автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Обоснование выбора метода инструментальной диагностики металлоконструкций мостовых кранов

На правах рукописи

ВОБЛИКОВА Юлия Олеговна

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ МОСТОВЫХ КРАНОВ

Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 9 АПР 2015

005567800

Тула 2015

005567800

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Анцев Виталий Юрьевич

Официальные оппоненты: Кобзев Анатолий Петрович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины» Бапаковского института техники, технологии и управления (филиала) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.;

Сероштан Владимир Иванович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Детали машин и подъемно-транспортное оборудование» Калужского филиала ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана».

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тверской государствен-

ный технический университет».

Защита состоится «27» мая 2015 г., в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.10, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (ТулГУ) по адресу: 300012, Тула, пр. Ленина, 92, ауд. 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» и на сайте tsu.tula.ru.

Автореферат разослан «в»¿2./у>О/>Л0\5 г.

Учёный секретарь //С /л

диссертационного совета у^ЛгО Крюков Владимир Алексеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Большое количество мостовых кранов, к настоящему времени в России, выработали свой нормативный срок службы. Решение о возможности их дальнейшей эксплуатации принимается на основе проводимой диагностики. При контроле состояния несущих металлоконструкций в соответствии с Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения» в основном применяют визуальные методы диагностики. Однако, такие методы контроля являются субъективными, так как степень выявляемое™ дефектов зависит от квалификации персонала и доступности элементов металлоконструкции для осмотра. Это снижает уровень их безопасной эксплуатации и увеличивает вложения предприятий в обновление парка техники из-за неточной оценки их ресурса.

Практика контроля технического состояния и диагностирования несущих металлоконструкций кранов говорит о том, что предельное состояние обычно наступает позже нормативного срока их службы. Однако, на практике, наблюдались случаи разрушения отдельных элементов металлоконструкций кранов и до истечения их нормативного срока. Чаще всего причиной разрушения является усталостная поврежденность. Поэтому безопасность на стадии эксплуатации может быть обеспечена с помощью контрольных проверок состояния несущих металлоконструкций с целью обнаружения и прогнозирования появления дефектов.

Одним из основных дефектов металлоконструкций являются трещины. К настоящему времени разработан ряд методов, позволяющих не только определять наличие трещин в элементах металлоконструкций, как в случае применения визуальных методов, но и прогнозировать момент их зарождения. Выбор метода контроля элемента металлоконструкции может зависеть от нескольких факторов: наличия того или иного прибора, вида накопленной повреждённости, материала конструкции и т. д. Однако, наиболее достоверным будет являться применение нескольких методов. При этом необходимо учитывать, что различные методы имеют неодинаковую разрешающую способность на различных стадиях накопления повреждённости. Поэтому, обоснованным является подход, который на основе различных критериев, позволит построить рациональный план применения этих методов.

В связи с этим, особую актуальность приобретает имеющая важное народнохозяйственное значение научно-техническая задача, заключающаяся в обеспечении безопасности при эксплуатации мостовых кранов путем сравнения эффективности методов инструментального контроля металлоконструкций и построения рационального плана их применения.

Цель работы заключается в обеспечении безопасности эксплуатации мостовых кранов на основе теоретического обоснования рационального плана применения соответствующих методов инструментального контроля их металлических конструкций в зависимости от степени расходования ресурса.

Объектом исследования являются структурно-чувствительные методы инструментального контроля, применяемые при диагностировании несущих металлоконструкций мостовых кранов.

Предметом исследования является определение рациональной области применения методов инструментального контроля.

Задачи исследования:

— поиск и группирование мест потенциального разрушения в зависимости от степени расходования ресурса;

— анализ эффективности применения методов инструментального контроля при диагностировании несущих металлоконструкций крана;

— разработка рационального плана применения методов инструментального контроля металлоконструкций при их диагностировании.

Методы исследования. В работе использовали: расчетные методы механики разрушения, методы схематизации случайных процессов, конечно-элементное моделирование, методы теории принятия решений.

Научные положения, выносимые на защиту:

— Расчетный метод определения мест потенциального разрушения несущих металлоконструкций грузоподъемных машин.

