автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка методики прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций с использованием датчиков деформации интегрального типа

На правах рукописи

Москвин Павел Викторович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СВАРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКОВ ДЕФОРМАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ТИПА (НА ПРИМЕРЕ МОСТОВЫХ КРАНОВ)

Специальность 05.03.06 - «Технологии и машины сварочного

произволе!ва»

05.02.11 - «Методы контроля и диагностика в машиностроении»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Курганский государственный университет»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Троценко Д.А

Официальные оппоненты доктор технических наук

Смородинский Я Г.

кандидат технических наук, доцент Тиньгаев А К.

Ведущее предприятие ОАО «Курганмашзавод»

Защита состоится 18 декабря 2007 г в 14 часов в ауд 107 на заседании диссертационного совета Д 212 298 06 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский юсу дарственный университет» по адресу 454080, г Челябинск, пр им В И Ленина, 76, ЮУрГУ Факс (3522) 46-48-53

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государо венного университета

Автореферат разослан ч /З » ноября 2007 г

\

Ученый секретарь диссертационного совета

И А Щуров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Акт уальность работы. Проблема обеспечения безопасности производства на промышленных предприятиях всегда была и остается чрезвычайно актуальном В последние годы вопрос обеспечения безопасной эксплуатации сварных конструкций резко обострился из-за сильной изношенности производс1венного оборудования и участившихся случаев техногенных аварий и катастроф В полной мере это относится и к грузоподъемным (кранам) машинам разного назначения, в том числе и к сварным металлоконструкциям мостовых кранов, у которых истек нормативный срок службы

До настоящего времени решение данной проблемы сдерживается отсутствием надежных экспериментальных методов оценки эксплуатационного остаточного ресурса сварных металлоконструкций в результате их усталости

Опьп эксплуатации подъемно-транспортного оборудования показывает, чю к моменту окончания нормативного срока службы у 80 % кранов остаточнын ресурс металлоконструкций не исчерпан Данное обстоятельство может быть объяснено не только значительным разбросом их долговечности ог условий эксплуатации и свойств материала конструкций, но и заниженными расчетами нормативного срока службы, если воспринимать последнее как меру ресурса Следовательно, нормативный срок службы не является предельным значением работоспособности грузоподъемных кранов Поэтому, для обеспечения максимально возможной и безаварийной работы кранов с истекшим нормативным сроком службы, требуется решение задачи - оценки остаточного ресурса ме галлоконструкций

Однако, из-за сложности процессов, происходящих при усталости металлоконструкций, ее высокой локальности и трудности выявления в сварных соединениях, данная задача до сих пор не решена

Цель работы — повышение уровня безопасности эксплуатации сварных металлоконструкций мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы путем выявления накопления усталостных повреждений металла с последующим определением остаточного ресурса по сварным соединениям

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие основные задачи

1 Определить методики и средства выявления наиболее опасных участков сварных металлоконструкций, в которых происходит наибольшее накопление усталостных повреждений на примере мостовых кранов

2 Выбрать метод количественной оценки накопления усталостного повреждения в сварных соединениях металлоконструкций мостовых кранов

3 Разработать методику определения эквивалентной нагруженности и остаточного ресурса сварных металлоконструкций

4 Апробировать разработанную методику на сварных металюконструкциях мостовых кранов в условиях их эксплуатации

Методы исследований. В работе применен новый метод оценки накопления усталостных повреждений в сварных соединениях металлоконструкций мостовых кранов с помощью алюминиевых пленочных датчиков, а также современные методы исследований и обработки их результаюв

з

металлографический, микроструктурный анализ, гистограммный и математического моделирования

Идея работы - установление взаимосвязи накопленного усталостного повреждения в реальных металлоконструкциях мостовых кранов в условиях их эксплуатации и образцах при известных параметрах циклического нагружения Научная новизна дисссртациониой работы, сосгош в том, что:

- усыновлены критерии оценки длительности циклического воздействия для надежного выявления алюминиевыми датчиками накопленного усталостного повреждения в основном металле и сварных соединениях металлоконструкций в результате и\ эксплуатации,

для стали Ст Зсп (материал металлоконструкций) установлена трех параметрическая взаимосвязь между накопленным усталостным повреждением, уровнем действующих напряжений и числом циклов нагружения,

разработана математическая модель для определения эквивалентных напряжений и чисел циклов нагружения в сварных металлоконструкциях от условий их эксплуатации,

- разработана методика определения эксплуатационного остаточного ресурса сварных металлоконструкций,

- разработаны рекомендации о дальнейшей (после обследования данным методом) бе<опасной эксплуатации сварных металлоконструкций на примере мостовых кранов

Практическая ценность работы

Для металлоконструкций мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы разрабошнная методика позволяет выявлять слабые по сопротивлению \сгалости места, включая границу сплавления сварных соединений, а гакже получать для этих мест значения остгочного ресурса в годах, днях или часах при условии сохранения режима эксплуатации крана Значения остаточного ресурса позволяют устанавливать качендарные сроки безопасной эксплуатации металлоконструкции, их ремонта и замены Методика может применяться на сварных металлоконструкциях различного назначения Ее результаты могут использоваться для совершенствования расчетов на усталость Реализация выводов и рекомендаций работы.

Разработанная методика использована для определения остаточного ресурса сварных металлоконструкций девяти мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы на предприятиях ОАО «Курганмашзавод», ОАО «Корвет» и ООО «Вшрмет» г Кургана Внедрение результатов работы позволило выявить на ОАО «Курганмашзавод» два крана не пригодных к дальнейшей безопасной эксплуатации и получить экономический эффект 23 908 838 рублей Полученные результаты исследования применяются также в учебном процессе студентов Кур! анского государственного университета при чтении лекций по курсу «Диагностика и прогнозирование работоспособности сварных конструкций»

Апробация рабо1ы Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены

- на 12-й и 13-й ежегодной международной научно-практической конференции «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (г Ялта, 2004 г и 2005 г ),

на Всероссийской с международным участием научно-практической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Н Г Славянова «Сварка и контроль - 2004» (г Пермь),

- на 23-й Уральской конференции «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (г Курган, 2006 г )

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 127 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунков, 17 таблиц, список используемой литературы из 147 наименований, приложений на 3 страницах

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, основная идея и научные положения, выносимые на защиту, отмечена научная значимость и практическая ценность работы

В первой главе представлен анализ усталостных разрушений металлоконструкций грузоподъемных кранов Анализ усталостных разрушений проводился по мостовым кранам, так как наибольшее количество кранов, отработавших нормативный срок службы, составляют именно мостовые краны

В разделе 1 2 первой главы рассмотрены подходы к оценке остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов

В настоящее время не существует инструментальных средств, позволяющих достаточно точно определять накопленное (текущее) усталостное повреждение

Внешние признаки деградации, например трещины в сварных металлоконструкциях, не всегда связаны с усталостью В металлических конструкциях при тщательных обследованиях почти всегда можно обнаружить множество трещинообразных дефектов разчичных размеров и происхождения, но только развивающиеся в процессе эксплуатации могут быть идентифицированы как усталостные Эти трещины и представляют наибольшую опасность Главная задача, которую необходимо решить - это спрогнозировать, когда будут образовываться усталостные трещины

Существующие методы прогнозирования остаточною ресурса сварных металлоконструкций не точны и требуют своего совершенствования

В данной научной работе для прогнозирования ресурса сварных металлоконструкций предлагается метод металлических пленок, который основан на использовании алюминиевых пленочных датчиков и получили название «Датчики деформации интегрального типа» (ДДИТ)

Сущность метода заключается в регистрации с помощью мешллнческой пленки, как датчика, результатов действия на поверхности металлов микросдвигов, приводящих к накоплению усталостных повреждении Пленка и исследуемый металл находятся в плотном контакте и работают при циклических нагрузках одновременно Металл воспринимает внешнюю нагрузку, а пленка -нагрузку от металла через микросдвиги, вызванные дислокационными

