автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние технологических факторов на характеристики крановых нагрузок, ресурс и долговечность сварных подкрановых балок в цехах металлургического производства

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева

На правах рукописи

КАМБАРОВ ВИКТОР ИВАНОВИЧ

УДК 624.072.2/69.059.4

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ КРАНОВЫХ НАГРУЗОК, РЕСУРС И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СВАРНЫХ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК В ЦЕХАХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.23.01. "Строительные конструкции"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук профессор|Кикин А.И.

Москва 1988

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................... 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ........ 9

1.1. Действительная нагруженность подкрановых балок.. 10

1.2. Напряженно-деформированное состояние и сопротивление усталости подкрановых балок............... 13

1.3. Современные методы оценки сопротивления усталости материалов и конструкций..................... 17

1.4. Теоретические предпосылки, цель и задачи исследования......................................... 25

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ДОЛГО-БЕННОСГИ ПОДКРАНОВЫХ ВАЛОК........................... 32

2.1. Общий методический принцип и план исследования.. 32

2.2. Методика накопления и анализ статистических материалов по условиям эксплуатации и долговечности подкрановых балок............................ 36

2.2.1. Критерии формирования статистической выборки.................................... 37

2.2.2. Сбор статистической информации и характеристика материалов выборки............... 46

2.2.3. Анализ статистической выборки............ 49

2.3. Методика исследования технологических грузопотоков в цехах..................................... 56

2.4. Методика исследования частот нагружения подкрановых балок....................................... 58

2.5. Методика исследования угловых перемещений верхнего пояса балок.................................. 65

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КРАНОВЫХ НАГРУЗОК И РЕСУРСА ПОДКРАНОВЫХ ВАЛОК

В ЭКСПЛУАТАЦИИ....................................... 69

3.1. Влияние технологии производства на условия на-гружения конструкций............................ 69

3.2. Теоретическое исследование характеристик крановых нагрузок и влияния на них технологических факторов........................................ 85

3.2.1. Исследование характеристик крановых нагрузок................................... 85

3.2.2. Анализ влияния технологических факторов

на характеристики крановых нагрузок...... 9?

3.3. Частота нагружения конструкций на различных технологических участках пролетов.................. 109

3.4. Угловые перемещения верхнего пояса балок под действием крановой нагрузки........................ 119

3.5. Исследование ресурса подкрановых балок.......... 125

3.6. Выводы.......................................... 138

4. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ ВАЛОК И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИХ РЕАЛИЗАЦИИ......................... 142

4.1. Влияние некоторых факторов на выносливость балок 142

4.2. Расчетная оценка сопротивления усталости балок

при напряжениях переменных во времени........... 146

4.3. Анализ характеристик сопротивления усталости балок в эксплуатации.............................. 159

4.4. Методика проверки выносливости сварных подкрановых балок в эксплуатации........................ 163

4.5. Пример проверки выносливости балок и оценка эффективности использования разработанной методики расчета.........................................

4.6. Выводы ...................................... 173

Заключение ............................................ 175

Список литературы ...................................... 177

Приложение I. Материалы статистической выборки

по цехам................................. 190

Приложение П. Авторское свидетельство на СРП-1 и

описание изобретения ..................... 196

Приложение Ш. Экспериментальные данные по стрип-

перному отделению № 2 ЧМК ................ 202

Приложение 1У.Программы расчета характеристик сопротивления усталости балок ................. 211

Приложение У. Материалы по внедрению результатов

исследований ............................. 219

Приложение У1.Перечень условных обозначений ............ 234

ВВЕДЕНИЕ

ХХУП съезд КПСС выдвинул стратегию ускоренного социально-экономического развития страны. Существенная роль в решении поставленных съездом задач отводится реконструкции действующих предприятий, открывающей широкие возможности для внедрения новейших технологий и интенсификации производства /I/.

Анализ развития технологии металлургического производства свидетельствует о повсеместном росте потребления сырья, увеличении объемов внутрицеховых перевозок осуществляемых с помощью мостовых кранов и, как следствие, увеличении количества кранов в пролетах.

Многочисленные обследования цехов свидетельствуют о том, что мостовые краны определяющим образом влияют на условия их эксплуатации, а из элементов каркасов подкрановые конструкции наиболее повреждаемы. Повреждения подкрановых балок на предприятиях отрасли имеют массовый характер и наиболее часты в зонах пролетов, где краны обслуживают технологические агрегаты и конструкции эксплуатируются наиболее интенсивно. В некоторых цехах повреждения балок образуются уже после 4-6 лет эксплуатации, а их ремонты, как показала практика, оказались недостаточно эффективны. В связи с этим количество поврежденных балок в пролетах со временем неуклонно растет и, несмотря на неоднократные, в течение ряда лет, попытки восстановить их, как правило, через 10-15 лет балки всего пролета становятся полностью непригодными для дальнейшей эксплуатации.

Ремонт и замена балок стали для предприятий явлением систематическим, требующим значительных материальных и трудовых затрат. Так, на Магнитогорском, Челябинском, Нижнетагильском комбинатах в настоящее время заменяется до 1000 т конструкций в год,

а убытки предприятий, связанные с остановкой технологического процесса на время ремонта и замены конструкций значительно превышают стоимость самих конструкций.

В связи с этим значительное внимание советских и зарубежных исследователей было уделено изучению крановых нагрузок (Бать A.A., Кощутин Б.Н., Швеер В., Гризе Ф., Кунин Ю.С., Эглескалн Ю.С., Яковенко А.Т. и другие), анализу напряженного состояния (Броуде Б.М., Гаснер Э., Свенсон К., Апалько A.A., Москалев Н.С., Митюгов Е.А., Лампси Б.Б., Кудишин Ю.И., Рывкин Э.А. и другие) и характеристик сопротивления усталости балок (Биретт Г., Оксфорд И., Федосеев В.П., Нежданов К.К., Лазарян A.C. и другие).

Учитывая однако, что работа мостовых кранов непосредственно связана с реализацией технологического процесса, важное значение для обеспечения долговечности подкрановых конструкций приобретает обоснованный учет влияния технологии на условия их нагружения и сопротивление усталости в эксплуатации. Однако этим вопросам ранее не уделялось достаточного внимания, в связи с чем в настоящее время отсутствуют данные по частоте крановых нагрузок в цехах, а нормативные коэффициенты, понижающие максимальные давления катков, критерий напряженного состояния и расчетное сопротивление усталости балок требуют уточнения.

Настоящее исследование выполнено в соответствии с отраслевой программой ГОССТРОЯ СССР 0.55.01.121. "Разработать и внедрить прогрессивные способы реконструкции промышленных зданий и сооружений ведущих отраслей промышленности, обеспечивающие сокращение трудозатрат, материальных ресурсов и сроков ее проведения", раздел 01.01.02. СД 9а1.

Целью работы является разработка методики проверки выносливости подкрановых балок в условиях эксплуатации, учитывающей влияние технологических факторов на характеристики крано-

вых нагрузок и сопротивление усталости балок.

В результате исследования решена актуальная задача по учету влияния технологических особенностей цехов металлургического производства на условия нагружения конструкций, закономерности накопления циклов напряжений и выносливость эксплуатируемых подкрановых балок, что позволяет прогнозировать их усталостную долговечность и рассчитывать ресурс новых балок в условиях реконструкции и роста интенсивности производства.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены технологические факторы и их сочетания, существенно влияющие на условия нагружения конструкций;

- выявлены характеристики крановых нагрузок, их изменения в условиях интенсификации производства и отличия в разных пролетах и на отдельных технологических участках;

- выявлена зависимость случайной нагруженности и ресурса балок в эксплуатации, их характеристики сопротивления усталости;

Практическая ценность. Полученные результаты позволяют, по оценкам запасов ресурса и долговечности эксплуатируемых балок, планировать сроки ремонтов и замен балок на основе анализа эффективности их дальнейшего использования, проектировать в условиях реконструкции более экономичные подкрановые балки с учетом требуемой долговечности и ранжирования их предельных напряжений.

Внедрение результатов. Разработанная в диссертации методика проверки выносливости подкрановых балок, использована в "Пособии по проектированию усиления металлических конструкций" (к главе 20 СНиП 11-23-81), подготовленном "УКРНИИ проектстальконструкция" по отраслевой программе 0.55.01.121 ГОССТРОЯ СССР. Результаты работы использованы для оценки запасов долговечности эксплуатируемых балок и расчета выносливости новых

балок при замене изношенных конструкций в цехах Магнитогорского, Челябинского, Нижнетагильского комбинатов, подтверждена эффективность их использования.

На защиту выносятся: методика проверки выносливости сварных подкрановых балок в условиях эксплуатации, учитывающая влияние технологических факторов на характеристики крановых нагрузок и сопротивление усталости балок; результаты анализа влияния технологических условий на долговечность балок; методика и результаты исследования характеристик крановых нагрузок в цехах, включенных в статистическую выборку; результаты экспериментального исследования частоты нагружения конструкций и угловых перемещений верхнего пояса балок в эксплуатации; методика и результаты анализа ресурса балок, получивших усталостные повреждения в эксплуатации, характеристики сопротивления усталости балок в условиях случайной нагруженности.

Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации докладывались на научном семинаре лаборатории надежности института металлургии УО АН СССР (Свердловск, 1980 г.), научно-технич. конференции кафедры металлических конструкций МИСИ им. В.В.Куйбышева (Москва, 1980 г.), Всесоюзной школе "Расчет и управление надежностью больших механических систем" (Звенигород, 1984., Тернополь 1986 г.), Всесоюзном семинаре "Индустриальные технические решения для реконструкции зданий и сооружений промзда-ний" (Макеевка, 1986 г.), Уральском научно-технич. семинаре по повышению надежности металлических конструкций промзданий в условиях реконструкции (Челябинск, 1982, 1987 г.).

Объем работы. Диссертация изложена на 236 страницах, в том числе 119 страниц текста (введение, четыре главы, заключение), 19 таблиц и 54 рисунка (54 страницы), 127 наименований литературы (13 страниц), 46 страниц приложений.

1; I

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Из опыта эксплуатации известно, что долговечность сварных подкрановых балок в цехах металлургического производства существенно ниже нормативной. Повреящения имеют массовый характер и связаны с развитием усталостных трещин в верхней зоне стенки. Анализ соответствующих положений ряда нормативных документов /2, 3, 4, 5/ свидетельствует о том, что в своей основе они ограничивались требованиями о проверке выносливости конструкций с учетом понижающего коэффициента ^ и рекомендациями о применении конструктивных решений, не вызывающих повышения концентрации напряжений.

Известно, что усталость материала конструкций и соединений существенно зависит от характеристик процесса циклического на-гружения и возникающих при этом напряжений. В связи с этим значительное внимание в ранее проведенных исследованиях было уделено изучению действующих нагрузок, анализу напряженного состояния и характеристик сопротивления усталости верхней зоны балок.

В соответствии с требованием действующих нора /б, 7/ сопротивление усталости подкрановых балок обеспечивают проверкой выносливости стенки с учетом расчетного сопротивления усталости = 75 МПа (765 кг/см**) и коэффициентов крановой нагрузки Ц « 0,5...О,7. Однако, для обеспечения выносливости балок в эксплуатации, необходим, кроме того, расчет их ресурса с учетом заданной долговечности, ранжирования по участкам пролетов коэффициентов крановых нагрузок и частоты их воздействия, влияния роста интенсивности эксплуатации и случайного характера нагрузок на сопротивление усталости балок. Рассмотрим основные этапы исследований и полученные результаты.

I.I. Действительная нагруженность подкрановых балок

Нагрузки от мостовых кранов зависят от многих факторов и изменяются в широких пределах. Часть факторов - боковые давления, местные динамические воздействия, неравномерность и перераспределение давлений катков способствуют повышению уровня на-груженности конструкции и связаны с эксплуатационными дефектами подкрановых путей. Результаты исследований /8, 9, 10, II, 12, 13, 14/ в значительной степени отражают закономерности их воздействия на балки. Другие факторы - наоборот, способствуют снижению нагруженности конструкций. Так, в цехах металлургического производства мостовые краны являются основным транспортным средством, обеспечивающим реализацию технологического процесса, поэтому важное значение для условий эксплуатации конструкций имеют технологические факторы, вызывающие существенное снижение вертикальных крановых нагрузок в сравнении с нормативными давлениями.

В одной из первых работ, выполненной Бать A.A. /15/ показано, что характеристики нагрузок, их средние значения и частота воздействий зависят прежде всего от организации технологического процесса и в каждом из пролетов могут быть существенно различны. Кошутин Б.Н. /16, 17/, используя метод визуального наблюдения за работой мостовых кранов показал, что средние значения действующих нагрузок составляют 25-85 % нормативных давлений катков и определяются по существу тремя случайными характеристиками - весом груза на крюке, весом грузовой тележки и ее положением на мосту крана, весом моста крана. Полигоны распределения нагрузок, действующих на подкрановые балки одного ряда колонн, их средние давления существенных отличий не имеют, однако противоположные ряды колонн, при достаточной близости фор-

мы полигонов распределения нагрузок, тем не менее могут быть неравно нагружены. Отмечено, что в исследованных пролетах более нагруженными были ряды колонн с близко расположенными железнодорожными путями /18/. Проанализировано влияние работы кранов при их сближениях на распределение нагрузок и показано, что подкрановые балки загружаются, в основном, одним краном, погрешность статистических характеристик нагрузок без учета сближений кранов составляет не более 4-8 %. Аналогичные результаты по закономерностям распределения нагрузок были получены в работах Кунина Ю.А. /19/, Эглескална В.С. /20/, Яковенко А.Т. /22/. Помимо этого, анализом корреляционных функций /19/ выявлено, что процесс нагружения конструкций может считаться приближенно нормальным, стационарным, эргодическим, для получения статистических характеристик которого достаточно одной непрерывной реализации записанной в течение 120...400 часов. Получена зависимость для оценки нагруженности конструкций в виде коэффициента режима Кр и предложена классификация производственных зданий с учетом этого коэффициента, частоты и уровня возникающих в конструкциях напряжений /20/. Следует отметить, что недостатком проведенных исследований /15, 16, 17, 19, 20, 21/ является ограниченность зоны регистрации крановых нагрузок и отсутствие, в связи с этим, данных по частоте нагружения конструкции на различных участках пролета. Применив систему электроконтактных датчиков для одновременной регистрации перемещений кранов и транспортируемых грузов, Яковенко А.Т. /22, 23/ существенно расширил зону регистрации нагрузок и выявил, что каждый из кранов работает в определенной зоне пролета, при этом в ряде пролетов частота нагружения конструкций на разных технологических участках существенно отличалась, но причины автором не анализировались. Отсутствие такого анализа характерно для всех приведенных выше работ.

Авторы отмечали влияние технологии, зон размещения оборудования, транспортных путей на условия работы кранов и эксплуатацию подкрановых конструкций, но соответствующего исследования закономерностей ими не проводилось.

Неуклонный рост объемов промышленного производства, интенсификация технологических процессов и условий эксплуатации конструкций поставили задачи по выявлению факторов, определяющих процессы нагружения конструкций, исследованию изменений этих факторов во времени и соответственно их влиянию на долговечность конструкций. Этому были посвящены работы Зданевича Ю.А. /24/, Горохова Е.В. /25/, Руховича И.Р. /26/, Шилова Ю.Ф. /27/.

Анализируя схемы размещения оборудования в разливочном пролете, Зданевич Ю.А. отметил их влияние на распределение крановых нагрузок и показал, что учет этого фактора позволяет выявить резервы нагруженности конструкций в сравнении с нормативными методами, что особенно важно в условиях реконструкции производства. Рухович И.Р. сделал попытку выявить влияние технологии на уровень и интенсивность крановых нагрузок в цехах машиностроительных заводов. Следует отметить однако, что рекомендованная им методика расчета характеристик нагружения и выносливости балок имеет ряд существенных недостатков, связанных с тем, что методика не учитывает особенностей технологических схем в заданном пролете. По этой причине частота нагружения конструкций, определяемая по количеству подъемов грузов и расчетное давление катков могут значительно отличаться от фактических характеристик. Кроме того, методика не учитывает роста интенсивности нагружения конструкций, обусловленных повсеместным сокращением в цехах продолжительности технологического цикла, разного рода простоев и т.п. Очевидно, что необходимо дальнейшее изучение технологических факторов, их влияния на уровень и частоту крановых нагрузок

по каждому из пролетов, совершенствование методов расчета характеристик нагружения.

1.2. Напряженно-деформированное состояние и сопротивление усталости подкрановых балок

Под действием подвижной крановой нагрузки в верхней зоне стенки балок возникает сложное напряженное состояние, включающее многочисленные составляющие общих и местных напряжений. Для анализе нагруженности балок в эксплуатации необходимо рассмотреть результаты исследований их местного напряженного состояния.

Теоретические основы расчета стенок на местные воздействия нагрузки были заложены в работе Вроуде Б.М. /28/. Рассматривая стенку в виде упругой полуплоскости на которую опирается верхний пойс и подкрановый рельс, автор исследовал законы распределения давлений и местных напряжений смятия в стенке . Однако учет

этих напряжений при проектировании новых балок оказался недостаточным, после нескольких лет интенсивной эксплуатации в них также появлялись усталостные поврадения /29, 30/. В связи с этим работы по анализу напряженного состояния были значительно расширены. Так в исследованиях Лампси Б.Б. /31, 32/, Рывкина Э.А. /33/, Федосеева В.П. /34/, Кудишна Ю.й. /35/, Мааса Г. /Зб/ и других авторов были изучены дополнительные напряжения стенки от местного давления достигающие «(0,15.. .0,50)<3*Ц Чмсц «=(0,15.. .0,32)(эй*^ • Разработаны методы их расчета, которые однако в ряде случаев дают существенно отличающиеся результаты. Это по-видимому связано с возможностями способов решения теоретических задач примененных авторами и требует соответствующего анализа для использования в практических расчетах. Отмечено, что рассмотренные выше работы выполнялись, как правило, при

плотном и непрерывном опирании рельса на балку. В связи с этим интересны исследования Кудишина Ю.И. /37/ о влиянии единичной неровности на местное сжатие стенки, при наличии которой местные напряжения могут возрасти в 1,5-2 раза. Развивая работу в этом направлении /38/, Шиповым К.А. выявлены пятна контакта между рельсом и поясом эксплуатируемых балок через которые нагрузка передается на балку. Анализом расчетных и замеренных в эксплуатации напряжений местного смятия (5,^ выявлено их незначительное отличие, достигающее (10...15) %. Аналогичные результаты получены Сабуровым В.Ф. /39/, замеренные им напряжения были близки или меньше расчетных. На основании полученных данных сделан вывод о том, что, несмотря на принципиальные отличия расчетных предпосылок и действительных условий передачи нагрузки с рельса на балку, формула Броуде Б.М. /28/ дает близкие к реальным оценки напряжений.

Исследованием местных изгибных напряжений занимались Апалько A.A. /40/, Спенглер И.Е. /41/, Москалев Н.С. /42/, Довженко A.C. /43/, Шапиро Г.А. /44/, Иванков О.ф. /45/, Кочергова Е.Е. /47/, Митюгов Е.А. /48/. В различной постановке было решено несколько задач об изгибе стенки из плоскости, получены зависимости для расчета этих напряжений по величине крутящего момента /40, 42, 44, 48/ дающие удовлетворительное совпадение результатов. Экспериментальными исследованиями выявлено, что напряжения могут возникать в балках и при отсутствии смещения рельса с оси стенки. Это связано с передачей нагрузки на балки через случайно расположенные пятна контакта, т.е. местный крутящий момент JÜi » определяемый в настоящее время по нормативному эксцентриситету, в действительности не связан с ним прямой зависимостью и является по существу параметром весьма неопределенным. Отметим при этом, что исследованиями в условиях эксплуатации

выявлена тесная корреляционная связь ( Ч =0,8...О,9) между угловыми перемещениями пояса В и местными изгиб ними напряжениями стенки <0# /38/. Другие авторы /39, 49, 50, 51, 52/ выполнявшие исследования также в цеховых условиях, эту закономерность подтвердили и используют на практике, оценивая в расчетах конструкций местные изгибные напряжения (О^ по углам поворота пояса 0 /50, 51/. Анализ исследования напряжений от местного изгиба стенки б^ и показал, что теоретических решений по их определению в настоящее время не получено. Можно лишь отметить, что во всех работах авторы пренебрегали влиянием <0* на нагруженность балок без каких-либо объяснений /34, 53, 54, 55/. Что касается ¿^ , то еще в работах Шапиро Г.А. /44/ и Малышкиной И.Н. /56/ были сделаны попытки оценить эти напряжения в условном тавре, включающем пояс и часть стенки высотой соответствующей половине ширины пояса. Позднее Федосеев В.П. /34/ вычислял эти напряжения с учетом коэффициента Треффца, характеризующего влияние на концентрации напряжений во входящем угле между поясом и стенкой. Из экспериментальных данных, полученных Рыбкиным Э.А. /57/ эти напряжения составляют Т}^ «

0,31 . Исследованиями местных крутящих воздействий установлено, что возникающие при этом напряжения существенно ухудшают условия работы стенки. В связи с этим, для обеспечения долговечности балок, предлагалось повысить крутильную жесткость пояса и рельса за счет постановки ламелей различной конструкции /47/, приваривания рельса к поясу /41, 45/, применения балок двухстенчатой конструкции /58/. Однако эти мероприятия ожидаемого эффекта не дали. Причина, видимо, заключается в том, что разраб отанные предложения лишь частично улучшают условия работы балки и не учитывают в достаточной мере фактических характеристик сопротивления усталости.

Для более поздних работ характерно расширение взглядов на проблему усталостной долговечности балок. Анализом напряженного состояния стенки выявлено, что под действием подвижной крановой нагрузки в ее верхней зоне возникает сложное напряженное состояние, включающее, по меньшей мере, 7 составляющих, влияние которых необходимо учитывать при оценке нагруженности балок. Разработан ряд гипотез о критериях напряженного состояния /34, 53, 59, 60/, для каждой из которых определены опасные сечения, наихудшее сочетание составляющих, характеристики циклов напряжений, получены кривые усталости.

Помимо этих исследований изучалось влияние сварного шва на сопротивление усталости балок. Анализом статистических данных охватывающих около 200 пролетов /20, 61, 62, 63/ установлено, что трещины начинаются от какого-либо дефекта: непровара, подреза и т.п., создающих, как известно, повышенную концентрацию напряжений в зоне дефекта. Однако, если сварной шов выполнен качественно и дефекты отсутствуют, трещины могут возникать в околошовной зоне /38, 64/. Так влияние шва анализировалось по результатам сравнительных усталостных испытаний двутавров -сварного и выстроганного цельнометаллического /65/, прокатного широкополочного /66/. В каждом из них были получены трещины свидетельствующие о том, что усталостные повреждения балок связаны не только с наличием сварного шва, они прежде всего зависят от уровня нагруженности балок, а сварной шов и его дефекты лишь усугубляют условия работы конструкций.

Особенность выполненных исследований /34, 53, 60, 65, 66/ заключалась в том, что усталостные испытания балок проводились на действие регулярной подвижной нагрузки существенно изменившей напряженное состояние испытываемых балок. Трещины возникали на сжатой поверхности стенки со стороны эксцентриситета передачи

давления в сечениях удаленных на (0,33...0,42) длины балки от опоры. Следует однако отметить, что ограниченная база усталостных испытаний, составляющая не более "(2...3) млн.циклов, не дает достаточно точной характеристики предела выносливости

(Оц /67/, в связи с чем нормативы на проведение таких испытаний предписывают базу не менее Ив « 5 млн.циклов. Кроме того, критерии напряженного состояния и параметры кривых усталости, полученные испытаниями на регулярную циклическую нагрузку, не учитывают существенных отличий выносливости конструкций, работающих в условиях случайной нагруженности /68/. Опыт эксплуатации подкрановых балок тому подтверждение /20, 61, 62, 63/. Анализ, выполненный Патрикеевым A.B. свидетельствует о том, что, несмотря на неудовлетворительную долговечность, в ряде цехов балки выдерживали до повреждения /V» 4...5 млн.циклов.

Таким образом из анализа работ по исследованию напряженно-деформированного состояния и выносливости балок под действием регулярной подвижной нагрузки следует, что для обеспечения требуемой долговечности подкрановых балок в эксплуатации, необходимы исследования их характеристик сопротивления усталости в условиях случайной нагруженности и базе испытаний не менее f\!e «= »10...15 млн.циклов напряжений.

1.3. Современные методы оценки сопротивления усталости материалов и конструкций

Механизм процесса усталостного разрушения металлов неразрывно связан с их структурной неоднородностью. Вследствие этого при циклических напряжениях даже не превосходящих предел пропорциональности, в отдельных неблагоприятно ориентированных зернах начинаются деформации сдвига по определенным кристаллографичес-

ким плоскостям, которые постепенно развиваясь, переходят на другие зерна и приводят к образованию субмикроскопических трещин /69/. Длина этих трещин постепенно растет, они объединяются и образуют первую макроскопическую трещину длиной 0,1...О,5 мм. Поскольку накопление усталостных повреждений связано с циклическими пластическими деформациями, то аналогично условиям пластичности при статистическом нагружении /70/, записывают условия прочности для сложного напряженного состояния при циклическом нагружении. Так в случае плоского напряженного состояния ((о2»0) это условие записывают /68, 71, 72/

Данное выражение получило и экспериментальное подтверждение в ряде работ Ужика Г.В., Гафа Г., Финдли В.,/68/. Выявлено, что пределы выносливости пластин из углеродистых сталей, испытанных при циклическом "растяжении-сжатии" или знакопеременном изгибе существенно ниже пределов их временной прочности при статической нагрузке /73, 74/ и составляют

. При

пульсирующем цикле напряжений пределы выносливости составляют (Оо =(0,5.. .0,6) (5в /75, 76, 77/.

Пределы выносливости натурных сварных конструкций (5>кд могут быть в 2...6 раз ниже пределов выносливости основного металла (йц /69, 71, 72/. Эту разницу объясняют влиянием ряда факторов, одни из которых понижают выносливость, другие повышают. К основным факторам относят: конструктивные-концентрацию напряжений, масштабный фактор, качество обработки поверхности, остаточные сварочные напряжения и т.п.; эксплуатационные-температура, частота нагружения, случайный характер нагрузок, ассиметрия циклов и т.п.; технологические-состояние поверхностного слоя материала (поверхностная закалка, наклеп и т.п.).

Снижение предела выносливости натурных деталей (¡Экд характеризуют коэффициентом fC$= (эи/6а>д . Для обеспечения усталостной долговечности деталей и узлов, работающих в условиях регулярного циклического нагружения, во всех отраслях машиностроения широко пользуются детерминистическими методами расчета по коэффициенту запаса. В основу расчета положены зависимости предложенные Серенсеном C.B. /75/ и записанные для плоского напряженного состояния и асимметричного цикла напряжений в виде

п =

- А? п

г

ЩТпГ '

Для обеспечения долговечности деталей, работающих в условиях случайной нагруженности, разработаны вероятностные методы расчета их ресурса и долговечности. Основанные на одной из гипотез суммирования повреждений, наиболее простой из которых является линейная гипотеза предложенная Пальмгреном в 1924 году, смысл их сводится к следующему:

- распределение напряжений, возникающих в конструкции под действием некоторого блока нагрузок, представляют в виде ступенчатой функции (рис. 1.1) и общее количество напряжений за период эксплуатации определяют по формуле И: =£г-Я ;

- число циклов до появления усталостного повреждения Ж' при действии напряжений 0а,- 2 (Э-м , определяют из уравнения кривой усталости м-

Предполагают, что при блочном нагружении с переменными амплитудами напряжений, относительное усталостное повреждение от напряжений (Оа: составляет . Тогда, согласно линейной

гипотезе усталостное разрушение наступает при достижении суммы относительных повреждений по всем уровням напряжений величины ¿7 = /2////^.