— Оценка эффективности методов инструментального контроля крановых металлоконструкций.

— Рациональный план применения методов инструментального контроля при проведении диагностирования элементов крановых металлоконструкций.

Научная новизна состоит в раскрытии закономерностей последовательного применения методов инструментального контроля при проведении диагностирования металлоконструкций кранов в зависимости от группы опасности возникновения усталостных трещин в местах потенциального разрушения и степени расходования ресурса.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается экспериментальными результатами обследования металлоконструкций мостовых кранов, а также сравнением результатов проведенных экспериментальных исследований с результатами исследований, проведенными другими авторами.

Практическая ценность работы. По результатам исследования разработан рациональный план инструментального контроля для металлоконструкций кранов из различных материалов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах кафедры «Подъемно — транспортные машины и оборудование» Тульского государственного университета (Тула, 2010, 2011, 2012, 2013), принималось участие в выставках «Выставка научно-технического творчества молодежи» (Тула, 2011) и «Подъемно-транспортные техника и технологии» (Москва, 2010,2011). Сделаны доклады по тематике работы на конференциях: «Подьемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» и «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» с публикацией тезисов и «Подъемно-транспортная техника, внутризаводской транспорт, склады» (Тула, 2011), «Подьемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические

комплексы: XIII - XVI Московская международная межвузовская научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых» (Москва, 2009,2010,2011, 2012), VI молодежная научно-практическая конференции Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (Тула, 2012), 3-я Всероссийская научно-техническая конференция «Инновационное развитие образования, науки и технологий» (Тула, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работах, включая 4 статьи в рецензируемых научных журналах, 2 в сборниках трудов и материалов различных конференций. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников, включающего 105 наименований, приложения. Работа содержит 165 страницы печатного текста, 84 рисунка, 34 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена ее структура и кратко раскрыто содержание разделов диссертации, рассмотрено современное состояние вопроса диагностирования несущих металлоконструкций мостовых кранов в частности, обоснована актуальность разрабатываемой темы.

В первом разделе рассмотрена поврежденность несущих металлоконструкций мостовых кранов. Отмечена тенденция, характеризующаяся снижением надежности и безопасности грузоподъемных кранов в результате воздействия многочисленных факторов.

Рассмотрены силовые факторы, действующие на металлоконструкцию в процессе работы: постоянные, передвижные, динамические, нагрузки от воздействия ветра, нагрузки, которые возникают при выполнении краном специальных технологических операций, монтажные, транспортные, нагрузки от обледенения, от температуры и сейсмические нагрузки.

Проанализированы процесс накопления поврежденности и разрушения и места наиболее подверженные разрушению в металлоконструкции.

Рассмотрены инструментальные методы контроля металлоконструкций, получившие в настоящее время наибольшее распространение. Показано, что наиболее перспективными из них следует считать те, которые дают возможность оценивать накопленную поврежденность металлоконструкций с возможностью прогнозирования их состояния во времени. Поэтому проведен детальный анализ инструментальных методов контроля, позволяющих оценивать ресурс до возникновения трещин в исследуемой металлоконструкции крана: метод диагностирования по изменению оптических свойств поверхности, метод диагностирования по изменению микрорельефа поверхности, метод диагностирования по изменению коэрцитивной силы, метод диагностирования по изменению размеров зоны упругопластической деформации, метод диагностирования по изменению размеров зоны пластической деформации.

Расчетные методы механики разрушения представлены в трудах Вертинского A.B., Гиренко B.C., Касаткина С.Б., Вояченко В.Н., Когаева В.П., Махуто-ва H.A., Гусенкова А.П., Коцаньды С., Лебедева A.A., Чаусова Н.Г., Богини-ча И.О., Недосеко С.А.

Методы схематизации случайных процессов представлены в трудах Соколова С.А. и Государственном стандарте РФ.

Конечно-элементное моделирование изложено в работах Мальцева В.П., Майборода В.П., Образцова И.Ф. и др.

Методы теории принятия решений изложены в работах Саати Т.Л., Анцева В.Ю., Иноземцева А.Н., Варжапетяна А.Г.