процессами и разрывом межатомных связей Микросдвиги приводят к первоначальным обратимым и последующим необратимым микродеформациям как в металле, так и в пленке Дальнейшее развитие в них необратимых микродеформаций и связанные с этим изменения в состоянии их структуры и поверхности характеризуют процесс накопления усталостных повреждений Микросдвиги, а следовательно, и микродеформация ориентированы в направлении поверхности Поэтому на ней повреждаемость обнаруживается в начале в виде отдельных линий скольжения В дальнейшем происходит непрерывный процесс возникновения и роста линий скольжения В связи с тем, что материал пленки более пластичен, чем металл, необратимые микродеформации, а следовательно, и процессы накопления усталостных повреждений и изменения в ней происходят значительно раньше Таким образом, пленка фиксирует накопление усталостных повреждений в металлах даже при их работе в упругой области

Основные достоинства метода

1 Простота реализации Датчик не требует ориентировки на поверхности

де1али так как его свойства во всех направлениях практически одинаковые

2 Удобство Метод можно применять непосредственно на работающем оборудовании Он не требует каких-либо специальных условий в нарушении эксплуатационного режима нагружения Снятие информации с ДДИТ осуществляется бесконтактным методом

3 Достоверность Датчики реагируют на циклическую сдвиговую микродеформацию основного металла, величина которой находится в прямой зависимости от уровня действующих напряжений и степени усталости металла

4 Надежность Датчики обладают свойством «памяти», что обеспечивает возможность на любых этапах циклического нагружения регистрировать и количественно оценивать поврежденное!ь основного металла независимо от того, есть ли на поверхности датчика реакция или нет Приращение реакции датчика всегда идет от достигнутого ранее уровня, что подтверждает дальнейшим прирост поврежденности металла У снятого с исследуемого места датчика полученная от металла информация не исчезает В дальнейшем она может храниться без изменения сколь угодно долю (годами) Ею можно пользоваться в любые периоды времени

5 Эффективность Метод практически безбазовый Он позволяет снимать полезную информацию с датчика на базе 3-4 мкм От изгиба датчика его свойства не меняются Эти обстоятельства способствуют надежному выявлению усталостного повреждения в локальных зонах, даже в концентраторах напряжений на границе сплавления сварного соединения и на самом сварном шве Датчики можно многократно устанавливать и снимать с объекта, что дает возможность определять повреждаемость конструкции на разных этапах ее нагружения

Во второй главе рассмотрены экспериментальные основы разработки методики прогнозирования ресурса сварных металлоконструкций Они включают в себя выбор материала ДДИТ и способ оценки накопленного усталостного

повреждения на стадии предшествующей возникновению трещин, а также результаты тарировки ДДИТ

Широкое распространение на практике получили датчики, изготовленные из меди, алюминия, олова Они характеризуются различными граничными условиями применимости по напряжениям, числу циклов нагружения, температурным условиям

Применительно к условиям эксплуатации мостовых конструкций предпочтительными являются алюминиевые датчики Они надежно выявляют процесс накопления усталостных повреждений в сварных соединениях с учетом изменений значений параметров их эксплуатационной нагруженностп Применение медных и оловянных датчиков не целесообразно по следующим причинам

1 Медные датчики требуют примерно в десять раз большее количество времени на процесс проведения исследования, чем алюминиевые

2 Оловянные датчики не могут быть использованы на сварных соединениях металлоконструкций кранов, так как при установке датчика на сварной шов, в местах изгиба происходит изменение его исходного состояния

В данной главе представлены методики и результаты тарировок датчиков на образцах из стали Ст Зсп материала конструкции Они связывают уровень действующих напряжений, число циклов нагружения и уровень повреждения металла образцов, который определяется по состоянию «темных пятен» на ДДИТ

стМПа 170 160 150 140 130 120

О 20 40 60 80 N 10

Рис 1 Зависимос1ь величины напряжения от числа циклов нагружснии для одною и того же уровня повреждения меюлла образцов

Представленная на рис I зависимость построена по критерию появления самых первых «темных пятен» на ДДИТ, которые фиксировали под микроскопом при 96 кратном увеличении в разных поперечных сечениях тарировочного образца В одном и том же сечении образца с увеличением числа циклов нагружения на ДДИТ постоянной чувствительности происходит, как показано на рис 2 процесс возникновения «темных пятен», который соответствует накоплению усталостных повреждений в металле Аналогичная закономерность имеет место на ДДИТ переменной чувствительности, которые были разработаны Сызранцевым ВН (патент № 2209412) Их особенностью является возможность

регистрации прироста «темных пятен» до базовой линии рис.3 и величины ее смещения после циклического нагружения. Базовая линия на ДДИТ соответствует границе появления «темных пятен».

О циклон 40000 циклоп 80000 циклон 147500 циклов

Рис. 2. Изменение состояния поверхности ДДИТ.

Количественно реакцию датчиков по фотографиям оценивали по приросту относительной площади «темных пятен», определенному с помощью обработки гистограмм, отражающих спектр плотности Н изображения места оценки поврежденное™ с использованием программы, разработанной Гавриловым A.A. Пример такой обработки ДДИТ приведен на рис. 4.

а)

б)

Рис. 3. Состояние «темных пятен» ДДИТ переменной чувствительности а) до испытания образца; б) после испытания образца.

-Р«г................... ...... ~

■ Н ВЧ»>»: и N0«« Лмач ;1№ЬУ Ст.Цв»: Медмлч< ПС Процент! , Пькгс.ч 413801

ЛШ

Рис. 4. Пример компьютерной обработки «темных пятен» ДДИТ.

Для оценки циклической нагруженности конструкций по состоянию «темных пятен» на ДДИТ построена трехпараметрическая зависимость, которая изображена на рис. 5.

о •о- • 13,79 кг/мм ^

о- -Л-- 15,07 кг/мм ^

у

о -Й 16,:-8>г/мм~

2

о -о- 18 кг/мм

о—*— 18,55 ».г/мм2

20 30 Ф 50 60 70 80 90 100 110 120 133 140 150 1Ю Цьклынагружения,тьс

1э:ю

5

| 13X0 I 110Р0 « гаю I 9СШ ? 8СГО

17000 I ЯГО о

С 3X0 1X0

14X0

Рис. 5. Зависимость площади «темных пятен» от числа циклов нагружения и уровня напряжений.

Результаты таких исследований легли в основу разработки математической модели оценки эквивалентной нагруженности и остаточного ресурса сварных металлоконструкций.

В третьей главе представлена методика прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов. Основные этапы и мероприятия по обеспечению практической реализации метода представлены на рис. 6.

о

ЭТАПЫ ТРЕБУЕМОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Рис.6. Схема прогнозирования остаточного ресурса.

В первую очередь определяются места установки ДДИТ на конструкции но выявленным зонам максимальной конценрации напряжений. Составляется схема установки ДДИТ, пример которой показан на рис. 7. Датчики постоянной чувствительности наклеиваются непосредственно на дефектное место, а ДДИТ переменной чувствительности — рядом на основной металл в направлении однородного напряженного состояния. Кран 'эксплуатируется до обнаружения смещения границы первых «темных пятен» на ДДИТ примерно на расстояние 10мм. Затем ДДИТ с конструкции снимаются, а их реакция фиксируется в цифровом изображении.

I I

Ю-йб МШ

У * М7-СЙ1 Площадка МШ

№-ВЗ

главная балка

М2-1Б М2-с0 МШ мз-ав ^

мб а / ........-—~ главная балка \ /

Кабина

М5-С&

мш

Плащавка Н'г -св

Рис. 7. Схема-развертка металлоконструкций крана и места установки ДДИТ ИИ - ДДИТ переменной чувствительности, М - номер места установки ДДИТ, Д — номер ДДИ'Г, Св—ДДИТ на сварных соединениях, • - ДДИ'Г постоянной чувствительности

В дальнейшем используется математическая модель, которая содержит следующие этапы расчета. Первый этап соответствует эксплуатации крана без датчиков. Для него известным является лишь число часов работы крана (7"„). На втором этапе исследуемый мостовой кран в течение часов эксплуатируется вместе с датчиками, общее число которых (/) определяется количеством диагностируемых мест металлоконструкции крана. После чего на каждом / -м датчике фиксируются реакции в виде относительной площади «темных пятен» и смещение границы первых «темных пятен» по поверхности ДДИТ переменной чувствительности (л^,). На основе этих значений численным методом

решается система двух трансцендентных уравнений:

8 =_ЬЛ_

й И-ехрС^-с.-Ь,-^)' (1)

,)+[</„ - 4- а,1 \гщ /(2-<гм) = //„. где , ок , ск - параметры (константы) тарировочной зависимости; //^.(л^о-,,, К,а-ы,Са,8а) - функция, определяющая изменение чувствительности ДДИ'Г; ет -аналог предела прочности материала; П - величина поврежденности ДДИТ, соответствующая появлению на нем реакции в виде первых «темных пятен»; а„„- предел выносливости материала; К - коэффициент пропорциональности в кривой Гатса; па — амплитуда цикла изменения напряжений; с1„- параметр тарировочной зависимости.

