Типовые дефекты рельсовых путей башенных кранов

Ежов Юрий Геннадьевич,

Начальник отдела конструкторских разработок ООО СКБ “Высота”

Типовые дефекты рельсовых путей башенных кранов.

Башенные краны нашли широкое применение в области строительства, реконструкции зданий, но их безопасность в целом зависит от качества организации рельсовых путей и отсутствия серьезных дефектов.

Ключевые слова: башенные краны, рельсовые пути под башенные краны, дефекты рельсовых путей, промышленная безопасность.

Сложно себе представить, как можно было бы использовать в повседневной жизни башенные краны, если бы не конструкция из рельсовых путей, за счет которой осуществляется их перемещение.

Рельсовые пути выстраиваются не только для постоянного использования, но и временного, но это совершенно не означает, что в двух отдельных случаях к их безопасности и надежности предъявляют разные требования.

Укладывают рельсовые пути под башенный кран, основной сферой применения которого стал ремонт, строительство и реконструкция зданий. Эксплуатация такой конструкции сопряжена со строгим соблюдением правил безопасности и это касается не только квалификации крановщика, но и технического состояния рельсовых путей.

От того, в каком техническом состоянии находятся пути, будет зависеть:

• Темп строительных работ.
• Безопасность конструкции.
• Скоростной режим механизмов передвижения.
• Расход электроэнергии.

Особое внимание во время возведения рельсовых путей под башенные краны уделяется устройству нижнего строения. Оно состоит из отводов для воды и земляного полотна.

Земляное полотно выполняется в виде ровной грунтовой площадки, а его основной задачей является обеспечение достаточной прочности и устойчивости основания. Чтобы земляное полотно полностью соответствовало нормам и требованиям, проверяют плотность грунта.

Ширину земляного полотна по СНиП 3.08.01-85 можно определить по формуле [1]:
B = A + 3hb + S + 2(400+200),
в нашем случае А – колея под рельсовый путь, измеряемая в миллиметрах;
hb – необходимая толщина балласта под опорным элементом;
S – размер опорного элемента.

В качестве основных устройств для отвода воды под рельсами используют водосборные сооружения с водоотводом. Площадку под земляное полотно делают в поперечном направлении с использованием профиля, который располагается под уклоном по направлению к водоотводу.

Основное давление от колес крана принимают на себя рельсы, поэтому к их прочности и надежности предъявляют особые требования. За счет этого элемента конструкции башенного крана обеспечивается необходимая жесткость для сопротивления изгибу.

Под этот тип путей используют рельсы нескольких видов:

• Р33.
• Р38.
• Р43.
• Р50.
• Р65.

Р33 широко использовали в конструкции кранов небольшой грузоподъемности, но с некоторых пор их перестали выпускать, поэтому сегодня укладывать их под крановые пути не рекомендуется.

Так случилось, что большинство рельсовых путей под башенные краны демонтируются неправильно. Несовершенство технологии приводит к тому, что рельсы со временем деформируются, а появление дефектов является одной из причин создания в будущем аварийной ситуации.

На работе рельсов сказывается несколько основных факторов:

• Переукладка.
• Плохо уплотненное основание, не обладающее достаточной жесткостью.
• Отсутствие стабилизации балластной призмы.
• Большая осевая нагрузка.

Все это и некоторые другие факторы приводят к появлению в конструкции рельсов недопустимых дефектов, обнаружить которые сразу не всегда возможно, но при соблюдении правил безопасности и наличии под рукой необходимого оборудования можно.

Чаще других выходят из строя рельсы под башенные краны типа Р33 и Р38. Их повторное применение возможно после ремонта, но окончательное решение будет зависеть от того, насколько сильно подверглась износу головка рельса. Учитывать приходится не только видимые дефекты, но и возникшие внутри и скрытые от первого взгляда.

Использование в конструкции башенных кранов рельс типа Р33 приводит к нарушению взаимодействия колес крана с поверхностью изделия. В результате кран двигается неравномерно с заносом одной стороны, увеличивается опасность обрушения, увеличивается вибрация конструкции и износ крановых колес.

Для старогодных изделий износ головки по типу рельс не может быть больше, чем показатели, представленные в следующей таблице.

