CC BY
83
Assessment of a residual resource of the portal crane at expertize of industrial safety Kuzminov A.1, Golubev A.2, Zelenkov N.3, Glazunov A.4 (Russian Federation)
Оценка остаточного ресурса портального крана при проведении экспертизы промышленной безопасности Кузьминов А. Л.1, Голубев А. В.2, Зеленков Н. Н.3, Глазунов А. Е.4 (Российская
Федерация)
1 Кузьминов Александр Леонидович / Kuzminov Aleksandr - доктор технических наук,
генеральный директор;
2Голубев Александр Викторович / Golubev Aleksandr - технический директор,
Общество с ограниченной ответственностью «ПТМСеверо-Запад»;
3Зеленков Николай Николаевич / Zelenkov Nikolay - заместитель начальника отдела
ЭПБ ГПМ иКП, эксперт;
4Глазунов Алексей Евгеньевич / Glazunov Aleksey - инженер-механик,
Общество с ограниченной ответственностью «Промышленная экспертиза», г. Череповец
Аннотация: выполнен анализ применяемых методик оценки остаточного ресурса грузоподъемных машин. Проведено определение остаточного ресурса портального крана Белоручейского рудоуправления (БРУ) ПАО «Северсталь» с помощью различных методик и сравнение полученных результатов оценки ресурса. При определении остаточного ресурса использована методика, основанная на вычислении количества циклов работы крана, при котором будет исчерпана несущая способность в рассчитываемой точке металлоконструкции, исходя из условия сопротивления усталостному разрушению, и методика, которая базируется на применении неразрушающего магнитного контроля напряженно-деформированного состояния металла. Установлено, что по первому варианту методики определения остаточного ресурса последний оценивается не всегда объективно, поэтому её применение возможно только совместно с методом, оценивающим фактическое состояние конструкции крана.
Abstract: the analysis of the applied methodologies of estimation of remaining resource of грузоподъемных machines is Executed. Determination of remaining resource of gantry-crane of Белоручейского ofрудоуправления (БРУ) of ПАО «Северсталь» by means of different methodologies and comparison of the got results of estimation of resource are conducted. For determination of remaining resource the methodology, based on the calculation of amount of cycles of work offaucet, at that bearing strength in the expected point of металлоконструкции coming from the condition of resistance to tireless destruction and methodology that is based on application of nondestructive magnetic control of the tensely-deformed state of metal will be outspent, is used. It is set that on the first variant of methodology of determination of remaining resource the last is estimated not always objectively, therefore her application maybe only jointly with a method estimating the actual state of construction.
Ключевые слова: грузоподъемный портальный кран, расчет, остаточный ресурс, методики, напряженнодеформированное состояние, магнитный контроль.
Keywords: the Loading portal crane, calculation, remaining resource, methodologies, tensely-deformed state, magnetic control.
УДК 621.86/87
В настоящее время большинство грузоподъёмных машин отработали нормативный срок эксплуатации и требуют замены. Однако эксплуатирующие организации не всегда решают проблему замены парка оборудования своевременно. Связано это как с отсутствием должного финансирования, так и с увеличением объёмов производства на данном этапе развития экономики. Часто бывает и так, что при проектировании в грузоподъёмное оборудование были заложены достаточно высокие запасы прочности, и машина попросту «не успевает» их выработать.
В рамках данной работы проведено определение остаточного ресурса портального крана Белоручейского рудоуправления (БРУ) ПАО «Северсталь» с помощью различных методик и сравнение полученных результатов оценки ресурса. Рассматриваемый портальный кран КПП-16 установлен в речном порту БРУ и выполняет работы по отгрузке сыпучих материалов (известняка) с причалов на баржи для дальнейшей транспортировки его водным путем. Рабочим органом крана является грейфер.
Остаточный ресурс (ГОСТ 27.002-89) - наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в неработоспособное или предельное состояние. В приложении к рассматриваемому случаю это определенное количество лет, в течение которого портальный кран может работать в паспортном или в ограниченном режиме, либо после капитального ремонта.