В результате решения системы (1) для основного металла определяются эквивалентное число циклов нагружения М. и эквивалентное напряжение стс Для сварных соединений значение такое же как для основного металла, так как ДДИТ на них располагались рядом Подстановкой своего значения ¿X, и /V,. в верхнее уравнение системы (1) находится величина стс, сварного соединения Поскольку кран в течение второго этапа эксплуатировался Тх часов, то полученное число циклов Л^ позволяет рассчитать коэффициент эквивалентности

(/С)

Кс= N. / '/), (цикл/час) (2)

На третьем этапе расчета, принимая гипотезу, что процесс нагружения металлоконструкции крана является случайным и аддитивным, определим, зная Т„, эквивалентное число циклов нагружения крана (Л'„) за время его эксплуатации без датчиков

Кг К т„ (3)

Таким образом, за первый и второй этап работы крана эквивалентное число циклов нагружения представлено суммой М„ и Л',,

Полученная величина эквивалентного напряжения сге после подстановки в уравнение кривой усталости (в форме Гатса) позволяет рассчитать прогнозируемое число циклов до разрушения при вероятности 50%

N = К\-!---!-] (4)

«Гс-О-йо <7 (1-СГи/(Г„)

или минимальное и максимальное число циклов до разрушения при заданной вероятности (квантильные оценки предела выносливости сг™('°, о*™")

у ПИП />

1

л;;,ач = к

1

х)

(5)

На основе полученных значений величин Л'™"' и А'™'14 остаточный ресурс работы крана в эквивалентных числах циклов определяется по зависимостям

дм"|п = Л7" - ые - и,,, лтч = л'™" - л'„ - л',, (б)

или в часах по выражениям

7,'ш" = (л';™ -Ne - д/„)/кс, т;™ = (Л7" --/V,,)/к„ (7)

Для оценки остаточного ресурса металлоконструкции в целом необходимо проанализировать все места установки датчиков и выбрать место, имеющее минимальный остаточный ресурс

В четвертой главе представлена практическая реализация методики прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций на примере мостовою крана (регистрационный номер К-003-П) грузоподъемностью Ют, изготовленного Узловским механическим заводом в 1960 г Результаты оценки остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостового крана приведены в таблице 2

Из представленных данных в таблице 2 видно, что самым опасным местом в конструкции является место М5 св, соединяющее вертикальные стенки главной

балки с концевой Остаточный ресурс составил 3 года Наибольшее накопление усталостных повреждений происходит в сварных соединениях металлоконструкций по границам сплавления

Таблица 2

Результаты оценки остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостового крана

№ месга Относительная Смещение Эквив число Эквив N осг N ост

установки и площадь фаиицы цикл Напряжения в цикл а голах

№ДДИТ темных пя геи % Х„, мм нагружеиия К <?„ МПа

М2-Д5 28,44 23 8806 193,22 2240032 223,37

М5-ЗД 33 46 И 9139 192,97 2257518 216 19

М-1 св 1 52,75 - 8806 21201 47032 4,69

М-2-св1 53,72 - 8806 213,2 42032 4,2

М-4-св 48,06 - 8806 210,09 69432 6,92

М-5-св 54,57 - 9139 213,9 30518 3

М-7-св 42,57 - 8806 207 8 112232 11 1

По результатам прогноза остаточного ресурса проведена оценка работоспособности девяти мостовых кранов отработавших нормативный срок

службы

Таблица 3

_ Результаты прогноза остаточного ресурса кранов____

Завод РеГИСТра- ЦИОНПЫЙ Л» крана Смещение границы первых «темных пятен» - Х8, мм Относительная площадь «темных пятен» — % Эквивалентное Остаточный ресурс, 1 „„ лег

напряжение, - а^-МЛа число циклов

ОАО «Курганмаииа-вод» К-048-П 15 5,5 192,2 9234 6,10

К-047-Г1 8 5,0 190,8 9394 30,01

К-004-П 12 7,0 196,4 8537 3 05

К-868-П 10 8,0 198,9 8132 53,22

К-867-П 13 9,0 201,2 8019 63,87

К-880-П 8 5,5 192,3 9141 2 34

ОАО «Корвет» К-1861-Г1 26 5 31 14 202,4 7447 22,50

К-1948-П 18,0 39,13 209,4 5270 19,24

ОАО «Втормет» К-1937-П 18,7 24,92 196,6 9797 9,92

Из представленных в табл 3 данных мы видим, что остаточный ресурс металлоконструкции кранов находится в пределах от 2 до 63 лет В связи с этим нужно определиться в необходимости их ремонта, объеме ремонта Ремонт можно рекомендовать тем металлоконструкциям кранов, у которых остаточный ресурс до момента возникновения трещин ие менее 5-10 лет, а металлоконструкции ремонтноспособны Выполнение этих двух обязательных условий будет способствовать планированию сроков проведения ремонта и продлению срока эксплуатации металлоконструкций кранов

Если остаточный ресурс во многих местах металлоконструкций находится в пределах от 2 до 5 лет и в этом же пределе находится хотя бы один не ремонтно-способный узел, то в таких случаях ремонт металлоконструкций не рентабелен, поэтому целесообразнее кран списать и заменить

При назначении очередного срока диагностики технического состояния крана нужно учитывать не только полученный остаточный ресурс металлоконструкции крана, но и требование Методических указаний по обследованию технического состояния мостовых кранов, отработавших нормативный срок службы, РД 10-112-5-97

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Для оценки циклической работоспособности сварных металлоконструкций весьма эффективным средством является использование пленочных датчиков деформации интегрального типа (ДДИ'Г) Они на конструкциях регистрируют фактическое накопление усталостных повреждений до возникновения трещин как в основном металле, так и в локальных зонах сварных соединений Установлено, что применение алюминиевых ДДИТ на металлоконструкциях мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы способствует надежному выявлению в сварных соединениях накопленного усталостного повреждения после 2 12 месяцев эксплуатации крана В течение указанного времени происходит вполне удовлетворительное осреднение эксплуатационной нагруженности металлоконструкций

2 Выявленная возможность экспериментального определения с помощью ДДИТ эксплуатационного накопления усталостных повреждений на реальных конструкциях позволило разработать методологическую схему прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов Она регламентирует последовательность выполняемых этапов работы и требуемое для них обеспечение, а также возможные дальнейшие действия с металлоконструкцией крана

3 Металлографические исследования измененного состояния «темных пятен» (участков) на поверхности ДДИТ наработанных в условиях эксплуатации крана , позволяют выявить слабые места в металлоконструкции Показана возможность прогнозирования по степени потемнения ДДИТ мест последовательного разрушения металлоконструкций Установлено, что в сварных соединениях металлоконструкций самое слабое место - граница сплавления, так как именно там наблюдается наибольшее потемнение ДДИТ, а следовательно, и поврежденность

4 Исследованиями измененного состояния поверхности ДДИТ в результате испытания образцов и ее количественной оценкой по относительной площади, занимаемой «темными пятнами» установлено, что между накопленным усталостным повреждением основного металла уровнем действующих напряжений и числом циклов нагружения существует тесная корреляционная взаимосвязь Для материала металлоконструкций кранов — сталь Ст Зсп (ГОСТ 380-60), получены две тарировочные зависимости связывающие вышеуказанные параметры при разном состоянии поврежденности металла Они построены

соответственно по критериям появления первых «темных пятен» на ДДИТ и состояния их изменения в результате циклического нагружения образцов

