Прогнозирование остаточного ресурса мостовых кранов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

У данш робот були розв'язанш 3aAa4i теплопровь дностi для наступних тш:

- пологi оболонки з шдкршленнями (круглим, овальним, квадратним, прямокутним, трикутним);

- цилiндровi оболонки з шдкршленнями (круглим, овальним, квадратним, прямокутним, трикутним).

При програмнш реалiзацii проекту було викорис-тано мову С#, середовище вiзуального програмуван-ня Microsoft Visual Studio. Net 2005. У проекп викори-стовувалася бiблiотека CSOpenGL для вiзуалiзацii роз-в'язаних задач у тривимiрному уявленнi.

Перевагою дано! програмно! оболонки е те, що зав-жди iснуе можливiсть дослiдження розв'язань одше! i тiеi ж задачi при рiзнiй кiлькостi скiнчених елеменпв та граничних умов з метою вироблення певних реко-мендацiй.

Список лiтератури

1. Агапов В.П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций. М.: Издательство АСВ, 2000. - 152 с.

Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. - 541 с.

Норри Д., Ж. де Фриз, Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1981. - 304 с.

Пожуев В.1., Прасад Ф.В., Виршення стацюнарних задач теплопровщноси у варiацiйному формулюванш методом юнцевих елеменив, ISSN 1607-6885, Новi ма-терiали i технологи в металургй та машинобудуваннi №2, 2005, Запорiзький нацiональний технiчний ушвер-ситет, С. 99-102.

Пожуев В.1., Прасад Ф.В., Вирiшення стацiонарних задач теплопровщносп неоднорiдних оболонок з тдкршленими отворами, ISSN 1607-6885, Новi матер-iали i технологи в металургй та машинобудуванш №1, 2006, Запорiзький нацiональний технiчний унiверситет, С. 107-110.

David V. Hutton, Fundamentals of finite element analysis, The McGraw-Hill Companies, Inc., New York, 2004. - 494 p. Larry J. Segerlind. Applied Finite Element Analysis, John Wiley and Sons, Inc., New York/London/Sydney/Toronto, 1976. - 392 p.

Одержано 2.10.2006

Разработана программная оболочка, позволяющая решать нестационарные задачи теплопроводности по методу Галеркина методом конечных элементов для неоднородных пологих и цилиндрических оболочек с подкрепленными отверстиями.

The program shell which allows to solve nonstationary problems of heat conduction due to Galerkin's method is developed. These problems are solved using method offinite elements for heterogeneity sloping and cylindrical surfaces with supported holes.

УДК 285.347

Канд. техн. наук В. И. Дубровин, В. А. Клименко, канд. техн. наук А. М. Руднев

Национальный технический университет, г. Запорожье

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА МОСТОВЫХ

КРАНОВ

6

7

Рассмотрено решение задачи прогнозирования остаточного ресурса грузоподъемных кранов. В качестве теоретической модели распределения отказов предложено использовать диффузионное монотонное распределение. В результате проведенного анализа статистических данных построена математическая модель для оценки остаточного ресурса.

1 Введение

Проблема оценки остаточного ресурса грузоподъемных кранов существует не только в нашей стране, но и во всем мире. Морально устаревшие и физически изношенные краны традиционно меняют на новые, однако, если металлоконструкция крана спроектирована и изготовлена достаточно качественно, а возникающие в процессе ее эксплуатации дефекты своевременно исправляются, то кран может достаточно долго "не исчерпывать своего ресурса".

Практика показывает, что в зависимости от применяемых сталей, технологии изготовления и условий эксплуатации металлоконструкция крана может работать 30-40 лет и более. Затраты на модернизацию в этом случае снижаются в 3-4 и более раз по сравнению с затратами на приобретение нового крана.

