Критерии расчетной оценки остаточного ресурса стреловых кранов с жестким подвесом стрелы
Е. К. Позынич, старший преподаватель,
С. Г. Штарёв, докт. техн. наук, профессор
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Известные инженерные методики расчета и оценки остаточного ресурса грузоподъемных кранов базируются исключительно на теории усталостных повреждений металлоконструкций; оценка остаточного ресурса по другим критериям ими не рассматривается. В качестве критерия оценки остаточного ресурса стреловых кранов с жестким подвесом стрелы в условиях длительной эксплуатации предлагается принять отклонение оси стрелы в вершине от прямой линии в плоскости качания.
Наступление предельного состояния крановых металлоконструкций возможно из-за пластических деформаций, хрупкого разрушения, мало- и многоцикловых усталостных повреждений, потери устойчивости, коррозионных повреждений, изнашивания, чрезмерных упругих деформаций, отрицательного прогиба (накопление и рост остаточных деформаций), деградации свойств стали [2].
Опыт эксплуатации кранов показывает, что с течением времени у многих из них происходит непрерывное нарастание остаточных деформаций несущих металлоконструкций (прогибов, отклонений от прямолинейности), не исчезающих после прекращения внешних силовых воздействий. Это имеет место у главных балок (ферм) пролетных строений кранов мостового типа и телескопических стрел стреловых кранов. В то время как допускаемые напряжения выбирают по условиям безопасности, деформации металлоконструкций ограничивают достижением второго предельного состояния под действием внешних нагрузок [1,2]. Последнее устанавливают по развитию чрезмерных деформаций, при которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, хотя и сохраняет прочность и устойчивость.
При проведении экспертизы промышленной безопасности грузоподъемных кранов обязательной является оценка возможности дальнейшей эксплуатации в соответствии с требованиями промышленной безопасности, включающая, в числе прочего, и расчет остаточного ресурса, под которым понимается ресурс крановых несущих металлоконструкций [3]. Однако, как справедливо отмечается в [4], расчетную оценку остаточного ресурса связали в первую очередь с расчетом на усталость, упустив необходимость оценки остаточного ресурса по другим критериям.
Немногочисленные согласованные с Ростехнадзором и получившие, таким образом, официальное распространение инженерные методики расчета и оценки остаточного ресурса грузоподъемных кранов основаны исключительно на анализе выносливости или трещиностойкости элементов конструкций [5]. При этом не учитывается поведение несущих металлоконструкций и их наиболее нагруженных элементов в реальных условиях многолетней нормальной эксплуатации. Также не оценивается влияние ремонтных операций на продолжительность работы металлоконструкций до наступления предельного состояния.
Наступление усталости металлических конструкций характерно для интенсивно работающих кранов, соответствующих по классификации ИСО 4301/1 группам не менее А6 [1, 2,]. Большинство стреловых кранов, осуществляющих наряду с основными операциями большое количество вспомогательных работ, при выполнении которых их грузоподъемность используется незначительно, эксплуатируются менее интенсивно (группы А1 - A3). Поэтому в качестве критериев оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций таких кранов правильнее выбрать другие предельные состояния. Например, для кранов групп А1 - A3, в том числе отработавших нормативный срок, предлагается рассматривать остаточные деформации металлоконструкций [4, 6].
Проведенный анализ показал, что несущие металлоконструкции крановой установки стреловых кранов составляют практически третью часть их стоимости [7] и играют первостепенную роль с точки зрения безопасной эксплуатации. Наиболее дорогой и ответственной частью, определяющей безопасность эксплуатации этих кранов, является телескопическое стреловое оборудование (в среднем, 33% стоимости несущих металлоконструкций или 9,3% стоимости крана в целом). С учетом этого при определении остаточного ресурса стреловых кранов с жестким подвесом стрелы в качестве предельного состояния металлоконструкций и критериев его оценки можно принять характеристики стрелового телескопического оборудования.