5 Для выявления мест установки ДДИТ постоянной и переменной чувствительности, их расположения, ориентации и определения сроков снятия разработана методика проведения экспериментальных исследований на металлоконструкции крана Установлено, что смещению границы самых первых «темных пятен» на ДДИТ переменной чувствительности в результате эксплуатации крана соответствует возможность регистрации им поврежденности основного металла, а на ДДИТ постоянной чувствительности - поврежденности сварного соединения Смещение указанной границы на расстояние 5 20 мм служи г критерием снятия с металлоконструкции кранов ДДИТ обоих типов

6 Предложенная математическая модель позволяет совместным решением двух трансцендентных уравнений при установленных ДДИТ переменной чувствительности значений поврежденности металла и смещения границы «темных пятен» определять эквивалентную нагруженность металлоконструкций по основному металлу Она так же позволяет рассчитать эквивалентный уровень напряжений для сварных соединений с учетом их поврежденности Впервые получены значения эквивалентных напряжений и чисел циклов нагружения на сварных соединениях металлоконструкций мостовых кранов в зависимости от условий их эксплуатации

7 К условиям сохранения режима эксплуатации мостовых кранов разработана методика расчета остаточного ресурса сварных металлоконструкций Она включает в себя расчет коэффициента эквивалентности, который позволяет осуществить перевод времени работы крана в эквивалентный цикл В дальнейшем с использованием кривой усталости производится расчет остаточного ресурса сварных металлоконструкций крана

_ Разработанная расчетно-экспериментальная методика прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций внедрена на 9 мостовых кранах Выданы рекомендации по условиям их дальнейшей и безопасной эксплуатации

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1 Троценко, ДА Прогнозирование остаточного ресурса металлоконструкций мостового крана [Текст] / А К Давыдов, А H Зайцев, П В Москвин // Вестник Курганского уиверситета Серия «Технические науки», Вып 2 - Курган Издательство Курганского гос университета, 2005 - С 9-11

2 Москвин, П В Экспериментальные основы методики прогнозирования ресурса металлоконструкций [Текст] / П В Москвин, Д А Троценко, В H Сызранцев // XXIII Уральская конференция «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» [сб докладов] - Курган // Издательство Курганского roc университета, 2006 - С 41

3 Москвин, П В Прогнозирование остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов [Текст] / П В Москвин, Д А Троценко, В H Сызранцев, И В Лисихин, А К Давыдов, А H Зайцев // Двенадцатая ежегодная международная конференция «Современные методы и средства

неразрушающего контроля и технической диагностики» [сб материалов] / Ялта-Киев Издательство УИЦ«Наука Техника Технология», 2004 -С 154-157

4 Сызранцев, В H Оценка остаточно ресурса кранов [Текст] / В H Сызранцев, Д А Троценко, И В Лисихин, П В Москвин // Международная научно-техническая конф «Проблема развития ТЭК западной Сибири на современном этапе» [сб материалов] - Тюмень Издательство Тюменского гос нефтегазового университета, 2003 - Т 2 - С 67-70

5 Москвин, П В Выявление эксплуатационных усталостных повреждений в сварных соединениях металлоконструкции крана [Текст] / 11 В Москвин, В H Сызранцев, А К Давыдов, И В Лисихин, А H Зайцев, Е И Коваль // Всероссийская с международным участием научно-практическая конференция, посвященная 150-летию со дня рождения H Г Славянова «Сварка и контроль -2004» [сб докладов] / Пермь, 2004 - Т 2 - С 360-363

6 Сызранцев, В H Определение остаточного ресурса металлоконструкций мостовых кранов [Текст] / В H Сызранцев, Д А Троценко, П В Москвин, А К Давыдов, И В Лисихин, С Ю Тарунин // 21 научно-техническая конференция сварщиков Уральского региона «Сварка Урала - 2002» [сб докладов] - Курган // И¿дательство Курганского гос университета, 2002 г -С 137-139

7 Москвин, П В Выявление металлоконструкций мостовых кранов, непригодных к дальнейшей эксплуатации с помощью метода металлических пленок [Текст] / П В Москвин, Д А Троценко, В H Сызранцев, А К Давыдов, А H Зайцев, В С Котельников, ИВ Лисихин // 13-я ежегодная международная конференция «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» [сб материалов] - Ялта-Киев Издательство УИЦ «Наука Техника Технология», 2005 - С 128-131

8 Москвин, П В Эксперементально-расчетный метод прогнозирования остаточного ресурса металлоконструкций мостовых кранов с использованием металлических пленок [Текст] / П В Москвин, Д А Троценко, А К Давыдов, В H Сызранцев А H Зайцев, И В Лисихин // Безопасность труда в промышленности - 2006 - № 1 - С 25-28

9 Москвин, Г1В О прогнозировании долговечности металлоконструкций (рузоподъемных кранов [Текст] / П В Москвин // Информационно-аналитический бюллетень «Ваша безопасность» -2004 -№15(3)-С 34-37

10 Москвин, ПВ Прогнозирование остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов с помощью датчиков деформации интегрального типа Датчик «здоровья» мостовых кранов [Текст] / П В Москвин //Технадзор -2007 -№3 -С 56-58

11 Москвин П В Диагностика и прогнозирование остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов с использованием металлических пленок [Текст] /П В Москвин // Дефектоскопия - 2007-№ 12 Принято в печать

Москвин Павел Викторович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СВАРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКОВ ДЕФОРМАЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ТИПА (НА ПРИМЕРЕ МОСТОВЫХ КРАНОВ)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательство Куртанского государственного университета

Подписано в печать 2007. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная.

Уел печ л 1,16 Уч -изд л 1 Тираж 100 экз Заказ

Отпечатоно в типографии Издательства КГУ 640000, г Курган, ул Гоголя, 25

Введение

1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Анализ основных отказов металлоконструкций грузоподъемных кранов

1.2. Подходы к оценке остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов

1.3. Выбор метода и задачи исследования

2. Экспериментальные основы разработки метода прогнозирования ресурса сварных металлоконструкций

2.1. Выбор материала датчиков деформации интегрального типа и способа оценки накопленного усталостного повреждения

2.2. Тарировка датчиков по появлению первых темных пятен

2.3. Получение тарировочных зависимостей для датчика деформации интегрального типа по кинетике роста темных пятен

2.4. Характеристика датчиков деформации интегрального типа с переменной чувствительностью и способ их получения

3. Методика прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкции мостовых кранов

3.1. Выявление опасных мест конструкций

3.2. Диагностика усталости основного металла и сварных соединений

3.2.1. Технология установки датчиков на металлоконструкции крана и снятие с них информации

3.2.2. Технология снятия датчиков с металлоконструкции крана

3.2.3. Обработка информации наработанных датчиков, снятых с металлоконструкции крана в лабораторных условиях

3.3. Вывод математической зависимости для определения эквивалентных напряжений и чисел циклов

3.3.1. Уравнение кривой усталости

3.3.2. Уравнение тарировочной зависимости, построенной по критерию возникновения на поверхности датчиков первых темных пятен

3.3.3. Уравнение тарировочной зависимости датчиков, реакция которых оценивается по относительной площади «темных пятен»

3.3.4. Математическая зависимость, описывающая для датчика переменной чувствительности изменение его поврежденности на поверхности, не имеющей внешней реакции «темных пятен»

3.4. Разработка математической модели для прогнозирования остаточного ресурса металлоконструкции мостового крана

3.4.1. Модель прогноза остаточного ресурса по основному металлу

3.4.2. Модель прогноза остаточного ресурса металлоконструкций по сварным соединениям

4. Практическая реализация методики прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов

4.1. Исходные данные для расчета остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостового крана

4.2. Апробация метода на кранах

4.3. Оценка работоспособности мостовых кранов, отработавших нормативный срок службы

В последние годы вопрос обеспечения безопасной эксплуатации сварных конструкций резко обострился из-за сильной изношенности производственного оборудования и участившихся случаев техногенных аварий и катастроф. В полной мере это относится и к грузоподъемным (кранам) машинам разного назначения, в том числе и к сварным металлоконструкциям мостовых кранов, у которых истек нормативный срок службы [46, 88].

До настоящего времени решение данной проблемы сдерживается отсутствием надежных экспериментальных методов оценки эксплуатационного остаточного ресурса сварных металлоконструкций в результате их усталости.