Ранее считалось, что повреждение наступает при (X =!• Од-

Блок напряжений и вторичная кривая ус-алос'И «та*

оа —------ п

Ъб' ^ кб | | кб

1£-

ба.бГ'Иси1)

4400

4200 4000 3800 3600 3400

3200 3000 »00

У -

2\

* <1

\

\ \ -

■ <

ю6 Ют 10е N (цикл)

1 - кривая усталости при регулярном циклическом нагручении

2 - вторичная кривая усталости при программном п'еременном

нагружении

нако, результаты последующих исследований и опыт эксплуатации свидетельствуют о том, что ОС изменяется в очень широких пределах (0,01..Л00) и следовательно может приводить к I00-кратной ошибке не в запас долговечности /67/. В связи с этим Когаевым В.П. разработана методика /68/, корректирующая линейную гипотезу суммирования усталостных повреждений путем расчета суммы относительных долговечностей (Хр с учетом форм блока напряжений (5а- , и повреждающего действия амплитуд (ой1 0,5 (Э-хд _ | _ . е (р^ ^ ,

'"бг* ' 1 <эг" ' к '

Подставив вместо 0(, /2, приведенные выше зависимости,

получают формулу для определения ресурса конструкции, выраженного в блоках нагружения

аР 6-Z Ai

г i

Ьо/ Jci

Когаевым В.П. выполнены многочисленные испытания образцов, при программном блочном нагружении, соответствующем разным зако-

/—'»ах

нам распределения амплитуд напряжений. Задавая разные уровни чЭ« , с последующим ступенчатым понижением амплитуд согласно принятому закону их распределения, были получены соответствующие значения суммарного числа напряжений до появления трещин и пост-

роены кривые усталости в координатах бй ,И , названные вторичными кривыми усталости. Выявлено, что вторичные кривые смещены вправо, по отношению к первичным б«,/!/ и при этом с увеличением

N асимптотически приближаются к горизонтальному участку первичной кривой (см. рис. I.I).

Весьма интересны исследования Тимашева С.А. и Власова В.В. /78, 79/ в результате которых разработаны алгоритмы расчета усталостной долговечности и надежности подкрановых балок, надежностной оптимизации изгибаемых систем. Разработанные ими методы позволяют оценивать ресурс, долговечность и надежность конструк-

ций в вероятностном аспекте, оптимизировать сечение балок с учетом заданного срока их использования, эксплуатационных затрат и возможного ущерба при отказе. Однако для их применения необходимо располагать статистическими характеристиками кривой усталости и блоком распределения амплитуд напряжений (5»;

J.g- . Данные, в достаточной мере характеризующие параметры кривой усталости в настоящее время отсутствуют, поэтому применение рассмотренных выше методов для расчета ресурса конструкций весьма проблематично. Частично эта проблема решена в работе Клыкова H.A. /80/, где предложена расчетная методика для определения предельной амплитуды главных нормальных напряжений , харак-

теризующей выносливость сварных соединений при плоском напряженном состоянии. Особенность методики заключается в том, что она позволяет учесть влияние на выносливость соединений концентрации, остаточных сварочных напряжений, соотношения главных напряжений.

В середине 60-х годов в ФРГ были развернуты широкие исследования сопротивления усталости подкрановых балок в эксплуатации. В результате исследований, нагрузки от мостовых кранов были ранжированы на 3 класса - по форме интегральных функций распределения вертикальных давлений и на 4 класса - по частоте их воздействия и соответственно предельному числу циклов нагружений за период эксплуатации /81, 82/.

Испытаниями сварных образцов, изготовленных из стали Sf на пульсаторах с программным управлением нагрузками, моделирующими реальные спектры давлений, были получены кривые усталости (рис. 1.2).

Разработана классификация, в которой вьщелено 5 расчетных групп, характеризующихся формой спектра нагрузок Зр , количеством нагружений /V и пределом выносливости (Ддд /83/. Продолжая

Значение коэф-та Число циклов нагружений

до Ю5 с свыше 10 до 6-105 свыше б-Ю до 2-Юб свыше 2-1О6

до 0,35 0 I П Ш

0,35...0,6 I 11 Ш 1У

свыше 0,6 п Ш 1У 1У

работу в этом направлении /84/, были получены аналитические зависимости, позволяющие определять уровень предельных напряжений при любых спектрах давлений и частоте их воздействия с учетом концентрации напряжений и асимметрии циклов.

Ь" Ь »

где ^ - функция пределов выносливости соединений (Оци при

Мвг =2x10® и Зр »1, зависящая от уровня концентрации напряжений и асимметрии циклов напряжений; ^ - корректирующая функция, зависящая от формы спектра нагрузок ..1,частоты их воздействия и соответственно накопленного числа циклов нагружения N Для сварных соединений, | определяется зависимостью, в основу которой положено уравнение кривой усталости, записанное в форме степенной функции.

Выполненные исследования показали, что в зависимости от заданных параметров Лёг, Яъ, /V характеристики сопротивления усталости сварных соединений изменяются в весьма широких пределах. При изменении N ^ Ю7 и корректирующая функция изменяется в пределах ^ »0,67...5,64 /84, 85/, т.е. с помощью этой функции при N> 2x10® и соответственно 0,6 расчетные пределы выносливости могут быть понижены и достигают для пульсирующего цикла напряжений(3од»800кг/см^, для симметричного цикла(х1д=480кг/см*1 Кроме того, установлено, что коэффициент угла наклона кривой усталости /77 существенно зависит от концентрации напряжений, при повышении которых этот коэффициент понижается /86/ и для сварных соединений с неполным проваром шва достигает Ш «=3,0...3,5 /82/.

Обобщая результаты исследования характеристик сопротивления

усталости в смежных отраслях и за рубежом, можно сделать вывод о том, что в настоящее время выявлены факторы существенно влияющие на разбросы параметров кривых усталости, разработаны вероятностные методы расчета ресурса и долговечности деталей для эксплуатации в условиях повторно-переменных нагрузок, развивающиеся в направлении прогнозирования долговечности эксплуатируемых деталей.

1.4. Теоретические предпосылки, цель и задачи исследований

Результаты исследований свидетельствуют о том, что выполнена значительная работа по исследованию причин неудовлетворительной долговечности балок. Достаточно глубоко изучены закономерности нагружения конструкции и напряженно-деформированного состояния верхней зоны балок под действием перемещающейся нагрузки. Выявлен ряд факторов усугубляющих работу конструкций, связанных с разного рода дефектами подкрановых путей и самих балок - местное кручение пояса и стенки, динамические воздействия, перераспределение давлений и т.п. Тем не менее проблема долговечности остается открытой. Это связано с тем, что на усталостные процессы, помимо указанных факторов, характерных для подкрановых балок и вызывающих дополнительные местные напряжения, оказывают влияние и ряд других, обусловленных масштабным эффектом, случайностью и низкочастотным характером воздействия нагрузок, асимметрией цикла напряжений, остаточными сварочными напряжениями и т.п. Множество факторов, случайность времени и места их проявления, различная степень их опасности порождают статистический характер усталостных повреждений балок, вызывая неясность представлений о причинах образования трещин и сроках их появления.

Опыт эксплуатации свидетельствует, что на участках пролетов, где работа кранов связана с обслуживанием того или иного технологического агрегата (пакетир-прессы, шихтовые бадьи и т.п.) долговечность балок в сравнении с другими балками пролета значительно ниже /30, 55/. В пролетах, где нет отдельно стоящих агрегатов или других факторов, вызывающих повышенную интенсивность работы кранов на каком-либо участке пролета, закономерности выхода из строя балок проявляются менее заметно. Однако долговечность балок в этих пролетах может быть даже меньше, чем в предццущих, /15/ и усугубляется тем, что последовательность их отказов по длине пролета совершенно непредсказуема. Это относится, например, к пролетам нагревательных колодцев, отделениям раздевания слитков. Сказанное вовсе не исключает и другого факта, что как в тех, так и в других пролетах балки могут работать в течение 25-30 лет, не получив ни одного повреждения (шихтовый пролет ЭСПЦ-3 и прессовая колоннада ЧМК, разливочные пролеты) /63/.

И последнее - при эксплуатации в аналогичных условиях балок, имеющих различные геометрические характеристики, долговечность балок более развитого сечения, как правило, значительно выше. Особенно ярко это проявляется при сравнении балок длиной 6 и 12 м /61/. Следуя известной теории прочности "Наиболее слабого звена" /87/, суть ее в отношении подкрановых балок сводится к тому, что, если имеется цепь из Г1 -звеньев (балок) соединенных последовательно и нагруженных неравномерно, т.е. режим нагружений каждой из них неодинаков, а события, связанные с их разрушением независимы, то вероятность разрушения С -звена не зависит от факта разрушения какого-либо другого звена и будет тем больше, чем больше уровень действующих в нем напряжений в сравнении с напряжениями в других звеньях. Исследования устало-

стных процессов /67/ также свидетельствуют о том, что усталость материала и конструкции определяется прежде всего их нагружен-ностью и ресурсом, которые, в свою очередь, зависят от характеристик крановых нагрузок и геометрических характеристик сечения.

В связи с этим в качестве теоретической предпосылки для исследования усталостной долговечности подкрановых балок выработана гипотеза о влиянии на долговечность балок прежде всего спектра и частоты эксплуатационных напряжений, их технологической нагруженности, что определяет в пролете участок выхода из строя балок, а появление трещин в конкретном месте на той или иной балке данного участка обусловлено влиянием сопутствующих факторов, связанных с конструктивными и эксплуатационными несовершенствовами подкрановых конструкций и вызывающих повышенную концентрацию напряжений, динамику, местное кручение при передаче нагрузки и т.п.

Анализируя состояние вопроса с позиций данной гипотезы, можно сделать следующие выводы:

1. В цехах металлургического производства мостовые краны являются основным транспортным средством, обеспечивающим реализацию технологического процесса в пролетах, в связи с чем технологический процесс определяющим образом влияет на эксплуатационную нагруженность подкрановых конструкций, отклонение действительных нагрузок от расчитанных по нормам.

2. Характеристики крановых нагрузок, полученные ранее, отражают условия эксплуатации конструкций на одном из участков пролетов. Анализу влияния технологического процесса на распределение нагрузок, отличию их среднего уровня и частоты воздействия на различных участках пролетов, а также их изменениям во времени должного внимания не уделялось.

3. Значительные технические трудности, связанные с моделированием случайного характера нагрузок и факторов, сопутствующих нагружению конструкций в эксплуатации, не позволили до настоящего времени получить характеристики сопротивления усталости сварных подкрановых балок в условиях эксплуатации.

4. Методы расчета сопротивления усталости, применяемые в настоящее время в машиностроении, учитывают нерегулярный характер эксплуатационных нагрузок и позволяют оценивать ресурс деталей эксплуатируемых при переменных напряжениях.

5. Зарубежные исследователи, стремясь повысить долговечность подкрановых балок, развивают методы прогнозирования отказов и планирования ремонтов конструкции в зависимости от уровня их на-груженности и интенсивности эксплуатации.

Целью настоящего исследования является разработка методики проверки выносливости балок в условиях реконструкции, учитывающей влияние технологических факторов на характеристики крановьрс нагрузок и сопротивление усталости балок.

Реализация поставленной цели возможна двумя путями:

1. Исследование характеристик крановых нагрузок, ресурса и долговечности балок путем организации длительных наблюдений за условиями их эксплуатации в течение 10...15 и более лет, с момента установки балок в цехах и до появления в них трещин.

2. Накопление статистических данных по срокам эксплуатации ранее установленных балок и обнаруженным в них усталостным повреждениям, исследование характеристик нагружения с последующим анализом закономерностей накопления циклов и действительного ресурса этих балок.

Первый путь представляется весьма проблематичным, так как связан с большими организационными и техническими трудностями, с необходимостью обеспечения надежной работы регистрирующей ап~

паратуры непрерывно в течение многих лет, установленной одновременно в десятках цехов различных заводов.

Второй путь более предпочтителен, но при этом требует обеспечения точности данных по исследуемым характеристикам, на которые в течение всего срока эксплуатации оказывали влияние множество факторов. Сам подход к исследованию ресурса подкрановых балок, получивших усталостные повревдения в процессе эксплуатации, может быть проиллюстрирован схематически (рис. 1.3).

Располагая данными о сроках обнаружения усталостных трещин, по существу имеем характеристику действительной усталостной долговечности балок, а исследовав спектры нагрузок и частоту их нагружения, следуя гипотезе линейного накопления повреждений, можем получить характеристики спектров напряжений, отражающих уровень напряженности балок в эксплуатации (Ээш и оценки их действительного ресурса . Очевидно, что в оценках ресурса отразится влияние факторов, обусловленных дефектами самой конструкции - концентрации, остаточных сварочных напряжений и т.п., в связи с чем исключается необходимость их дополнительного анализа и учета. При отсутствии этих дефектов, уровень предельных напряжений балок мог быть значительно выше, достигая (т.2). Что касается факторов, связанных с условиями передачи нагрузки от крана на балки, т.е. эксплуатационных факторов, то их влияние на исследуемые характеристики необходимо учитывать, так шк получение ©эш? и Ц только на основе данных о спектрах и частоте нагрузок может дать заниженную оценку ресурса балок (т.4). Естественно, что в данном подходе невозможно получение исчерпывающей информации по эксплуатационным факторам, оказавшим влияние на балки -факторы имеют случайную природу, их влияние на балки непредсказуемо по величине, а главное по месту и времени действия. Единственная возможность учета их влияния - введение

Рис J 1.3

соответствующих коэффициентов, характеризующих эти факторы, а в случае отсутствия таковых - проведение соответствующих исследований. Ошибки, появление которых неизбежно при использовании детерминированных исходных параметров должны быть компенсированы представительностью статистической выборки балок и получением статистически обоснованных характеристик.

В связи с тем, что схемы организации технологического процесса определяющим образом влияют на работу мостовых кранов, а те в свою очередь, существенно влияют на процессы исчерпания ресурса и долговечность балок, необходимо исследовать не только характеристики балок, но и как они зависят от технологического процесса, от изменений, которые в нем происходят в течение длительного времени. Из изложенного вытекают следующие задачи исследования :

1. Накопить статистические материалы по условиям эксплуатации и долговечности сварных подкрановых балок.

2. Исследовать влияние технологии производства на характеристики крановых нагрузок.

3. Исследовать ресурс подкрановых балок, эксплуатируемых в условиях роста интенсивности производства.

4. Разработать методику проверки выносливости балок

в условиях реконструкции, учитывающую влияние техноло-

гических факторов на характеристики крановых нагрузок и сопротивление усталости балок.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДКРАНОВЫХ ВАЛОК

В соответствии с поставленными в I главе задачами были разработаны общая методика и план исследования, методики сбора статистической выборки, исследования характеристик крановых нагрузок и ресурса подкрановых балок в эксплуатации.

2.1. Общий методический принцип и план исследования

Исследование технологических схем в пролетах с целью анализа влияния технологического процесса на условия нагружения конструкций возможно, очевидно, путем изучения технической документации на тех.процесс, выявления схем размещения оборудования, перечня основных технологических операций, номенклатуры транспортируемых грузов, их развесов и т.п., с последующим визуальным обследованием действительных схем транспортировки грузов. Это позволит в итоге получить сведения о распределении грузопотоков в пролетах, степени их концентрации на различных технологических участках, вьщелить технологические агрегаты, существенно влияющие на организацию грузопотоков и, сопоставив полученные данные с результатами исследования крановых нагрузок, оценить влияние технологического процесса на условия нагружения конструкций, разработать соответствующие рекомендации.

В связи со статистической постановкой задачи по изучению крановых нагрузок и влиянию на них технологических факторов, исследование нагрузок необходимо выполнить в десятках пролетов и в каждом из них на всех участках с отличающимися технологическими условиями. При этом характеристики нагрузок необходимо получить для двух рядов колон с шагом точек измерения не более

6 м. Решение данной задачи известными методами /19, 20/ весьма проблематично, так как для регистрации нагрузок необходима запись информации одновременно с сотен датчиков, установленных в пролете, обеспечивая при этом надежную работу всей регистрирующей системы в течение длительного времени. В то же время, исследование грузопотоков и детальный анализ всей совокупности факторов, характеризующих процесс, могут дать необходимые сведения для получения достаточно точных данных по характеристикам крановых нагрузок в пролетах. Поэтому разработан метод теоретического исследования крановых нагрузок (п. 3.2), позволяющий, на основе анализа технологических грузопотоков получить гистограммы распределения давлений и частоту нагружения конструкций на любом технологическом участке.

Полученные характеристики нагрузок используются далее для анализа ресурса балок эксплуатировавшихся в цехах. Следуя линейной гипотезе суммирования повреждений /67/, наиболее простой путь оценки накопленного числа циклов сводится к суммированию циклов напряжений путем перемножения частоты нагружения и времени эксплуатации балок до обнаружения в них усталостных трещин, т.е. экстрополяцией частоты на весь срок эксплуатации. Однако, анализ деятельности предприятий, направленный на интенсификацию технологии производства, свидетельствует о том, что интенсивность эксплуатации технологических агрегатов и мостовых кранов, а значит и несущих конструкций зданий, неуклонно растет (п. 3.1). Измерить этот процесс непосредственно в цехах затруднительно, он развивается в течение длительного времени, а так как сведений по характеристикам нагружения конструкций в течение этого времени нет, то восстановить историю их эксплуатации непосредственно по условиям нагружения, невозможно. В связи с этим, исследовать закономерность накопления циклов можно только косвенным путем, и

только через анализ изменений в технологическом процессе, по материалам о производственной деятельности цехов. Анализ этих данных даст возможность выявить изменения, происходившие в условиях нагружения балок и далее, с учетом этих изменений, можно определить зависимость мевду характеристиками крановых нагрузок, ресурсом и долговечностью балок.

Таким образом задача сводится к изучению технологических условий не только как предмета исследования, влияющего на условия нагружения конструкций, но и как средства для исследования характеристик нагружения и характеристик сопротивления усталости балок.

На первом этапе исследования были накоплены статистические материалы по техническим характеристикам и срокам эксплуатации балок и мостовых кранов, технологическим схемам и объемам производства продукции. Для эксплуатирующихся в цехах подкрановых конструкций характерно многообразие конструктивных форм, использованных сталей, видов и способов выполнения сварных соединений. Условия эксплуатации также существенно отличаются по температурным режимам, характеристикам мостовых кранов и т.д. Для включения материалов в одну статистическую вьборку выработаны соответствующие критерии (п. 2.2) и сделан анализ статистических данных.

На втором этапе проведены исследования технологических грузопотоков и характеристик крановых нагрузок. Во всех цехах и пролетах проанализированы технологические схемы, сделан хронометраж грузопотоков и построены модели, позволяющие выявить распределение давлений, частоту местных и общих нагружений на любом участке пролета при производстве единицы продукции. Это позволило учесть рост интенсивности эксплуатации в течение продолжительного отрезка времени, наблюдающийся повсеместно и оказывающий заметное

влияние на процесс накопления циклов нагружения и на долговечность балок. Для проверки спектров и частоты нагрузок, полученных автором, использованы данные экспериментальных исследований Кунина Ю.С. и Эглескална Ю.С. /19, 20/, по ряду цехов ЧМК и ММК и позволяющие проанализировать точность расчета характеристик нагружения в отдельных точках исследуемого пролета.

На третьем этапе выполнены экспериментальные исследования закономерностей распределения частот нагружения по всей длине пролетов, разработана специальная методика и приборы для ее реализации (п. 3.3), подтвердившие точность расчета частоты нагружения конструкции. Исследования были проведены в 4 пролетах ЧМК, связанных последовательно в одну технологическую цепь. Из анализа методов расчета компонентов напряженного состояния выявлена необходимость экспериментального исследования угловых перемещений верхнего пояса балок. С этой целью разработаны и изготовлены необходимые приспособления, проведен эксперимент в 9 цехах ЧМК и ММК.

По результатам исследования технологических грузопотоков и характеристик крановых нагрузок сделан анализ влияния технологических факторов на условия нагружения конструкций, разработана классификация пролетов основных цехов металлургического производства.

На четвертом этапе исследования выполнен расчет эксплуатационных напряжений в верхней зоне балок и накопленного балками числа циклов напряжений за период эксплуатации, выполнен корреляционный анализ усталостных отказов балок. Выполнен анализ предельных напряжений и ресурса балок в эксплуатации, их соответствия современным расчетным методам, разработанным в машиностроении, а также нормативным, рекомендуемым СНИП П-23-81.

В заключении были разработаны предложения по учету техно-

логических факторов в расчете усталостной долговечности подкрановых балок, предложено граничное условие, для определения запасов по ресурсу и долговечности эксплуатируемых балок. Методы решения поставленных в работе задач приведены ниже.

2.2. Методика накопления и анализ статистических материалов по условиям эксплуатации и долговечности подкрановых балок

Для исследования долговечности подкрановых балок, факторов на нее влияющих, путем анализа условий эксплуатации балок и закономерностей накопления циклов нагружения, в течение длительного времени на ведущих Металлургических предприятиях Минчер-мет СССР, таких как Магнитогорский, Челябинский, Нижнетагильский комбинаты, Златоустовский, Шдановекий металлургические заводы, Челябинский трубопрокатный завод были собраны статистические материалы, отражающие "типичные" условия работы конструкции в основных цехах сталеплавильного, прокатного переделов металлургической промышленности.

Как известно, подкрановые конструкции, изготовленные в разные годы, существенно отличаются по конструктивной форме по примененным маркам сталей, условиям эксплуатации и т.п. В то же время статистические исследования любого явления возможно лишь на базе представительной статистической выборки, образованной по одному или нескольким признакам, обеспечивающим однородность выборки в отношении исследуемого явления. Для выявления этих признаков, оценки значимости отклонений от них в каждом конкретном случае и правомерности включения в конечном итоге данных в одну статистическую выборку, выполнен анализ исследований сопротивления усталости сталей, а также изделий из нее и выработаны соответствующие критерии.

2.2.1. Критерии формирования статистической выборки

1. Исследования показывают, что в цехах металлургического производства эксплуатируются различные подкрановые конструкции, отличающиеся по конструктивной форме - сквозные фермы и оплошно стенчатые двутавровые балки; способу изготовления - сварные

и клепанные; разрезности - разрезные и неразрезные; маркам стали - малоуглеродистые и низколегированные.

Для исследования были выбраны, получившие наибольшее распространение двутавровые, сварные, разрезные подкрановые балки и прежде всего потому, что они экономичнее других конструктивных решений, а их долговечность может достигать 30 и более лет даже в условиях достаточно высокой интенсивности эксплуатации, как это имеет место в шихтовых пролетах ЭСПЦ-3 ЧМК, ЭСПЦ-2 ЗМЗ, колоннадах копрового цеха ЧМК и ряде других цехов.

2. Анализ исследований усталостной прочности образцов из малоуглеродистых и низколегированных сталей со стыковыми швами и приваренными планками, проведенных институтом им. Патона Е.О. /77, с.88-90/ свидетельствует о том, что, несмотря на различия в химсоставе и механических характеристиках, образцы, изготовленные из СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, М16С показали практически одинаковую выносливость <3^=900.. ЛЮОкцЪм2 и образуют одну усталостную кривую, а образцы из низколегированных сталей 19Г, 14Г2, 15ГС, 14ХГС, 09Г2С, 10Г2СД, 10Г2С1, 15Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД, 18Г2АФпс, 15Г2АФДпс показали также практически одинаковую вынос-ливость<0^=1 ООО.. ЛЮ0к1^м2/77, 89, 90, 91, 92/, т.е. их выносливость может достигать уровня малоуглеродистых сталей, но при этом требуется дополнительная термообработка, в связи с чем применение этих сталей в подкрановых конструкциях, при ассимет-рии цикла напряжений 0,4...0,7 считается нецелесообразным /77, с. 99/.

Многочисленными исследованиями сварных соединений малоуглеродистых сталей /76, 77/ проверялось влияние на выносливость способа сварки, вида разделки кромок, режима сварки. Образцы, изготавливались ручным и механизированным способом; ¿7, 'Ц--образной формы швов, с изменением сварочного тока, напряжения, скорости сварки. В результате сделаны выводы о том, что эти факторы практически не влияют на выносливость соединений /77, с. 86, 96/.

С другой стороны наиболее широкое распространение на заводах получили конструкции из малоуглеродистых сталей, что позволяет собрать необходимые статистические данные по ним и включать в одну вьйорку все малоуглеродистые стали.

3. Основным транспортным средством в цехах являются мостовые краны, давление катков которых зависит от весовых характеристик крана, а динамические воздействия при перемещении крана - от характера подвеса крюка: гибкий-на тросах и жесткий - на траверсе или на клети.

В связи с тем, что в настоящее время недостаточно изучено влияние жесткости подвеса крюка на уровень динамических воздействий крана и на выносливость балок, нет достаточного основания включать в одну статистическую выборку балки эксплуатируемые кранами с разной жесткостью подвеса, а так как сварные балки получили наибольшее распространение в цехах с кранами, имеющим гибкий подвес, это позволяет собрать по ним необходимую статистическую выборку. Долговечность балок эксплуатируемых кранами с жестким подвесом крюка, очевидно, требует отдельного рассмотрения .

4. Многочисленные обследования /93, 94, 95, 96/ подкрановых балок свидетельствуют о том, что трещины возникают, как правило, в швах или околошовной зоне, распространяясь вдоль него, при

этом очагами трещин являются, как правило, различные технологические дефекты - подрезы, непровары, шлаковые включения, поры.

Непосредственное измерение механических свойств отдельных участков околошовной зоны затруднено, тем не менее, на микрообразцах диаметром 0,8 мм, вырезанных из участка перегрева Окербломом Н.О. /97, 98/ были получены результаты убеждающие, что металл зоны термического влияния обладает большей сопротивляемостью усталостным разрушениям, чем основной металл. Испытанные им два образца из СтЗ, при напряжениях (сГ =165Скт6м*с надрезами в околошовной зоне глубиной 3,5 мм, оказались в три раза долговечнее аналогичных образцов с надрезами в основном металле.

Однако,и в шлифованных образцах и реальных соединениях,зона сплавления часто является местом зарождения трещин, поэтому влияние измененной структуры металла околошовной зоны на выносливость исследовалось достаточно подробно. Так результаты исследований ЧПИ /99, 100/, выполненные на сварных образцах со снятым усилением шва и выкружками, сделанными по кромке образцов в основном металле, в шве и зоне крупного зерна (по линии сплавления), при обычных скоростях охлаждения показали практически одинаковую выносливость ^1^=700.. .ВССк^Ьм2, при этом полученная зависимость практически совпадала с аналогичной, полученной на образцах без сварки с выкружками по краям пластин.

В институте Патона Е.0. /77/ также проведено исследование выносливости основного металла и зоны сплавления на плоских шлифованных образцах без концентраторов напряжений. В образцах трещины зарождались, как правило, по границе сплавления, но долговечность их была такой же, как у образцов без сварки. На этом основании был сделан вывод о том, что в случае малоуглеродистых сталей свойства металла околошовной зоны не оказывают

заметного влияния на сопротивление усталостным разрушением.

Проведенные исследования влияния пор на выносливость соединений, выполненные на образцах с поперечными швами /77, 93, 96/ показали, что на каждом уровне напряжений разброс результатов был значительным и обнаружить зависимость между долговечностью соединения и степенью его пористости авторам не удалось. Образцы не имевшие пор выдерживали меньшее количество циклов, чем образцы с крупными порами или цепочкой мелких пор. При испытании образцов с продольными пористыми швами, сочетание возникающей концентрации напряжений и растягивающих остаточных напряжений достигающих предела текучести, становится более опасным, чем в коротких поперечных швах, поэтому выносливость образцов с порами в продольных швах понижается значительно, достигая при пульсирующем цикле напряжений (5о< =800.. Л000кг/смг.