Исследования зависимости изменения свойств поверхности от действия циклических нагрузок и методы диагностирования приведены в работах Попова В.А., Селиверстова Г.В., Толоконникова A.C., Испиряна P.A.

Обзор состояния работ по проблеме диагностирования несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов в России показал, что задача исследования является актуальной и не нашла окончательного решения.

Второй раздел посвящен моделированию работы мостовых кранов. Проведенный расчёт позволил сгруппировать места потенциального разрушения по ресурсу до возникновения усталостных макротрещин критического размера. Для этого устанавливают фактические нагрузки, которые действуют на элементы крана в различное время движения. По рассчитанным нагрузкам определяются места потенциального разрушения для проведения в них инструментальной диагностики. Рассмотрена методика расчета усталостной поврежденное™.

В процессе исследования была построена конечно-элементная модель мостового крана. С помощью конечно-элементного моделирования оценено напряженно-деформированное состояние и определены места потенциального разрушения крановой металлоконструкции и проведено их группирование по степени опасности возникновения усталостных трещин (рис. 1). При этом смоделирована работа мостового крана с учетом динамических воздействий горизонтальной, вертикальной и продольной нагрузок.

Рис. 1. Места потенциального разрушения металлоконструкции мостового крана (1,2,3,4,5,6,13,14,15,16,17,18 - зоны соединения главных и концевых балок; 7,8,9,10,19,20,21,22-зоны крепления ходовых колес; 11,12- центр пролета)

Установлено, что наибольшие и более значимые воздействия оказывает вертикальная нагрузка, возникающая от действия давления на металлоконструкцию грузовой тележки с грузом. Также нужно отметить скачкообразное действие горизонтальной нагрузки, достигающей достаточно высокого значения. Она возникает при так называемом несвободном движении, когда реборды одного или нескольких колес приходят в соприкосновение с рельсовым путем в начальный неустановившийся момент движения крановой тележки.

Показано, что продольная нагрузка оказывает меньшее влияние на металлоконструкцию, но в сумме все нагрузки вызывают сложное напряженное состояние. С учетом динамического воздействия вышеперечисленных нагрузок были выделены 22 места потенциального разрушения металлоконструкции, в которых ярко выражена локальная перегрузка материала. Проведена схематизация циклов нагружения для выделенных мест по методу «потоков дождя», рассчитаны пределы выносливости и построены кривые усталости для всех 22 мест потенциального разрушения. Дальнейшее описание приведено на примере места потенциального разрушения № 6.

Полученные данные асимметрии цикла нагружения сведены в табл. 1 и представлены графически в виде диаграммы на рис. 2. Из представленной диаграммы видно, что в процессе выполнения рабочего цикла крана происходит трёхкратное циклическое воздействие (циклы 3-4, 6-7, 8-16) со своими значениями амплитуды и асимметрии напряжения в рассматриваемом месте металлоконструкции.

Таблица 1

Асимметрия цикла места потенциального разрушения №6

Циклы расчета Асимметрия цикла

3-4 0,235

6-7 0,646

8-16 0,014

Рис. 2. Диаграмма «напряжение-деформация»

Рассматривая асимметрию цикла места потенциального разрушения №6, расположенного на внутренней стороне стыка главной и концевой балки, можно сделать вывод, что асимметрия в рамках одного рабочего цикла крана меняет свои значения в достаточно широких пределах ( /¡ащш = 0,014, Лотах = 0,646 ).

Для определения примерного ресурса до возникновения магистральной трещины необходимо определить пределы выносливости для всех трёх циклов нагружения. Предел выносливости о/у? рассчитывается по известной формуле:

ж Х-Ва + а+ВоКк'

где - предел выносливости с концентратором, при симметричном цикле

нагружения, Яо -ассиметрия цикла, -коэффициент чувствительности.

Сравнивая, полученные расчётом пределы выносливости с напряжениями, полученными конечно-элементным анализом можно выделить повреждающие и неповреждающие циклы.