Опыт эксплуатации подъемно-транспортного оборудования показывает, что к моменту окончания нормативного срока службы у 80% кранов остаточный ресурс металлоконструкций не исчерпан [93-98]. Данное обстоятельство может быть объяснено не только значительным разбросом их долговечности от условий эксплуатации и свойств материала конструкций, но и заниженными расчетами значений нормативного срока службы, если воспринимать последнее как меру ресурса. Следовательно, нормативный срок службы не является предельным значением работоспособности грузоподъемных кранов [69-71]. Поэтому, для обеспечения максимально длительной, надежной и безаварийной работы кранов с истекшим нормативным сроком службы, требуется решение задачи - оценки остаточного ресурса металлоконструкций [7,13-16].

Однако, из-за сложности процессов, происходящих при усталости металлоконструкций, их высокой локальности и трудности выявления в сварных соединениях, данная задача до сих пор не решена.

Цель работы - повышение уровня безопасности эксплуатации сварных металлоконструкций мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы путем выявления накопления усталостных повреждений металла с последующим определением остаточного ресурса по сварным соединениям.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие основные задачи:

1. Определить методики и средства выявления наиболее опасных участков сварных металлоконструкций, в которых происходит наибольшее накопление усталостных повреждений на примере мостовых кранов.

2. Выбрать метод количественной оценки накопления усталостного повреждения в сварных соединениях металлоконструкций мостовых кранов.

3. Разработать методику определения эквивалентной нагруженности и остаточного ресурса сварных металлоконструкций.

4. Апробировать разработанную методику на сварных металлоконструкциях мостовых кранов в условиях их эксплуатации.

Методы исследований. В работе применен обоснованный метод оценки накопления усталостных повреждений сварных соединений металлоконструкций мостовых кранов с помощью алюминиевых пленочных датчиков, современные методы исследований и обработки информации с их поверхности - металлографический, микроструктурный анализ, гистограммный и математического моделирования.

Идея работы - установление взаимосвязи накопленного усталостного повреждения в реальных металлоконструкциях мостовых кранов в условиях их эксплуатации и образцах при известных параметрах циклического нагружения.

Научная новизна диссертационной работы, состоит в том, что:

- установлены критерии оценки длительности циклического воздействия для надежного выявления алюминиевыми датчиками накопленного усталостного повреждения в основном металле и сварных соединениях металлоконструкций в результате их эксплуатации;

- для стали Ст.Зсп (материал металлоконструкций) установлена трех параметрическая взаимосвязь между накопленным усталостным повреждением, уровнем действующих напряжений и числом циклов нагружения;

- разработана математическая модель для определения эквивалентных напряжений и чисел циклов нагружения в сварных металлоконструкциях от условий их эксплуатации;

- разработана методика определения эксплуатационного остаточного ресурса сварных металлоконструкций;

- разработаны рекомендации о дальнейшей (после обследования данным методом) безопасной эксплуатации сварных металлоконструкций на примере мостовых кранов.

Практическая ценность работы: Для металлоконструкций мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы разработанная методика позволяет выявлять слабые по сопротивлению усталости места, включая границу сплавления сварных соединений, а также получать для этих мест значения остаточного ресурса в годах, днях или часах при условии сохранения режима эксплуатации крана. Значения остаточного ресурса позволяют устанавливать календарные сроки безопасной эксплуатации металлоконструкций, их ремонта и замены. Методика может применяться на сварных металлоконструкциях различного значения. Ее результаты могут использоваться для совершенствования расчетов на усталость.

Реализация выводов и рекомендаций работы:

Разработанная методика использована для определения остаточного ресурса сварных металлоконструкций девяти мостовых кранов с истекшим нормативным сроком службы на предприятиях ОАО «Курганмашзавод», ОАО «Корвет» и ООО «Втормет» г. Кургана. Внедрение результатов работы позволило выявить на ОАО «Курганмашзавод» два крана, не пригодных к дальнейшей безопасной эксплуатации и получить экономический эффект 23 908 838 рублей. Полученные результаты исследования применяются также в учебном процессе студентов Курганского государственного университета при чтении лекций по курсу «Диагностика и прогнозирование работоспособности сварных конструкций».

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены:

- на 12-й и 13-й ежегодной международной научно-практической конференции «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (г. Ялта, 2004 г. и 2005 г.);

- на Всероссийской с международным участием научно-практической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения Н.Г. Славянова «Сварка и контроль - 2004» г. Пермь;

- на 23-й Уральской конференции «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (г.Курган, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 127 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка, 17 таблиц, список используемой литературы из 147 наименований, приложений на трех страницах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Для оценки циклической работоспособности сварны> металлоконструкций весьма эффективным средством является использование пленочных датчиков деформации интегрального типа (ДДИТ). Они нг конструкциях регистрируют фактическое накопление усталостны? повреждений до возникновения трещин, как в основном металле, так и i локальных зонах сварных соединений. Установлено, что применение алюминиевых ДДИТ на металлоконструкциях мостовых кранов с истекшил нормативным сроком службы способствует надежному выявлению в сварны> соединениях накопленного усталостного повреждения после 2. 12 месяце] эксплуатации крана. В течение указанного времени происходит вполне удовлетворительное осреднение эксплуатационной нагруженносп металлоконструкций.

2. Полученная возможность экспериментального определения с помощьк ДДИТ эксплуатационного накопления усталостных повреждений на реальны) конструкциях позволила разработать методологическую схем) прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовы> кранов. Она регламентирует последовательность выполняемых этапов работы i требуемое для них обеспечение, а также возможные дальнейшие действия с металлоконструкцией крана.

3. Металлографические исследования состояния «темных пятен» (участков на поверхности ДДИТ, наработанных в условиях эксплуатации крана позволяют выявить слабые места в металлоконструкции. Показана возможност] прогнозирования по степени потемнения ДДИТ мест последовательной разрушения металлоконструкций. Установлено, что в сварных соединения) металлоконструкций самое слабое место - граница сплавления, так как именно там наблюдается наибольшее потемнение ДДИТ, а следовательно ъ поврежденность.

4. Исследованиями измененного состояния поверхности ДДИТ в результате испытания образцов и ее количественная оценка по относительной площади занимаемой «темными пятнами», установлено, что между накопленныг^ усталостным повреждением основного металла, уровнем действующи) напряжений и числом циклов нагружения существует тесная корреляционная взаимосвязь. Для материала металлоконструкций кранов - сталь Ст.Зсп ( ГОСТ 380-60), получены две тарировочные зависимости, связывающие вышеуказанные параметры при одинаковой и разной поврежденности металла Они построены соответственно по критериям появления первых «темны> пятен» на ДДИТ и состояния их изменения в результате циклического нагружения образцов.

5. Для выявления мест установки ДДИТ постоянной и переменно? чувствительности, их расположения, ориентации и определения сроков снятия разработана методика проведения экспериментальных исследовании ш металлоконструкции крана. Установлено, что смещению границы самы* первых «темных пятен» на ДДИТ переменной чувствительности в результате эксплуатации крана соответствует возможность регистрации hiv поврежденности основного металла, а ДДИТ постоянной чувствительное^ поврежденности сварного соединения. Смещение указанной границы нг расстояние 5.20 мм служит критерием снятия с металлоконструкции крано! ДДИТ обоих типов.

6. Предложенная математическая модель позволяет совместным решение\ двух трансцендентных уравнений, при установленных ДДИТ переменно* чувствительности значений поврежденности металла и смещения границь «темных пятен», определять эквивалентную нагруженност! металлоконструкций по основному металлу. Она так же позволяет рассчитат] эквивалентный уровень напряжений для сварных соединений с учетом ю поврежденности. Впервые получены значения эквивалентных напряжений i чисел циклов нагружения на сварных соединениях металлоконструкции мостовых кранов от условий их эксплуатации.

7. К условиям сохранения режима эксплуатации мостовых крано! разработана методика расчета остаточного ресурса сварны> металлоконструкций. Она включает в себя расчет коэффициент эквивалентности, который позволяет осуществить перевод времени работь крана в эквивалентный цикл. В дальнейшем, с использованием криво* усталости производится расчет остаточного ресурса сварньи металлоконструкций крана.