Исследования влияния подрезов на выносливость /77, 96/ показали, что они являются более резкими концентраторами, чем поры. Снижение выносливости при наличии подрезов глубиной 1,5-3 мм может достигать 50 %, т.е. (эе< =800.. .900кг^м2. Причиной этого, кроме возникающей концентрации, также являются растягивающие остаточные напряжения, достигающие 1000.. .2000кг/Ьмги снижающие выносливость наравне с концентрацией.

Исследования непроваров глубиной до 20...30 % тояцины сечения /77, 94, 95/ показали, что, при их наличии и пульсирующих циклах напряжений, выносливость соединения из малоуглеродистой стали может снижаться в 2...2,5 раза,т.е. достигает (док«600... ..900кг/Ьм3. При этом установлено, что влияние длины и глубины непровара в области невысоких рабочих напряжений заметно уменьшается и при /\/> 2*10 , размерами непроваров можно пренебречь. Причины существенной роли непроваров также связываются не только с возникающей концентрацией, но прежде всего с растягивающи-

ми остаточными напряжениями, влияние которых становится доминирующим, особенно при снижении рабочих напряжений до 800.. ЛОООкг^л/ и достижении /V> 2-I06 циклов.

Из сказанного можно сделать вывод о том, что изменение структуры металла околошовной зоны не оказывает заметного влияния на выносливость соединений. В то же время наличие пор в продольных швах, непровары, подрезы и растягивающие остаточные напряжения играют весьма важную роль, существенно понижая усталостную прочность соединений. Снижение выносливости происходит вследствие совместного действия растягивающих остаточных сварочных напряжений с тем или иным дефектом, при этом, по мере снижения рабочих напряжений, влияние остаточных напряжений повышается и при напряжениях около800..ЛОООкг/ш^что характерно именно для подкрановых балок, роль их становится доминирующей, т.е. появление трещины в околошовной зоне от подреза, и в самом шве при наличии пор, по-видимому, не многим менее вероятно, чем в шве от непровара, и такие трещины встречались при обследовании балок, например, в цехах ЧМК /38, 64, 101/. Причиной появления наблюдаемых в эксплуатации трещин, идущих, как правило, от непровара, является, видимо, то обстоятельство, что для возникновения таких трещин достаточно лишь наличия непровара, независимо от его глубины, тем более, что нормы /4, 102/ долгие годы допускали непровары размерами до 2 мм. Более редкие трещины в околошовной зоне от подреза возможно обусловлены тем, что возникающая концентрация и снижение выносливости, при прочих равных условиях существенно зависят от глубины подреза, а так как нормы /102/ допускали наличие подрезов глубиной до I мм, и это легко поддавалось контролю, то подрезы глубиной 2-3 мм и трещины в них встречаются значительно реже.

Таким образом, есть все основания включать в статистиче-

скую выборку балки с трещинами, идущими из глубины шва от ке~ провара, а также с трещинами в околошовной зоне. Учитывая, что работа носит статистический характер, некоторым различием в уровне концентрации, возникающей от этих дефектов, очевидно, можно пренебречь.

5. В результате усталостных испытаний больших образцов с различными видами сварных соединений, имитирующих угловые соединения поясов со стенками и ребрами жесткости были получены пределы выносливости, дипазон которых, при пульсирующем цикле напряжений (От =900.. ЛОбОкщбм2 /76, 77/. Несмотря на некоторое различие в результатах, тем не менее авторы не считают их существенными и делается вывод о нецелесообразности разделения видов соединений по пределам выносливости.

Результаты исследований усталостных повреждений балок в эксплуатации противоречивы. Так в работе Эглекална Ю.С. /20/ показано, что трещины, идущие от ребер, встречаются в 2 раза чаще трещин в панелях. Патрикеев A.B., в результате анализа многочисленных исследований /61, 55/, выполненных различными институтами, считает, что, за некоторым исключением касающимся опорных ребер, преимущественных зон образования трещин по длине балки нет. К аналогичному выводу пришел Масс Г. /36/.

Таким образом, этот вопрос требует дальнейшего исследования, но на данном этапе, очевидно, можно предположить, что выносливость в зоне ребра и в панели различается в пределах статистического разброса усталостной прочности балок и считать, в качестве срока отказа балок, сроки появления трещин, как в панелях, так и у ребер жесткости.

6. В статистическую выборку включаются балки с повреяедени-ями, изготовленные и эксплуатировавшиеся в течение достаточно продолжительного периода 1940...70 годов, в процессе которого

неоднократно изменялись и условия производства и нормативные требования к материалам и конструкциям.

Результаты выборочных исследований механических характеристик и химического состава сталей, проведенных ИС МИСИ им. Куйбышева В.В. в начале 60-х годов, на подкрановых балках целого ряда цехов Магнитогорского металлургического комбината, свидетельствуют о том, что подкрановые балки, эксплуатировавшиеся в 1940...60-х годах на Блюминге-3, ЛПЦ-2, Колоннадах-1, 3 и т.д. и получившие значительные усталостные повреждения, изготовлены из СтЗ (кипящей, полуспокойной, спокойной), механические характеристики которой не только удовлетворяют требованиям ГОСТов: НиТУ 121-55, ГОСТ 380-60, ГОСТ 380-71*, но по большинству показателей значительно превышает установленные браковочные минимумы. Аналогичное исследование было выполнено кафедрой сварки ЧПИ /101/ в цехах ЧМК, результаты которого также сввдетельствуют о полном соответствии характеристик стали поврежденных подкрановых балок требованиям норм.

7. Как известно, строительные конструкции основных цехов металлургического производства испытывают в различных сочетаниях воздействия внутренней и наружной воздушной среды, содержащей влагу, пыль, газы, подвергаются воздействию высоких и низких температур, вибрации и т.п. Влияние этих факторов на конструкции каркасов различно и наиболее существенными в отношении подкрановых балок являются:

а) импульсный лучистый нагрев от жидкого металла и раскаленных слитков, достигающий температуры 150...200 градусов в зданиях сталеплавильных цехов, раздевания слитков, нагревательных колодцев, складов слитков /55, 103/;

б) низкие температуры наружного воздуха для открытых крановых эстакад.

Результаты испытания сварных образцов /76, 77/, выполняв-

,о

шиеся при Ь »(+15°)...(+425°), показали, что их выносливость остается практически неизменной в диапазоне Ь «=(+15°) ... ...(+260), а при более высоких температурах даже повышается. Испытание образцов при температуре ^ «(+49°)...(-40°) показали также некоторое повышение выносливости при понижении температуры /76/. Испытания образцов, выполненные на комбинированную нагрузку - статическое нагружение и циклические ударные импульсы, показали, что сварные образцы не чувствительны к ударным импульсам во всем диапазоне климатических температур /77/.

Выполненный анализ позволил выявить в итоге целый ряд факторов в той или иной степени влияющих на сопротивление усталости балок и потому образующих погрешность в определении исследуемой характеристики. Исходя из характера образования, погрешности можно разделить на случайные и систематические /104, 105, 106/. К систематическим относятся погрешности, величина которых остается постоянной при выполнении каждого нового опыта. В данном исследовании к факторам дающим систематическую погрешность, относятся, например, химсостав стали, в связи с чем выносливость образцов и балок, изготовленных из низколегированной стали существенно ниже выносливости изделий из малоуг-

леродистой стали. К случайным - относятся погрешности, величина которых несущественна и в каждом новом опыте может принять заранее не известное численное значение. В данном исследовании к факторам, дающим не существенные случайные погрешности относятся, например, вид разделки швов, степень раскисления стали, вид дефекта сварного шва, послужившего началом образования трещины и т.п.

Присутствующие при любом опыте погрешности определяют закон распределения суммарных погрешностей и соответственно иссле-

дуемого параметра. Теоремой Ляпунова A.M. /104/ выявлены условия, при которых эти погрешности распределяются по нормальному закону. Применительно к данной задаче они формулируются следующим образом: если суммарная погрешность £ является результатом действия большого числа случайных факторов; если влияние всех случайных факторов на случайную погрешность одного порядка, то есть среди них нет резко доминирующих; если случайные факторы взаимно независимы и число их не изменяется во времени, то при выполнении этих условий и достаточно большом числе факторов, суммарная погрешность будет следовать нормальному закону, при этом каждое слагаемое может иметь какое угодно распределение. Следуя данной теореме и предполагая получить нормальное распределение погрешности, в выполняемом исследовании необходимо исключить влияние систематических факторов, дающих доминирующие погрешности.

Таким образом из анализа факторов, влияющих на выносливость подкрановых балок, и на основании теоремы Ляпунова A.M., в статистическую выборку включаются балки, изготовленные в период 1940...80 годов, эксплуатирующиеся в цехах металлургического производства, независимо от температуры окружающей среды и отвечающие требованиям:

1. По конструктивной форме - двутавровые, сварные балки, работающие по разрезной схеме;

2. По марке стали - малоуглеродистые:- СтЗ (кипящая, полуспокойная, спокойная), MI6C;

3. По типу подвеса крюка крана - гибкий подвес;

4. По типу усталостного повреждения соединения верхнего пояса и стенки - усталостная трещина в сварном шве или околошовной зоне, в панели или у ребра жесткости.

2.2.2. Сбор статистической информации и характеристика материалов вы5орки

Для сбора данных была разработана схема, отражающая источники и характер требуемой информации (рис. 2.1). Она включает в себя следующие разделы:

1. Технические данные по подкрановым балкам - позволяют выявить маркировку балок, их количество и место установки в пролете, геометрические размеры, конструктивную форму, срок установки, ремонта и замены балок, марку стали.

Источником для получения указанной информации являются: рабочие чертежи организации, занимавшейся проектированием данного цеха, исполнительные чертежи завода-изготовителя и подрядной организации, выполнившей монтаж, чертежи других организаций, имевших какое-либо отношение к рассматриваемым конструкциям. В случае необходимости выполнялись натурные обмеры балок.

2. Паспортные данные на краны - позволяют установить типы и количество мостовых кранов, характер подвеса крюка (гибкий, жесткий) наименование завода-изготовителя, дату установки, снятия или реконструкции кранов, грузоподъемность и вес основных частей кранов, схемы крана (поперечная и продольная), нормативное давление катков, габариты приближения тележек к концевым балкам крана, тип подкранового рельса, срок его установки и замены, характеристики навесного оборудования.

Источником для получения указанной информации служат шнуровые книги с паспортами на краны.

3. Данные о технологическом процессе - необходимы для выявления интенсивности эксплуатации любой из балок пролета. С этой целью устанавливается перечень материалов и их количество, необходимое для производства единицы продукции, схема расположения

СХЕМА

сбора данных по условиям эксплуатации и долговечности балок .

технологического оборудования и перечень технологических операций, в которых участвуют мостовые краны, маршруты и вес грузов, транспортируемых за один рейс.

Источниками информации являются технологические рабочие чертежи, технологические инструкции на выполнение производственного процесса, результаты контрольных взвешиваний транспортируемых грузов, выполняемых нормативными службами, информация специалистов-технологов, результаты визуального обследования техпроцесса .

4. Данные об объемах производства продукции и расходу сырья - необходимы для анализа процесса накопления циклов крановых воздействий за период эксплуатации балок. С этой целью устанавливается номенклатура производимой цехами продукции, сроки и объемы ее производства, данные по расходу сырья при производстве единицы продукции.

Источниками информации являются годовые отчеты цеховых экономистов о производственной деятельности цехов.

5. Данные о состоянии подкрановых балок - позволяют установить сроки обнаружения усталостных повреждений балок, координаты поврежденных балок, сроки произведенных ремонтов или замены балок

Источником информации являются цеховые журналы наблюдений и ремонтов конструкций, паспорта на здания, акты ежегодных обследований конструкций, проводимых смотрителями отделов зданий и сооружений

В результате сбора статистических данных накоплены материалы по условиям эксплуатации, в зависимости от вида технологического процесса в пролетах, и по фактической долговечности подкрановых балок, В вьборку вошли данные по основным цехам металлургического производства на б металлургических заводах, вклю-

чающие 44 пролета, 207 мостовых кранов, 849 подкрановых балок, в том числе 240 шт, получивших усталостные повреждения (приложение I). На рис. 2.2 и 2.3 представлены распределения пролетов в выборке по технологическим переделам и срокам ввода цехов в эксплуатацию. В данных цехах эксплуатируются мостовые краны самого разного назначения, весовых характеристик (рис. 2.4), числа ходовых колес на концевой балке (рис, 2.5). Сроки эксплуатации кранов колеблются от 10 до 50 лет и более (рис. 2.6). Подкрановые балки, представленные в вьборке, имеют также самые различные геометрические характеристики (рис. 2.7) и сроки изготовления (рис. 2.8).

2.2.3. Анализ статистической вьйорки

Помимо рассмотренных факторов, связанных с характеристиками подкрановых конструкций и условиями их эксплуатации, оказывающих непосредственное влияние на выносливость балок, точность получаемых результатов будет- зависать от соответствия собираемой информации действительному положению вещей. Как и в любом исследовании, неизбежные при этом погрешности, обусловлены достоверностью источников информации, степень точности которых и нужно проанализировать.

I. Как показано выше, источников информации по конструкции подкрановых балок может быть несколько, при этом проверяется согласованность чертежей между собой. При наличии расхождений в чертежах конструкций, предпочтение отдавалось чертежам завода-изготовителя и организации выполнившей монтаж, результатам натурных обмеров В случае недостатка убедительной информации, балки не включались в статистическую вьборку и поэтому данные по конструкции балок можно считать вполне достоверными.

Рдспределение пролетов

по ВИДАМ технологического передел а

Рдспределение цехов

по СРОКАМ строительсгвл .

14% 14°/.

9°/. 9% %

< о.

18^

2%

щлм< ЛВОР

12°/.

28% 28°/.

32°/

о/

ПРОЛЕТЫ

1930 40

50

Рис. 2.2.

ГОЛЫ 6В0Л*

60 70 НБХО&

Рис.2.3.

Рдспределение кранов

по НОРМАТИВНОМУ давлению катков

30°/.

23°/.

2Ъ°/о

Рдспределение кранов по количеству катков на концевой БАлке.

.10%

17%

5%

(% г/.

г\%

4% 4%

1/0

кол-ьо

10 20 30 АО 50 6 0 70 тонн

Рис. 2.4.

2 3 4 6 8 катков

Рис. 2.5.

Рлспределение кранов по сроку эксплуатации

54%

22%

8%

10%

2%

м.

о ю 20 30 АО 50 60

ГОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Рис. 2.6.

Рдспределение ПО ллин/ м

50%

32%

20%

Ш 12%

///у 8%

//У/ 4% 2%

'/// ' ///

У/л '//А

б 9

12 15

РАспрелеление балок

по годам установки

33%

7%

17%

и

н%

2%

18 длина 19^0 50 60 70 80 гсды г^г. БАЛ|ЧИ УСТАНОВКИ

отказавшие балки

2. Результаты исследования весовых характеристик кранов /55/ свидетельствуют о том, что они могут отличаться от паспортных данных не более, чем на 5 %, а давления катков соответственно на 11-16 %. Следует отметить, что эти отклонения представляют собой максимальный разброс характеристик равный, очевидно, трем стандартным отклонениям с вероятностью не более 0,3 %. Стандартное же отклонение будет составлять около 1,5...2 % по весу

и 4...5 % по нормативному давлению катков, а так как в работах /16, 21/ было показано, что средние давления катков составляют в большинстве цехов 0,6...0,7 от нормативных давлений, то, очевидно, и отклонения в давлениях могут снизиться до 2...3 %. Кроме того, эти отклонения будут как в большую, так и меньшую сторону от паспортных данных, и поэтому в условиях решаемой задачи вполне правомерно использовать паспортные данные, а возможные отклонения считать несущественными.

Сведения по типу и количеству кранов, датам установки и снятия кранов, либо их реконструкции, являются также вполне достоверными, так как в цехах ведется строгий учет, систематически контролируемый Госгортехнадзором.

3. Информация получаемая из технологической документации

и касающаяся организации технологического лроцесса, объемов производства продукции, сведений по координатам расположения оборудования в пролетах, перечню технологических операций реализуемых с участием кранов, номенклатуре и объемам производимой продукции в течение срока эксплуатации балок, является, как правило, исчерпывающей и достоверной. Расход сырья на единицу произведенной продукции и вес, транспортируемого за один проезд, груза могут иметь некоторое отклонение от расчетного, так как эти характеристики имеют статистическую природу При этом отклонения по весу транспортируемого груза влияют на спектр давления катков, но так

как вес груза на крюке в условиях металлургического производства, как правило, в 10...100 раз ниже собственного веса крана, то, очевидно, влияние этого отклонения тем более нельзя признать существенным.

4. На всех предприятиях Минчермета СССР раз в полгода весной и осенью в обязательном порядке проводятся осмотры состояния конструкций. При этом осмотр подкрановых конструкций проводится, как правило, с мостового крана или с вспомогательной фермы /107/.

Сведения по усталостным повреждениям балок свидетельствуют о том, что длина впервые обнаруживаемых трещин составляет в среднем 100...300 мм, т.е. наблюдается явный разрыв срока появления трещин в балке и срока ее обнаружения. Это несоответствие может повлиять на расчет накопленного балками числа циклов нагружений за период эксплуатации, а потому в п. 4.1 сделан анализ возникающей при этом погрешности.

5. Из анализа статистических данных следует, что долговечность балок составляет в среднем только 10...15 лет (рис. 2.9) и не зависит существенно от срока изготовления (рис. 2.10), что также подтверждает несущественность различий механических характеристик сталей разных времен выплавки и несущественность влияния на выносливость: технологии сварки и вида разделки швов /76, 77/. Данные о фактической долговечности балок (рис. 2.II), также подтверждают результаты исследований и выводы о несущественности влияния температурного режима эксплуатации на усталостную долговечность балок в диапазоне £ -(-40°)...(+150°... ...+200°) /76, 67, 94/. Дисперсионный анализ, выполненный по критерию Фишера /105, 108/ также показывает, что влияние указанных факторов на долговечность балок не может быть признано существенным (табл. 2.1).

Рдспрелеление балок по срокам эксплуатации

Рлспреде\ение балок,

по срокам эксплуатации

В зависимости от срока изготовления

37%

15%

9%

11%

6%

14%

ОТКАЗАВШИЕ БАЛКИ

22%

13%

1%_

5 10 15 20 25 30 35 40

срок

ЭКСПМАТЬЦИИ

Рис. 2.9

м°4

81%

tí

| 16^. Í

ш

6Й

[Ц|

ЭКСПЛУАТ ИРУЮЩИ ЁСЯ годы иэготова

--40-50

-----50-60

----60-70

-----70-80

ОТКАЗАВШИЕ

ГОДЫ ИЗГОТОБЛ.

f§- 40-50 КЗ - 50-60

43%

Г~1

60-70

ll_L

<1%

8%

5 10 15 20 25 30 35 40 лет

Рис. 2.10.

Распределение балок по срокам

эксплуатации в зависимости от темпеРАТУРных условий

64%

г 1

Рдспрелеление коэффициентА прироста долговечности балок €=I2(i8m относительно t=Gw

эксплуатирующиеся

холодные

20%

22%

щ

i

1

т

I

37%

т

Ш

ж

, 8%

Ж.

-— горячие — нормальные

отказавшие

рщ - холодные ^-нормальные горячие

1

Ja4

ц

5 10 15 20 25 30 35 40 лет

• 43% 43%

14%

Т,

,г7те

Таблица 2.1 Дисперсионный анализ влияния факторов

Однофакторный анализ Двухфакторный анализ

Факторы Г ' табл р ' щкт Факторы ¡Ум

Сроки изготовления 1940...1970 г.г. 19,49 3,97 Сроки изготовления 1940...1970 г.г. 4,49 0,05

^ - режим (-40)...(+200) 19,49 0,45 • о t - режим

Заводы МЖ,ЧМК,ЗМЗ 19,49 1,05 " влияние факторов не существенно

Следует отметить, что с увеличением пролета балок юс долговечность увеличивается по отношению к коротким балкам ( ■ 6м), эксплуатирующимся в тех же условиях, в среднем в 2...3 раза (рис. 2.12). Причина данного явления обусловлена видимо, тем, что методика расчета подкрановых балок, в основу которой положен статический расчет прочности, при увеличении пролета может давать запас выносливости балок, анализ которого выполнен в п. 4.1.

Выполненный анализ свидетельствует о том, что накопленная выборка по усталостным повреждениям балок и условиям их эксплуатации может считаться достаточно однородной, и использоваться в качестве базы для статистического исследования долговечности подкрановых балок в условиях эксплуатации.

2.3. Методика исследования технологических грузопотоков

в цехах

В соответствии с общим методическим подходом, рассмотренным в п. 2.1 в каждом из исследуемых пролетов проводится визуальное наблюдение за работой кранов, заключающееся в том, что регистрируются схемы перемещения кранов, аналогично методу примененному в работе Кошутина В.И. /16/, и одновременно регистрируются выполненные краном технологические операции, связанные с доставкой к агрегатам соответствующих видов грузов.

В отличие от метода примененного Кошутиным В.Н. проведение хронометража в данном исследовании преследует только одну цель -- выявление действительной схемы транспортировки грузов в пролетах, т.е. траекторию перемещения и конечные пункты доставки каждого вида груза при сложившихся условиях работы кранов.

В качестве координатной сетки для регистрации перемещений

использовались оси, соединяющие противоположные колонны пролета и продольные линии, образуемые узлами ферм моста крана или узлами стропильных ферм. Определение координат существенно облегчалось при обслуживании кранами технологических агрегатов или железнодорожных составов, положение которых определялось по технологическим рабочим чертежам, а также, непосредственными замерами в натуре.

Следует отметить, что при опускании и подъеме грузов в конечных точках маршрутов наблюдается некоторый разброс положения крюка в горизонтальной плоскости, а так как отклонения носят статистический характер, то определялись средние значения координат положения крюка, которые записывались в качестве конечных точек маршрута. Ошибка в определении координат положения крюка составляет не более одного метра и вполне соответствует точности обработки диаграммных лент записанных на приборах при их квантовании на интервалы. Аналогичным путем определяется и положение траекторий перемещения крюка при выполнении повторяющихся транспортных операций.

Вес грузов, транспортируемых за один проезд крана - например, вес технологической оснастки (изложницы, надставки, сифоны, поддоны), транспортных емкостей (мульды, ковши, бункера), грузозахватных средств (магниты, грейферы), сыпучих материалов и штучных полуфабрикатов (магнитная шихта россыпью и в пакетах, сыпучие добавки, слитки, блюмсы и слябы готового металла) и т.д., а также количество этих грузов, необходимэе для производства единицы продукции, устанавливается по отчетной цеховой документации, (см. п. 2.2.2 и 2.2.3), где отражены осредненные весовые характеристики всех видов грузов, полученные по результатам контрольных взвешив&ний, периодически проводимых в цехах, и ос-редненное количество перерабатываемого в цехах сырья и полуфаб-

рикатов, потребление которых систематически регистрируется.

В каздом пролете наблюдения проводились 3___4 раза в течение нескольких недель, по 6...8 часов непрерывно, при этом продолжительность непрерывных наблюдений априори определялась временем, в течение которого в пролете осуществляется 3...4 законченных технологических цикла, для реализации каждого из которых краны выполняют весь комплекс основных и вспомогательных транспортных работ.

2.4. Методика исследования частот нагружения подкрановых балок

В работах Кошутина В.Н., Яковенко А.Т. /16, 22/ выявлено, что распределения давлений катков для балок одного ряда колонн ! отличаются несущественно между собой и поэтому достаточно проверки этих характеристик лишь на одной из балок исследуемого пролета. Такие исследования были проведены Куниным Ю.С. и Эглес-калномЮ.С. /19, 20/ в результате чего показано, что процесс нагружения конструкций может быть отнесен к нормальному, стационарному, эргодическому процессу. Это позволяет исследовать характеристики крановых нагрузок путем измерения напряжений в отдельных конструктивных элементах, расположенных на наиболее нагруженных технологических участках, и получения одной достаточно продолжительной реализации в каждом из исследуемых пролетов.

Для проверки характеристик распределения давления катков и частот нагружения конструкций, полученных в данной работе теоретическим путем (п. 3.2.1), очевидно, тоже достаточно экспериментальных данных полученных на отдельных балках в ряде пролетов. Анализом результатов исследований /19, 20, 61/ выявлено, •что такие данные ранее были получены в некоторых цехах, вошедших

I

I

в статистическую вй1 орку и потому, очевидно, нет необходимости повторять аналогичный эксперимент, достаточно сравнительного анализа этих данных. Однако анализ влияния техноло-

гических схем и характера технологических операций на частоту нагружения конструкции в пролетах может быть выполнен только получением полигонов распределения частот нагружения непрерывных по длине пролета, для чего разработана специальная методика.

Целью экспериментального исследования является проверка соответствия теоретической модели технологических грузопотоков действительной схеме работы кранов и получаемых на этой основе статистических характеристик частоты нагружения конструкций в пролетах и на отдельных технологических участках, проверка стационарности процесса нагружения.

Как было показано в п. 2.1, методы исследования характеристик нагружения конструкций в пролетах большой протяженности не соответствуют требованиям проведения данного эксперимента, поэтому возникла необходимость в создании специального прибора для »

записи перемещений кранов, удовлетворяющего следующим требованиям:

1. Прибор должен быть надежен в эксплуатации, прост в установке и демонтаже. Время, затрачиваемое на эти операции должно составлять не более 30...40 мин;

2. Время непрерывной работы прибора - 5...10 суток;

3. Диапазон регистрируемых перемещений крана - 200...300 метров;

4. Точность регистрации перемещений кранов должна составлять не менее 0,5...1,0 метра.

С этой целью изучена патентная и научно-техническая информация /109, НО, III/, при работе с которой уделено внимание прежде всего механическим приборам, позволяющим совместить

простоту в установке и надежность в эксплуатации. Решений удовлетворяющих поставленным требованиям не оказалось, поэтому был разработан и изготовлена серия приборов для одновременной записи перемещений кранов в пролете (рис. 2.13; 2.14). По решению экспертного совета ШИИГПЭ СССР, разработанная конструкция прибора признана изобретением и на него выдано авторское свидетельство № 1024721 (приложение 2).

Прибор состоит из трех частей - самописца (I), гибкого вала (17) и колесного датчика (23). Самописец состоит из корпуса, трех лентопротяжных барабанов, рабочего вала, каретки с пишущим элементом, коромысла с ведомой шестерней, подпружиненного переключателя лентопротяжки. Гибкий вал состоит из двух накидных муфт, троса и оболочки. Колесный датчик состоит из колеса, вилки, подпружиненной штанги, крепежных элементов.

Данный прибор, являясь автономным, механическим, имеет следующие технические характеристики:

1. Время установки и демонтажа - 30...40 мин;

2. Диапазон регистрируемых перемещений - 265 м;

3. Точность измерений - 0,3 м;

4. Время непрерывной работы - 6...8 суток.

В сравнении с известными самописцами, например Н-320-1, диапазон регистрируемых перемещений увеличен более чем в 2,5 раза, время работы прибора без перезарядки ленты увеличено в 4,5 раза, время на установку и подготовку прибора к работе сокращено на 1...2 порядка, что является принципиально важным преимуществом по сравнению с электрическими приборами и позволяет подготовить его к работе в течение одного технйлогического перерыва без дополнительных остановок крана.

Установленный рабочим колесом на подкрановый рельс или каток крана (рис. 2.15), колесный датчик при движении крана одно-

Самопишущий регистратор перемещений мостовых кранов СРП-1.

(А.С. № 1024721)'

Рис. 2.13

Кинематическая схема регистратора СРП-1.

1. Корпус самописца.

2. Баретка пишущего элемента.

3. Пишущий элемент.

4. Рабочий вал.

5,б,7.Барабаны лентопротяжного механизма.

8. Лента-носитель записи.

9. Толкатель механизма лентопротяжки.

Ю. Направляющие. II. Рабочая шестеоня.

8

12. Подпружинный храповик.

13. Ограничитель перемещений каретки.

14,15,16. Зубчатая ^ере.Дача.

17. Гибкий вал.