Для дальнейшего анализа был проведен расчет брутго-напряжений без учёта теоретической концентрации напряжений. После чего снова проводится сравнение полученных расчётом пределов выносливости с брутго-напряжениями, и выделяются повреждающие и неповреждающие циклы. Для повреждающих циклов необходимо рассчитать примерный ресурс до возникновения макротрещины критического размера.

Для оценки примерного ресурса воспользуемся уравнением кривой усталости

= т(1ёацК - ^ст,-; +,

где ¿V,- - ресурс до возникновения макротрещины критического размера, -базовое число циклов, т - показатель степени кривой усталости, оцк - предел выносливости, щ - действующие напряжения, / - номер цикла.

Расчет по данной формуле показал, что в месте потенциального разрушения № 6, следует ожидать появление макротрещин критического размера через

//8_1б= 0,377-105 циклов.

Аналогично был проведен анализ остальных мест потенциального разрушения. Результаты данного анализа позволили сгруппировать места потенциального разрушения по ресурсу до возникновения усталостных макротрещин критического размера. Результаты группирования мест по ресурсу приведены в табл. 2. При этом в первую группу включены места потенциального разрушения с ресурсом 104- 105 циклов нагружения, во вторую - 105- 106 циклов нагружения и, в третью - 106- 107 циклов нагружения.

Таблица 2

Группирование мест по ресурсу до возникновения усталостных макротрещин критического размера

Группа опасности/место 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И

1 * * * * *

2 *

3 * * ★ * *

Группа опасности/место 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

1 * * *

2 *

3 * * * «г * * *

За счёт этого снижается трудоемкость диагностирования, так как контролируются места первой группы до образования в них макротрещин. И лишь затем необходимо последовательно контролировать места второй и третьей групп.

Полученные результаты являются основой для построения плана контроля в найденных местах потенциального разрушения.

Третий раздел посвящен сравнительному анализу эффективности применения методов инструментального контроля и разработке рационального плана инструментальной диагностики металлоконструкций мостовых кранов, выполненных из сталей СтЗсп5,09Г2С и 10ХСНД.

В связи с отсутствием статистического материала для корректного проведения сравнительного анализа эффективности методов были проведены экспериментальные исследования с применением метода диагностики по коэрцитивной силе.

Согласно ГОСТ 25.502-79 для экспериментальных исследований были изготовлены плоские лабораторные образцы. В качестве материала образцов был выбран, как наиболее часто применяемый, прокат листовой стальной марки 09Г2С по ГОСТ 19281-89.

На образцах с симметричными боковьми надрезами У-образного профиля тип X с теоретическим коэффициентом концентрации напряжений аа = 5,73 в условиях циклического растяжения с асимметрией цикла ^ = 0,3 проводили циклическое нагружение при напряжении отах = 150МПа, что соответствует работе нижнего пояса мостового крана и результатам расчёта, полученным в разделе 2. Поверхность испытываемых образцов в районе концентратора напряжений полировалась до шероховатости = 0,04 мкм.

С фиксированным интервалом в 10000 до момента объединения микротрещин в макротрещину, а затем с интервалом в 30000 проводились замеры изменения коэрцитивной силы с помощью прибора МС-10. Графически изменения коэрцитивной силы показаны на рис. 3. Образование макротрещины произошло при средней наработке в 45000 циклов.

О 30000 СОООО 90000 Л ЗОООО 15СООО 130000 2ХОООО ¿40000 270000 3СЮ ООО

Рис. 3. Зависимость средних значений коэрцитивной силы Не от числа циклов нагружения N

Возникновение и развитие магистральной макротрещины наблюдалось вблизи правого концентратора напряжений. При дальнейшем циклировании было отмечено увеличение размера макротрещины с увеличением пластической деформации вблизи концентратора напряжений. Развитие пластических зон сопровождалось до момента разрушения испытываемых образцов.

Анализируя изменение коэрцитивной силы, видно, что на этапе до возникновения макротрещины (около 45000 циклов) происходит её увеличение от 5,3 А/см до 5,65 А/см. Дальнейшее увеличение коэрцитивной силы происходит в условиях развития трещины и продолжается до 7,9 А/см. Это позволяет считать, что метод диагностики по изменению коэрцитивной силы можно применять для прогнозирования момента зарождения трещины в условиях мало-и многоцикловой усталости. Полученные результаты исследований являются материалом для сравнительного анализа методов.