С целью определения остаточного ресурса экспертными центрами и научно-исследовательскими институтами были разработаны ряд методик [1-4].
Вкратце проанализировать существующие методики можно следующим образом:
1. Экспертный метод оценки остаточного ресурса.
1.1. Данный метод предусматривает назначение остаточного срока службы или остаточного ресурса на основе данных о фактической группе классификации (режима работы) крана и результатов проведения оценки его технического состояния при выполнении объема работ и требований, приведенных в РД 10-1124-98.
1.2. Назначение остаточного срока службы или остаточного ресурса экспертным методом предусматривает использование уточнённых данных оценки фактической группы классификации (режима работы) крана. Так, например, если монтажный портальный кран используется на погрузо-разгрузочных работах, его фактическая группа классификации будет не А5 (средний режим), а А6 (тяжелый режим) или даже А8 (весьма тяжелый).
1.3. При назначении остаточного срока службы или остаточного ресурса экспертным методом следует учитывать данные о конструктивных особенностях данного крана, а также статистические данные заводов-изготовителей и данные из информационных писем Госгортехнадзора России (в н. вр. Ростехнадзор) о часто встречающихся дефектах, и наиболее объективно это можно сделать с применением данных регистратора параметров, если указанный прибор установлен на кране.
1.4. Экспертный метод назначения остаточного ресурса и остаточного срока службы рекомендуется для кранов, имеющих фактическую группу классификации А1-А5. Как правило, это краны, используемые только на выполнении монтажных работ на судостроительных (судоремонтных) предприятиях. Одним из условий использования этого метода является отсутствие усталостных повреждений расчётных элементов металлоконструкций крана.
2. Расчетный или экспериментально-расчетный метод оценки остаточного ресурса.
2.1. Данный метод предусматривает назначение остаточного срока службы на основе оценки остаточного ресурса по данным о фактической группе классификации крана, результатам проведения оценки его технического состояния при выполнении объема работ и требований, приведенных в РД 10-112-4-98, а также работ и требований, приведенных в этом РД.
2.2. Расчетный или экспериментально-расчетный метод предусматривает (в общем случае) выполнение следующих этапов:
- уточненный расчет фактической группы классификации крана;
- уточнение (при необходимости) фактических характеристик механических свойств металла металлических конструкций (выполняется, как правило, для кранов интенсивной эксплуатации, установленных в климатических районах ХЛ, а также в случаях, если на металлоконструкции обнаружены места, неоднократно подвергавшиеся ремонту вследствие повторного возникновения усталостных трещин);
- выполнение общего расчета металлической конструкции крана для наиболее вероятного (по мнению эксперта) сценария развития одного или нескольких предельных состояний.
Разнообразие методик, применяемых для определения остаточного ресурса, достаточно велико. Поэтому для наиболее точной оценки технического состояния и остаточного ресурса нельзя полагаться на какой-то один метод, необходим всесторонний анализ с привлечением различных способов оценки остаточного ресурса.
Расчет остаточного ресурса по методике РД 24-112-4Р
Методика основана на вычислении количества циклов работы крана, при котором будет исчерпана несущая способность в рассчитываемой точке металлоконструкции, исходя из условия сопротивления усталостному разрушению, которое описывается выражением:
стэкв=Яу; (1)
где: стэкв - амплитуда симметричного цикла изменения напряжения при базовом числе циклов, эквивалентного по повреждающему воздействию действительному процессу нагружения, при котором происходит исчерпание несущей способности;
Rv - расчетное сопротивление усталости.
Методика полагает, что наиболее вероятным местом появления усталостных трещин является район выреза в стреле для крепления тяги противовеса (Рис. 1).
Следовательно, это место будет определять ресурс всей конструкции. Расчет, выполненный для портального крана КПП-16 по методике, описанной в РД 24-112-4Р, позволил установить значение остаточного ресурса 12,9 года.