18. Штанга. '

19. Элементы крепления.

20. Пружинный амортизатор.

21. Вилка крепления колеса.

22. Червячная передача.

23. Рабочее колесо.

Схема установки прибора на мостовые к'таны. 19 —

п

' у //////////¿//////////////гр///// у;///;;///////;/

19

временно является датчиком регистрирующим перемещение крана и приводом механизмов самописца.

Диаграмма регистрируемых на ленте перемещений крана представляет собой ломаную под прямыми углами линию, так как при перемещении крана, диаграммная лента остается неподвижной и перемещается только пишущий элемент, а при смене направления движения крана происходит протяжка ленты на один шаг и перемещение пишущего элемента в обратном направлении. При остановке крана соответственно прекращается перемещение пишущего элемента, т.е. получаемая диаграмма работы крана во времени дискретна - запись производится только в момент его перемещения, а по длине пролета диаграмма непрерывна и позволяет определить число проездов крана в любой точке пролета.

Перед началом регистрации на диаграммной ленте проставляются координаты положения крана - номера колонн пролета, дата и время начала регистрации перемещения, номер крана; пишущий элемент выводится в точку соответствующую положению крана в пролете. Апостериорная оценка продолжительности регистрации осуществляется на основе наблюдения за стабилизацией особых точек на диа-

«

грамме. В качестве таких точек использовались точки пересечения выбранных уровней диаграммы, отражающие количество проездов кранов через определенное достаточно интенсивно эксплуатируемое сечение пролета. Самописцы устанавливались на все краны исследуемого пролета и регистрация их перемещений проводилась одновременно. Контроль времени регистрации работы кранов проводился посуточно, соответствующими отметками на диаграммной ленте. Для выявления частоты нагружения конструкций при производстве единичного объема продукции» также ежесуточно регистрировались данные по объему произведенной в пролете продукции.

2.5. Методика исследования угловых перемещений верхнего пояса балок

По характеристикам крановых нагрузок, полученным в результате исследования (п. 3.2), необходимо проанализировать технологическую нагруженность подкрановых балок. С этой целью выполнен анализ ранее проведенных исследований по изучению напряженно-деформированного состояния верхней зоны стенки и расчетных зависимостей, рекомендованных для оценки составляющих напряжений (п. 1.2). Исследованиями установлено, что существенное влияние на НДС стенки оказывают местные изгибные напряжения , обусловленные случайными эксцентриситетами приложения нагрузки и горизонтальными воздействиями кранов, которые в свою очередь зависят от смещения рельс с оси стенки /55/, распределения пятен контакта по подошве рельс /38/, перекосов моста крана при его движении /10, 12/ и т.п. факторов.

Необходимых статистических данных по каждому из этих факторов в настоящее время нет и для их получения нужны дополнительные исследования. В такой ситуации более предпочтительным представляется организация исследований только одного фактора, а именно угловых перемещений верхнего пояса балок Э , так как между 0 и Qfij выявлена тесная корреляционная связь, близкая к функциональной и показано, что угол поворота является по существу интегральной характеристикой в значительной степени отражающей влияние указанных выше факторов на напряжения /38, 39,49, 50, 51, 52, 112, 113/. В этих работах установлено также, что напряжения достигают максимальных значений в середине панели, в момент прохода катка, по существу независимо ст положения пятен контакта, через которые нагрузка передается с рельса на балку.

Учитывая результаты выполненных работ, исследование углов поворота балок проведено по методике, примененной ранее /38/, с использованием П-образного тензоупругого элемента с жесткими концевыми упорами (рис. 2.16). Он устанавливается в среднем сечении одной из панелей балки, между верхним поясом и жесткой металлической штангой. Штанга представляет собой раздвижную конструкцию, изготовленную ия прокатного стального уголка 40x4 и закрепляемую струбцинами к поперечным ребрам балки. Для регистрации углов использован одноканальный самописец Н-320 (рис. 2.17) и датчики сопротивления с базой 200 мм и сопротивлением (200 + + 10) 0м. Датчики подключались к прибору по мостовой схеме, при этом "для усиления сигнала компенсационный датчик /?* наклеивался на противоположной от рабочего датчика й стороне тензоупругого элемента (рис. 2.18).

Измерения проводились на подкрановых балках, находящихся в зонах работы кранов, нагрузки от которых балки испытывали в течение всего срока эксплуатации. Для исключения погрешностей в оценках регистрируемых деформаций в каждом пролете датчики перед установкой на балку тарировались, а после установки замерялось расстояние от поверхности стенки до упора датчика (рис. 2.19). Запись в каждом из пролетов'включала 3...4 законченных технологических цикла, в среднем по 6...8 часов к апостериорно определялась временем стабилизации особых точек на диаграмме исследуемого процесса-среднего числа превышений заданного уровня, минимума или максимума превышений среднего уровня в единицу времени.

Элгк!рическая схема подключения тензорезисторов

/?, Яс - рабочий и компенсационный тензорезистор г - постоянные сопротивления Г - гальванометр

Рис! 2.18

Схема установки тензоупругого элемента Т

°< [-а] »

г^т)

2 [а] '

[а] - заданное перемещение при тарировании [й] - отклонение пера при тарировании

- единичное перемещение

- единичный угол поворота пояса 12( - величина пик на диаграмме

£>— полный угол поворота пояса ¿

Рис. 2.19

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КРАНОВЫХ НАГРУЗОК И РЕСУРСА ПОДКРАНОВЫХ ВАЛОК В ЭКСПЛУАТАЦИИ

3.1. Влияние технологии производства на условия нагружения конструкций

Комплекс основных цехов металлургического производства с наиболее тяжелыми режимами работы мостовых кранов включает в себя более десяти технологических переделов (рис. 3.1). Высокая интенсивность работы кранов вызвана тем, что они являются основным транспортным звеном внутрицеховой технологической цепочки, обеспечивающим реализацию технологического процесса. В связи с этим на закономерности нагружения конструкций существенно влияют схемы размещения оборудования и транспортных путей в пролетах, весовые характеристики мостовых кранов и транспортируемых грузов, маршруты их доставки, продолжительность технологического цикла и объемы потребляемого сырья, стабильность процесса в течение длительного времени и т.п.

Анализом технологических схем выявлено что за достаточно длительный период времени, начиная с 30-х годов основные технологические переделы в эксплуатируемых цедах не претерпели качественных изменений. В процессе длительной эксплуатации цехов остались неизменными перечень технологических операций, реализуемых с помощью мостовых кранов, схемы размещения оборудования, номенклатура и маршруты транспортировки грузов и т.п.

В то же время в каждом из вновь строящихся цехов, как правило, заложена наиболее совершенная на период строительства, технологическая схема, отличающаяся от предыдущей большейпроизводительностью технологических агрегатов, но сохраняющая при

этом неизменной взаимосвязь и содержание технологических операций, номенклатуру и маршруты доставки грузов. Например, в ряде сталеплавильных цехов ЧМК, ММК, ЧТПЗ периода строительства 1940...60 годов, загрузка печей производится поштучно, мульдами емкостью 1,5. ..3 т, за несколько десятков подъемов мульдомагнит-ными кранами, а в цехах 1960...70 годов, существенно увеличив емкость печей, их загрузку производят за 1...2 подъема загрузочными бадьями объемом до 100 т. За счет этого существенно увеличен поток поступающего в пролеты сырья и объем производства продукции, 1 пролетах нагревательных колодцев, периода строительства 1930...60 годов (обжимной №2 ЧМК, блюминг №2, 3, слябинг №1 ММК), доставка слитков на рольганг осуществляется челночными перемещениями слитковоза, а в пролетах 1960...70 годов (обжимной №3 ЧМК) слитки доставляются тремя слитковозами, движущимися по кольцевой схеме, чем существенно увеличена скорость подачи слитков на стан, но соответственно увеличена и интенсивность эксплуатации мостовых кранов и подкрановых конструкций. На колоннадах ММК периода строительства 1940...60 годов применялись прессы ПГ-400, изготавливающие пакеты весом 0,3...О,4 т (колоннада №3), а на колоннадах 1960...75 годов - прессы В-1642 прессуют пакеты уже по 2...3 т (колоннады №5, 6, 7), что увеличивает пропускную способность колоннады и соответственно интенсивность эксплуатации конструкций.

«

Аналогичное явление наблюдается во всех без исключения технологических переделах и свидетельствует о том, что уже на стадии проектирования новых цехов, их более производительные технологические схемы предопределяют увеличенный поток транспортируемых грузов и более высокую интенсивность эксплуатации конструкций в сравнении с цехами ранней постройки.

Анализ производственной деятельности цехов свидетельствует

о том, что на стадии эксплуатации повсеместно ведется работа, направленная на совершенствование технологического процесса и увеличение объемов выпуска продукции (рис. 3.2). Непрерывное, в течение многих лет, повышение производительности технологических агрегатов достигается за счет внедрения целого комплекса мероприятий, в том числе продувка электросталеплавильных печей кислородом (ЭСПЦ-1, 2, ЗЧМК), перевод мартенов на двухван-ные печи (мартен №1 ММК), замена устаревших агрегатов на более производительные (прессы копрового цеха ММК, печи ЭСПЦ-1 ЧМК), увеличение веса плавок в существующих печах, сокращение непроизводительных простоев, технологических перерывов продолжительности ремонтов, укрепление технологической дисциплины. Как следствие этих мероприятий в цехах наблюдается систематическое снижение продолжительности технологического цикла (ЭСПЦ-1, 2,3 мартен №1,2,3, обжимной №2, 3 ЧМК, блюминг-1, 2, 3 ММК) и рост объемов потребляемого сырья в прямой пропорции с ростом объемов производства (рис. 3.3).

С другой стороны, неуклонно увеличивающийся поток сырья, проходящего через цеха, требует соответствующего увеличения пропускной способности мостовых кранов. Повышение производительности кранов обеспечивается за счет сокращения простоев, повышения скорости их перемещения и далее за счет постепенного увеличения числа кранов в пролетах (рис. 3.4), т.е. наблюдается зависимость между ростом объемов производства, через рост потребляемого при этом сырья и ростом числа кранов в пролетах (рис. 3.5). Это свидетельствует о том, что увеличение производительности цехов на стадии эксплуатации происходит прежде всего за счет факторов по существу не влияющих на схему организации грузопотоков в пролетах, но неуклонно увеличивающих интенсивность эксплуатации, как мостовых кранов, так и подкрановых путей. Имен-

Рост производства продукцию в цехах

Г) /5

/ : V У

I / * / / о / / '/ / / 1 2 + / +

1Г V' / // ^ /к > / / / У/г г

п!т^/ А "Ж/ —ТГ г-

10

20

30

40

Т.-Тпр(таы)

V;- годовой объе» производства продукции.

объем производства, проукции по проекту. 7; - срок эксплуатации цеха.-Т*р- СР0К выхода цеха на проектную мощность. 1,2,3... шифр пролетов (приложение I).

Рост потребления сырья при наращивании объемов производства продукции

3> Ъг

3.4

3.0

25

2.2

(.8

1.4

22 25 /19

< /Л щ

Л

Л

А V

///

/

\А

1.8 2.2 2.6 3.0 ЪА 3.8 /V,

пр

годовой объе^ потребления сырья. ¿«/Г объем потребления сырья по проекту.

Рост числа кранов в пролетах.

к

Пр- фактическое количество кранов в пролетах.

количество*кранов в пролетах по проекту. Тдт- срок установки дополнительных кранов. Т - срок установки проектного количество кранов. 1,2,3... - шифр пролетов (приложение I)

Рис. 3.4

Рост объемов производства продукции при увеличении числа кранов.

• г

пр

ао 2.6 2.2 1.8 (.4

/

о / / кЪ

// / у 42

■О--2 ____20

г

\гл^* > 19

1.2 1А 1.6 1.8 2.0 2.2 2А /П

пр

Пр - фактическое количество кранов в пролетах. П„р- количество кранов в пролетах по проекту. V, - годовой объе\| производства продукции, объем производства продукции по проекту. 1,2,3...- шиЪр пролетов (приложение I).

но поэтому технологические схемы в течение многих лет остаются неизменны, и неизменными остаются закономерности распределения эксплуатационных давлений катков, увеличивается лишь интенсивность эксплуатации мостовых кранов, а значит и частота нагруже-ния конструкции.

В соответствии с общим методическим подходом, разработанным в п. 2.1, распределение давлений и частота их воздействия, влияние технологии производства на эти характеристики и закономерности накопления циклов напряжений выявлены на основе изучения технологических грузопотоков.

В результате сбора статистической информации по условиям эксплуатации и исследования схем транспортирования грузов (п. 2.3), для 44 пролетов, включенных в статистическую выборку, получены сведения из анализа которых можно выделить ряд технологических условий оказывающих существенное влияние на работу кранов и условия эксплуатации конструкций. Так схемы размещения технологического оборудования и напольных транспортных путей ограничивают зоны работы кранов, а схемы и направленность траекторий транспортирования грузов в пролетах способствуют существенному отличию интенсивности и неравномерности эксплуатации конструкций в пролетах.

Ограничивающее влияние технологического процесса на работу кранов связано прежде всего с тем, что транспортные пути, как правило, удалены от подкрановых ветвей колонн на расстояние не менее 3...5 м. В связи с этим, в образующейся по всей длине пролета зоне, по существу исключается выполнение технологических транспортных операций, а значит ограничивается зона работы грузоподъемной тележки и нагруженность линии подкранового пути.

Аналогичное влияние на работу кринов оказывает технологическое оборудование, размещаемое в непосредственной близости к

одному из рядов колонн. Однако, в отличие от транспортных путей оборудование может размещаться на расстоянии 5...10 м от подкрановых ветвей колонн, при этом его расположение может быть и равномерно распределенным, соответственно ограничивающим по всей длине пролета приближение грузовых тележек к концевой балке моста (нагревательные колодцы), и в виде единичных отдельно стоящих агрегатов (прессы копровых цехов и т.п.), что способствует образованию в пролетах технологических участков в пределах которых ограничиваются не только зоны работы грузовых тележек, но и самих кранов (рис. 3.6 и 3.7).

Не менее важное значение на условия эксплуатации оказывают схемы и направленность траекторий транспортирования грузов, зависящие от того, выполняют ли краны переброску грузов с одного участка пролета на другой и от одного ряда колонн к другому, т.е. от направленности "движения" грузов в продольном и поперечном направлении пролета путем челночных перемещений кранов, или работа кранов связана с последовательной обработкой изделий, размещенных, как правило, на железнодорожном пути и грузы "движутся" преимущественно вдоль пролета (рис. 3.8).

При обработке материалов хронометрирования в каждом из пролетов выявлены группы однотипных траекторий перемещения крана, связанные с выполнением соответствующих технологических операций.

В зависимости от технологического передела и схемы организации транспортных потоков, выявленные траектории имеют различные формы, из которых можно вьщелить два основных типа и представить их в схематизированном виде:

I. Веерообразная схема траекторий - траектории, связанные с доставкой грузов, равномерно распределенных на некотором участке, в одну точку пролета или наоборот (рис. 3.8а,б). Сюда от-

Зона работы кранов и траектории транспортирования в пролете нагревательных колодцев обжимного цеха № 3

слитков Ч М К .

1,П - технологические участки, влияющие на зоны работы и интенсивность перемещений мостовых кранов.

Зоны работы кранов на различных технологических участках

колоннада № 3 ММК.

ПОМ СОТКИ С ПАКЕТАМИ

1*1.

1жл

8

1,П,Ш,1У,У - технологические участки, влияющие на зоны работы и интенсивность перемещений мостовых кранов.

Схемы траекторий транспортирования технологических грузов.

СТЕИЛ4Ж АЛЯ _ ,

11*Д 1*/А

V лГмьд

И жД 1ж/А

а - шихтовый пролет; 5 - скрапное отделение (колоннада); £ - отд.; раздевания изложниц; 2 - отд.раздевания слиткэв.

носятся операции по доставке шихты из ж/д составов в загрузочные бадьи, в приемные бункера прессов, транспортировка пакетов от прессов к составу полувагонов, транспортировка заготовок от рольгангов в зону складирования, транспортировка слитков с состава изложниц в нагревательные колодцы и т.п.

2. Челночная схема - траектории, связанные с доставкой грузов из одной точки пролета в другую (рис. 3.8в,г). Сюда относится транспортировка слитков из нагревательных колодцев к елитко-возу, доставка сыпучих составляющих к балкону печного пролета, разливка стали в изложницы, раздевание слитков и т.п.

В каждом конкретном случае указанные типы траекторий могут иметь различные модификации. Например, челночная схема может образовывать кольцевую схему, когда траектории крюка при рабочем и холостом проезде крана существенно не совпадают (ЭСПЦ-2 ЧМК); веерообразная схема преобразуется в клиновидную, когда технологический агрегат смещен на край зоны равномерно распределенных грузов (двор изложниц №1 ММК). Совокупное влияние схемы размещения оборудования, напольных транспортных путей и траекторий транспортирования грузов, образование в связи с этим технологических участков с различной интенсивностью работы кранов и зон с ограниченными перемещениями грузовых тележек, оказывает значительное влияние на закономерности формирования характеристик крановых нагрузок, и прежде всего на частоту нагру-жения конструкций, и способствуют их сущеетвенному отличию на смежных технологических участках.

Типичным примером образования в пролетах нескольких технологических участков с различной интенсивностью эксплуатации конструкций являются шихтовые пролеты, прессовые колоннады, дворы изложниц и т.п. пролеты с единичными технологическими агрегатами, через которые проходит весь поток транспортируемых на данном

участке грузов. В шихтовых пролетах это связано с загрузкой шихтовых бадей емкостью до 100 т (ЭСПЦ-2,3 ЧМК), в прессовых колоннадах - с работой пакетирующих прессов. Зоны обслуживания технологических агрегатов и соответственно размеры технологических участков могут достигать 30...50 м в пределах которых краны работают наиболее интенсивно, обеспечивая загрузку агрегатов. На смежных технологических участках, как правило, расположены зоны складирования, но из-за недостатка сырья подавляющую часть времени агрегаты работают "с колес", поэтому интенсивность работы кранов на этих участках существенно ниже.

В отличие от рассмотренных технологических схем, равномерно распределенное по длине пролета стационарное или подвижное технологическое оборудование (нагревательные колодцы, составы изложниц и т.п.) способствует более низкой интенсивности эксплуатации конструкций, образованию в пролете, по существу, единого технологического участка. Однако, это не исключает возможного отличия нагруженности противоположных рядов колонн и подкрановых конструкций. Например, это имеет место в отделениях раздевания слитков, где работа кранов связана с последовательной обработкой составов, устанавливаемых на железнодорожном пути, как правило, в значительной степени смещенном к одному из рядов колонн.

Следует отметить кроме того, что, независимо от схемы организации грузопотоков и образования различных технологических участков, интенсивность эксплуатации которых может отличаться в 2...3 раза, во всех пролетах за пределами основных технологических зон, интенсивность работы кранов снижается до минимума. Это, как привило, тупиковые зоны пролетов протяженностью до 15...20 м, вмещающие 2...3 крена и используемые, в основном, для стоянки кранов и различных ремонтно-вспомогательных работ.

Помимо рассмотренных технологических условий, существенное

влияние на работу кранов и эксплуатацию подкрановых конструкций оказывает практически повсеместное и значительное недоиспользование грузоподъемности кранов. Это связано с тем, что кроме грузов с максимальным весом, в расчете на которые установлены краны, по технологическим условиям требуется доставка целого набора других грузов, вес которых, при транспортировке за один проезд крана, может быть на "порядок" меньше максимального расчетного груза, а суммарное их количество может быть наоборот, существенно больше количества грузов, принятых в качестве расчетных. Например, в печных пролетах сталеплавильных цехов грузоподъемность кранов может достигать 15...130 т, а основная масса грузов транспортируемых кранами может иметь развесы по 1,0...3,0 т (ЭСПЦ-1, ЧМК).

Естественно, что на среднюю нагруженность подкрановых конструкций влияют также обратные холостые проезды кранов, количество которых может быть несколько меньше или равно количеству рабочих проездов. Это зависит от схемы организации грузопотоков, исследование которых и являлось одной из основных задач выполненного в цехах хронометража. Исследование грузопотоков показало кроме того, что недоиспользование грузоподъемности кранов существенно увеличивает количество их проездов, а значит частоту нагружения конструкций. Несмотря на тенденции, направленные на совершенствование технологических схем и использование резервов по нагруженности кранов, примеры тому приведены в начале данного раздела, этот фактор, тем не менее, остается одним из наиболее ответственных за достаточно высокую интенсивность эксплуатации конструкций в большинстве цехов металлургического производства.

Таким образом, исследования грузопотоков свидетельствуют о влиянии на работу кранов множества различных технологических фак-

торов, имеющих в каждом конкретном пролете различные вариации и сочетания, в связи с чем крановые нагрузки, частота их воздействия в пролетах и на отдельных участках, могут значительно отличаться, а неуклонное наращивание производительности технологических агрегатов в процессе их эксплуатации способствует повсеместному увеличению интенсивности работы мостовых кранов и частоты нагружения подкрановых конструкций.

3.2. Теоретическое исследование характеристик

I

крановых нагрузок и влияния на них технологических факторов

3.2.1. Исследование характеристик крановых нагрузок

1 Как следует из п. 3.1 и ряда предыдущих исследований /19,

30/, технологические схемы и распределения давлений кранов остаются в течение многих лет практически неизменными. Частота же нагружения конструкций во времени, с ростом объемов производства и количества кранов в пролетах, имеет очевидную тенденцию к постоянному увеличению, т.е. частоту нагружения конструкций, по-видимому, нельзя относить к стационарным процессам. Однако выявить закономерности изменения частот непосредственно в цехах, в течение их длительной эксплуатации, не представляется возможным - на это необходимы многие годы, в связи с чем судить об этих закономерностях приходится косвенно, по данным о производственной деятельности цехов.

Из анализа роста объемов производства продукции и потребления сырья следует, что при неизменных в процессе эксплуатации технологических схемах, для производства некоторого единичного объема продукции в каждом из пролетов необходим некоторый единичный объем сырья, величина которого определяется коэффициен-

том пропорциональности характерным для того или иного технологического процесса (см. рис. 3.3). Отсюда логично предположить, что процесс транспортировки грузов при производстве единицы продукции может в свою очередь определять некоторую единичную интенсивность нагружения, характеризующуюся спектром и частотой, которая в этом случае является характеристикой постоянной, не зависящей от времени. При таком подходе к исследованию закономерностей нагружения, и частота нагружения, определяемая в виде количества перемещений кранов необходимых для производства единицы продукции, в первом приближении может считаться характеристикой постоянной, а сам процесс нагружения может быть отнесен к стационарным процессам. Это положение существенно упрощает дальнейшее теоретическое исследование.

По результатам визуального исследования (п. 3.1) и анализа производственной деятельности цехов строились идеализированные модели грузопотоков, по которым определялись распределение крановых нагрузок и частота нагружений при производстве единицы продукции. Идеализация схем заключается в том, что в модели исключены проезды, несвязанные непосредственно с выполнением технологических операций, регламентировать которые во времени сложно - например, проезды кранов к месту стоянок, связанные со сменой машинистов, перерывами в работе и т.п.; исключены разбросы веса груза на крюке, положения крюка в конечных точках маршрута, разбросы траекторий перемещения крюка при доставке грузов одного вида; не учитывается неравномерность эксплуатации технологического оборудования и соответственно подкрановых конструкций в связи с работой каждого из кранов в определенной зоне пролета.

В основу моделей положены следующие исходные предпосылки:

- схема грузопотоков и вес каждого вида груза на крюке при доставке за один проезд крана считаются характеристиками постоянными;

- номенклатура и объемы грузов Щ , необходимые для производства единицы продукции, считаются характеристиками постоянными.

Если в некоторый момент времени /¿' одна из указанных характеристик изменяется, то весь срок / разбивается на отрезки, в течение которых эти характеристики остаются неизменными и для каждого из этих отрезков строится соответствующая схзма, определяются распределения давлений и частота. Схема грузопотоков строится в следующей последовательности:

1. Выбирается единица измерения объема производственной продукции, представляющая собой расчетный модуль М , для производства которого затрачивается соответствующая номенклатура и объем сырья, тарнспортируемые кранами. В металлургической промышленности объемы продукции измеряются в тоннах стали, поэтому в большинстве цехов М принимается равным 1,0 тыс.тонн стали.

2. По отчетной цеховой документации уточняются, полученные в результате визуального исследования, номенклатура транспортируемых в пролете грузов, их вес при доставке за один проезд крана и объемы этих грузов К^ , по которым затем устанавливается перечень основных и вспомогательных транспортных операций у , выполняемых кранами на анализируемом участке. К вспомогательным транспортным операциям относятся операции несвязанные непосредственно с технологическим процессом, но направленные на его обеспечение и нормальные условия работы, например, ежесменная транспортировка мусора, периодическая замена износившейся технологической оснастки и связанные с этим транспортные операции и т.п.

3. Устанавливаются расчетные траектории и конечные точки транспортировки каждого вида груза, вьбирается расчетное поперечное сечение пролета, для которого определяются давления кат-

ков, соответствующие положению тележки и груза на крюке при проезде крана через данное сечение.

4. По балочной линии влияния крана (рис. 3.9) и расчетным траекториям определяются ординаты , соответствующие положению тележки С^ и груза С^- на крюке при проезде через расчетное сечение пролета

9 = е- ; $г=и -I & ; % = ^ ; (зл)

по которым затем определяются давления катков ^ при рабочем проезде загруженного крана и обратном холостом проезде

П(юЪ,Хел) ~ £[ % + + &И.0 + О/,

¡<£I 2. \ г <¡1 Ч] > (3.2)

5. По установленной расчетной схеме грузопотоков и перечню транспортных операций, для каждой из операций определяется частота рабочих проездов крана и частота холостых проездов \-.„оК

где Щ] - коэффициент учета холостых проездов крана. При транспортировании у вида грузов с обратными холостыми проездами Щ' «I, при совмещении транспортных операций и доставке в обратном направлении других грузов «0.

6. Определяется полная частота крановых проездов|м пр и местных давлений катков при производстве единицы продукции^С/

+4ХсЛ) (проездов)' = (циклов)' (3.3)

7. Строится числовой ряд расчетных давлений и частот их воздействия {• по известным зависимостям /104, 105/ определяются четыре статистических момента, в достаточной мере характеризующие распределение этих давлений.

В соответствии с изложенной методикой для каждого из исс-

ледованных пролетов построены модели грузопотоков и получены распределения давлений катков /у , их статистические характеристики, коэффициенты крановых нагрузок Пт-Р/Р* ( Рн -нормативное давление катков), а также частота проездов кранов при производстве единицы продукции \и , частота проездов 1

Л гл) пр пр

и местных давлений | в течение суток (табл. 3.1). Полученные данные свидетельствуют о существенных отличиях характеристик крановых нагрузок в разных пролетах и на отдельных технологических участках. Так коэффициенты крановых нагрузок Пт распределились в пределах 0,47...0,82. Различия в частоте нагруже-ния конструкций достигают 10...15 - кратного размера, формы полигонов распределения частот по длине пролетов также существенно отличаются (рис. 3.10). Выявленные различия характеристик нагрузок, их сочетаний, являются одним из наиболее важных условий для понимания причин значительных разбросов долговечности эксплуатируемых балок, когда в одних цехах повреждения образуются через б...7 лет эксплуатации (колоннада 5, б, 7 ММК), а в других повреждения отсутствуют и после 30...35 лет (колоннады ЧМК). Различия условий эксплуатации конструкций предопределены технологией производства и организацией грузопотоков в пролетах, поэтому в п. 3.2.2 выполнен анализ технологических факторов наиболее существенно влияющих на исследуемые характеристики.