Максимальный срок эксплуатации до следующего обследования назначается в зависимости от фактического режима работы [1]. С 01.01.85 классификация кранов осуществляется по ГОСТ 25546-82 по комби-

© В. И. Дубровин, В. А. Клименко, А. М. Руднев, 2006

74

нации класса нагружения и класса использования. ГОСТ 25546-82 создан на базе ИСО 4301, утвержденного ТК 96 ИСО в 1980 году, когда обследование кранов еще только начинало принимать массовый характер. Ниже приводятся несовершенства классификации грузоподъемных кранов, отработавших нормативный ресурс:

1. За последние 15 лет появилось несколько нормативов на расчетный срок службы. Кроме того, срок службы приведен в зависимости от группы режима работы, которая подлежит определению.

2. Ввиду отсутствия в Правилах Госгортехнадзора однозначных количественных характеристик режимных групп, точное их сопоставление с режимными группами стандарта ИСО затруднено.

3. При длительных сроках эксплуатации определить число циклов нагружения затруднительно, особенно в последнее десятилетие, когда ритмичность производства часто изменялась.

Учитывая принципы, положенные в основу классификации согласно ГОСТ 25546-82, целесообразно было бы новый параметр выбрать таким, чтобы он обеспечивал эквивалентность с точки зрения усталостной прочности. В качестве параметра для прогнозирования срока следующего обследования предполагается использовать вероятность повреждения. Ранее установлено, что вероятность повреждения зависит от таких факторов, как тип крана, технология его изготовления, условия эксплуатации [1, 3]. До построения математической модели работы мостового крана целесообразно произвести статистический анализ расчетных параметров мостовых кранов на исследуемых предприятиях.

2 Постановка задачи

Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса относится к конкретному находящемуся в эксплуатации техническому объекту. Основой для прогнозирования служит информация, которую условно можно разделить на три части. Во-первых, это данные текущего (оперативного) поиска дефектов в процессе эксплуатации. Контроль может быть непрерывным или дискретным (например, приуроченным к плановым профилактическим мероприятиям). Для поиска дефектов нужны встроенные и внешние приборы, системы для хранения и переработки диагностической информации, алгоритмы и программы для принятия решений. Во-вторых, это данные о нагрузках и других условиях взаимодействия объекта с окружающей средой.

Существующие средства неразрушающего контроля не позволяют обнаружить все повреждения и трещины, которые в дальнейшем могут стать причиной предельных состояний. Имеется достаточно большая вероятность пропуска дефектов из-за несовершенства аппаратуры, небрежности оператора или недоступного расположения дефектов. Таким образом, два источника информации - диагностические данные о состоянии объекта и данные об истории нагружения объек-

та оказываются тесно связанными и взаимно зависимыми.

Прогнозирование индивидуального ресурса включает целый комплекс задач: оценка текущего технического состояния объекта, прогнозирование развития этого состояния на ближайшее будущее и выдача на основе этого прогноза рекомендаций об оптимальном остаточном сроке эксплуатации (до списания данного объекта или его очередного ремонта). Еще одна задача индивидуального прогнозирования - оценка риска по отношению к опасным аварийным ситуациям, установление предельно допустимых остаточных сроков эксплуатации при наличии возрастающего риска и выдача рекомендации о мерах по повышению безопасности.

3 Метод решения задачи

В качестве основных показателей остаточного ресурса принято рассматривать следующие:

- средний остаточный ресурс п(г), определяемый как математическое ожидание остаточного ресурса после наработки т;

- гамма-процентный остаточный ресурс л^(т), определяемый как наработка с некоторого момента времени т, в течение которого безотказно наработавший объект будет иметь значение условной вероятности безотказной работы уровня у:

^[т+пу (т)] Я(т)

■ = у .

(1)

Если известна первоначальная функция распределения ресурса исследуемых изделий Е(г) (или плотность распределения ресурса /(г)), то можно определить выражение для упомянутых выше характеристик остаточного ресурса.

В последнее время всё большее распространение в качестве теоретической модели распределения отказов механических изделий получает диффузионное монотонное распределение (БЫ-распределение) [2].

Запишем выражения для основных функций БМ-распределения, используемых для вычисления характеристик остаточного ресурса.