8. Разработанная расчетно-экспериментальная методика прогнозированш остаточного ресурса сварных металлоконструкций внедрена на 9 мостовы? кранах. Выданы рекомендации по условиям их дальнейшей и безопасно* эксплуатации.

1. А.с. 1032328 А СССР, МКИ J 01 В7/18. Способ изготовления датчико. контроля циклических деформаций Текст] / Д.А. Троценко, Ю.А Денисов (СССР). опубл. 30.07.83, Бюл. № 28. - 3 с.

2. А.с. 1796987 А СССР. Способ оценки накопления усталостны: повреждений Текст. / Д.А. Троценко, А.К. Давыдов, М.В. Качесо] (СССР). опубл. 23.02.93, Бюл. № 7. -Зс.

3. А.с. 1128146 А СССР. Способ оценки ресурса конструкции Текст. / Д.А Троценко, В.П. Сызранцев (СССР). заявл. 08.07.83 ; опубл. 07.12.84 Бюл №45.-3 с.

4. А.с. 456.188 СССР. Способ определения накопленного усталостной повреждения конструкций Текст. / Х.Б. Корданский, Т.С. Лоцманов

5. B.А. Нейфелву (СССР) опубл. 20.03.75, Бюл. № 1.

6. А.с. 1357778 А СССР. Способ оценки характеристик циклическо. нагруженности конструкции Текст] / Д.А. Троценко (СССР). опубл 07.12.87, Бюл. №45.

7. Болотин, В.В. К прогнозированию остаточного ресурса Текст. / В.В.Болотин // Машиноведение. 1980. - № 5. - С. 58-64.

8. Болотин, В.В. К теории датчиков повреждения и счетчиков ресурса Текст. /В.В. Болотин, С.М. Набойщиков // «Расчет на прочность»: сб. статей / под общей ред. Н.Д. Тарабкова М.: Изд-во «Машиностроение», 1983.-Вып. 24.-С. 79-94.

9. Болотин, В.В. О прогнозировании надежности и долговечности машин Текст. / В.В. Болотин // Машиностроение. 1947. - № 5 - С. 86-93.

10. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций Текст. / В.В. Болотин. М.: Машиностроение, 1984. - 400 с.

11. Болотин, В.В. Ресурс машин и конструкций Текст. / В.В. Болотин. М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

12. Бондаренко, А.Ю. Об оценке остаточного ресурса сварных соединений магнитным методом для обеспечения качества сварных конструкций изделий Текст. / А.Ю. Бондаренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль,- 2002 № 2 - С. 17-25.

13. Бондаренко, А.Ю. Мониторинг состояния сварных соединений для прогнозирования остаточного ресурса магистральных нефтегазопроводов Текст. / А.Ю. Бондаренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2003. -№ 1. - С. 20-24.

14. Бураков, И.Н. Методика прогнозирования работоспособности сварных соединений металлоконструкций методом акустической эмиссии: автореферат дис. .канд. техн. наук / СПб.: Изд-во «ВММА» , 2004. -17 с.

15. Гарф, М.Э. О методике определения нижней границы повреждающих напряжений Текст. / М.Э. Гарф, В.Э. Павловский // Заводская лаборатория. -1967. № 3 - С. 349-352.

16. Гарф, Э.М. Роль низких напряжений спектра в развитии усталостного разрушения Текст. / Э.М. Гарф. В кн.: «Прочность материалов и конструкций». - Киев: Наукова думка, 1975. - С. 55-65.

17. Голофаст, C.J1. Методология оценки нагруженности и усталости металлоконструкций и элементов приводов датчиками деформаций интегрального типа Текст.: автореферат дис. . д-ра техн. наук / C.JI. Голофаст. Ижевск, 2004.- 32 с.

18. Горденко, Б.В. Современная теория надежности: Состояние проблемы, перспективы Текст. / Б.В. Горденко, И.Н. Ушаков // Надежность и контроль качества. 1988. - № 1 - С. 37-42.

19. Государственный конструкторско-технологический институт по механизации монтажных и специальных строительных работ (ВКТИ Монтажстроймеханизация) Текст.: М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1990. -30 с.

20. Гохберг, М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин Текст. / М.М. Гохберг. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1969. -520 с.

21. Гребенник, В.М. Усталостная прочность и долговечность металлургического оборудования Текст. / В.М. Гребенник. М.: Машиностроение, 1969 - 256 с.

22. Гуревич, С.Е. Прочность металлов при циклических нагрузках Текст. / С.Е. Гуревич, Л.Д. Едидович. М.: Издательство «Наука», 1967 г. - 287 с.

23. Дмитриченко, С.С. Расчет долговечности металлоконструкций машин (в вероятностном аспекте) Текст. / С.С. Дмитриченко // Вестник машиностроения. 1977. - № 5. - С. 7-9.

24. Емельянов, О.А. Мостовые краны. Сварные конструкции (справочник) Текст. / О.А. Емельянов. Киев: Наукова думка, 1997. - Т.2. - 738 с.

25. Емельянов, О.А. Мосты сварные крановые. Конструкция, нагруженность, диагностика, обеспечение ресурса Текст. / О.А. Емельянов. -Краматорск: Донбасс. Государственная машиностроительная академия, 2002.-334 с.

26. Емельянов, О.А. Образование поперечных двухчастотных нагрузок, действующих на сварной мост крана Текст. / О.А. Емельянов, В.П. Шепотко, С.В. Лубенец, В.Ю. Пихота // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2001. - № 1 - С. 13-18.

27. Емельянов, О.А. Усталостные повреждения сварных крановых мостов Текст. / О.А. Емельянов, В.П. Шепотько, В.Ю. Пихота, С.В. Лубенец.

28. A.Т. Буренко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. -2001.-№ 1.-С. 13-18.

29. Ерофеев, В.В. Оценка остаточного ресурса сварных трубопроводов газовых сетей на основе данных технической диагностики Текст. У

30. Ефремов, Л.В. Прогнозирование и обеспечение гарантированной долговечности элементов машин. Научно-технические проблемы прогнозирования и долговечности конструкций и методы их решения

31. Текст. / JI.В. Ефремов // Труды VI Международной конференции СПб.: Санкт-Петербург. - 2005. - С. 214-220.

32. Задирка, В.Ф. О повышении несущей способности и долговечности сварных конструкций мостовых кранов Текст. / В.Ф. Задирка, О.А. Емельянов // Автоматическая сварка. 1983. - № 10. - С. 52-58.

33. Ковальчук, B.C. Определение циклической долговечности металлов при двухчастотном цикловом нагружении Текст. / B.C. Ковальчук // Автоматическая сварка. 1998. - № 9 - С. 12-14.

34. Короткий, А.А. Методические основы оценки, прогнозирования и управления промышленной безопасностью подъемных сооружений: дис. . .д-ра техн. наук Текст. / А.А. Короткий. Новочеркасск, 1997. - 234 с.

35. Короткий, А.А. Оценка безопасности эксплуатации системы «кран -рельсовый путь» параметрами риска Текст. / А.А. Короткий, Д.Н. Симонов, B.C. Котельников // Безопасность труда в промышленности. 1997. - № 3. - С. 25-27.

36. Котельников, А.П. Диагностика усталости металлоконструкций кранов датчиками деформации интегрального типа Текст. : автореферат дис. канд. техн. наук / А.П. Котельников. -Курган, 2003.-16 с.

37. Котельников, B.C. Концепция оценки остаточного ресурса металлических конструкций грузоподъемных кранов отработавших нормативный срок службы Текст. / B.C. Котельников, Ю.А. Еремин, А.А. Зарецкий,

38. А.А. Короткий // Безопасность труда в промышленности. 2000. - № 10. -С. 44-45.

39. Котельников, B.C. Новые аспекты в методологии экспертных обследований грузоподъемных кранов Текст. / B.C. Котельников. А.А. Зарецкий, А.А. Короткий // Безопасность труда в промышленности. -2002.-№ 11.-С. 2-6.

40. Котельников, B.C. Ограничители грузоподъемности для электрических мостовых и козловых кранов серии ПС-0 Текст. / B.C. Котельников. А.С. Липатов, А.Б. Белослюдов, В.А. Сушинский // Безопасность труда в промышленности, 2000. № 3. - С. 58-59.