Для оценки точности полученных в данном исследовании характеристик нагружения, могут быть использованы результаты экспериментальных исследований ранее проведенные КунинымЮ.С. /19/ и Эглескалном Ю.С. /20/ в цехах металлургического производства. Данные использованные для анализа были получены, как правило, на балках небольшой длины, проезды кранов по которым были в основном сквозными, поэтому для сопоставимости данных, по полученным статистическим характеристикам распределения давлений /•* ,

Таблица 3.1

Характеристики крановых нагрузок в пролетах

Шифр пролета балок Зяд <олонн Оси уч-ка Среднее давление Fou) Коэффициент крановой нагрузки Пт Частота нагружений

f jn.iу> jvip f

I 2 3 4 5 6 7 8

I/5I В 11-32 28,00 0,615 58,6 626,0 3756,0

2/55 H 15-30 33,90 0,729 136,2 1492,5 2985,0

3/57 т 17-45 21,86 0,754 136,2 933 3732,0

19/1 ж 17-20 12,7 0.67 1210 1262,5 2525

19/2 ж 10-13 12,7 0,67 642 670 1340

29/3 А 4-29 24,53 0,818 90 468,5 1874

30/17 54 5-13 35 0,675 63,4 257,0 514,0

31/42 д 108-162 33,35 0,623 31,2 436,5 1746,0

17/44 А 2-12 37,34 0,798 13,5 155 621,0

25/191 д 19-21 11,29 0,66 2564 578,5 1157

25/192 д 21-22 10,5 0,62 2564 554 псе

25/211 г 20-21 11,3 0,66 2564 578,5 II57

25/212 г 21-22 11,91 0,70 2456 554 IIOB

26/23 г 21-23 11,8 С, 605 666 150 300

27/25 в 5-23 14,12 0,48 470 106 212

10-15

22/7 А 28-33 23,56 0,47 424 1045,5 2091,0

41-46

23/10 Б 24-29 24,0 0,68 489 306,3 1072

24/14 Г 13-14 18,5 0,54 26 57 456

10/721 А 14-18 31,34 0,783 1039 797 1 1594

10/722 Б 14-18 26,50 0,66 1039 797 : 1594

10/723 А 10-14, i i

18-22 32,35 0,809 425 430 1 860

5/741 К 10-12 11,77 0,619 ! 746 1326 ! 2652

5/742 К 12-33 8,96 0,472 746 1326 2652

5/751 К 13-30 10,22 0,538 582 1326 2652

5/761 к 10-12 12,3 0,647 468 1326 2652

36/81 ! Б 1-Й 9Д 0,569 II306 458 916

37/82 В I-II 10,82 0,543 5071 1180,5 2361

Продолжение табл. 3.1

I 2 3 4 5 6 7 8

38/ Б 15-25 11,13 0,72 2424 1195 2390

39/841 Е 12-16 16,0 0,744 606 581 1162

39/842 Е 5-1Т 15,15 0,704 486 466 932

39/851 Ж 12-16 13,74 0,639 606 581 1162

39/852 Ж 5-И 14,00 0,651 486 466 932

35/40 В 2-14 37,2 0,813 26 159 636

33/39 Б 12-18 14,00 0,737 950 614 1228

28/271 А 20-22 15,0 0,62 1888 448 895

28/272 А 22-25 15,5 0,64 1708 405 810

28/273 А 25-27 15,5 0,64 2159 513 1026

28/274 А 18-20 13,78 0,569 1538 365 730

13/87 А 5-6 12,94 0,53 8928 1008 2016

34/631 Б 7-8 16,0 0,60 295 727 1454

34/632 А 7-10 12,76 0,481 295 727 1454

11/641 А 30-55 19,04 0,58 102 1131,5 2263

11/642 Б 30-55 18,55 0,566 102 1131,5 2263

7/681 В 6-в,

21-24 18,93 0,74 1152 492 984

7/685 в 26-30 19,86 0,779 1784 762 1524

7/682 Г 6-8, !

21-24 18,06 0,709 1152 492 СО

8/701 г 11-12 33,72 0,803 1039 797 1ЭЭ4 |

8/702 в 11-12 28,26 0,673 1039 797 1594 |

8/703 г 7-10 34,53 0,822 561 430,35 860,7

8/705 г 13-16 33,28 0,792 150 115 230

6/661 3 15-32 15,58 0,706 1732 332 664

используя правило Винклера, сделан расчет напряжений в нижних поясах балок. Проведенный анализ свидетельствуем, что ошибка в оценке давлений катков в среднем составляет +(5...15) % и вполне приемлема для целей решаемой задачи (табл. 3.2).

Аналогичным образом проверяется точность данных по частоте нагружения конструкций. Следует, однако отметить ряд особенностей. Визуально-аналитическое исследование нагрузок и их регистрация с помощью приборов проводились в разные годы, в отдельных случаях разница составляет 20...25 лет. За такой продолжительный отрезок времени в технологическом процессе произошли некоторые изменения, а именно, при неизменности самой технологической схемы,т.е. размещения оборудования, траекторий транспортировки и номенклатуры грузов, увеличилась интенсивность работы кранов, их количество в пролетах, объемы транспортируемых грузов и производительность технологических агрегатов, а в некоторых случаях и развесы грузов. Эти показатели отражены в соответствующей проектной и технической документации и потому позволяют сделать ретроспективный анализ изменения частоты нагружения во времени. Анализом балочных линий влияния выявлен характер изменения напряжений в нижнем поясе при проезде крана по подкрановой балке, в каждом из анализируемых случаев сделано сравнение с записанными диаграммами деформаций в нижнем поясе и получены коэффициенты соответствующие числу циклов напряжений пояса при одном проезде крана.

Расчетная частота циклов нагружений определялась произведением расчетной частоты проездов при производстве единицы продукции, числа циклов напряжений нижнего пояса при сквозном проезде крана и среднесуточного объема продукции в год проведения регистрации (см. табл. 3.2). Ошибка в оценке частот составляет в среднем также +(5...15) %. Кроме того полученные данные под-

Таблица 3.2

Сопоставление характеристик нагружения конструкций с результатами исследований испытательной станции МИСИ им. Куйбышева В.В. (Кунин Ю.С., Эглескалн Ю.С.)

Цех, пролет Год регистрации нагрузок Оси колонн Нагруженность по нижнему поясу (кг/см2) 1 (зрцсч Частота на-гружений по нижн. поясу а _ }р*сУ Расчетная частота местных давлений

Сь^л 4

длина балки /—^ РАСЧ 6, ЖСП <Ох 'Р/КЧ ( 1

ЭСПЦ-2 шихтовый 1974 32-33 6 м 271,8 280,0 3,15 2175 2400 9,3 2091

ЭСПЦ-2 1974 24-29

печной 30 м 219,0 236,0 7,2 358 420 14,7 1072

ЭСПЦ-2 1974 13-14

разливочный 6 м 382,9 403,6 5,1 267 326 18,0 456

Блюминг №2 нагре- 1964 06-07

вательные колодцы 6 м 410,5 483,2 15,0 1194 1209 1,2 2985

ППЦ-2 травильное 1963 27-29

отделение 12 м 399,2 326,0 22,4 1386 1247 П, I 2652

ЦПС стрипперное отд. №3 1-13

6 м 590,2 591,5 0,1 — — —

Блюминг №3 нагревательные колодцы 1964 -- - — 1560 1809 13,7 3732

тверждают гипотезу о росте частоты нагружения конструкции во времени, положенную в основу методики расчета характеристик нагрузок. Если бы такого роста не было, правильно утверждать, что зарегистрированная, например в 1964 г., частота нагружения конструкции в пролете нагревательных колодцев блюминга №2 ММК /20/ должна остаться без изменений до настоящего времени. Однако сейчас она составляет уже около 1500 проездов в сутки, что на 20 % выше экспериментально зарегистрированной в 1964 г. и в полной мере соответствует возросшей интенсивности и объему производства продукции в настоящее время. Аналогичная ситуация сложилась, например, в травильном отделении ЛПЦ-2 ММК. В 1968 г. в цехе увеличили вес транспортируемых рулонов листа на 59 %, в связи с чем зарегистрированная в 1963 г. частота должна была уменьшиться на 39 % и составлять в настоящее время только 783 проезда в сутки. Однако, она не только не уменьшалась, но наоборот возросла и составляет в среднем 1386 проездов, что почти в 1,7 раза выше прежней и соответствует происшедшему за этот период приросту объемов производства.

Особенность результатов экспериментальных исследований /19, 20/, использованных для анализа заключается в том, что они характеризуют условия нагружения одной из балок на исследуемом технологическом участке, а полученные в данной работе результаты отражают по существу условия нагружения всех балок данного участка.

Это свидетельствует о вполне удовлетворительной точности полученных автором результатов, а главное о несущественном отличии условий нагружения конструкций, расположенных на одном технологическом участке, подтверждая тем самым гипотезу об определяющем влиянии выявленных технологических факторов на характеристики крановых нагрузок. Тем не менее, представляет ин-

терес экспериментальная проверка характеристик нагружения, и прежде всего частот воздействия кранов на все балки исследуемого пролета, так как визуально-аналитическое исследование свидетельствует о возможных существенных отличиях технологических условий, соответственно крановых нагрузок, на различных технологических участках и, как следует из анализа (п. 1.1), этому не было уделено достаточного внимания в предыдущих исследованиях. Методика и результаты, выполненного с этой целью экспериментального исследования частот нагружения приведены в п. 2.4 и п. 3.3, но, независимо от этого, полученные визуально-аналитическим путем, результаты позволяют проанализировать влияние технологии на условия работы кранов, выявить технологические факторы наиболее существенно влияющие на характеристики крановых нагрузок.

3.2.2. Анализ влияния технологических факторов на характеристики крановых нагрузок

В исследованиях Кошутина Б.Н., Кунина Ю.С., Зданевича Ю.А. /16, 19, 24/ рассматривались некоторые аспекты влияния отдельных технологических факторов на распределение давлений катков крана и останавливаться на этом повторно, видимо, нет смысла. Значительный интерес представляет влияние различных комбинаций технологических факторов на характеристики нагрузок, изменяемость этих комбинаций в зависимости от вида технологического передела, влияние которых на исследуемые характеристики ранее не рассматривалось.

К факторам,наиболее существенно влияющим на распределение давлений,можно отнести:

- вес навесного оборудования, грузоподъемной тары и полезного груза на крюке;

- смещенность технологического оборудования и траекторий транспортировки грузов к одному из рядов колонн;

- грузоподъемность и весовые характеристики мостовых кранов;

Анализируя процесс формирования спектров нагрузок, на примере рада цехов показаны полигоны распределений полезного и суммарного груза на крюке, смещенности технологических агрегатов, давлений катков (рис. З.П), а также приведены табличные данные по этим и другим факторам (табл. 3.3).

Как было отмечено и ранее /16, 30/, полигоны распределения грузов имеют, как правило, полимодальные распределения. Особенно это ярко выражено в пролетах, где работают краны, имеющие главный и вспомогательный подъем и транспортирующие существенно различные по весу грузы. Например, в разливочных пролетах моды полигона образованы доставкой мелких грузов весом 1...5 т (стопор, коробки с люнкеритом, синтетические добавки), средних грузов от 15 до 35 т (ковш, шлаковая чаша) и тяжелых грузов от 130 до 150 т (ковш с плавкой). При этом в ряде технологических переделов, вес навесного оборудования и тары сказывает существенное влияние на отношение О,?/Окр . Так в шихтовых дворах при весе полезного груза на крюке в среднем 1...2 т, т.е. примерно О, I Ог~р, отношение составляет (0,2...0,3)0^ , что в

значительной степени уравнивает эти пролеты с другими, а иногда и выделяет их. Например, некоторые адьюстажи (обжимной №2 ЧМК), где вес навесных магнитов на крюке составляет 6,0...7,0 т, и степень загруженности кранов достигает 0,7. Это значительно больше в сравнении с такими пролетами как нагревательные колодцы и отделения раздевания слитков, в которых использование грузоподъемности кранов полезным грузом выше перечисленных, но так как краны работают без навесного оборудования, влияние дан-

АО

30

20

10

Полигоны распределения технологических факторов и коэффициентов крановой нагрузки в кекотошх пполетах

П%

й-

1 1 I н

\г

1 \ \м V 1

/" 1 I 1 '•РгтЧ

__________ _ ._ (V

0,25 0,50 0,15 1,00 /йКР Л%

г- 1 1 и* 1 1 -е

Л 1 \» 1 1

|\ 1 1 \ /V» /

1 V 1 1

0,25 0,50 0,75 (,00

50

40

30

20

10

Д-20 ) ■22

V2

ч

0.25

0,50 0,75 1,00

<2 - полигон распределения полезных грузов в шихтовом

отделении ЭСПЦ-2 ЧМК 6 - то же с учетом навесного оборудования С[ б- смещение траекторий относительно противоположных рядов ' балок в стриперном отделении №2 ЧМК 2,20,22 - шифр пролетов

Рис. З.И

Таблица 3.3 Характеристика технологических факторов и крановых нагрузок в некоторых цехах

Завод Шифр пролета Ряд колонн оси уч-ка йгР (т) 0гг Ь<р Огр С Г (ТН) Р р и { Лгр

ммк чмк 2 29 Н 1-34 АЭ 1-32 га 8,00 4,74 тш 0,40 0,474 НАГРЕБ 0,94 0,974 ЙТЕЛЫ-0,75 0,744 ьк коле 33,90 24,53 )ДЦЕВ 0,729 0,818 21,0 43,0 136,2 90,00

нш ммк 39 5 Е 12-16 И 13-30 РАСШ 2,866 3,088 ОДЕЛИТ 0,191 0,206 ЕЛЬНЫЕ 0,949 0,919 ПРОЛЕ 0,731 0,603 ТЫ (АДЕ 16,00 10,22 Ж СТАЖ) 0,740 0,538 447 291,0 606,0 582,0

ммк чмк 17 35 1-13 в 1-15 Ш 8,8 4,34 -ЮЛЕТЫ 0,352 0,174 РАЗДЕ1 0,967 0,980 МЖ С 0,693 0,850 ЛИТКОВ 37,34 37,20 0,798 0,813 18,00 40,00 13,50 26,00

1 ¡чмк 1 змз 1 22 12 А 29-32 д 18-22 3,74 2,218 IIОД 0,124 0,222 ТО ВЫЕ 0,910 0,953 ПРОЛЕ! 0,460 0,466 'Ы 23,567 10,50 0,470 0,618 205 1487 424,0 2456

чмк [ммк ! 34 II Б 7-10 Б 30-55 2,639 6,450 ПРОЛЕ1] 0,132 0,215 7Ы СБ01 0,958 0,911 Ш И31 0,88 0,57 ошниц 16,00 19,04 0,600 0,580 246 295 ! 19 51 1

ммк 7 8 В 21-23 Г 11-12 3,66 5,39 сни 0,366 0,359 ШНЫЕ I 0,950 0,954 ТР0ЛЕТ1 0,806 0,770 >1 18,93 33,73 0,74 0,803 676,0 571,0 1152 1039

чмк 23 Б 32-35 4,78 1Р 0,15 НЫЕ П1 0,974 э0ЛЕТЫ 0,576 24,00 0,680 50 143

ного фактора в значительной степени компенсировано.

Из анализа соотношений веса транспортируемого груза и собственного веса кранов £■=. О^^^Ог^, влияние собственного веса более сильно проявляется в пролетах нагревательных колодцев, печных, отделениях раздевания слитков, колоннадах копровых цехов, достигая ^=0,94...0,98. Немногим меньше это влияние в адыостажах, шихтовых пролетах, дворах изложниц и составляет около £ =0,90...0,95. Меньшее из всех пролетов влияние собственного веса крана наблюдается в разливочных пролетах и достигает только ^=0,6.. .0,7. При анализе технологических схем (п. 3.1), а также в других работах /16, 24/ отмечалось, что в некоторых цехах металлургического производства противоположные рядыюлонн загружены часто не в равной мере. Обращают на себя внимание отделения раздевания слитков, дворы сборки изложниц, прессовые колоннады копровых цехов, пролеты нагревательных колодцев. В отделениях раздевания слитков, несмотря на то, что, как правило, устроено четыре равномерно распределенных по ширине пролета ж/д пути, для подрыва составов используют лишь два ближних к одному из рядов колонн. Остальные пути часто используются только для вспомогательных целей. Смещенность железнодорожных путей и технологических агрегатов к одному из рядов колонн, соответственно смещенность зон работы грузовых тележек и траекторий транспортирования грузов может быть оценена коэффициентом записанным в виде С =Х(/ • Значения этого коэффициента в ряде пролетов, приведенных выше технологических переделов, достигают С =0,75...0,85 и в значительной мере отражают влияние этого фактора на нагруженность соответствующего ряда колонн и подкрановых конструкций.

Следует отметить, что полигоны распределения давлений /у и коэффициентов крановой нагрузки имеют в сравнении с распреде-

лениями Ри С > более симметричный вид и, как правило,

по своей форме одномодальны. Это считается вполне закономерным процессом /16, 55/ так как на формирование полигонов /у одновременно влияют и вес груза на крюке и положение тележки на мосту крана, в связи с чем начинают проявляться тенденции отраженные в теореме Ляпунова A.M. /104/ и прокомментированные в п. 1.4.

Анализируя влияние каждого из рассмотренных выше факторов, следует отметить, что ни один из них в отдельности существенно не вццеляет тот или иной технологический передел из ряда других. Не выявлено также случаев комбинации сразу трех наихудших или наилучших параметров. Это обстоятельство, видимо, и определило достаточно равномерное распределение переделов по среднему уровню давлений катков и достаточно широкий диапазон средних давлений в пролетах по каждому из переделов, так что они в значительной степени перекрывают диапазоны средних давлений смежных переделов (табл. 3.4). В свою очередь это не позволяет выделить какие-либо переделы в группы по степени влияния отдельных факторов и требует ранжирования каждого из переделов. В качестве агрегатной характеристики отражающей комбинированное влияние технологических факторов на различия средних давлений может быть использован расчетный коэффициент крановой нагрузки, получаемый произведением характеристик технологических факторов и записанный в виде

6ибС> ¿(о^Ч'Ь Qr^Qr,^ JU

Из анализа следует, что значения этих коэффициентов отличаются на 3...5 % от коэффициентов, рассчитанных по моделям грузопотоков и могут быть использованы для инженерных расчетов.

Таблица 3.4

Характеристика технологических факторов и коэффициентов крановых нагрузок в пролетах с различными технологическими переделами

Наименование пролетов, отделений (тех.переделов) Коэф.использов. грузоподъемности а 0<Р Коэф.влияния веса крана £ _ &<Р Коэф.смещенности тех.агрегатов Коэф.крановой нагрузки п- р

Ог? с = "т" рк

Нагреват.колодцы 0,2...0,472 0,94...0,975 0,6...0,75 0,615... 0,75

Отделение раздевания слитков, изделий 0,18...0,352 0,96...0,985 0,78...0,85 0,798...0,813

Распределительные отделения (адыостажи) 0,28...0,71 0,90...0,94 0,50...0,65 0,538...0,744

Дворы изложниц 0,125...0,54 0,88..0,94 0,60...0,85 0,58...0,737

Открытие эстакады (колоннады) 0,23...0,41 0,93...0,96 0,50...0,80 0,543...0,792

Шихтовые 0,11...0,31 0,91...0,93 0,50...0,65 0,47...0,70

Печные 0,15...0,56 0,70...0,96 0,50...0,60 0,605...0,68

Разливочные 0,57...0,65 0,63...0,85 0,55...0,65 0,48...0,64

Результаты анализа соотношений количества подъемов грузов и частоты нагружения конструкций в пролетах также свидетельствуют о их неоднозначности. Выявлена степень влияния некоторых технологических факторов, на частоту перемещения кранов. К ним относятся:

- вес полезного груза на крюке при его доставке за один проезд;

- продолжительность технологического цикла;

- характер транспортной операции;

- схемы размещения технологического оборудования;

- рост объема производства продукции.

Анализируя перемещения кранов в пролетах, где при прочих равных условиях транспортируются грузы разного веса, выявлено, что частота нагружений растет в обратной, пропорциональной весу грузов зависимости и может отличаться в 2...3 раза (рис. 3.12). Аналогичным образом на частоту влияет продолжительность технологического цикла того или иного передела (рис. 3.13).

Из анализа технологических схем и характера транспортных операций выявлено, что в разных технологических переделах преобладают различные транспортные операции, разделяющие пролеты на две группы - пролеты, транспортные операции в которых связаны преимущественно с переброской груза и пролеты, в которых преобладают операции связанные с последовательной обработкой изделий. Частота перемещений кранов в этих пролетах может отличаться в 5...б раз (рис. 3.14).

Следует отметить, что на частоту нагружения конструкций существенно влияют схемы оборудования (рис.3.15), по которым пролеты можно также разделить на две группы - с технологическим оборудованием равномерно распределенным по длине пролета и про-

Влияние веса технологических грузов на частоту нагружения конструкций

}п?

140

100

60

20

\

\ < >

Ч°4 \ <

о^Ч

\г

16

ОгрН

Рис. 3.12

Влияние продолжительности технологического цикла на частоту нагружения конструкций

т

1200

9Ю

600

\ 1 ь«

\

\

< V

К| к

N £

2 3 4 Рис. 3.13

Тц (час)

1пр 1600. 1400. 1200. адх| 800. 600. 400 200

Влияние схем технологической обработки грузов на частоту нагружения конструкций.

ПЕ РЕБРОСКА ГРУЗОВ

5 *

<

Н

V

9 <

-с

пг <

о.

•г. О

л со

Р

X

4-1 2 х

■С

ш

£ со

•с

X

X

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ГРУЗОВ

ю

2 £

3

о.

л х

X

=г

О ю

ЕЕЗ

ПРО Л Е Т Ы

Рис. 3.14

Влияние схем размещения оборудования на перепада

ЕДИНИЧНЫЕ

У

1.8

<-7-1 16. 1.5

14. 1.3. 12

частот нагружения в пролетах. АГРЕГАТЫ

л со

о

X X

Л ■<

■с X

2

X *

О

-с

со

о. О

СП

-4

•а. (О

9 <1

РАВНОМЕРНО- РАСПРЕДЕЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

<

со <

в.

х -о

ё Ю

ы

■ 3

X

ы с

е=

X &

£3

£ з §8 53

э

Р О ДЕТЫ Рис. 3.15 •

П

леты с единичным, отдельно стоящим технологическим оборудованием. Единичное расположение оборудования предопределяет неравномерность частоты нагружения конструкций по длине пролета, так как транспортные операции в этих пролетах связаны с переброской грузов к этому оборудованию и дальнейшей обратной их транспортировкой.

Как было показано в п. 3.1 и п. 3.2.1, систематическая деятельность предприятий направленная на интенсификацию производства, предопределяет ежегодное увеличение объемов транспортировки грузов практически во всех технологических переделах, что влечет за собой прирост частоты нагружения конструкции, по оценке автора =■(]/} /«*), в среднем 2...3 % в год (рис.

Различные сочетания в пролетах рассмотренных выше факторов, дают достаточно широкий диапазон частот нагружения конструкций (см. табл. 3.3). Как и при определении коэффициентов крановых нагрузок tir , для расчета частоты нагружения конструкции могут быть выделены соответствующие технологические факторы. К ним следует отнести количество подъемов грузов на заданном технологическом участке , факторы, отражающие различия в схемах размещения оборудования и организации грузопотоков - для пролетов, относящихся к одному технологическому переделу учитываются коэффициентами (X и р , а для пролетов, относящихся к разным технологическим переделам - детерминированным коэффициентом Ж. . Зависимости для оценки технологических факторов и частоты нагружения конструкций записаны в виде:

3.16).

расчет частот нагружения конструкций + и на примере ряда про-

Среднегодовой прирост частоты нагружения конструкций

ад

к-и-12108 6 k

Ol

Ъ

со О

ш

3

•х

X ■у

О а

s <

«о <

С.

2-

i-b

ш

л X

л <

ш

h-<

СО al а.

tu л х л <:

UJ <

U

О Z О с и

03

s: *

<

f-

О

2 гО «f «t

ш л X

с <

о. к: U

ПРОЛЕТЫ

... ■ о.16

Таблица 3.5 Сопоставление частот нагружения конструкций

Шифр пролетов Частота по схемам грузопоток. Jv>i> Частота по технолог ич факторам Г i ф Цифр пролетов v Частота по схемам грузопоток, j JK/1 Частота по тех-нологич факторам { ~Г Jb Jup д» lt)

I 626 658 -5,11 ё 797 880 10,41

2 1492 1491 0,07 5 1326 1377 3,85

29 468,5 458 2,24 30 257 . 250 2,72

31 436 450 3,21 39 614 560 8,79

22 1045 1064 1,82 II II3I ИЗО 0,09

25 550 570 3,64 272 405 410 1,23

7 492 470 4,47 34 727 770 5,91

летов проанализирована их точность (табл. 3.5).

Таким образом, результаты исследования характеристик крановых нагрузок и влияния на них технологических факторов свидетельствуют о том, что характеристики нагружения конструкций в пролетах отличаются весьма существенно и зависят от целого ряда технологических факторов, имеющих в каждом из пролетов самые разные сочетания и которые, тем не менее, вполне поддаются анализу и учету при расчете конструкций на усталость.

3.3. Частота нагружения конструкций на различных технологических участках пролетов

В соответствии с методикой, разработанной в п. 2.4, экспериментальные исследования проведены в пролетах, расчетные полигоны частот в которых значительно отличаются. Так в шихтовом пролете ЭСПЦ-1 ЧМК, транспортные операции, связанные с переброской грузов из вагонов, через контрольные весы, на балконы печного пролета, дают равномерное распределение частоты нагружения балок по длине пролета с пикой в районе весов. В отделении раздевания слитков (стрипперное отделение) последовательная обработка изложниц на составах, устанавливаемых вдоль всего пролета, дает равномерное распределение частот без каких-либо выбросов обусловленных технологическими факторами. В отделении нагревательных колодцев челночная работа кранов, связанная с загрузкой колодцев слитками и обратной их транспортировкой на слитковозы, дает полигон с равномерно распределенными по длине пролета пиками частот, положение которых соответствует положению колодцев в пролете. Для адыостажей характерны самые разные распределения частот по длине пролетов, связанные с тем, что в каждом конкретном отделении выполняются операции по распределению и обра-

ботке характерных только для данного передела видов продукции. Результаты регистрации в этих пролетах перемещений кранов представлены в табл. 3.6.

При апостериорном анализе экспериментальных данных приближенно установлено наличие свойств стационарности исследуемых прюцессов, независимость их статистических характеристик от времени (рис. 3.17). Для более строгой проверки свойств процессов применяют прикладные методы теории случайных функций. Стационарными случайными процессами называют процессы, у которых математическое ожидание МхЩ и дисперсия постоянны, а корреляционная функция зависит лишь от разности отрезков времени Т . в соответствии с которыми взяты значения случайного процесса

Учитывая, что с помощью регистратора СРП-1 получены непрерывные по длине пролета диаграммы перемещений кранов, шаг квантования диаграмм может быть различным. Это позволяет сделать неограниченное количество сечений по длине подкранового пути и для каждого из них получить соответствующую реализацию процесса нагружения. Для обеспечения не менее трех контрольных частот по длине каждой из балок в пролете, шаг квантования диаграмм принят равным 2,5...3,0 метра (рис. 3.18). Кроме того суточные реализации частот разделены пропорционально объемам суточной продукции на реализации, соответствующие производству единичного (модульного) объема продукции. Подсчет циклов выполнялся учетом числа пересечений уровней квантования обрабатываемой реализации по каждому из которых затем определялись значения среднесуточных частот ^ и их стандартные отклонения 3$ • Построенные по ним полигоны отражают существенные различия частоты нагружения

Таблица З.б

Данные по регистрации перемещений мостовых кранов

Наименование цехов и пролетов Номера мостовых кранов Продолжительность регистрации ТР (суток) Суточный объем продукции V (ШТн) Объем выборки п

ЦПС (стрипперное отд. К'2) 47,48,49 14 5,381...6,486 126

ЭСЩ-1 (шихтовый пролет) 21,22,27, 29 15 0,854...1,085 280/42

Обжимной №2 (нагревательные колодцы) 1,2,3,4 21 2,695...6,086 402

Обжимной №2 (адыэс-таж) 14,15,16, 10 0,629...О,828 81

Изменение характеристик распределения частот при увеличении продолжительности регистрации

1,2

1.0

0,8

0,6

0,4

v

5 6 7 8 9 10 н (2 тр (суток)

— изменение средних значении частот в лр^ессе ^гистрации ( ^ =1,2,3.