Для сравнения методов контроля были выделены критерии: соотношение «сигнал-шум», средние риски потерь, стоимость приборов.

Для оценки критерия «сигнал-шум» была принята известная формула

где 1/сшах — максимальное значение сигнала; <тш — дисперсия шума.

Данное соотношение позволило оценить и графически представить эффективность перечисленных методов на рис. 4.

—Мсгоддмйгкосчирооанмя по илмомг-ыию отмхвг.ии* свойств поверхности

Н»— М«од дилгыпетирпвлния по и5М(;|«лнию микрорелыгфй поверхности

~Й—М(.ЧОЧ ДЩ1 МОС'ИриВОЮЧ! по ■пмеиениМ коэриг^апой

Методдиаг>«о<.гированкя по измачсиюо рлгмероо аони

ДСф0р»АИ150йМ1ИП

меюддиа1 нос"ирикакин по

И»ме11«1«» р35«Л<.-рОО «омы ллфлрмипоплики

Рис. 4. Результирующий график отношения «сигнал/шум»

Наиболее эффективным будет тот метод, у которого соотношение «сигнал-шум» будет наибольшим. Поэтому сделан вывод о том, что для контроля поверхностных дефектов типа усталостных трещин и прогнозирования момента их появления в элементах крановых металлоконструкций наименее чувствительным к воздействию шумовых факторов будет являться метод, основанный на анализе оптических свойств поверхности.

Для анализа средних рисков потерь был применен байесовский подход. В качестве функции потерь принят средний риск, представляющий собой математическое ожидание потерь в процессе принятия решения о наличии усталостной поврежденности:

( \Л

и0 ~ "одах

72а,,

Я

5 Еф

ш

■ Р10Р{А^,5Ег/с\

"О

Лс

иш)

Р01 = 1-Ри, Рп= 0,5 Еф

"О ~ "стах л/2ст„_

, Р10 = 0,5 Еф

«0

л/2а„

и0

= Д/аи„

Ш /

где — пороговое значение сигнала наличия поврежденности на поверхности материала, н^щах - максимальное значение сигнала от повреждения, аи —

среднеквадратическое отклонение шума на выходе системы обнаружения усталостных повреждений, - вероятность ложного обнаружения повреждений, Р01 — вероятность пропуска повреждений, Рц - вероятность обнаружения повреждений, Р{Ао\ Р(А\) — априорные вероятности.

Графически результаты расчёта представлены на рис. 5.

О 0,2 0.1 О.б 0,3 1

—»—метод диогн ости розоиил

свойств поверхности

Млад лил гног.1 ироял I «ия но иамемсииы млнрЛ)Х<П1>('фЛ поверхности —Меюд диагиостирог^мия по изменению

№>РЦ>1'И||>|9Й01Л»|

' '- Метод дилчопироцйиим по изменению размеров

Асформиросанкя -Н— Метод диа гностировомил

НО [)Л1М|>ГК>К

зоны пластического /^»форАаирйвзми«

Рис. 5. Результирующий график средних рисков потерь

В данном случае наиболее эффективным следует считать тот метод, у которого будет наименьшее значение величины средних рисков потерь. Анализируя полученные результаты можно сделать вывод о том, что на этапе от 0 до 0,5 ресурса оптимальным методом является метод, основанный на изменении зоны упругопластической деформации, а от 0,5 до 1 ресурса будут равноценны методы диагностирования: по изменению микрорельефа поверхности, по изменению

оптических свойств поверхности и по изменению размеров зоны упругопласти-ческого деформирования.

Был проведён анализ стоимости приборов для диагностики и рассчитана их амортизация. Наименее затратным с экономической точки зрения является прибор исследования шероховатости поверхности ТИ.-220, а наиболее дорогостоящим является лазерный 20 профилометр «Когерент».