Плотность БМ-распределения:

/ () = ■

л/м"

V • г

•л/2~

п • г

г • ехр

((-м)2 2 • V2 • м • г

(2)

где м - параметр масштаба, совпадающий со средним значением распределения; V - параметр формы, совпадающий с коэффициентом вариации распределения. Функция БМ-распределения:

^(г) = бы (г, м, V) =

= ф

( \ г-м

+ е 2 Ф

г + м

(3)

1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2006

75

Вероятность безотказной работы:

R(t )= 1 - DM (7; ц, V) =

= Ф

( \

- е 2у~2 Ф

ц + 7

(4)

Выражение для плотности остаточного ресурса при БМ-распределении имеет вид:

\ Vм

г( ) = — !-ехр

уЫ 2П7

\ -ц)

2у 2Ц7

Ф

( \ Ц-7

- е 2у~2 Ф

ц + т

-1

(5)

Выражение для остаточной функции надёжности R(t|т) (при 7 > т) определяется из следующих соотношений:

7 1 7

R(\т) = 1 -1 г\)й = 1 - ~^^^"(^т) ,1* / =

Ф

^ Л Ц-7

=

= Rtт) =

- е

„2у-

Ф

ц + 7 уд/м^

Ф

^ Л ц-т

-е2уФ

ц + т

у^/Цт

Л'

(6)

4 Процедура расчета остаточного ресурса

Статистика выхода из строя крана ведется по 5 факторам:

1. Остаточный прогиб в вертикальной плоскости (/):

- / < 0,0022!, - в пролёте допускается эксплуатация крана при проведении осмотров и нивелировке не реже 1 раза в год;

- / > 0,00351, - в пролёте не допускается.

2. Искривление балок и ферм в плане не более 0,005£ - допускается.

3. Скручивание коробчатых и двутавровых балок не более 0,002£ - допускается.

4. Наличие металла с ударной вязкостью меньше 2 кгс-м/см2 - допускается эксплуатация только при температуре не ниже 0 °С.

5. Коррозия:

- менее 10 % - допускается;

- более 20 - не допускается.

Пример таблицы исходных данных для одного крана приводится ниже.

Экспертные обследования проводились после 12 лет эксплуатации крана с интервалом в 2 года. Далее статистика обрабатывалась по 2 параметрам: дости-

жению какого-либо из контролируемых факторов предельного значения, после которого требуется принимать решение о продолжении эксплуатации крана (Решение), либо по полному прекращению его эксплуатации (Выбраковка).

Таблица 1 - Исходные данные для мостового крана. Грузоподъемность - 50 тонн, пролёт балки - 22,5 м

Срок эксплуатации, г. Фактор

1 2 3 4 5

12 10 28 8 4 3

14 15 34,1 10,6 3,85 4,2

16 19,5 40,1 13,3 3,8 5,45

18 24,6 46,5 16 3,8 6,6

20 30 52,3 18,7 3,6 7,85

22 35,1 58,6 21,2 3,6 9,1

24 40 64,7 23,8 3,6 10,3

26 45,9 70,7 26,4 3,4 11,4

28 51 76,8 29,1 3,3 12,6

30 56 82,9 31,7 3,2 13,8

32 61,8 89,4 34,5 3 15,2

34 66,9 95,1 37 2,9 16,4

36 72,2 101 39,9 2,8 17,6

38 78,3 107 42,3 2,8 18,7

40 84 113 45 2,2 20

Модель диффузионного монотонного распределения была использована для автоматизации расчёта остаточного ресурса мостовых кранов. В результате, были посчитаны статистические параметры диффузионного распределения, построены функции распределения и составлена таблица результатов прогнозирования. В итоге, получаем автоматизированный расчёт ресурса по диффузионному распределению, коэффициент вариации был принят у = 0,5.

Таблица 2 - Результаты прогнозирования

Срок Количество кранов

эксплуатации, г. Решение Выбраковка

12 12 0

14 3 0

16 0 0

18 0 1

20 0 2

22 7 3

24 22 5

26 6 2

28 0 1

30 0 0

32 0 1

34 0 0

36 0 4

38 0 8

40 0 23

X

2

Список литературы

1. Вершинский А.В., Ряднова Л.В. Оптимальные конструкции в краностроении: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИТЯЖ-МАШ. - 1989. - 44 с.