41. Котельников, B.C. Оценка безопасности эксплуатации кранов мостового типа: дис. .канд. техн. наук / B.C. Котельников. Новочеркасск, 1998. -210 с.

42. Котельников, B.C. Паспорт магнитного контроля мостового крана Текст. / B.C. Котельников, Л.И. Яков, В.А. Попов [и др.] // Безопасность труда в промышленности. 2004. - № 6. - С. 45-47.

43. Котельников, B.C. Практика магнитной диагностики подъемных сооружений при проведении экспертизы промышленной безопасности /B.C. Котельников, Б.Е. Попов, Е.А. Левин и др. // Строительная техника. 2003. - № 6. - С. 22-25.

44. Лепихин, A.M. Базы данных по дефектоскопии и характеристикам трещиностойкости в расчетах надежности сварных конструкций Текст. / A.M. Лепихин, В.В. Москвичев // Проблемы машиностроения и автоматизации. -1991.- № 5. С. 85-89.

45. Лепихин, A.M. Риск Анализ конструкций с позиций механики разрушения Текст. / A.M. Лепихин // Проблемы машиностроения и надежности машин. -1998. - № 1 - С. 100-101.

46. Маленков, А.И. Разработка методов диагностики и прогнозирования работоспособности деталей передач при циклическом нагружении Текст. : дис. канд. техн. наук / А.И. Маленков. Курган, 1996. - 187 с.

47. Махутов, Н.А. Методические аспекты оценки остаточного ресурсе оборудования потенциально опасных объектов Текст. / Н.А. Махутов, А.А. Шаталов, A.M. Лепихин // Безопасность труда в промышленности. -2002.-№ 11.-С. 19-23.

48. Махутов, Н.А. Применение численных методов расчета показателей надежности элементов конструкций с повреждениями Текст. / Н.А, Махутов [и др.] // Проблемы прочности. -1991. № 5. - С. 3-5.

49. Михайлов, Г.Г. Некоторые аспекты стратегии определения остаточногс ресурса Текст. / Г.Г. Михайлов, О.А. Кононов, А.Я. Колмаков h Безопасность труда в промышленности. 2004. - № 1. - С. 44-45.

50. Москвин, П.В. Диагностика и прогнозирование остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов с использованием металлических пленок Текст. / П.В. Москвин //Дефектоскопия.-2007.-№ 12. С. 86-98.

51. МУ 22-28-05-99. Методические указания. Оценка остаточного ресурса грузоподъемных кранов. М.: СКТБ БК. - 1999. - 11 с.

52. Мужицкий, В.Ф. Об оценке усталостного состояния и остаточного ресурса сварных соединений неразрушающим магнитным методом Текст. / В.Ф. Мужицкий, Ю.А. Бондаренко, А.Ю. Бондаренко,

53. Г.А. Безродько // Третья международная конференция «Диагностика трубопроводов»: сб. материалов / М: Изд-во МГИ, 2000. - С. 11-12.

54. Окубо Хадзимэ. Механизм усталостного разрушения металлов Текст. / Окубо Хадзимэ // Кикай-но Кэнкю, 1971. № 23. - С. 33-39.

55. Окубо Хадзимэ. Определение напряжений гальваническим меднением Текст. : [пер. с япон.] / Окубо Хадзимэ. М.: Машиностроение, 1969. -252 с.

56. Пакаянко, Н.Н. Безопасность подъемных сооружений Текст. i Н.Н. Пакаянко, B.C. Котельников. Москва - Астрахань: Изд-вс Астраханского государственного университета, 2004. - 593 с.

57. ПБ 03-246-98. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности. М.: ГГТН РФ. - 1998. - 17 с.

58. ПБ 10-382-00. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. М.: ГГТН РФ. - 1999.-267 с.

59. Попов, Б.Е. Диагностика мостовых кранов в литейных цехах Текст. / Б.Е, Попов, Е.А.Левин, B.C. Котельников, А.С. Липатов // Безопасность труда в промышленности. 2004. - № 4 - С. 33-38.

60. Попов, Б.Е. Магнитная диагностика и остаточный ресурс подъемных сооружений Текст. / Б.Е. Попов, B.C. Котельников, А.В. Зарудный h Безопасность труда в промышленности. 2001. - № 2. - С. 44-49.

61. Почтенный, Е.К. Прогнозирование долговечности и диагностика деталей машин Текст. / Е.К. Почтенный. М.: Наука и техника, 1983.- 246 с.

62. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов Текст. : М.:. утв. Постановлением ГГТН Р.Ф. 2000. - № 30. - 25 с.

63. РД 08-120-96. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов Текст. : М.: утв. Постановлением ГГТН РФ. - 1996. - № 29. - 27 с.

64. РД 09-102-95. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России Текст. : М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1995. -27 с.

65. РД 10-112-5-97. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы. Часть 5. Краны мостовые и козловые Текст. / B.C. Котельников, А.С. Липатов, В.Г. Жуков [и др.]: М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1997. - 54 с.

66. РД 10-112-96. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы. Часть 1. Общие положения Текст. : ■ М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1996. 30 с.

67. РД 50-694-90. Методические указания. Надежность в технике, Вероятностный метод расчета на усталость сварных конструкций Текст.: М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1990. - 30 с.

68. РД 10-112-97. Методические указания по проведению обследования технического состояния специальных монтажных кранов с истекшим сроком службы с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации. Текст.: М.: согл. ГТН России. - 1998. - 170 с.

69. РД 24.090.52-90. Подъемно-транспортные машины. Материалы для сварных металлических конструкций Текст. : М.: ОАО ВНИИПТМАШ -1990. 42с.

70. РД 10-397-01. Положение по проведению экспертизы промышленной безопасности при эксплуатации подъемных сооружений Текст. : М.: утв. Постановлением ГГТН РФ. - 2001. - № 2. - 21с.

71. РД 03-246-98. Правила проведения экспертизы промышленной безопасности Текст. : М.: утв. Постановлением ГГТН РФ. - 1998. -Вып. 2.-№64.- 19 с.

72. РД 24-112-5р. Руководящий документ по оценке остаточного ресурсе кранов мостового типа Текст.: М.: ОАО «ВНИИПТМАШ», 2002. - 28 с.

73. РД 22-02-99. Руководство по оценке технического состояния стальных подкрановых конструкций. М.: Изд-во гос. проектного институте «Сибпроектстальконструкция АООТ «ВНИИПТМАШ». - 2000. - 37 с.

74. Розенберг, А.Ю. Методы экспериментальной оценки нагруженности и долговечности зубчатых колес с помощью гальванических медных датчиков циклических деформаций: дис. .канд. техн. наук. / А.Ю. Розенберг. Курган, 1985. - 223 с.

75. Спицина, И.О. Статистическая оценка долговечности крановых механизмов Текст. / И.О. Спицина // Труды ВНИИПТМАШ: 1970. Вып. 6.-С. 13-14.

76. Спицина, И.О. Статистическая оценка долговечности крановых механизмов Текст. / И.О. Спицина // Труды ВНИИПТМАШ: 1971.-Вып.4 С. 3-31.

77. Справочник по кранам Текст. / под общ. ред. М.М. Гогберга. М.: Машиностроение, 1988. - Т. 1. - 53 с.

78. Справочник по кранам. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций Текст. / В.И. Брауде, М.М. Гогберг, И.Е. Замятин [и др.]; под общ. ред. М.М. Гогберга. -М.: Машиностроение, 1998. Т. 1. - 536 с.

79. Справочник по техническому обслуживанию, ремонту и диагностированию грузоподъемных кранов Текст. / B.C. Котельников, И.А. Шмаков [и др.] М.: ПИО ОБТ, 1996. - Т. 1. - 409 с.

80. Сызранцев, В.Н. Диагностика нагруженности и ресурса деталей трансмиссий и несущих систем машин по показаниям датчиков деформаций интегрального типа Текст. / В.Н. Сызранцев, C.JI. Голофаст. К.В. Сызранцева. Новосибирск: Наука, 2004 - 188 с.

81. Сызранцев, В.Н. Измерение циклических деформаций и прогнозирование долговечности деталей по показаниям датчиков деформаций интегрального типа Текст. / В.Н. Сызранцев, C.JI. Голофаст. -Новосибирск: Наука, 2004 206 с.