р^!?!' — то же дисперсии частот^* . Рис. 3.17

КОЛОНН

Фрагмент диаграммы перемещений крана.

21 23 25 -

29

¿.5А. £

31

33 35

37 39

А) 43

Дата 30.08 (го^Т

Я

4

ЦОм

Дата 30. Й (16^

го

время

конструкций как в разных пролетах, так и на отдельных технологических участках (рис. 3.19). Они в значительной степени согласуются с полигонами рассчитанными по разработанной методике (см. рис. ЗЛО).

Помимо аномалий выявленных из анализов моделей грузопотоков, имеют место колебания частот, вызванные разной протяженностью рабочих зон кранов и приемами работы машинистов, сложившимися в каждом из пролетов и не поддающимися систематизации при моделировании - например, экстремумы 3, I, 21, 47, 49, соответствующие номерам кранов работающих в этих зонах. На концевых участках пролетов наблюдается резкое снижение частот нагружения, связанное с тем, что эти участки являются тупиковыми и используются в основном для стоянки мостовых кранов и ремонтных работ.

I

Учитывая это, для получения обобщенных характеристик, отражающих частоту нагружения конструкций на том или ином технологическом участке, необходимо объединить в группы числовые ряды уровней квантования диаграмм, полученных на анализируемом технологическом участке. Следует отметить, что выбранный шаг квантования диаграмм, обеспечивающий не менее трех сечений и соответственно реализаций процесса по длине каждой из балок, позволяет не включать в объединенные вы5орки сечения и соответственно числовые ряды со средними оценками частот нагружения существенно меньшими максимальной средней частоты, приходящейся на ту же балку. Например, числовые ряды в сечениях а,б,с,д (см.рис.3.19). Такой подход обеспечивает частичное исключение из полигона выбросов с минимальными среднесуточными частотами, вносящими искажения в оценку обобщенной частоты нагружения конструкции, в некоторой степени выравнивает полигон, при одновременном повышении точности оценок и не существенном сокращении представительности вьйорки.

ю го зо цо 19, 29, 35 - шифры пролетов;

50 60 70 80 90 тоо це

I, 3... - номера мостовых кранов

В приложении 3, на примере стрингерного отделения №2, показаны данные обработки и анализа частоты нагружения конструкций в исследованных пролетах. Полученные полигоны частот отличаются значительным разнообразием и дисперсией, что особенно характерно для единичных полигонов частот соответствующих производству единичного объема продукции (рис. П. 3.1, П. 3.2). Кроме того, как и в предыдущих работах /16, 22/, они свидетельствуют о том, что каждый из кранов работает в определенной зоне пролета, протяженность которых различна. Следуя рассмотренным выше положениям, числовые ряды соответствующих уровней квантования были сгруппированы в объединенные выборки, характеризующие процесс нагружения конструкций на определенном технологическом участке (рис. П. 3.3). Для каждой вн5орки по известным зависимостям /105/ определены оценки средних частот крановых нагрузок и их стандартных отклонений. Полученные статистические характеристики в разные отрезки времени не остаются строго постоянными, поэтому для выявления стационарности исследуемых процессов необходимо проверить случайны или не случайны расхождения между оценками частот и дисперсией 5{,

Принадлежность выборок одной генеральной совокупности и соответственно случайность расхождений выборочных средних {: проверялась с помощью критерия I -Стьюдента.

Предварительно по критерию X Пирсона проверялись гипотезы о нормальном распределении выборок (табл. П. 3.1, П. 3.2).

к-е-5 ;

л-/

где /71,41 - соответственно экспериментальная и теоретическая частота с интервала гистограммы распределения; / - число степеней свободы;

I - количество интервалов гистограммы распределения.

Другая предварительная проверка заключалась в определении однородности дисперсий , , <5^.,..., по критерию

(у , применяемому для анализа нормально-распределенных выборок равного объема V . Очевидно, что наибольшее значение критерия 0 по которому следует проверять гипотезу будет получено для наибольшей дисперсии (табл. П. 3.3).

С= Pfjh

^ m ••>

2

х.

« й' '

где /7? - количество вызорокг

Расчет критерия t - Стьюдента для нормально- распределенных выборок, имеющих случайные расхождения дисперсий, выполняется по формуле

ЧъЦ^Щ! II ъ + ъ

Очевидно, что этот критерий следует оценивать по выборочным

средним дающим наибольшую разность (см. табл. П. 3.3),

-у

поэтому, учитывая кроме того равенство объема вы5орок С*=2^= формула запишется

Проверяемые гипотезы подтверждаются, если расчетные оценки критериев оказываются меньше табличных значений

Табличные значения критериев в свою очередь зависят от уровня значимости, т.е. от заданной доверительной вероятности Ц. и характеризуют область допустимых значений критериев. Учитывая, что с уменьшением уровня значимости, например, от 0,05 до 0,001, снижается чувствительность критериев, а значит увеличивается вероятность принятия неверной гипотезы, уровень значимости критериев в расчетах принят ^ «0,05. Выполненные проверки свидетель-

ствуют о нормальности распределений выборок и случайном расхождении их статистических характеристик (табл. 3.7).

Другим условием стационарности процесса, как уже отмечалось, является зависимость корреляционной функции только от продолжительности регистрации процесса Т . В связи с этим нормированная корреляционная функция определяется отношением

4Р ;

Расчетная зависимость для определения нормированной корреляционной функции процесса нагружения конструкции запишется в виде /105/

Рк] ш-шл .

где С = 6-М - продолжительность корреляции частот ;

4-<?,/,¿Д.- число "единиц" продукции М за период корреляции ;

/7 - число "единиц" продукции М , полученных за время регистрации процесса 1р.

По результатам расчета функций (прогр. П. 3.1, табл. П.3.4) для исследованных пролетов построены графики нормированных корреляционных функций частоты нагружения конструкций (рис. 3.20). Из анализа графиков следует, что корреляционные функции быстро затухают и стремятся к нулю. Это свидетельствует о сравнительно быстром ослаблении связи мевду частотами нагружения конструкций при увеличении И и эргодичности этого процесса. Как известно, достаточным условием эргодичности стационарного случайного процесса является стремление его корреляционной функции к нулю при неограниченном возрастании .

Выполненный анализ доказывает стационарность процессов на-

Таблица 3.7

Анализ закономерностей распределения частоты крановых нагрузок

Наименование цехов и пролетов Критерий Пирсона Критерий Бартлета Критерий Стьюдента

X2 Ич-к & Gf*с t

ЦПС (стрипперное отд. №2) 10,94 14,1 0,193 0,202 2,08 2,12

ЗСПЦ-1 (шихтовый пролет) 13,8 14,1 0,285 0,302 2,031 2,06

Обжимной №2 (нагревательные колодцы) 11,23 14,1 0,148 0,151 1,92 2,05

Обжимной №2 (адьюс-таж, I пролет) 10,35 14,1 0,308 0,315 2,012 2,08

гружения конструкций и возможность использования их статистических характеристик при изучении закономерностей накопления циклов нагружений и усталостных поврездений балок. В связи с этим по распределению Стыодента определены доверительные интервалы эмпирических статистических характеристик £ , /105/

дГ - - и • ^ • - и $ .

где - квантиль распределения Стьюдента, соответствующий уровню значимости ^ «0,05;

П - объем выборки.

Размеры доверительных интервалов , дЗ^ составили в среднем 5...15 % от оценок § ? (табл. 3.8).

Таким образом, экспериментальные исследования подтвердили достаточную точность визуально-аналитического метода и получаемых на его основе оценок частот нагружения конструкций (табл. 3.9). Не связанные с требованиями технологии и поэтому не учтенные расчетом случайные проезды кранов, а также аномалии частот, обусловленные работой кранов в определенных зонах пролета (см. рис. 3.19), не оказывают существенного влияния на частоту нагружения конструкций, так как возникающие при этом ошибки составляют не более 10...15 % и находятся в пределах точности исходных препосылок положенных в основу метода расчета.

3.4. Угловые перемещения верхнего пояса балок под действием крановых нагрузок

В соответствии с методикой, изложенной в п. 2.5, исследования угловых перемещений пояса балок выполнены в 7 пролетах ЧМК и ММК на эксплуатирующихся подкрановых балках, включенных в статистическую выборку (табл. ЗЛО).

Таблица 3.8 Статистические характеристики распределения частоты нагружения конструкций в пролетах

Наименование цеха и пролета Участок пролета (оси колонн) Един, объем про-ДУКЦ. Средняя частота нагруж. Ср.квадр отклон. нагруж. Доверит интерв. для А! Доверит интерв. для дЗ}

ЦПС-2 (стриппер-ное отделение) ЭСПЦ-1 (шихтовый пролет) Обжимной цех №2 (нагревательные колодцы) Обжимной цех №2 (адьюстаж, I пролет) 2...12 5...17 20...28 17...20 5...33 о...33 10,0 1,0 1.0 1,0 1,0 274,2 721,32 1214,22 86,1 71,74 42,67 258,5 205,9 75,8 29,1 9,7 25,3 52,1 6,2 13,7 6,9 17,9 36,8 4,4 5,8

Таблица 3.9 Сопоставление расчетных и экспериментальных

статистических характеристик

Наименование цеха и пролета Участок пролета (оси колонн) Расчетная оценка частоты нагружен. ,1м .V Эксперим. оценка частоты нагружен. I (%)

ЦПС-2 (етрипперное отд) 2...12 262,5 274,2 4,27

ЭСПЦ-1 (шихтовый пролет) 5...17 20...28 17...20 642 1210 721,32 1214,22 11,0 0,35

Обжимной цех №2 (нагревательные колодцы) 5*•.33 90 86,1 4,53

Обжимной цех №2 (адыостаж) 5...13 63,4 71,74 И,7

Таблица ЗЛО

Наименование пролета, цеха Краны № Ряд колонн Оси колонн Длина балок (м) Объем выборки

Колоннада №5 36,37, 35 В 11-12 12 1339

Колоннада №7 48,49 Б 14-16 12 368

Колоннада №3 22,26 Г 27-28 5,5 505

ЭСПЦ-3 22,2 Д 19-20 6 444

г . 18-21 18 248

Двор изложниц 26,27 А 7-8 12 667

Б 8-9 12 194

Колоннада Б-В 13 В 6-7 9 122

Фрагменты диаграмм перемещения пояса балок

• ■■ Ьг 1 1. • •

-1—

1 -

V - — Н-

а) угловые перемещения пояса балок колоннады №7 ММК

б) то же келоннады №3 ШЖ

Рис. 3.21

Полученные в результате регистрации диаграммы отличаются значительно (рис. 3.21). Так при смене направления движения кранов часто существенно изменялись и деформации балок. Кроме того, при эксплуатации рельс с низкой жесткостью на кручение (например, KP-70) и пролетах балок /г «5...6 м, деформации были значительно больше, чем при рельсах с повышенной жесткостью (например, KP-I20), а также длине балок ¿г «12...18 метров.

В ранее проведенных исследованиях /10, 12/, эти закономерности также имели место и объясняются прежде всего значительными воздействиями катков возникающими от перекоса моста кранов при их движении, а также эксцентриситетами передачи нагрузки на балки, возникающими от смещения рельс с оси стенки и т.п. В результате статистической обработки диаграмм по каждой реализации получены полигоны распределения углов поворота верхнего пояса балок (рис. 3.22) и их статистические характеристики (табл. 3.II). Проверкой по критерию X2 Пирсона /105/ выявлено соответствие большинства полигонов нормальному закону распределения. Эмпирические оценки критерия %" при заданной вероятности р ■ =0,95 и количестве интервалов распределения 2 «10, составили J2«8,52...I3,8I<I4,I= . Представительность выборки и

доверительные интервалы характеристик распределения & и So проверены по критерию ¿- Стыодента с учетом_заданной вероятности Р =0,95. Возможные отклонения оценок ¿9 и S& составили не более 0,05 % (см. табл. 3.II).

В связи с тем, что в данной работе исследуется влияние технологической нагруженности балок на их ресурс, а проведенный эксперимент не охватывает всех возможных случаев сочетания технических характеристик балок, рельс и кранов, сделана попытка выявить стохастическую зависимость между технологической на-груженностыо балок и возникающими при этом угловыми перемещени-

Полигоны распределения углов поворота пояса

0*Ш (РАД.)

О 0,4 0,8 1,2 еИ0"г(рАА) Рис. 3.22

Таблица З.П Результаты регистрации углов поворота пояса

Цех, пролет Ряд колонн Средн. знач. угла & Стандарт отклонение Sô Доверит. интерв. А® Доверит, интерв. ASO Средн. давл. F Соотношение %

Колоннада №3 Г 0,0051 0,0028 6,7-Ю"7 4,8-Ю"7 18,09 0,042

Колоннада №7 Б 0,0014 0,0008 0,7-Ю-7 0,5-Ю-7 23,20 0,024

Колоннада №5 В 0,0032 0,0018 3,2'Ю-7 2,3-Ю-7 32,02 0,033

Двор изложи. Б 0,0067 0,0030 Œ2,4* Ю-7 8,8-Ю-4 15,44 0,045

Двор изложи. А 0,0042 0,0023 4,0 'Ю-7 2,8'ПГ7 12,76 .0,037

ЭСЩ-3 Д 0,0048 0,0024 6,6-Ю-7 4,7-Ю"7 11,29 0,045

ЭСПЦ-3 Г 0,0050 0,0025 8,7'Ю"7 6,2-Ю"7 12,74 0,034

КолоннадаБ-В В 0,0015 0,0014 3,5.Ю-7 2,5-Ю-7 13,60 0,021

ями верхнего пояса. Очевидно, что угловые перемещения являются характеристикой агрегатной (см. п. 1.2), отражающей влияние вертикальных и горизонтальных давлений катков, других дефектов взаимодействия кранов и подкрановых путей на местное кручение стенки. Также очевидно, что влияние этих факторов на (5^ зависит прежде всего от вертикальных давлений катков F . Однако, в ранее выполненных работах отмечено отсутствие тесной связи между вертикальными давлениями F и напряжениями (Э/у /114/, но при этом показано, что взаимосвязь между Э и (Djií близка к функциональной /38, 49, 114, 50/. Отсюда следует, что кроме самой нагрузки h есть другие факторы не зависящие о* нагрузки, но существенно влияющие на углы поворота пояса & . Одним из таких факторов, по-видимому, является жесткость пояса и рельса на кручение, влияние которых отмечено и другими авторами. В связи с этим выполнен корреляционный анализ в результате которого лучшая корреляционная связь ( t =0,92) с углами поврота 0 получена для отношения средних давлений, действующих на балку и зарегистрированных при записи О , к суммарному моменту кручения рельса и пояса . Экспериментальные данные

аппроксимированы линейной зависимостью, уравнение которой записано в виде: _

S=0,íWs(f/^-0,002SS ; (радиан) (3>6)

Проверка достоверности коэффициента корреляции Z при ограниченном объеме вы5орки ( ÍI =8) выполнена по известной методике /105/ в соответствии с которой определяются эмпирические стандартные отклонения исследуемых характеристик.

--0,769-/0

Предполагая нормальное распределение оценок коэффициента корреляции Ч. , его теоретическое стандартное отклонение при задан-

ной вероятности Р »0,95 составит

Предельное отклонение коэффициента корреляции определяется соотношением = ^ч^П и составляет =1,16 Ю~3.

Полученная в результате исследования зависимость позволяет интерполировать углы поворота для любого сечения балок и использовать оценки О при сравнительном анализе их технологической нагруженности (рис. 3.23). Получаемые по ней максимальные оценки средних значений углов составляют & =0,007...0,008 радиан и соответствуют ранее полученным результатам /49/. Однако, как следует из графика (см. рис. 3.22) использование в расчетах этих максимальных оценок (9 нерационально, так как средние значения углов имеют достаточно широкий диапазон, составляющий по меньшей мере О =0,001...0,007 радиан и поэтому в первом приближении их следует определять по формуле (3.6).

3.5. Исследование ресурса подкрановых балок

Из анализа исследований напряженного состояния балок (п. 1.2) следует, что под действием крановой нагрузки в стенке возникает многокомпанентное напряженное состояние, насчитывающее по меньшей мере 7 составляющих (рис. 3.24). Закономерности их сочетания при перемещении нагрузки по балке достаточно сложны и наиболее опасны в зоне (0,33...0,42) от опоры /34, 79/.

Анализируя ресурс балок с позиции рабочей гипотезы (п. 1.4), расчет напряжений стенки следует, очевидно, выполнять в сечении с наиболее неблагоприятным сочетанием перерезывающей силы и моментов от общего изгиба и местного кручения стенки, а влияние дефектов подкрановых путей, имеющих случайную природу и увеличи-

г*10"2(гн/см4)

.1,

1 6]

«реляционный анализ технологической нагруженности и кручения пояса балок

0,<

<9 • — • 631

70 / • / 4 2{

72 • / Л^ЬУ 2=0,92

о,г

0,3 0,4 Рис. 3.23

0,5

0,6 0,7

0*ю2(раа)

Схема линий влияния напряжений стенки

Р

♦ У

Рис. 3.24

вающих напряжения в стенке, учитывать введением соответствующих коэффициентов /13, 55/.

Учитывая, что получаемые расчетом напряжения необходимы прежде всего для сравнительного анализа технологической нвгру-женности балок, оценка их напряженного состояния выполнена по рассмотренной ниже расчетной методике.

Крановая нагрузка устанавливается по правилу Винклера и далее перемещается по балке с таким расчетом, чтобы сила, по линии действия которой возникает максимальный изгибающий момент, кратчайшим путем оказалась над сечением в середине панели стенки. В связи с тем, что фазы изменения составляющих напряжений не совпадают и их сочетания по линии действия указанной выше силы достаточно опасны, нагруженность стенки оценивается в данном сечении, в точке, лежащей на пересечении верхней горизонтальной и боковой поверхностей стенки со стороны эксцентриситета передачи давления, т.е. согласно принятой расчетной схеме, приведенные напряжения в стенке определяются с учетом пя?и составляющих (Э*., Тху, х, (%» расчетные значения которых оказывают наибольшее влияние на оценку технологической нагружен-ности балок (см. рис. 3.24). Анализ нагруженности балок в принятом расчетном сечении возможен и по 1...2 составляющим, однако получаемые при этом оценки приведенных напряжений оказываются существенно заниженными. Кроме того соотношения геометрических характеристик балок статистической выборки различны, а значит соотношения составляющих от общего и местного воздействия нагрузки также различны, поэтому более полный учет составляющих повышает точность анализа взаимосвязи технологической нагруженности и ресурса балок в эксплуатации.

В качестве расчетных зависимостей для оценки составляющих от общего изгиба и местного сжатия стенки приняты известные

12d

нормативные зависимости /б/

Помимо (Э/осу» от местного сжатия стенки возникают напряжения

(5¿¡x,x» достигающие по линии действия силы экстремальных значений. Для расчета этих напряжений принята зависимость, полученная в работе Кудишина Ю.И. /35/.

м: 4 m; <з-8)

Сх. tu! * íw £«-' '

Расчет местных изгибающих напряжений CDj-j может быть выполнен по местному крутящему моменту Mi /б/ или по углу поворота пояса 0 /48/. Величину момента Mi определяют с учетом условного нормативного эксцентриситета 6 15 мм, характеризующего смещение рельс относительно стенки балки. Исследованиями, однако, установлено, что нагрузка от рельса на балку передается не по всей подошве рельса, а через пятна контакта, положение которых по отношению к оси стенки случайно. В связи с тем, что закономерности распределения пятен контакта не исследованы и условным эксцентриситетом не учитываются, точность расчета на основе местного крутящего момента вызывает сомнение. В связи с этим выполнен сравнительный анализ напряжений от местного кручения, полученных по средним значениям углов поворота пояса в и расчетному крутящему моменту JÁi , при этом момент определялся по методике СНИП П-23-81, но с учетом влияния технологических факторов на коэффициенты крановых нагрузок /?т (табл. 3.12). Выявлено, что разница в оценках напряжений имеет случайный характер и достигает в среднем 1,5...2-кратного размера. Если учесть, что в работах Шишова К.А., Дворецкого В.И., Сабурова В.Ф. и других авторов /38, 39, 50, 114/ выявлена тесная корреляционная связь между углами поворота пояса и напряже-

Таблица 3.12

Сопоставление напряжений местного кручения стенки

Шифр балки Техноло-гич.коэффициент крановой нагрузки Пт Нормат. давление кранов Напряжения местного кручения (кг/см2) Отклонение напряжения

РЧ " ЬиЭ)

I 191 0,607 18,6 207,4 284,023 0.27U

2 192 0,565 18,6 193,0 285,976 0,325

3 27 0,535 24,2 237,8 396,390 0,400

4 211 0,607 18,6 203,4 179,895 0,131

5 212 0,641 18,6 214,8 125,375 0,713

6 271 0,620 24,2 275,6 483,846 0,430

7 272 0,639 24,2 184,1 502,958 0,435

8 273 0,640 24,2 284,5 503,727 0,435

9 274 0,569 24,2 152,9 431,834 0,414

10 631 0,585 27,3 225,1 239,384 0,060

II 632 0,467 27,3 179,7 171,153 0,050

12 641 0,544 35,0 120,0 46,153 1,600

13 642 0,530 35,0 116,9 41,46 1,753

14 681 0,798 27,0 195,1 290,373 0,328

15 682 0,670 27,0 163,8 216,593 0,243

16 683 0,811 27,0 198,3 297,824 0,334

17 684 0,615 27,0 150,4 185,208 0,188

18 685 0,800 27,0 19-5,6 291,230 0,328

19 701 0,805 42,0 431,1 381,028 0,131

20 702 0,762 42,0 367,6 309,063 0,189

21 703 0,823 42,0 434,9 385,026 0,130

22 704 0,616 42,0 296,7 229,828 0,291

23 705 0,818 42,0 442,2 393,285 0,124

i'jj

ниями местного кручения стенки эксплуатируемых балок ( Z = =0,8...0,91), разницу полученных напряжений, очевидно, следует относить к ошибкам в оценках крутящих моментов, а значит при анализе технологической нагруженности балок более предпочтительна оценка напряжений местного кручения по углам поворота пояса. Обращает на себя внимание факт, что в лабораторных исследованиях /115/ местные изгибные деформации стенок соответствовали повороту пояса только на первом этапе нагружения, при нагрузке 20...30 т. С увеличением нагрузки до 60-80 т выгиб стенки увеличивался, а поворот пояса при этом замедлялся, сжимающие изгибные напряжения стенки вблизи пояса начинали уменьшаться и даже меняли знак.

Аналогичную закономерность наблюдали и при нагружении балок с гибкими стенками нагрузкой 20...30 т /37, 54/. Причина этого явления, как считают авторы, может заключаться в защемлении рельса нагружающим катком и последующем прогибе кромки стенки вместе с поясом вследствие повышения нагрузки и выгиба средней зоны стенки.

Очевидно, что эти результаты характеризуют деформирование балок в экстремальных для них условиях. В эксплутации же нагру-женность реальных конструкций существенно ниже. Стенки балок, как правило, достаточно жесткие и под нагрузкой проявляется лишь начальная стадия их деформирования. В связи с этим тесная корреляционная зависимость 0 и , выявленная в экспериментах /38, 49, 50, 51, 114/, представляется вполне закономерной и, как свидетельствует зарубежный опыт /51, 52/, может быть использована в расчетах конструкции на выносливость.

Учитывая эти обстоятельства, а так же то, что пятна контакта, смещения рельс и другие факторы, влияющие на местное кручение стенки, не имеют в настоящее время достаточного статисти-

ческого обоснования, расчет напряжений (Dfy выполнен по формуле Митюгова Е.Б. /48/, для реализации которой использованы данные по & полученные в п. 3.4.

(о - г El* в ■ (3'9)

Помимо факторов способствующих кручению пояса балок, на составляющие напряжения оказывают влияние дефекты подкрановых путей, вызывающие местные динамические воздействия, неравномерность и перераспределение давлений катков при движении кранов. Из анализа работ /13, 30/ следует, что для кранов грузоподъемностью до Окр =30 т средние значения коэффициентов неравномерности составляют, П.» «1,03.. .1,04, а с повышением грузоподъемности они оказываются еще ниже. Эти коэффициенты характеризуют отклонения давлений катков на концевой балке моста в противоположные стороны от их среднего значения, в связи с чем нет необходимости в дальнейшем анализе и учете их влияния на нагруженность и сопротивление усталости исследуемых балок. Местные динамические воздействия кранов достигают в расчетной зоне балок, на расстоянии (0,30...0,45от опоры, значений ^=1,25... ...1,12 /13, 30/. Следует отметить особенность влияния динамических воздействий на нагруженность балок. Она заключается в том, что по мере износа рельс, в среднем через I...3 года, производится их полная замена /116/. Продолжительность же эксплуатации балок до их повреяодения составляет в среднем 10...15 лет (п. 2.2), т.е. за этот период производится, как правило, 5...10 -кратная замена рельс. Положение вновь образующихся на подкрановых путях дефектов, и в частности дефектов на стыках рельс, оказывающих наибольшие динамические воздействия, после каждой замены рельс изменяется. В связи с этим, влияние динамических воздействий на процессы нагружения и усталость материала того

или иного участка балки имеет в сравнении со сроком эксплуатации балок кратковременный характер. В настоящее время отсутствуют данные о продолжительности влияния дефектов на нагруженность балок и способах их учета при анализе накопления циклов нагру-жений, поэтому при оценке составляющих (ü&t^ 5 представляется логичным введение коэффициента не более ^ =1,15 с помощью которого, в первом приближении, учитывается влияние динамических воздействий в расчетной зоне (0,30...0,45) [( от опоры, их кратковременный характер по отношению к долговечности балок.

По результатам расчета составляющих напряжений выполнена оценка приведенного напряженного состояния балок, характеризующего уровень их технологической нагруженности. С этой целью в качестве расчетных зависимостей использованы критерии, разработанные непосредственно для расчета выносливости подкрановых балок /34, 53, 60/, а также критерии, применяемые в машиностроении для расчета циклически нагруженных конструкций /67/.

1. Напряжения (5«i по Федосееву В.П. /34/ (п - +(öeow■* (pfi + (Deot х ,

--2 >

2. Напряжения по Лазаряну A.C. /53/, положенные в основу формулы 148/6/

Tix = QSitä+Q&C^' + WGecy + ;

3. Напряжения ^^по Нежданову К.К. /60/

г— _ G&t.y .

L-Zmcor — '

4. Главные нормальные напряжения

5. Приведенные напряжения по 1У теории прочности_

Предпочтительность того или иного критерия для оценки выносливости балок может быть выявлена корреляционным анализом напряжений, получаемых по каждому из них, и числа циклов этих напря-

жений, накопленных балками до усталостного повреждения.

Накопленное балками число, циклов определялось по формуле

Ышм)

с помощью которой учитывается суммарный объем продукции Ум. > произведенной на заданном участке пролета, что в свою очередь отражает закономерности процесса накопления циклов, развивающегося во времени и связанного с интенсификацией производства (см. п. 3.1).

Отсюда полная зависимость для оценки N запишется в виде:

Корреляционный анализ (Э,N для каждого из критериев выполнен по четырем функциональным зависимостям:

у* а+#х ; а + Щл; ^аьв/зс- е ;

и далее для каждой зависимости методом наименьших квадратов /105/ определялись коэффициенты регрессии, индекс корреляции ^ и стандартное отклонение индекса корреляции .