Рис. 1. Опасное сечение стрелы крана
Расчет остаточного ресурса по методике РД ИКЦ «КРАН»-007-97
Методика оценки остаточного ресурса базируется на применении неразрушающего магнитного контроля напряженно-деформированного состояния металла. Метод основан на корреляции между магнитными и физико-механическими свойствами, когда они одновременно зависят от одних и тех же факторов: химического состава, режима термической обработки, пластической деформации, микро- и макронапряжений, положения дислокаций и т. д. В случае углеродистых малолегированных сталей все вышеперечисленные факторы одновременно и однозначно влияют на механические и магнитные свойства металла. Поэтому неразрушающий магнитный метод может успешно применяться для контроля напряженно-деформированного состояния металла, уровня пластической деформации усталостных повреждений наиболее нагруженных узлов металлоконструкций, работающих в условиях длительного циклического нагружения.
Основным контролируемым параметром является коэрцитивная сила, т. к. она однозначно связана с величиной остаточной пластической деформации. Коэрцитивная сила, Нс - это величина остаточной намагниченности (при значении величины магнитной индукции равной нулю).
Для оценки остаточного ресурса крана был проведен магнитный контроль напряженно -деформированного состояния.
В общем виде остаточный ресурс металлоконструкции определяется по формуле:
Т=(НсУСТ-Нс)/Ан, (2)
где: Т - остаточный ресурс конструкции, год;
НсУсТ - предельное значение коэрцитивной силы для данной стали, характеризующее накопление усталостных повреждений, А/см, НсУсТ=9,0 А/см для стали 09Г2С;
Нс - среднее значение коэрцитивной силы, полученное в результате замеров, А/см;
АН - скорость роста коэрцитивной силы (скорость накопления повреждений), (А/см)/год.
Скорость роста коэрцитивной силы определяется из выражения:
Ан=(Нс-Нс0)/С; (3)
где: Нс0- исходное значение коэрцитивной силы (для поставки металла), А/см, согласно РД ИКЦ «Кран» для стали 09Г2С Нс0=1,6 А/см;
Исходя их полученных замеров коэрцитивной силы видно, что наибольшее значение наблюдаются на задней наклонной колонне каркаса крепления противовеса. Нс=7,65 А/см (Рис. 2).
Отсюда следует вывод, что именно эта металлоконструкция будет определять остаточный ресурс всего крана в целом.
Скорость накопления повреждений для элемента:
Ан=(7,65-1,6)/22=0,275 (А/см)/год;
Остаточный ресурс крана:
Т=(9,0-7,65)/0,275=4,9 года;
Рис. 2. Значения коэрцетивной сипы на задней наклонной колонне каркаса крепления противовеса
В результате расчета остаточного ресурса с помощью двух различных методов получили существенно различные результаты.
По методике РД 24-112-4Р - остаточный ресурс составляет 12,9 года и по методике «Магнитный контроль НДС» - 4,9 года. Это объясняется тем, что методика РД 24-112-4Р рассматривает конкретную «опасную» точку металлоконструкции (ниша стрелы в районе выреза для крепления тяги противовеса) и утверждает, что она будет определять остаточный ресурс всей конструкции. Напротив, магнитный контроль НДС показал общее состояние всей металлоконструкции, в результате чего было выявлено, что остаточный ресурс определяют наклонные колонны каркаса.
Следовательно, методика РД 24-112-4Р не всегда объективно оценивает остаточный ресурс, поэтому её применение возможно только совместно с методом, оценивающим фактическое состояние конструкции.
Литература
1. Методические указания Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса подъёмных сооружений при проведении их обследования и техническом диагностировании. РД ИКЦ КРАН-007-97. М.: ИКЦ «КРАН», 1997.
2. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России. РД 09-102-95.
3. Методические указания по проведению обследования портальных кранов с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации. РД-10-112-4-98.
4. Руководящий документ по оценке остаточного ресурса портальных кранов РД 24-112-4Р. СПб.: ГОУ ВПО «СПГУВК», 2004, 66 с.