82. Сызранцев, В.Н. Методы прогнозирования долговечности деталей по показаниям датчиков деформаций интегрального типа: учебное пособие Текст. / В.Н. Сызранцев, А.В. Добрынько. Курган: Изд-во РИО Курганского машиностроительного института, 1993. - 103 с.

83. Сызранцев, В.Н. Методы экспериментальной оценки концентрации циклических деформаций и напряжений на поверхностях деталей машин: учебное пособие Текст. / В.Н. Сызранцев- Курган: РИО КМИ, 1993. -83 с.

84. Сызранцев, В.Н. Синтез зацеплений цилиндрических передач с локализованным контактом: дис. . д-ра техн. наук / В.Н.Сызранцев. -Курган, 1989.-429 с.

85. Сызранцева, К.В. Методическое и программное обеспечение измерения напряжений в деталях машин датчиками деформации интегрального типа: дис. .канд. техн. наук / К.В. Сызранцева. Курган, 1998. - 154 с.

86. Николая Гавриловича Славянова «Сварка и контроль 2004»: сб докладов / Пермь, 2004. - Т. 2 - С. 360-363.

87. Троценко, Д.А. Применение датчиков усталостного повреждения для оценки нагруженности элементов конструкций Текст. / Д.А. Троценко. В.А. Кузьменко, Б.З. Крук, В.И. Бойко // Проблемы прочности. 1984. -№ 12-С. 18-21.

88. Троценко, Д.А. Прогнозирование остаточного ресурса металлоконструкций мостового крана Текст. / Д.А. Троценко,

89. A.В.Давыдов, А.Н. Зайцев, П.В. Москвин // Вестник Курганского университета: Серия «Технические науки», Вып. 2 / Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2005. С. 9-11.

90. Троценко, Д.А. Прогнозирование остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов Текст. / Д.А. Троценко,

91. Троценко, Д.А. Разработка метода количественной оценки накопления усталостных повреждений в сварных соединениях с помощью гальванодатчиков: дис. .канд. техн. наук / Д.А. Троценко. Челябинск, 1986.- 184 с.

92. Трощенко, В.Т. Датчик усталостного повреждения и обоснование егс использования Текст. / В.Т. Трощенко, В.И. Бойко // Проблемы прочности. 1981. - № 1 - С. 3-8.

93. Трощенко, В.Т. К вопросу о создании датчиков усталостногс повреждения Текст. / В.Т. Трощенко, Ю.И. Коваль, В.И. Бойко // Проблемы прочности. 1981. - № 10 - С. 43-47.

94. Трощенко, В.Т. Применение датчиков усталостного повреждения для оценки нагруженности элементов конструкций Текст. / В.Т. Трощенко.

95. B.Н. Кузьменко, Б.З. Крук, В.И. Бойко // Проблема прочности. 1984. -№12.-С. 18-21.

96. Труфяков, В.И. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках Текст. / В.И. Труфяков, В.И. Дворецкий, П.П. Михеев [и др.] -Киев: Наукова думка, 1990. 254 с.

97. Труфиков, В.И. Повышение сопротивления усталости сварных соединений и конструкций Текст. / В.И. Труфяков // Автоматическая сварка.- 1998. -№ 11.-С. 11-19.

98. Фишер, Дж. Трещинообразование в стальных мостах Текст. / Дж. Фишер, Д. Мертц // Гражданское строительство. 1995. - № 2. - С. 9-13.

99. Хазов, Г.Ф. Справочник по расчету надежности машин на стадии проектирования Текст. / Г.Ф. Хазов, Б. А. Дидуев. М.: Машиностроение, 1996. - 224 с.

100. Черняев, А.П. Нормативные расчеты и проблемы остаточного ресурса крановых металлоконструкций Текст. / А.П. Черняев, С.Н. Лепихин,

101. C.Н. Васильев, Л.Ф. Москвичева // Труды VI Международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования и долговечности конструкций и методы их решения». СПб.; Изд-во Политехнического университета. - 2005. - С. 428-432.

102. Collacott, R.A. Structural Integrity Monitoring. London / R.A. Collacott h New York and Hall. 1985. - P. 516.

103. Dimitris, K. Fatigue gage monitoring of components / K. Dimitris, G. Ulrich h Schweissun und Schneiden. 1984. - № 12. -P.E. 199 -E201, 583-587.

104. Kramer, J.R. A mechanism of fatigue, failure / J.R. Kramer // Met. Trans. -1974.-№8.-P. 1735-1742.

105. Lobanov, L.M. / L.M. Lobanov, A.Vu. Bondarenko, Vu.K. Bondarenko h Residual life evaluation of welding joints using a magnetic method foi monitoring of welded structures /welding in the world. 2003. - Volume №1/2.

106. Mundge, P.J. Metals give advance notice of their intention to fail / P.J. Mundge // Iron Age Metalwork Internet. 1968. - № 8. - P. 32-33.

107. Munse, W.H. FATIGUE OF WELDED STEEL STRUCTURES / W.H. Munse. Welding researsh council: 1964. - 310 p.

108. Okubo, H. Examination of Fatigue Failure of Metals by Means of Electro-Pleating Method / H. Okubo, S. Murakami, K. Hosono // Japan Soc. Mesh. -1962.-T. 28.-P. 774-783.

109. Sohroder Meelure, Y.C. Jr. Fatigue crack growth studies with Barkhausen effect type measurements / Y.C. Sohroder Meelure // Magnetism and Magnet.- Boston. 1973. - Part 2. - P. 1355-1359.

110. Williams, S. Fatigue Crack Growth monitoring Fracture mechanics and nondestructive testing requirements / S. Williams, P.J. Mundge // Conf. on Periodic Inspection of Pressurized Component. London: Inst. Of Mech. End.- 1982.-P. 38-42.

111. Winokurov, W.A. WELDED STRUCTURES. FRACTURE MECHANICS and FITNESS for PURPOSE CRITERIA / W.A. Winokurov, S.A. Kurckin G. A. Nickolaev. Boston., 1996. - 576 p.открытое акционерное общество1. Щ) КУРГАНМАШЗАВОД1. СПРАВКА

112. Экономическая эффективность внедрения научно-исследовательской работы (НИР) «Прогнозирование остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов с использованием датчиков деформации интегрального типа (ДДИТ)

113. Прогнозируемый срок остаточного ресурса кранов

114. К-048-П 6,1 года К-868-П - 50,1 года;

115. К-047-П 30,1 года; К-867 - 63,87 года; К-004-П - 3,05 года; К-880-П - 2,34 года

116. Стоимость нового мостового крана 2 719 900 руб.

117. Нормативный срок эксплуатации 20 лет.

118. Ежегодные амортизационные отчисления на один кран 2 719 900 :20 лет = 135 995 руб.

119. Стоимость монтажа одного крана 500 000 руб.

120. Стоимость работ по прогнозированию остаточного ресурса металлоконструкций шести кранов = 284 022 руб.

121. Экономический эффект по каждому крану:

122. Общий экономический эффект

123. Э ^ + монтаж кранов экспертиза 21 156 860 + (500 000 х 6) - 248 022 = 23 908 838 руб. В расчете не учтены затраты на демонтаж кранов, отработавших нормативный срок службы, а также время простоя участков на время демонтажа и монтжа кранов

124. Зам. Технического директора ОАО «Курганмашзавод»по ремонту оборудования и энергообеспечению £ Н.Ю. Галиаскаров1. Исполнитель

125. Начальник кранового бюро ОГМех ОАО «Курганмашзавод» А.В. Рыбин Тел. 471-1671. У-9 /Г1. АКТвнедрения научно-исследовательской работыг.Курган

126. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных Москвиным П.В. применяются при чтении лекций по дисциплинам «Производство сварных конструкций» и «Диагностика и прогнозирование работоспособности сварных конструкций».

127. Настоящий акт утвержден на заседании кафедры «Технология и автоматизация сварочного производства», протокол № 6 от 25 мая 2007 г.

128. Председатель комиссии декан технологического факультс

129. Зав. кафедрой ТАСП докт. техн. наук, профессордокт. техн. наук, профессор

130. Научный руководитель, доцент, канд. техн. наук1. Д.А.Троценко1. А.Е. Гончаров1. У2 7