Таким образом, согласно рассмотренной в данном разделе методике, выполнен расчет напряженного состояния верхней зоны стенки балок и накопленного ими за период эксплуатации числа циклов нагружений /V (табл. 3.13). Учитывая, что давления катков, полученные в результате исследования имеют приближенно нормальные распределения (см. п. 3.2.1), в качестве характеристик распределения нагрузок приняты средние значения давлений р . На их основе выполнен сравнительный анализ технологической нагру-женности и ресурса балок в эксплуатации частично представленный в виде графиков (рис. 3.25; 3.26). Выявлена достаточно тесная корреляционная зависимость(5, N, индексы корреляции достигают в среднем £ =0,80...0,85, а их стандартное отклонение = «0,02...0,06 (табл. 3.14).

Достоверность полученных аппроксимирующих функций проверя-

Таблица 3.13 Оценки технологической нагруженности и ресурса балок статистической выборки

%2 <5лр (о, бу5-

191 5,61 336,45 572,34 728,70 789,57 609,55

192 5,37 323,98 543,54 687,20 739,48 578,18

27 6,29 421,17 691,67 866,32 924,40 734,35

271 3,39 500,33 792,53 1086,79 1254,88 801,04

272 3,07 517,80 813,81 1015,63 1081,38 863,26

273 3,88 518,60 842,19 1050,47 1118,23 893,24

274 3,01 453,06 740,76 926,21 987,16 786,14

631 5,42 393,09 581,10 765,57 834,45 632,28

632 5,42 303,82 453,91 600,24 652,71 494,77

641 5,30 218,15 403,14 569,33 649,23 438,97

642 5,30 211,29 391,52 554,14 632,29 426,42

661 4,12 404,08 702,22 901,30 990,73 748,26

681 2,11 511,39 706,40 982,01 1085,76 778,41

682 6,09 332,27 519,17 687,88 762,46 558,16

685 4,23 404,88 636,85 846,67 939,34 685,23

701 2,40 578,25 703,64 1025,93 1169,94 782,16

702 2,93 476,27 581,35 847,23 964,35 647,16

703 1,90 593,17 721,51 1052,07 1200,01 801,89

705 1,23 569,77 693,43 1011,03 1152,83 770,88

711 1,46 661,33 803,29 1171,63 1337,47 892,18

712 | 3,12 561,20 683,17 996,01 1335,55 759,55

713 1,74 669,46 813,01 1185,86 1353,85 902,91

715 3,25 403,56 510,87 728,67 821,91 567,30

722 4,48 312,74 413,60 592,29 650,85 463,05

723 3,10 393,13 516,26 737,03 813,61 576,62

Продолжение табл. 3.13

М-Юс Т,2 (Опр <5

741 6,45 289,32 452,79 637,02 732,45 476,94

742 7,84 202,87 327,25 470,03 541,31 345,63

761 5,13 288,39 | 435,60 595,75 681,38 459,96

841 8,42 278,10 ; 474,57 635,23 703,38 515,75

842 7,14 260,74 446,90 600,05 665,74 485,93

851 6,98 292,12 423,75 562,32 611,49 459,07

852 5,60 299,49 433,79 575,40 626,12 469,83

81 13,93 147,41 259,13 366,81 421,51 277,69

82 11,76 177,14 311,02 438,75 504,07 333,02

83 8,73 194,00 337,48 465,60 534,77 355,44

724 4,7 283,14 375,80 539,14 591,15 421,24

718 1,37 235,54 303,23 433,52 483,24 338,82

717 1,37 357,34 453,76 647,30 728,61 504,45

714 5,12 445,51 544,46 793,36 902,36 606,43

704 6,46 284,35 379,12 534,12 589,81 421,22

686 2,48 356,00 564,64 754,10 837,87 608,16

684 0,39 324,89 518,73 695,43 773,76 559,15

683 0,39 455,23 710,84 941,52 1043,54 764,15

212 8,57 225,48 336,18 443,77 470,82 367,87

211 751 8,95 12,35 244,01 187,23 348,93 350,81 455,64 483,30 496,20 548,62 378,94 380,79

721 3,25 379,45 498,81 712,43 785,89 557,33

Корреляционный анализ области отказов балок

В 01

703 б 701 к • 712 \ * 4 • V »271 !3 661

чч^ч 702 *#685 27 •

■.Ч.Ч 722 «2 • / •682 ||| ч *------

о* 724 784 Ю1 и т о* ж 212 4 "5 й .75. 81 >*

(ООО

800

.600

0 2 4 6 8 10

X

бпр 1м/смг)

1200

1000

12 14

си* 6х) —а+хё Рис. 3.25

Корреляционный анализ области отказов балок

— а+6х/ —а+бб^х/

600

4оо

б в 10 Рис. 3.26

V

711\ ш о- ги 701 # « V *Л| 273 Ф-0Ц = 1278,06 -789,31 (

Ь» 681 СЪ-6в5 •\ 712 702* > .661 1*685 *27

Б >60-#723 *721 X .63 192 - -761 1 31 (682 ^42 841 •

718 Си- , со • к . £ 704 745 82<> 751 •

С 61 н-

14 . НМ06

Таблица 3.14

Корреляционный анализ области усталостных отказов балок в эксплуатации

ч>(х) а ё 1 о ё 1 ^Чх) о 4 £

а+Щх 1448,78 -921,90 0,84 0,028 а+Цх 1278,06 -789,31 0,819 0,032 ШЩх 980,313 -569,12 0,752 0,044

1437,33 0,8919 0,84 0,028 1275,11 0,8946 0,824 0,031 сЫ/х 985,246 0,9001 0,765 0,042

1587,47 -0,4389 0,821 0,032 а-ос* 1397,21 -0,4236 0,796 0,036 а- 1064,93 -0,394 0,725 0,049

04 ёх 1351,05 -102,68 0,825 0,031 Си ёх 1198,35 -88,805 0,813 0,033 а+ёх 928,069 -65,211 0,761 0,042

7" и1,г <г Ч2/ИЛ*- кн

а ё г а / 1 $1 со 42

аЩх 884,765 -492,32 0,703 0,052 аЩх 729,168 -538,77 0,880 0,020

а+е/х 888,480 0,9047 0,72 0,050 743,372 0,8620 0,880 0,021

Ох4 952,949 -0,3719 0,675 0,058 а-зсе 844,966 -0,5694 0,854 0,026

а^х 842,593 -57,094 0,719 0,050 а+ех. 670,225 -59,593 0,859 0,025

ется оценкой их доверительных интервалов по известной зависимости /105/.

+ i/y, nz(jc,-xf .

fíFT v nttf-dxf '

гдejc^Xi ;

в соответствии с которой выполнены расчеты (табл. 3.15) и получены границы возможных отклонений функций (рис. 3.27). Полученные результаты свидетельсвуют о том, что усталостная долговечность подкрановых балок в эксплуатации не противоречит известным законам /67/ и определяется прежде всего характеристиками крановых нагрузок. Вопрос лишь в том, какой из критериев напряженного состояния балок наилучшим образом отражает исследуемые закономерности и какой уровень напряжений, соответствующий горизонтальному участку кривой <0, N , является действительно предельным для сварных подкрановых балок (рис. 3.28). Для решения данного вопроса в п. 4.3 выполнен соответствующий анализ.

3.6. Ейводы

1. Технология производства и схемы организации грузопотоков в пролетах в течение многих лет и десятилетий не претерпевают существенных изменений.

2. Различные сочетания технологических факторов способствуют существенному отличию в пролетах коэффициентов крановых нагрузок, составляющих /?-*0,47...0,82 от нормативного давления катков.

3. Схемы грузопотоков, номенклатура и разввсы транепорти-

Таблица 3.15

Доверительные интервалы аппроксимирущей функции усталостных отказов балок

Число циклов Шо6 Расчетное значение функции Доверител. интервал ±а(5 Границы доверительных значений функции

,— /них Юнр 0V

1,46 1148,33 100,08 1248,41 1048,26

1,74 1088,19 86,25 1174,43 1001,94

2,Л 1022,10 71,95 1094,05 950 Д5

2,40 977,95 63,24 1041,19 914,72

2,93 909,55 51,96 961,51 857,6

3,12 888,02 49,23 937,24 838,79

3,39 859,56 46,42 905,98 813,15

4,23 783,68 44,51 828,18 739,17

5,13 717,55 49,71 767,26 667,84

5,61 686,83 53,87 740,70 632,96

6,45 639,06 61,88 700,94 577,18

7,84 572,16 75,18 647,34 496,99

8,42 547,70 80,45 628,14 467,25

Доверительные интервалы усталостных отказов балок

2 5 \ 5 6 7 8 9 Ю И 12 (МО6

Рис.3.27

Влияние критериев напряженного состояния на характеристики

кривой

4 5 6 7 8 9 Ш « »1 ГЫО

Рис. 3.28

руемых грузов способствуют существенному отличию частоты нагру-жения конструкций в пролетах, составляющей ^ =80.. Л 500 проездов в сутки, и перепадам частот на отдельных участках, достигающим 1,5...2-кратного размера.

4. Интенсификация технологического процесса и увеличение объемов выпуска продукции повсеместно реализуется за счет постановки дополнительных мостовых кранов и повышения частоты на-гружения конструкций в среднем на 2...3 % в год.

5. Корреляционная связь технологической нагруженности стенки балок достигает ^ =0,80...0,85 и свидетельствует об определяющем влиянии этих характеристик на закономерности усталостных повреящений балок в эксплуатации.

6. Углы поворота пояса & в достаточной мере отражают закономерности взаимодействия кранов и подкрановых конструкций и могут определяться по отношению среднего давления катков к суммарному моменту кручения пояса и рельса

7. Технические характеристики регистратора перемещений СРП-1 существенно выше известных аналогов и его применение эффективно для исследования перемещений возвратно-поступательно движущихся объектов в условиях непрерывного технологического процесса.

4. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ БАЛОК И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

4.1. Влияние некоторых факторов на выносливость балок

Исследованием выявлено, что действительный ресурс и полученные по нему оценки зависят от некоторых факторов, влияние которых необходимо рассмотреть.

Замечено, что короткие балки ( /г =6 м) имеют существенно меньшую, в сравнении с балками большей длины, долговечность. Наиболее ярко это проявляется в пролетах, где практически в одинаковых условиях эксплуатируются балки разной длины, имеющие соответственно различные моменты инерции сечения. Из анализа соотно-1 шений технологической нагруженности балок, их длины и поперечных габаритов мостовых кранов выявлена взаимосвязь (рис. 4.1), которую можно объяснить запасами нагруженности более длинных балок, образующимися в связи с тем, что статический расчет этих балок выполнен на нагрузку от двух мостовых кранов, тогда как при расчете коротких балок часть катков выпадает из расчетной схемы, не умещаясь в габарите балки. С другой стороны, при эксплуатации балок их технологическая нагруженность определяется в основном работой одного крана /16, 22/. В связи с этим схема нагружения коротких балок, как правило, незначительно отличается от расчетной, а нагруженность длинных балок может уменьшаться в 1,5... ...2 раза, за счет снижения, в сравнении с расчетными, напряжений от общего изгиба. По этой причине ресурс длинных балок существенно увеличивается, они оказываются в более благоприятных условиях эксплуатации, что и способствует увеличению их долговечности в сравнении с короткими балками.

На точность оценок действительного ресурса оказывает влия-

Влияние геометрических хграк^ерис-ик на негруженнос,ь балок

211,212,751- о^рабо-яли бея - порре*:це1ткй более 12 г лн. гик лов 741,191,192- полумили повреждение гри А/ = 5...6 клн.гиклср

Риг. 4.1.

ние качество используемой статистической информации, и в частности информация о сроках обнаружения отказов. Полученная по актам обследований конструкций, а также по цеховым журналам наблюдения за конструкциями, она имеет недостаток заключающийся в том, что зарегистрированные в документах трещины на момент обследования достигают в среднем от 30...40 мм до 300..400 мм. Это вносит некоторую неопределенность в оценку сроков появления первой макротрещины размером около 0,5 мм. Следующий за этим период эксплуатации, и соответственно развития трещины, характеризуется новым качественным состоянием - живучестью конструкции, для которого напряженное состояние материала определяется другими расчетными схемами. Поэтому, при оценке ресурса балок статистической выборки по критерию образования трещин,необходимо корректирование данных о их долговечности в эксплуатации.

Установлено /117/, что скорость развития трещин существенно возрастает по мере увеличения их длины и может быть выражена следующей зависимостью

где С =1,6-10""^ - коэффициент скорости развития трещин в сталях средней и малой прочности;

<^«=1,12 - коэффициент, характеризующий поверхностные трещины;

/?г- коэффициент интенсивности напряжений для трещин, размеры которых малы по сравнению с остальными размерами тела,

(о - номинальное напряжение в плоскости трещины.

Задавшись, например, длиной трещины до 50 мм, которые без затруднений могут быть обнаружены при визуальном обследовании балок, оценим скорость развития трещины и ее возможную длину при

эксплуатации в течение года, допуская при этом, что скорость роста трещины остается неизменной, а номинальные напряжения составляют (0 >=13,0 кг/мм^, частота проездов в сутки | « =600, катков на концевой балке К =2

/%= 1,12 х 13 V 3,14 х 50' = 182,4 кг/мм

фгш 1,6 х Ю-13 х (182,4)4 « 1,76 х Ю"4 мм/цикл

иИ

В течение года накопленное число нагружений составит Д/ = ^ х К х 365 » 600 х 2 х 365 » 438000 цикл 4 в 0 мм + (43,8 X Ю4 X 1,76 X Ю-4) « 127 мм т.е. в течение одного года при средних режимах эксплуатации трещина может развиваться до значительных размеров, а учитывая, что в действительности скорость развития трещины не постоянна и растет по мере увеличения самой трещины, причем приращение скорости на порядок превшает приращение длины трещины, поэтому размеры трещин в течение года вполне могут достигать 400...500 мм. Это можно, видимо, сравнить с лавинообразным процессом и по существу пренебречь различиями в длине трещин, регистрируя лишь сам факт их обнаружения.

Развитие трещин в эксплуатируемых балках можно проиллюстрировать данными по одному из цехов, в котором при регулярных полугодовых осмотрах конструкций, подтвержденных актами комиссий, длина впервые обнаруженных трещин составляла 50...350 мм. Так в отделении №1 ЦПС ЧМК, согласно акту обследования конструкций от 14 апреля 1975 г., комиссией с участием представителей цеха и отдела зданий комбината по рщу А зарегистрировано две трещины 100 и 300 мм в зоне верхнего поясного шва балок, установленных в осях 6-7; 13-14. Через полгода, согласно акту комиссии от 22 октября 1975 г., по ряду А уже были обнаружены трещины в группе балок:

ось 6-7 трещины в верхнем поясном шве 100..Л30 мм

ось 8-9 трещины в верхнем поясной шве 100 мм

ось 9-10 то же 340 мм

ось 10-11 - " - 50 и 140 мм

ось 12-13 - " - 150 и 310 мм

т.е. в эксплуатируемых балках трещины могут развиваться до значительных размеров уже в течение полугода после образования первой макроскопической трещины. Каких-либо данных касающихся исследования процессов развития трещин в эксплуатируемых балках выявить не удалось и, в первом приближении, представляется логичным, при оценке ресурса балок статистической выборки, корректировать сроки их усталостных отказов, уменьшая зарегистрированную долговечность балок на один год. Получемые при этом ошибки будут давать запас по ресурсу и при самых интенсивных режимах эксплуатации могут достигать 0,3...0,8 млн. циклов. Учитывая однако, что границы полученной области отказов балок имеют разбросы до 3...4 млн. циклов, ошибки составляют в среднем 10...20 %.

4.2. Расчетная оценка сопротивления усталости балок при напряжениях, переменных во времени

Полученные на основе статистических данных, оценки ресурса балок, в известном смысле, представляют собой результаты эксплуатационных испытаний конструкций, отражающие действительные условия эксплуатации и сопротивление усталости сварного двутавра (п. 3.5). Для оценки точности полученных характеристик и подтверждения закономерности повреждений балок в эксплуатации, могут быть применены методы расчета сопротивления усталости конструкций при переменных напряжениях, разработанные в машиностроении /68/. Однако для их применения необходима кривая усталости, в достаточной мере отражающая влияние на выносливость эксплуа-

тируемых конструкций,дефектов сварных швов, случайности и низкочастотного характера крановых воздействий, других факторов. Данных, однозначно характеризующих параметры кривой (Эдд /Я, N& в настоящее время не получено, поэтому для расчетной проверки усталости натурных конструкций, воспользуемся некоторой гипотетической кривой, параметры которой определим из приведенного ниже анализа.

Согласно исследований /54, 67, 73, 76, 118/, характеристики сопротивления усталости сварных образцов и балочных конструкций могут значительно отличаться. Так коэффициент угла наклона кривой находится в пределах /?2 «2,5.. .7,0. Испытаниями моделей балок на подвижную нагрузку /53, 60/, наиболее близко соответствующих реальным условиям нагружения, получены т =3,9 и 2,5. При испытании образцов с пересекающимися сварными швами,Виретт Г. /82/ и Оксфорд Дж. /84, 85/ получили кривые с коэффициентом ПИ =3,0...3,2.

Учитывая, что пересечения сварных швов, а также их дефекты в виде непроваров и подрезов дают близкую по величине концентрацию напряжений /77/, в качестве характеристики угла наклона кривой, для проверки выносливости натурных конструкций в первом приближении, может быть принят коэффициент /72 «=3,0.

Испытания сварных соединений,с размерами пластин не менее 200 х 200 мм,свидетельствуют о том, что величина Л4 имеет так же достаточно широкий диапазон и может составлять A4 =(2... ...7) х 10^ циклов /118/. При испытании различных типов сварных соединений Труфяков В.И. получил перелом кривых усталости в интервале (2,0...4,0) х 10® циклов /77/. Испытаниями соединений с фланговыми швами Гохберг М.М. получил перелом кривой при Na = * 4 х 10^ циклов /73/. В связи с тем, что перелом кривых наблюдают, как правило, при 2,0 млн. циклов, при этом стандарт-

ными методами /119/ регламентировано проведение усталостных испытаний на базе не менее Мв =5,0 млн. циклов, точку перелома кривой для расчетной проверки выносливости балок следует, по-видимому, также принимать не менее Н& =4,0...5,0 млн. циклов.

Многочисленными испытаниями сварных соединений, проведенными в условиях линейного напряженного состояния и пульсирующих циклов напряжения, установлено, что их предел выносливости достигает в среднем 6а<=600...900 кг/см2 /53, 60, 67, 76, 77/.

В условиях плоского напряженного состояния характерного для верхней зоны стенки подкрановых балок, выносливость характеризуют предельной амплитудой главных нормальных напряжений

Qia • Она может быть найдена по формуле, полученной Клыковым H.A. /80/ и учитывающей влияние концентрации, остаточных сварочных напряжений, соотношения главных напряжений Qza/Qia.

rz«- l/Tokfr

Рассмотрим более подробно методику определения Öü, и выполним расчет некоторых балок. Исходными данными являются пределы временной прочности и текучести стали 06 (5т} коэффициент влияния на предел усталости гладких образцов чистоты поверхности Kf6 , теоретический коэффициент концентрации напряжений О^б" , максимальные значения амплитуд главных напряжений (¡Э^Т*, (5гГ , максимальное напряжение общего изгиба балки

а

, толщина стенки балки tu .

На основе этих данных определяется коэффициент, характеризующий относительное значение минимального предела усталости металла

- /Тяг Llfl ~ - 4 Щ (<5фо) - oji fy и]

и сам предел усталости сварного соединения при симметричном цикле и линейном напряженном состоянии, с учетом концентрации напряжений, прочностных характеристик металла, чистоты обработки

поверхности и масштабного фактора £g =0,6

г~ _ 0,£(5в&<зГ1-С<э , /-> 7

■ к* 1шп+Ч

где П =0,476 + 1,43 х Ю"3 (I - 4,68 х КГ4 <56 ) в6 По eis определяется теоретический коэффициент концентрации для касательных напряжений и далее предел усталости сварного соединения при чистом сдвиге с учетом тех же факторов 0(7 = w * мы* ; ^ = + Се]

Как известно, помимо концентрации напряжений в связи с дефектами швов, сварка порождает механическую неоднородность металла и остаточные напряжения, которые в свою очередь создают в зоне шва сложное напряженное состояние и оказывают значительное влияние на выносливость сварных соединений. При этом установлено, что первые главные остаточные напряжения (3Лосг , возникающие в металле шва и направленные вдоль шва, являются обычно растягивающими, достигая по величине предела текучести металла шва

(0¿w ~ G'-!м&. . Вторые главные остаточные напряжения существенно ниже первых и достигают Qzoct Z0,S(5i*cr/m/.

При воздействии внешних нагрузок,в зоне остаточных напряжений возникают пластические деформации,в связи с чем начальные остаточные напряжения, совпадающие по линии действия с напряжениями от внешней нагрузки, после первого нагружения и разгрузки образца уменьшаются и в случае с подкрановыми балками по оценке Клыкова H.A. составляют

Изменение структуры металла шва в зоне термического влияния приводит к повышению твердости, пределов выносливости, текучести и прочности металла шва и околошовной зоны. Однако это оказывает и отрицательное влияние, так как повышение предела текучести приводит к повышению остаточных напряжений и чувствительности металла шва к концентрации напряжений. Эта особенность учиты-

вается векторным сложением напряжений, при оценке отношения действующих напряжений к пределу прочности металла шва и определении коэффициента асимметрии цикла напряжений

Установлено, что усталостное разрушение начинается вследствие повторно-переменных сдвигов, обусловленных действием касательных напряжений, но не максимальных, а тех, которые в сочетании с нормальными обуславливают максимальную ширину петли гистерезиса по деформациям,при которой металл еще не разрушается /120/. Поэтому, при оценке сложного напряженного состояния, оценивают эффективность влияния нормальных напряжений в стадии зарождения первых микросдвигов на предельную амплитуду касательных напряжений, а сами касательные напряжения выражают через нормальные, так как закономерности последующего развития образовавшихся микросдвигов связывают с влиянием нормальных напряжений.

Основываясь на гипотезе Кудрявцева И.В. /121/ и идее Серен-сена C.B. /67/ о влиянии переменных нормальных напряжений на предельную амплитуду касательных напряжений Клыковым H.A. /80/ предложена зависимость для оценки коэффициента ¿¿iK , характеризующего влияние нормальных напряжений на площадке октаэдра напряжений в области знакопостоянных циклов при наличии концентрации

Напряжения чистого сдвига на площадках октаэдра определяются из

где - предел временной прочности металла в зоне термичес-

кого влияния сварного шва.

соотношений главных нормальных напряжений в виде коэффициентов

В случае с подкрановыми балками, при ; они бу-

дут

61- > б, ; > б^г ; > <о~ ;

6 ос Г

I - суммарное напряжение от внешних нагрузок и остаточных напряжений.

Оценивая предельную амплитуду главных нормальных напряжений (Э&) и с учетом рассмотренных соотношений, следует иметь в виду, что в зависимости от качества шва величина теоретического коэффициента концентрации может изменяться в пределах =

=1,1...4,5. Так по данным Турмова Г.И. /122/ в стыковых соединениях без дефектов с плавным переходом шва в основной металл

0((, =1,1...1,5; по данным Труфякова В.л. /77/ в стыковых соединениях и соединениях ребер жесткости с пластинами (Хб = =1,32..Л,55. Дефекты швов существенно повышают концентрацию напряжения, так по данным Клыкова Н.И. /80/ при непроваре корня шва коэффициенты концентрации достигают =4,2; по данным Труфякова В.И. при наличии непроваров шва, =3,00...3,71. Учитывая значительный разброс (Х<о , расчет балок выполнен для значений теоретического коэффициента (Хд.=1,5; 2,5; 3,5; 4,5, что позволяет проанализировать изменения в зависимости от

концентрации напряжений.

Кроме того расчетная оценка (5ю существенно зависит от величины максимальных напряжений из распределения действующих на балку напряжений /80/. Если эмпирическая функция распределения напряжений аппроксимирована каким-либо теоретическим зако-

ном, то формально (0/Г = с*». Однако, на практике напряжения,

1а

и зависят от наличия на механизмах разного рода предохранительных устройств и других факторов. С другой стороны, предельное значение может устанавливаться из условия о том, что

6. ,— Ы&г

1а, > практически не вносят усталостного повреащения вследствие малого количества их повторения /68/. Учитывая это, в качестве расчетных нагрузок действующих на подкрановые балки, будем использовать полигоны напряжений, полученные в результате исследования (п. 3.21), и считаем, что случайные напряжения превышающие максимальные напряжения полигонов и обусловленные разного рода случайными отклонениями от установившегося процесса нагружения, ие могут оказать существенного влияния на процесс накопления повреждений. В связи с этим, при расчете балок, в качестве приняты напряжения, соответствующие максимальной амплитуде блока эксплуатационных напряжений (5^""= ^/>«*]. Расчет выполнен для ряда балок статистической выборки и частично представлен в табл. 4.1, характеристики прочности стали приняты по ГОСТ 380-71. В первой части таблицы представлены балки, получившие в различные сроки усталостные повреждения. Результаты расчета свидетельствуют о том, что максимальный уровень переменных напряжений балок в процессе их эксплуатации превышает диапазон предельных амплитуд напряжений . Валки попали в область ограниченной выносливости, соответствующую

м<£0 МЛН. циклов (см. рис. 3.25), их усталостный отказ был неизбежным и зависел лишь от интенсивности эксплуатации.

Во второй части таблицы представлены балки, лежащие в зоне горизонтального участка, накопившие /У> 10 млн. циклов и не получившие, кроме т. 742, 751, усталостных повреждений в течение

1а У "их оказал-

Таблица 4.1

Расчет предельной амплитуды главных нормальных напряжений

(кг/см2)

,—-¿/мах (5 .-4»*Х ы в п а у-—'Лк?Г б _»/и*Г Си

0^2.5 0*.(Г3,0 Скз'-Ъ .0

681 1065,83 532,92 372,98 354,53 83 542,75 271,38 307,74 298,18

685 1006,30 503,15 366,31 348,67 82 565,17 282,59 311,99 302,48

701 1244,56 622,28 381,62 360,86 81 513,73 256,87 302,01 293,78

703 1267,52 633,76 383,80 362,78 212 609,66 304,83 284,88 273,67

705 1267,52 633,76 383,80 362,78 211 564,85 282,43 276,55 266,31

721 652,12 426,06 327,21 311,82 751 727,06 363,53 337,06 323,48

722 807,21 403,61 320,51 305,92 742 783,10 391,55 353,29 340,44

723 868,03 434,02 329,50 313,85

631 1005,74 502,87 358,83 341,58

632 796,15 398,08 329,93 316,03

842 793,67 396,84 333,32 318,17

ся ниже или соответствующим диапазону предельных амплитуд напряжений <эЛ . Долговечность этих конструкций и других, эксплуатирующихся в подобных условиях, после исчерпания ресурса является характеристикой в значительной степени неопределенной и во многом зависит от неблагоприятного сочетания случайных факторов, обусловленных дефектами сварных швов и несовершенством передачи нагрузки от крана на подкрановые балки. Выполненный расчет свидетельствует о том, что нижняя граница предельных напряжений составляет в среднем (эГ «600...750 кг/см2 и соответствует результатам усталостных испытаний моделей подкрановых балок на регулярную подвижную нагрузку /53, 66/, подтверждая тем самым достаточную точность принятых расчетных предпосылок. Ресурс балок первой группы (см. табл. 4.1) и закономерность их усталостных отказов в эксплуатации проверялись по методике Ногаева В.П. /68/, с учетом выявленных анализом характеристик сопротивления усталости (э/й , , Д4 . Методика разработана для оценки ресурса и долговечности деталей при переменных напряжениях, превышающих предел выносливости,ее особенность заключается в том, что при расчете учитывается нерегулярность напряжений, возникающих при эксплуатации, и повреждающее действие напряжений, величина которых не менее половины предела выносливости > . Расчетом определяют корректированное значение суммы относительных долговечностей и параметры вторичной кривой усталости, характеризующей медианный ресурс при переменных напряжениях (см. рис. I.I). Для этого в расчетных зависимостях /68/, по аналогии /123/, выполнена замена переменных напряжений (О,?,- и предела выносливости б^д на главные нормальные напряжения и предельные главные нормальные напряжения По заданному набору предельных коэффициентов нагруженности

/С«1,0...2,5, для каждой из балок определялись

нижние границы амплитуд блока напряжений , включаемых в

J -ые распределения амплитуд "¿QS^'/ft^ . а также соответствующие этому распределению, частота амплитуд напряжений j - блока j^. и относительная частота . Площадь

блока амплитуд , сумма относительных долговечностей

Qp. и ресурс определялись по зависимостям

I/ (/

г / ^ /я

h1UXT

а

дИ;

V ¿--I ^ I « ' Ч/

/ - номер амплитуды (р^- превышающей значение ~——

По результатам исследования распределений давлений и их частоте (п. 3.2.1), приняв в качестве характеристик кривой усталости /71 «=3,0; А4 »5,0 млн. циклов, сделан расчет ресурса балок и получены вторичные кривые усталости, некоторые из которых построены на графике (рис. 4.2).

