметрии кранового пути от проектного.
2. Средняя суммарная длина усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденной балки кранового пути:
(Т -14Л (Р -375
ц = 1031.13 + 391.751 + 211.89К + 85.131
нового пути:
у = 2.158 + 0.692( + 0.377К + 0.163(\ - 0.239( \
4. Суммарная длина усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденных балок кранового пути на технологическом участке пролета:
у; Qв
Ы=-х хх и
100
где Qв - общее количество балок.
5. Прогнозируемое общее количество усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденных балок кранового пути на технологическом участке пролета:
у/ Qв
Ык =-хшх х
100 ^ ^
6. Прогнозируемый рост максимальной длины усталостной трещины в верхней зоне стенки балки кранового пути по длине технологического участка пролета:
(Т -14Л (Р - 375Л
1тах = 1524 + 587.51—^—1 + 321К +121\—\-
- 89 (N - 3 ) + 98.5^ е-Ю Л-111{ ^ Л + 89( и - *
5
555
8
2. Результаты исследования. В результате проведенных исследований в программной среде MathCad были разработаны и зарегистрированы на отраслевом и государственной уровне программы «Расчет геодезии металлических конструкций мостовых кранов» и «Прогнозирование повреждаемости и долговечности верхней зоны стенки сварных балок путей интенсивной нагружен-ности» [6;7].
Пример результата расчета параметров отклонения от прямолинейности, произведенный при помощи программы [6], приведен на рис. 3.
3. Прогнозируемое среднее количество усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденной балки кра-
Рис. 3. Параметры отклонения от прямолинейности конструкций подкрановых балок
Результаты расчета показывают, что действительное максимальное отклонение от прямолинейности элементов и конструкций подкрановой балки в плоскости рельса составляет 10 мм, по приведенной схеме (рис. 3) кривая Л необходимо произвести рихтовку подкранового рельса.
Приведем пример оценки повреждаемости подкрановых балок интенсивной нагруженности, которые располагаются в цехе завода сварных конструкций ОАО «Кур-ганмашзавод». Расчеты производятся при следующих исходных данных: T=35 лет; И=7; P=42кН; Z=-1 - группа агрессивности среды (неагрессивная); N=20; ¡=253 см4; U=35 см.
1. Вероятность появления усталостных трещин: х = 67%;
2. Средняя суммарная длина усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденной балки кранового пути:
и = 2.3м;
3. Прогнозируемое среднее количество усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденной балки кра-
4
ВЕСТНИК КГУ, 2011. №1
нового пути: у = 4.58 « 5 ;
4. Суммарная длина усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденных балок кранового пути на технологическом участке пролета: Е/ = 6,0 м;
5. Прогнозируемое общее количество усталостных трещин в верхней зоне стенки поврежденных балок кранового пути на технологическом участке пролета: Ек «120;
6. Прогнозируемый рост максимальной длины усталостной трещины в верхней зоне стенки балки кранового пути по длине технологического участка пролета: /max = 3.8м .
Расчеты показывают, что вероятность возникновения усталостных трещин верхней зоны стенки сварных балок велика (ожидаемая вероятность появления - 67%). Очевидна необходимость усиление надзора за их техническим состоянием и плановой замены подкрановых балок. На основании полученных результатов можно выдать следующие рекомендации по эксплуатации подкрановых балок:
1. Производить тщательный осмотр подкрановых балок на выявление усталостных трещин не реже одного раза в три месяца, балки, отремонтированной с применением сварки - не реже одного раза в месяц.
2. Не реже одного раза в шесть месяцев производить проверку балок методами неразрушающего контроля.
3. Разработать мероприятия по замене подкрановых балок. В первую очередь произвести замену подкрановых балок на наиболее нагруженных участках кранового пути (середина пролета).
4. Замену крановых балок производить с одновременным устройством проходной галереи вдоль подкранового пути.