2. Стрельников В.П. Прогнозирование остаточного ресурса изделий электронной техники // Математичш маши-ни i системи. - 2000 - № 2, 3. - С. 163-169.

3. Котельников В.С. и др. Магнитная диагностика и контроль остаточного ресурса металлоконструкций подъемных сооружений. // Подъемные сооружения. Специальная техника - №7. - 2002. - С. 25-27.

Одержано 10.10.2006

Розглянуторозв 'язання 3admi прогнозування залишкового ресурсу вантажотдйомних кратв. За теоретичну модель розподiлу вiдмов запропоновано використати дифузшний монотонний розподiл. У результатi проведеного аналiзу статистичних даних побудовано математичну модель для оцiнки залишкового ресурсу.

The solving of the problem of residual resources prognosis for loading cranes was shown. As theoretical model of refuses distribution the diffusion monotonous one was offered to use. As a result of statistic data analysis the mathematical model for residual resources estimation was proposed.

УДК 669.018.256: 620.22

Канд. техн. наук С. Н. Попов, Д. А. Антонюк Национальный технический университет, г. Запорожье

ВЛИЯНИЕ ТРИБОМАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА

ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ РЕЗЦОВ ДОРОЖНОЙ ФРЕЗЫ В УСЛОВИЯХ ИЗНАШИВАНИЯ ЗАКРЕПЛЕННЫМ АБРАЗИВОМ

В работе рассмотрены вопросы разрушения рабочих органов дорожно-строительной техники, эксплуатирующиеся в условиях абразивного изнашивания закрепленным абразивом. Проведены аналитические исследования влияния трибоматериаловедческих параметров резцов на интенсивность их износа. На основании решения уравнений динамики движения резца в вязко-упругой среде оптимизирована его геометрическая форма. Получены математические зависимости влияния геометрических размеров резца на величину давления и интенсивность износа инструмента.

Введение

Эксплуатация рабочих органов дорожно-строительной, горнодобывающей, почвообрабатывающей техники в условиях абразивного изнашивания закрепленным абразивом с наличием больших скоростей резания твердых пород и покрытий приводит к интенсивному износу режущих частей инструментов. Недостаточный срок службы резцов, лопаток, зубьев и рыхлителей вызывает необходимость постоянной замены режущих элементов, что обусловливает большие материальные затраты и вызывает неплановые ремонты, связанные с установкой новых деталей. При строительстве и ремонте асфальтобетонных дорожных покрытий (удале -ние и измельчение слоя деформированного асфальта) применяют дорожные фрезы. Режущим инструментом в дорожных фрезах является лопатка (отечественные фрезы) или резец (зарубежные фрезы и отечественные после 1993 г. производства). В настоящее время применяются резцы производства фирм "Betek", "Sandvik" и "Caterpillar", состоящие из корпуса (державки), твер-

досплавного наконечника, защитного кольца и прижимной втулки.

Анализ литературных данных

Современные научные и промышленные разработки содержат обширный массив данных, однако не позволяют определить оптимальное соотношение трибоматериаловедческих параметров резцов (форма, материал резца и режимы фрезерования). Это связано с тем, что априорные данные содержат информацию об исследованиях, которые касаются изучения только одного из показателей либо материаловедческих параметров сплава, либо условий изнашивания (температура, скорость относительного перемещения, давление изнашивающей среды).

Так, например, в работе [1] предлагается упрочнять лопатку дорожной фрезы Д-530 однопроходной автоматической наплавкой порошковой лентой ПЛ-У40Х38Г2 (4,25 % С; 38,5 % Сг; 2,2 % Мп; 0,20 % 81) под флюсом АН-28. Микроструктура наплавленного

© С. Н. Попов, Д. А. Антонюк, 2006

ISSN 1607-6885 Нов1 матер1али i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2006

77