	Износ по типам рельсов, мм
Вид износа	Р38	Р43	Р50	Р65
Вертикальный	4	7	7	9
Горизонтальный	4	4	4	4

Для организации подкрановых путей нельзя использовать и рельсы со следующими дефектами:

• Трещинами в шейке, головке или подошве рельс.
• Смятием более 5 миллиметров.
• С подошвой или шейкой, износ или поражение ржавчиной которых наблюдается более чем на 4 миллиметра.

Рельсы разных типов используются в соответствии с имеющимися ГОСТами:

• Р43 – ГОСТ 7173. [2]
• Р50 – ГОСТ 7174. [3]
• Р65 – ГОСТ 8161. [4]

Если применяются старогодные изделия, то обязательно в соответствии с классификацией указанной в ТУ 32 ЦП-32-561 «Технические условия об использовании старогодных рельсов на железных дорогах широкой колеи». [5]

Все дефекты рельсов в профессиональной сфере имеют свой код и классифицированы по ряду признаков:

• Причин происхождения.
• Места расположения.
• Вида.

Если рассматривать более подробно код и разбирать его по частям, то разобраться в классификации станет под силу любому. По первой цифре в коде определяется тип дефекта и место, где он расположен. По второй цифре можно сказать о разновидности дефекта учитывая причину его появления. Третья цифра в коде указывает, в какой точке по длине рельса расположен дефект.

По имеющейся классификации, типы дефектов, обозначаемые первой цифрой подразделяются на:

• 1-4 место расположения в головке, при этом 1 – отслоение, 2- поперечная трещина, 3 – горизонтальная, вертикальная и поперечная трещина, 4 – неравномерный износ или смятие.
• 5 – месторасположения дефекта в шейке рельса.
• 6 – дефект в подошве.
• 7 – наблюдается излом по всему сечению.
• 8 – наблюдается изгиб в горизонтальной и вертикальной плоскости.
• 9 – любые другие дефекты.

По второй цифре, которая указывает на разновидность повреждения, учитывая его главную причину, имеется следующая классификация:

• 0 – нарушение технологии производства рельсов.
• 1 – отсутствие достаточной контактно- усталостной прочности.
• 2 – недостаток стыкового скрепления рельса.
• 3 – несоответствующее содержание пути.
• 4 – неправильное воздействие крана на поверхность рельсов.
• 5 – механические воздействия.
• 6- нарушение технологии сварки.
• 7 – нарушение технологии закалки.
• 8 – нарушение технологии плавки рельсов.

И последняя классификация по месту расположения повреждения, учитывая расположение дефекта по длине рельса, то есть цифра три:

• 1 – в местах стыков не более чем 75 сантиметров от торца изделия.
• 2 – за переделами стыка.
• 3 – там, где проводилась электроконтактная сварка.
• 4 – в месте скоростной термитной сварки.
• 5 – где была проведена обычная термитная сварка.
• 6 – там, где была использована газопрессовая сварка.
• 7 – в месте использования сварки оплавлением.
• 8 – где была использована электродуговая сварка.

Любой дефект, который образовался в конструкции рельсовых путей под башенные краны, имеет свои причины возникновения.

Отслоение на поверхности рельсов под башенные краны чаще является результатом халатного отношения к технологии производства рельсов. Если отслоение происходит в головке, значит, можно утверждать о плохом качестве закалки верхнего слоя рельсы.

Самым опасным для эксплуатации башенного крана дефектом считаются поперечные трещины и изломы, которые могут возникать и развиваться внутри головки без видимых признаков. Возникать такие повреждения могут от механического воздействия, к примеру, при ударе рельса о рельс во время их укладки.

Не менее опасным дефектом принято считать вертикальное расслоение, которое может образовываться по всей длине изделия. Чаще всего обнаруживают повреждение в шейке, а основной причиной появления дефекта считается остаток усадочной раковины, наличие примесей и неметаллических включений. Могут возникать трещины в стыках по той же причине – наличие пустого пространства, непроваров, разного рода включений в сварном стыке.

После того, как рельсы уложены на пути и соединены между собой сварными швами, обязательно должна проводиться ультразвуковая проверка на наличие скрытых дефектов.

К тем характеристикам повреждения, которые можно измерить относят:

• Протяженность.
• Высота.
• Ширина.
• Координаты нахождения.

Очень важно иметь информацию относительно формы повреждения. При небольших размерах дефекты округлой формы, то есть включения, пузыри воздуха, позволяют использовать рельс по назначению гораздо дольше, чем если бы были выявлены трещины.