По перечисленным критериям проведена аддитивная свёртка критериев (рисунок 7). Решающее правило представлено в виде аддитивной метрики с весовыми коэффициентами:

У = а ■ к\ +Ь- к-1+с ■ к3 , где У — критерий эффективности методов; к\, ¿2 • — результаты исследований методов по каждому из критериев соответственно (в относительной шкале), причем являются обратными величинами; а, Ь, с — весовые коэффициенты критериев.

По результатам свёртки и учитывая габаритные размеры датчиков приборов, материал исследуемой металлоконструкции (СтЗсп5, 09Г2С и 10ХСНД) и напряженно-деформированное состояние в местах потенциального разрушения металлоконструкции, которое рассмотрено в разделе 2, были получены два варианта контроля А и В. В контроле А можно использовать все пять методов, рассмотренных в разделе 1. Так как, в ряде мест потенциального разрушения максимальные действующие напряжения с учетом концентрации напряжений не превышают предел текучести, то в контроле В не используются: метод диагностирования по изменению размеров зоны упругопластической деформации и метод диагностирования по изменению размеров зоны пластической деформации. Графически результаты свертки для планов А и В показаны на рис. 6 и 7.

Рис. 6. План контроля А

Вариант контроля А: от 0 до 0,28 ресурса до возникновения макротрещины оптимальным является метод, основанный на изменении зоны упругопластической деформации, а от 0,28 до 0,47 ресурса - метод диагностирования по изменению микрорельефа поверхности, от 0,47 до 1 — метод диагностирования по изменению оптических свойств поверхности.

Рис. 7. План контроля В

Вариант контроля В: на этапе от 0 до 0,05 ресурса оптимальным является метод диагностирования по изменению оптических свойств поверхности, а от 0,05 до 0,47 ресурса — метод диагностирования по изменению микрорельефа поверхности, от 0,47 до 1 - метод диагностирования по изменению оптических свойств поверхности.

Данные по плану инструментальной диагностики представлены в табл. 4. Буквами А или В показан вариант контроля, а цифрой за буквой группа опасности места потенциального разрушения, которая определяет порядок диагностирования (см. табл. 2). Результаты приведены для стали СтЗсп5. Планы инструментальной диагностики получены и для сталей 09Г2С и 10ХСНД.

Таблица 4

Данные оптимального плана инструментальной диагностики металлоконструкций грузоподъемных машин

№ места 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

СтЗсп5 А2 А1 А1 А1 А1 А1 ВЗ ВЗ ВЗ ВЗ ВЗ

№ места 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

СтЗсп5 ВЗ ВЗ А1 ВЗ А1 А2 А1 ВЗ ВЗ ВЗ ВЗ

Согласно РД 10-112-5 контроль потенциальных мест разрушения должен проводиться с помощью вихретоковой, ультразвуковой и цветной дефектоскопии. По результатам, полученным в данной работе можно рекомендовать включение в данный РД рекомендаций по применению методов инструментальной диагностики по приведенной методике:

1. Выбор контрольных площадок для диагностирования металлоконструкции крана в зависимости от рекомендаций, приведенных в таблице группирования мест потенциального разрушения.

2. Расконсервация выбранных контрольных площадок.

3. Проведение измерения по одному из методов диагностирования, выбираемому в зависимости от вида применяемого контроля (А, В)

4. Анализ полученного значения информационного сигнала и расчёт остаточного ресурса по математическим моделям.

5. По результатам анализа находят наиболее неблагоприятную контрольную площадку (площадки), по которой и выдается заключение с прогнозом о моменте образования трещин в элементе металлоконструкций и рекомендации по дате следующего диагностирования.

План инструментальной диагностики несущих металлоконструкций мостовых кранов рассмотрен и рекомендован к использованию при контроле и обслуживании эксплуатируемой и вновь закупаемой грузоподъемной техники на предприятии ОАО «НПО «СПЛАВ» (г. Тула).