Заключение
Специалистами курганского филиала ООО «Ремэкс» в период с 2006 по 2010 обследовано более 100 км подкрановых путей. Результаты проведенных обследований и расчетов позволили организовать систему ремонта несущих конструкций, что привело к существенному снижению износа реборд крановых катков и подкрановых рельсов. Кроме того, систематическая работа по мониторингу состояния подкрановых путей позволила снизить аварийность на 25%.
Список литературы
1. ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация. - Введен 18.11.74. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1975. - 8 с.
2. С.В. Кожемяка, А.В. Крупенченко, И.И. Величко. Выбор технологии
усиления стальных подкрановых балок // Вестник Донецкой академии строительства и архитектуры. - Донецк: Изд-во ДАСиА, 2010.- №3.- С. 47-53.
3. ПБ 10-382-00. Правила устройства и безопасной эксплуатации
грузоподъемных кранов. - Введен 01.01.2001. М.: Госстандарт: Изд-во стандартов, 2001. - 8 с.
4. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных
конструкций промышленных зданий и сооружений. - М.: Стройиз-дат, 1987. - 85 с.
5. РД 50:48:0075.03.05. Рекомендации по устройству и безопасной
эксплуатации надземных крановых путей. -- Введен 06.05.2005. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 2005. - 80 с.
6. Овсянников Е.М., Овсянников В.Е. Расчет геодезии металлических
конструкций мостовых кранов. - М.: ВНТИЦ, 2010. - №
50200800796.
7. Овсянников Е.М., Овсянников В.Е. Прогнозирование повреждаемости
и долговечности верхней зоны стенки сварных балок путей интенсивной нагруженности. - М.: ВНТИЦ, 2010. - №
50200800797.
УДК 621.01
Г. Ю. Волков, В.В. Смирнов
Курганский государственный университет
ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ АНОМАЛЬНОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ
Аннотация. В статье выявлены и проанализированы случаи возникновения аномальной подвижности зубчатых центроидных механизмов, состоящих из трех и четырех звеньев. Системы с глобальной аномальной подвижностью представляют практический интерес для гидрообъемных механизмов.
Ключевые слова: зубчатый механизм, центроидная пара, аномальная подвижность.
G.Y. Volkov, V.V. Smirnov, Kurgan State university
THE GEAR MECHANISMS POSSESSING ABNORMAL MOBILITY
Annotation. In article cases of occurrence of abnormal mobility gear centroid the mechanisms consisting of three and four parts are revealed and analysed. Systems with global abnormal mobility represent practical interest for hydrovolumetric mechanisms.
Key words: the gear mechanism, centroid pair, abnormal mobility.
Введение
В современной технике широко используются зубчатые механизмы, в том числе такие, в которых зубья касаются друг друга по двум боковым поверхностям, т.е. образуют цетроидную пару. Центроидные зубчатые механизмы обладают рядом особенностей. В частности при определенных параметрических соотношениях эти механизмы приобретают аномальную подвижность, не соответствующую подвижности рассчитанной по формуле Чебышева. Отдельные механизмы, содержащие группу звеньев с аномальной подвижностью, предложены к использованию в качестве направляющих качения [1], планетарных передач [2], гидрообъемных машин [3]. Однако упорядоченные теоретические представления об эффекте аномальной подвижности зубчатых механизмов в технической литературе отсутствуют. В предлагаемой работе поставлена задача сведение случаев, при которых возникает аномальная подвижность зубчатых центроидных механизмов, в общую систему.
1. Системы трех зубчатых звеньев
Рассмотрим замкнутую систему трех зубчатых звеньев, находящихся во внешних зацеплениях (рис. 1а). Три кинематические пары А, В, С, которые образуют эти звенья, являются центроидными, т.е. имеют одну степень свободы и относятся к 5 классу. Число W степеней свободы данной системы, рассчитанное по формуле Чебышева (1), равно нулю.
W = 3(M-1)-2P5-P4. (1)
Здесь М - общее число звеньев (M=3), P5 и P4 - числа