При использовании ультразвукового оборудования, а именно отражателя, возможно определять форму и размеры повреждений, делать необходимые и своевременные выводы.

Определить условную протяженность и высоту дефекта можно по формуле:
Lmax – Lmin =∆L и Hmax – Hmin=∆H, где
L и H – координаты относительно преобразователя.

Чтобы определить конфигурацию дефекта необходимо соблюдать следующий алгоритм работы:

• Определение расстояния от дефекта, расстояние, которое прошел ультразвуковой пучок в призме, площади преобразователя и другие параметры, значительно упрощающие процесс расчета размеров повреждения.
• Определение размеров двух отражателей: направленного и ненаправленного.
• Расчет глубины, на которой находится повреждение и размеров отражателя для площади отражения.
• Сравнение полученных показателей.

Тракты от отражателей можно рассчитать по формуле:
A∂ = A0`BEФ(Ɵ), где
A0` - учитывает размер амплитуды колебаний при преодолении ультразвуковой волной границ сред;
В- размер отраженной энергии в сторону преобразователя от отражателя;
Е – учитывает уровень затухания волны от начала до ее возвращения;
Ф(Ɵ) – условная величина, демонстрирующая график отклонения энергии.

В качестве размера повреждения чаще всего принимают его диаметр. Эта величина входит в показатель В и при диаметре цилиндра d мы имеем формулу для определения параметра:
4B2r4λ3
dɥ вычисляем сначала определяя _________ и все это заключаем под выражение 3
S ‘2a

Если диск перпендикулярен направлению ультразвукового луча, обладающего диаметром dɥ, то мы имеем:
B
dσ равное выражению ______, заключенному под λr где
π S ‘2a
Сt
λ = / – длина волны;
f
r = x2+Y2 – расстояние до повреждения
πa2cosα
S ‘2a = _________ – мнимая площадь преобразователя.
cosβ

Такие расчеты очень громоздки на практике, поэтому чаще всего используют графики. На рисунках изображают зависимость полученных данных от глубины расположения повреждения.

Наши параметры A0` и Е будут меняться в зависимости от того, какой метод контроля использовался, а параметр В от вида используемого отражателя.

Подобным методом можно выявить любой тип повреждения, но чтобы во время эксплуатации рельсовых путей под башенные краны избежать аварийных ситуаций, важно регулярно проводить проверку состояния рельс.

Большинство косых и продольных трещин образовывается в местах стыков под воздействием ударов колес. Так происходит на тех участках пути, где стыки плохо содержатся, можно увидеть лопнувшие накладки, гайки затянуты не плотно. В таких местах и нагрузка на стыки в несколько раз больше, поэтому и дефекты образуются раньше, чем на шейке рельсы.

На шейке тоже в процессе эксплуатации могут возникать продольные трещины. Но происходит это из-за неправильного использования путевого инструмента. Такие дефекты можно легко обнаружить, если организовать хороший визуальный осмотр путей под башенный кран, но в такой стадии повреждения уже могут быть причиной возникновения аварийной ситуации. На ранних стадиях определение продольных трещин происходит посредством дефектоскопии.

В последнее время большая опасность таится в коррозионно-усталостных трещинах, которые образуются на тех участках путей, где использовались в качестве прокладок деревянные изделия, обладающие повышенной влагоемкостью. После такого интенсивного воздействия влаги на металл образуются каверны. Основная опасность такого повреждения заключена в том, что трещины расположены в растянутой зоне, значит, даже при небольшой площади дефекта возможен в любое время излом рельса. Выявить такое повреждение в подошве под шейкой возможно только благодаря ультразвуковому методу диагностики.

Залог безопасного использования башенного крана всегда является состояние его путей, а чтобы избежать аварийной ситуации нужно регулярно диагностировать рельсы на наличие видимых и невидимых повреждений.

Список литературы:
1. CНиП 3.08.01-85. «Механизация строительного производства. Рельсовые пути башенных кранов».

2. ГОСТ 7173-54. «Рельсы железнодорожные типа Р43 для путей промышленного транспорта».

3. ГОСТ 7174-75 «Рельсы железнодорожного типа Р50. Конструкция и размеры».

4. ГОСТ 8161-75 «Рельсы железнодорожные типа Р65. Конструкция и размеры».

5. ТУ 32 ЦП-32-561 «Технические условия об использовании старогодных рельсов на железных дорогах широкой колеи».