В приложении к диссертации приведен акт научно-технической комиссии о реализации научных положений диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Для обеспечения безопасности при эксплуатации грузоподъемных кранов дополнительно к требуемым РД 10-112-5 методам диагностики несущих металлоконструкций при контроле потенциальных мест разрушения следует применять методы инструментальной диагностики, позволяющие оценить накопленную повреждённость металлоконструкций с возможностью прогнозирования их состояния во времени.

2. Для снижения затрат на инструментальную диагностику следует определять места потенциального разрушения металлоконструкций на основе оценки их напряженно-деформированного состояния с помощью конечно-элементного моделирования, группировать выявленные места потенциального разрушения по степени опасности возникновения усталостных трещин и производить инструментальную диагностику в данных местах в соответствии с выработанным ресурсом металлоконструкции.

3. Эффективность использования методов диагностики, позволяющих оценивать ресурс до возникновения трещин в исследуемой металлоконструкции крана (метод диагностирования по изменению оптических свойств поверхности, метод диагностирования по изменению микрорельефа поверхности, метод диагностирования по изменению коэрцитивной силы, метод диагностирования по изменению размеров зоны упругопластической деформации, метод диагностирования по изменению размеров зоны пластической деформации) следует оценивать по аддитивной свёртке трех критериев: соотношение сигнал-шум, средние риски потерь, стоимость приборов.

4. Рациональный план инструментальной диагностики металлоконструкций мостовых кранов должен учитывать габаритные размеры датчиков приборов, материал исследуемой металлоконструкции, напряженно-деформированное состояние в местах потенциального разрушения и их группы опасности.

5. Рациональный план инструментальной диагностики для металлоконструкций, выполненных из сталей СтЗсп5, 09Г2С и 10ХСНД должен включать

1S

два варианта контроля: вариант контроля А (от 0 до 0,28 ресурса применение метода, основанного на изменении зоны упругопластической деформации, от 0,28 до 0,47 ресурса — применение метода диагностирования по изменению микрорельефа поверхности, от 0,47 до 1 ресурса - применение метода диагностирования по изменению оптических свойств поверхности) и вариант контроля В (от 0 до

0.05.ресурса применение метода диагностирования по изменению оптических свойств поверхности, от 0,05 до 0,47 ресурса - применение метода диагностирования по изменению микрорельефа поверхности, от 0,47 до 1 ресурса — применение метода диагностирования по изменению оптических свойств поверхности).

6. План инструментальной диагностики несущих металлоконструкций мостовых кранов рассмотрен и рекомендован к использованию при контроле и обслуживании эксплуатируемой и вновь закупаемой грузоподъемной техники на предприятии ОАО «НПО «СПЛАВ» (г. Тула).

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих статьях:

1. Вобликова Ю.О. Оценка эффективности методов неразрушающего контроля крановых металлоконструкций // Материалы VI молодежной научно-практической конференции Тульского государственного университета «Молодежные инновации».в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012, 4.1. С. 50-51.

2. Селиверстов Г.В., Вобликова Ю.О. Влияние динамического нагруже-ния на накопление усталостных повреждений металлоконструкций грузоподъемных кранов // Строительные и дорожные машины. - 2012. - №1. — С. 38-40.

3. Селиверстов Г.В., Вобликова Ю.О. Анализ эффективности методов диагностики несущих металлоконструкций грузоподъёмных кранов // Строительные и дорожные машины. - 2012. - №3. - С. 22 - 24.

4. Вобликова Ю.О., Селиверстов Г.В. Оценка инновационных методов диагностики по критерию средних рисков // Материалы 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологий», В 2ч. 4.1, Тула: Изд-во ТулГУ, 2012, С. 61-65.

5. Селиверстов Г.В., Вобликова Ю.О. Оценка эффективности методов контроля металлоконструкций грузоподъёмных кранов// Строительные и дорожные машины. -2013. - №1. - С. 16-20.

6. Селиверстов Г.В., Анцев В.Ю., Вобликова Ю.О. Построение оптимального алгоритма диагностирования крановых металлоконструкций // Строительные и дорожные машины. - 2013. - №7. - С. 23 - 24.

№д.лиц.ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать23.03.2015 Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл.печ. л. 0,9 Уч.изд. л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ 023 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, проспЛенина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.