Анализ кривых показывает, что в отличие от первичной, вторичные кривые сместились вправо по ресурсу /V в среднем на 30...40 %, при этом, несмотря на некоторые различия фор«« блоков распределения амплитуд напряжений балок в разных цехах и на разных заводах, их отклонения на наклонном участке кривой, соответствующем области ограниченной выносливости, по отношению к некоторой средней составляют лишь около 10...15 %.

Для зоны перелома кривых характерно существенное отклонение от первичной кривой, достигающее 2...3 кратного размера, а различие радиусов кривизны зоны дает существенные разбросы расчетного ресурса А/в , соответствующего коэффициенту предельной нагруженности »1,0.

Вторичные кривые усталости

0,250

О,/25

Цп,

0,375

0,250

0125

703^

N ,63» —/703

701,703... - шифр балок

2

\\\\

^ Ч4 * \ \ Х ■-------

О 05 10 1.5 2.0 2,5

1 - первичная кривая усталости;

2 - границы положения расчетных вторичных кривых.

Таким образом в параметрах вторичных кривых, их соотношениях с первичными, проявляются закономерности аналогичные тем, которые выявились в параметрах кривой усталостных отказов балок, полученной на основе данных по их усталостным повреждениям в цехах, а именно - смещенность кривой вправо по отношению к первичной, образование криволинейной переходной зоны и смещение точки пересечения кривой с горизонтальной прямой, соответствующей (die в область N >/<9 млн. циклов. В связи с тем, что крановая нагрузка и усталостные повреждения балок имеют статистическую природу, расчетные зависимости /68/ основаны на вероятностных представлениях. Их особенностью является то, что по параметрам вторичной кривой определяют функцию распределения ресурса детали, выражающую связь между ресурсом No, и вероятностью разрушения. Эта функция является характеристикой надежности и долговечности конструкции и необходима при решении таких важных задач, как определение среднего и гарантированного ( Г --процентного) ресурса, в свою очередь являющихся основанием для назначения сроков профилактических осмотров, ремонта и замены износившихся конструкций. Поэтому по оценкам медианного расчетного ресурса /1/й/М, и коэффициентам вариации напряжений и Vq^ * 0,1& /80/, для заданной вероятности отказов Р «=5 % и 95 %, определялись стандартные отклонения и вероятностные границы ресурса и долговечности балок (рис. 4.3, табл. 4.2)

Схема расчета вероятностных характеристик

Л ^

N6/5'/. ети/о

Рис. 4.3

Таблица 4.2

Расчетные и действительные характеристики ресурса и долговечности балок

Шифр балки м,. *ю6 N¡10 Ьрх т,

0^5,9:51 &'5)9=5%

681 0,725 4,25 2,11 3,000 11,525 9

685 0,762 5,031 4,12 1,292 8,535 7

701 0,475 2,852 2,40 1,185 7,113 6

703 0,444 2,727 1,43 2,473 15,176 8

705 0,455 3,002 1,23 5,927 39,080 16

721 ' 0,932 5^817 3,25 1,716 10,717 6

722 1,495 II,III 4,48 2,668 19,830 8

723 0,883 5,271 2,35 3,758 22,728 10

631 0,782 5,763 4,92 1,749 12,891 II

632 1,626 11,885 5,42 3,599 26,301 12

842 1,608 12,898 7,14 4,723 37,90 21

Отметим, что характеристики кривой усталости Nc- и частота нагружений могут также иметь некоторое рассеяние, но, как показывает опыт, это незначительно влияет на точность результатов и потому считают /67/, что рассеянием этих параметров можно пренебречь.

Из анализа полученных результатов следует, что расчетные границы ресурса и долговечности охватывают значения оценок действительного ресурса Ng и фактической долговечности 'Ту каждой из балок и свидетельствуют о том, что расчетные характеристики Нрх и LpK не противоречат действительным, а сам метод расчета может применяться при щенке выносливости балок. Достоверность расчетных данных в случае их использования на практике будет определяться исходными расчетными параметрами,в том числе Гп; N&, <Ояд, 23Зйд для получения которых необхо-

димы дополнительные исследования. В приложении1У приведены программы и примеры расчета на ЭВМ характеристик сопротивления усталости балок по методам Клыкова H.A. и Когаева В.П.

4.3. Анализ характеристик сопротивления усталости балок

в эксплуатации

Как было показано в п. 1.3 вторичная кривая усталости, построенная по максимальным напряжениям программного блока, в области неограниченной выносливости асимптотически приближается к первичной кривой, свидетельствуя о том, что пределы выносливости при регулярном и программном переменном нагружении остаются неизменными, при этом смещение кривой вправо существенно расширяет область ограниченной выносливости. Расчетами характеристик сопротивления усталости подкрановых балок (п. 4.2) выявлено, что эта закономерность справедлива и в условиях плоского на-

пряженного состояния материала, поэтому можно сопоставить известные данные по пределам выносливости с полученными результатами. Из анализа напряжений, приведенных в табл. 4.1, следует, что в балках, накопивших 8...10 млн. циклов и получивших усталостные повреждения (см. рис. 3.25), напряжения 0^"'«=7ОО... ...800 кг/см2.

Пределы выносливости, полученные Труфяковым В.И. /77/ на сварных образцах при пульсирующих циклах напряжений, составили бй/г -900 кг/см2. При аналогичном испытании тавровых соединений с непроварами швов, имитирующих соединения пояса со стенкой, по данным Мюнзе В.Х. /76/, пределы выносливости составили (Еос = =670...860 кг/см2. Испытания сварных соединений, проведенные Виреттом Г. /82/ на базе А4 > 10 млн. циклов, при программном управлении нагрузкой, показали пределы выносливости (5ок«730 кг/см2. Из приведенных данных следует, что оценки главных нормальных напряжений (3"/"" , характеризующие выносливость балок при накоплении N > 8...10 млн. циклов, попадают в диапазон пределов выносливости (Осмг и представляют собой, по существу, предельные напряжения сварных подкрановых балок. Оценки напряжений, полученные по критериям напряженного состояния '¿¿,2 ^г»,«* (см- Рис- 3.28) на 25. ..65 % ниже пределов выносливости (Оо/с . Это свидетельствует о значительной недооценке данными критериями предельных напряжений балок, в частности критерием

¿¿^ /53/, включенным в настоящее время в формулу 148 СНиП /б/. Следует отметить, что предельные напряжения, отказавших в эксплуатации балок, проверенные по этой зависимости, оказались в 1,6 раза ниже расчетного сопротивления /?/ »765 кг/см2, предусмотренному п. 13.35 /6/, в связи с чем фактический ресурс и долговечность балок сокращается в 4-5 раз (рис. 4.4). Учитывая сказанное, а также то, что расчетное сопротивление ¿V соответс-

Сопоставление нормативной к действительной выносливости балок

твует диапазону пределов выносливости (50к , можно сделать вывод о том, что расчетное сопротивление достаточно точно отражает уровень предельных напряжений балок, но оценивать их нагружен-ность следует, очевидно, по главным нормальным напряжениям, аналогично тому, как это принято в расчетах машиностроительных конструкций, или по другому критерию, например по приведенным напряжениям по аналогии с п. 13.34 /6/.

Анализируя коэффициент угла наклона /77 кривой усталостных отказов,необходимо отметить, что его величину можно оценить

уравнение параметры кривой усталостных отказов получим 3,1, что согласуется с известными данными /?? »2,5...4,0, полученными в лабораторных условиях /53, 66, 73, 76, 77, 84/.

Закономерность смещения области усталостных отказов вправо от первичных кривых усталости выявлена расчетом по методике Ногаева В.П. (п. 4.2). Исследования выносливости, при программном нагружении сварных образцов, выполненные за рубежом, также свидетельствуют о смещении кривых усталости вправо, с точкой перелома в области N «10 млн. циклов. Соответствующих экспериментальных данных отечественных исследований выявить не удалось.

Таким образом выявлено соответствие характеристик области усталостных отказов подкрановых балок известным данным по выносливости сварных образцов и моделей, а также расчетным оценкам предельных напряжений (э[ , ресурса и долговечности балок

. Выявлены закономерности, влияющие на выносливость конструкций в эксплуатации, в связи с чем по кривой усталостных отказов может определяться их предельная нагруженность, исключающая усталостное повреждение балок. Учитывая, что обоснованное назначение на практике максимальных нагрузок Р'мах и напряжений из функции плотности их распределения,связано с определенными

из соотношения

/68/. Подставив в это

трудностями, из-за отсутствия самих функций, а также то, что расчет прочности стенки рекомендуется выполнять по приведенным напряжениям , согласно 1У теории прочности /б/, представляется целесообразным проверять выносливость балок по средним значениям полигона распределения вертикальных давлений кранов F , с использованием параметров кривой усталостных отказов балок, полученных по приведенным напряжениям бц» (см. рис. 3.26). Принципиальное отличие данного подхода в сравнении с

/— Л1&Г

расчетами по максимальному эксплуатационному напряжению (j^ , связано с необходимостью соответствующего понижения предельных напряжений, нижняя граница которых составляет 470... 500 к^Ьмг(®/. рис.3.27). В качестве аппроксимирующей кривой может быть использована логарифмическая функция (см. табл. 3.14) записанная в виде

(5 UAU (о = 420 г 7^{j(/o/A/)/crM*

Ошибки в оценках ресурса по полученной зависимости, за счет разброса потока отказов статистической выборки, могут достигать &N =30...40 %, в связи с чем минимальный ресурс при заданной нагруженности может быть примерно в 1,5 раза меньше расчетного. Для сравнения, при нормативной долговечности 25...30 лет, во многих исследованных цехах фактическая долговечность балок оказалась в 5...6 раз ниже (см. рис. 2.9). Предлагаемая зависимость обеспечивает ранжирование характеристик выносливости балок с учетом требуемой долговечности и условий их эксплуатации.

4.4. Методика проверки выносливости сварных подкрановых балок в эксплуатации

Выполненное исследование позволило выявить существенные различия характеристик крановых нагрузок действующих на конст-

рукции. Условия эксплуатации различны не только в разных цехах, они существенно отличаются ч пролетах одного цеха и на отдельных участках пролетов. Обобщая влияние технологических факторов на характеристики крановых нагрузок можно отметить, что давления зависят от степени использования грузоподъемности кранов, смещенности технологических агрегатов к одному из рядов колонн, характера транспортных операций, связанных с челночной переброской грузов или их последовательной обработкой вдоль ряда колонн, наличия технологического агрегата или участка, через который проходит вся продукция пролета.

Различные сочетания этих факторов в пролетах определили достаточно широкий диапазон исследованных характеристик, поэтому предложен следующий подход для учета технологических факторов и ранжирования пролетов по характеристикам нагрузок.

А. Оценка технологических факторов, определяющих условия эксплуатации конструкций на расчетном технологическом участке пролета

1) Количество подъемов грузов, соответствующее производительности агрегатов технологического участка

V = ValL ■ I = ЬиК/ г £ г . v<-> ¿es ' JrP(j Qj » Тгр'4-^jrpj ,

f = j y Ж (/70M£MOS) -

h ¿¿S ¿T

2) Вес транспортируемых на участке грузов при наличии или отсутствии навесного грузоподъемного оборудования_____________

у ^ J

J Гр

3) Смещенность траекторий транспортирования грузов к расчетному ряду балок

С- ^ ^ ^ > ~ * Sr- Lm-z S«

Б. Оценка среднего значения давлений катков Р и частоты нагружения балок ^ .

Оценка давления катков для расчетного ряда балок на заданном участке пролета, может быть получена по известной зависимости /55/, записанной с учетом определяемых в п.А технологических факторов в виде:

Кроме того оценка давлений может быть получена табличным путем по коэффициентам технологической нагруженности конструкций

Р=:ПТРН , которые в свою очередь корректируют нормативные значения коэффициентов /7/ с учетом влияния сочетаний технологических факторов (табл. 4.3). Применение корректированных коэффициентов /?г необходимо в связи с тем, что особенности организации грузопотоков в пролетах часто способствуют повышению нагруженности конструкций отдельных технологических участков и рядов балок.

Так в пролетах нагревательных колодцев /2,- «0,8 следует назначать для ряда колонн, вдоль которого перемещаются слитко-возы и расположен приемный рольганг для слитков. Для ряда со стороны колодцев может быть назначен коэффициент /?- =0,7. Для рядов балок со стороны основных ж/д путей в стрипперных отделениях, дворах изложниц, прессовых колоннадах, а также в адьюста-жах со стороны разного рода стеллажей и стендов для обработки металла с помощью мостового крана, нагруженность часто соответствует П.т ш0,7...0,8. На противоположном ряду колонн может быть достаточным коэффициент /?г »0,6. Аналогичные ситуации встречаются в некоторых становых и вспомогательных пролетах для которых коэффициент может быть повышен до П.т »=0,6.

Частоту нагружения балок предлагается также ранжировать по пролетам и отдельным технологически участкам, определяя ее по

Таблица 4.3

Характеристики крановых нагрузок в основных пролетах металлургического производства

Цеха, пролеты, отделения Группа режима кранов ГОСТ 25546-82 Нормативный коэффициент крановой нагрузки п Корректированный коэффициент крановой нагрузки Пт Частота нагружений Корректирующий коэффициент

1пр длина участка, пролета

Отделение раздевания слитков 200 1,3 0.3&

Нагревательные колодцы 8К 0,7 0,8 (¡(>0,4) 2,75^-ОС 1,3 0,3 &

Адьюетажи (пратценкраны) 2.3^ - -

Разливочные 100 - -

Печные Шлаковые дворы Скрапные отделения Шихтовые Отделения сб.изложниц 7К 0,6 0,8 (у> 0,4) 0,7 (0,3<^ 0,4) 300 600 м]- ' игр 0,6 0,6 зона складирования шихты то же шихты и сыпучих

Адьюетажи (в т.ч. листоот-делка, травильные отделения, зоны складирования)

Некоторые становые и вспомогательные 6К | 0,5 0,6 (^>0,25) I — - -

Примечание: При определении частоты нагружений по количеству подъемов грузов { , частота проездов принимается I > 600 гр

\|П,1

количеству проездов кранов в сутки + в виде детерминированных

J up

характеристик или в зависимости от числа подъемов грузов $

(см. табл. 4.3). В пролетах нагревательных колодцев и адьюста-

жах частота определяется, кроме того с учетом коэффициентов,

характеризующих плотность размещения оборудования о( и объемы

обратных перебросок грузов fi .

Н вс+в^ . a Yen .

а= ' е^г ' Г'' Ver ' Табличные ЗН8Ч6НИЯ частот характеризуют шкешшльную ИН"-

тенсивность нагружения конструкций в пролетах. Для пролетов с

единичными отдельно стоящими агрегатами, •[' -частота на участ-

Jnp

ках размещения агрегатов (на скрапных колоннадах - зона пакетир прессов; в шихтовых пролетах - зона загрузочных бадей и т.п.). В пролетах с регулярно размещенным оборудованием, Í -частота

j kf>

на рядовых участках пролета (нагревательные колодцы; стрингерные отделения и т.п.).

Выявленные в результате исследования перепады частот на отдельных участках пролетов учитываются коэффициентом

JCp J*p I

Причем, понижающий коэффициент ^ »0,6 обусловлен технологическими факторами в связи со снижением интенсивности нагружения конструкций за пределами участков с единичными отдельно стоящими агрегатами. Природа повышающего коэффициента р «=1,3 с технологическими условиями не связана и имеет отношение к другим факторам, возможно психологическим. Так в стрипперных отделениях, где интенсивность работы мостовых кранов не связана с загруженностью определенных технологических агрегатов, как правило, более интенсивно эксплуатируются участки пролетов со стороны подачи составов протяженностью до 1/3 длины пролета.

Предложенный подход рекомендуется для оценки частоты нагружения конструкций рабочих зон пролетов, исключая их торцевые уча-

стки протяженностью, соответствующей суммарному габариту двух мостовых кранов.

По характеристикам частоты нагружения конструкции £ , могут быть получены характеристики частот нагружения при производстве единичного объема продукций ^ =/1'^/К-уг.

В. Оценка запаса по ресурсу и долговечности эксплуатируемых балок

Для организации системы планово-предупредительных ремонтов конструкций, а также в связи с систематическими мероприятиями по повышению производительности технологических агрегатов и интенсивности работы мостовых кранов, в условиях действующего производства возникают задачи, связанные с необходимостью оценки запасов долговечности эксплуатируемых балок на перспективу.

С этой целью по разработанной классификации (см. табл. 4.3) или любым из известных экспериментальных способов, на каждом технологическом участке пролета определяются статистические характеристики частот нагружения конструкций I и давлений катим

ков кранов Р .

По техническим данным для балок и мостовых кранов, полученным характеристикам нагружения Г и ■£ определяются оценки

ОМ

следующих расчетных параметров:

1. Приведенное напряжение (Лу> , характеризующее нагружен-

—

ность верхней зоны стенки с учетом влияния составляющих О и,накопленное балками за период эксплуатации Т, число циклов напряжений N (см. п. 3.5)

2. Из уравнения кривой усталостных отказов (см. п. 4.3) определяется расчетный ресурс Жг , соответствующий напряжениям

(о'-б о- 42о-(5

3. Оценивается запас по ресурсу и долговечности эксплуатируемых балок ,

■ л/^-УУ ■ ¿/У/ л

Ъ

Г. Проверка выносливости балок, проектируемых для замены изношенных конструкций

По аналогии с п. В определяются следующие расчетные характеристики:

1. Приведенные напряжения (¡Эьр и требуемый ресурс А'Тр балок, с учетом заданной долговечности 1н и роста объемов производства в процессе эксплуатации

2. Из уравнения усталостных отказов балок определяются предельные напряжения ограниченной выносливости

(5; * Щ/^/М^) + ;

3. Полученные оценки нагруженности балок (5Л/, должны удовлетворять условию СЗ'гг .

4.5. Пример проверки выносливости балок и оценка эффективности использования разработанной методики расчета

Расчет выполнен для подкрановых балок открытой крановой эстакады Копрового цеха ММК (колоннада №5). Колоннада постро-

ена в 1962 году, шаг колонн 12 м, эксплуатируются магнитогрей-ферные мостовые краны с грузоподъемностью Олр =15 т. В таблице приведены технические характеристики на мостовые краны и подкрановые балки. Расчет напряжений выполнен по СНиП П-23-81 и разработанной методике.

I Расчет балки по СНиП П-23-81

-60,0x2,2 см -160,0x1,4 см -60,0x2,2 см

/г «=1200,0 см а «150,0 см У =2214356,6

см

4

862,0

i 585 i

/-----/

Р"=42 т

Рельс Р-43

1. Нормальное напряжение в нижнем поясе (ол «925 кг/см2

2. Касательное напряжение в том же сечении 7^у«163 кг/см2

3. Напряжения в стенке балки (п. 13.34 СНиП) (5»р «1296 кг/см2

4. Напряжения в стенке балки (п. 13.35 СНиП) = 642 кг/см2

т.е. согласно расчета прочность и выносливость балки обеспечены. Однако в этих балках после 6 лет эксплуатации были обнаружены усталостные трещины.

П Проверим выносливость балки по разработанной методике Согласно результатам исследования выявлены средние значения характеристик крановых нагрузок: Р «33,7 т; ^Ми«Ю39 цикл.; =711 цикл.

Оценим нагруженность верхней зоны стенки по приведенным напряжениям с учетом рекомендованных зависимостей О* -407,8; (5^у-вб1,24;С5лс1*-367,01; «331,15; '¿,у =74,24;

(5 «1055,84 кг/см2

Из уравнения кривой усталостных отказов определим расчетный ресурс балки, соответствующий ее нагруженности

М - х Ю А = [ни/слое] ;

Накопленные, за б лет эксплуатации балок,циклы нагружений определим с учетом произведенного за этот период на расчетном участке пролета объема продукции =1158,737 тыс.т

Д/г # Vч! =2 х 1039 х 1158,737 =2,4 х Ю6 циклов ;

/У>/\4-, т.е. повреждения в них появились вполне закономерно и обусловлены прежде всего условиями их технологической нагруженности.

Ш Проверим выносливость балок проектируемых для замены

изношенных конструкций

1. Требуемый ресурс Л4 балок с учетом заданной долговечности !н и наращивания объемов выпуска продукции оу после выхода пролета на проектную мощность ЧпР ( ^ = 3 %; =130 тыс. т; Тн =30 лет; 5 лет; | =2078 циклов)

2. Определим предельные напряжения ограниченной выносливости

балок

<5и + /з^(Д4/4] -Но *

Пути снижения нагруженности могут быть разными - увеличение числа катков и соответственно снижение давлений Г , использование рельс повышенной жесткости по и низкоимпульсных прокладок, увеличение металлоемкости верхней зоны балки или шага колонн с постановкой промежуточных стоек (фахверковых) между колоннами и т.д.

3. Обеспечим долговечность за счет постановки крана с четырех катковой базой и применения рельс КР-ЮО, отсюда нормативное давление понизится в 2 раза и составит Р"=21 т, соответственно Р =16,8 т; Ь «765 см4, что в 2 раза выше чем у Р-43. На-

груженность стенки составит (5^ 490 кг/см^, что удовлетворяет условию (Dk^CX

Долговечность обеспечена, т.е. исключены все затраты на ремонт и замену балок в течение 7w =30 лет.

1У Оценим эффективность расчета конструкций по разработанной методике

1. Затраты на содержание балок колоннады №5 после обнаружения в них трещин, неоднократного ремонта балок и последующей их замены после 10-15 лет эксплуатации и далее эксплуатации новых, несколько улучшенных балок, еще в течение 10-15 лет до образования в них усталостных трещин, составили:

а) ремонт 20 шт х 2 раза х 2 тыс.руб. = 80 тыс.руб.

б) замена 20 шт х 8 тыс.руб. = 160 тыс.руб.

Т.е. после 20-30 лет эксплуатации подкрановых путей затраты на содержание балок составили 240-250 тыс.руб. или в среднем в год 10 тыс.руб. только на одной колоннаде №5. И это не считая потерь основной продукции за счет остановки технологического процесса.

2. Оценивая ремонтные затраты по комбинату получим: 10 тыс.руб. х (50...100) пролетов = 0,5...1,0 млн.руб.год

3. То же по отрасли МИНЧЕРМЕТ СССР

0,5...1,0 млн.руб.год х 10 комбинатов = 5...10 млн.руб.год

По разработанной методике выполнена проверка выносливости балок ряда цехов Магнитогорского, Челябинского, Нижнетагильского комбинатов. Получены оценки запасов ресурса и долговечности эксплуатируемых балок, сделан расчет и установлены новые балки вместо изношенных конструкций. Выполненные работы подтвердили эффективность применения данной методики, суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследования на комбинатах составил 298,75 тыс.рублей (приложение У ).

В соответствии с запросом "УКРНИИпроектстальконструкция" исх. № 5618/40ВГ от 25.11.86 г. разработаны предложения по проверке выносливости сварных подкрановых балок, включенные в "Пособие по проектированию усиления металлических конструкций" (к главе 20 СНиП П-23-81), издание которого планируется в 1988 гоДУ-

4.6. Выводы

1. При соотношении ^>/¿£<0,5, стенки подкрановых балок, назначенные из условия обеспечения статической прочности сечения, имеют запасы по технологической нагруженности, что способствует существенному увеличению их ресурса и долговечности.

2. Случайная природа крановых нагрузок, их низкочастотный характер, дефекты сварных швов и другие факторы оказывают существенное влияние на выносливость конструкций, в связи с чем ресурс балок в эксплуатации значительно отличается от известных кривых усталости, полученных при регулярном циклическом нагру-жении. Предельные напряжения балок составляют не более * и 470...500 кг/см', а точка перелома кривой усталостных отказов находится в зоне N& в 8...12 млн.циклов напряжений.

3. Характеристики кривой усталостных отказов балок Qv ,

& , Na не противоречат расчетным оценкам, полученным по методам Клыкова H.A. и Когаева В.П., а также другим данным о сопротивлении усталости сварных соединений и свидетельствуют о закономерности усталостных повреждений балок в эксплуатации.

4. Разработанная методика проверки выносливости открывает возможности для определения запасов по ресурсу и долговечности балок в эксплуатации, сроков их эффективного использования в условиях реконструкции.

5. Ранжирование нагруженноети проектируемых в эксплуатации балок, с учетом влияния технологии на характеристики крановых нагрузок и ресурс, обеспечивает долговечность балок, соответствующую срокам эксплуатации мостовых кранов и каркасов цехов при существенном снижении затрат на содержание подкрановых конструкций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование условий эксплуатации и долговечности балок в цехах металлургического производства позволило выявить закономерности нагружений и усталостных повреждений балок. На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Разработана методика проверки выносливости, учитывающая влияние технологии на характеристики крановых нагрузок и сопротивление усталости балок. Показана возможность для определения запасов по ресурсу и долговечности балок в эксплуатации и ранжирования предельных напряжений балок проектируемых в условиях реконструкции.

2. Установлено, что в большинстве цехов технологические схемы и расход сырья на единицу готовой продукции в течение 20...30 лет эксплуатации остаются постоянными, а наращивание объемов производства повсеместно реализуется за счет интенсификации технологического процесса и, как следствие, постановки дополнительных кранов, обеспечивающих транспортировку возрастающего потока грузов.

3. Выявлены технологические факторы и их сочетания, существенно влияющие на условия нагружения конструкций. Получены коэффициенты крановых нагрузок, составляющие в разных пролетах Пт = в 0,47...0,82 нормативных давлений катков, и характеристики частоты нагружения конструкций, составляющие 80... 1500 проездов кранов в сутки.

4. Установлено, что переброска поступающих в пролеты грузов на определенный технологический участок, способствует перепаду частот в смежных зонах пролетов, достигающему 1,5...2-кратного размера, а интенсификация технологического процесса способствует возрастанию частот в среднем на 2...3 % в год.

5. Экспериментальным исследованием частоты нагружения конструкций и анализом ранее проведенных экспериментов, подтверждена достоверность полученных в диссертации характеристик крановых нагрузок, а также их изменений при наращивании объемов производства в процессе эксплуатации.

6. Экспериментально установлено, что средние значения углов поворота пояса балок в эксплуатации составляют В = 0,001... ...0,008 радиан. Получена зависимость для определения углов

из соотношения средних давлений катков и моментов инерции кручения пояса и рельса.

7. Получена область усталостных отказов балок в эксплуатации, их предельные напряжения составили (Э^ = 470...500 кг/см^,

а точка перелома кривой усталостных отказов соответствует ресур-] су Д/в- = 8... 12 млн.циклов напряжений.

8. Расчетный анализ выносливости, выполненный на основе методов Клыкова H.A. и Когаева В.П., подтвердил правильность характеристик сопротивления усталости балок в эксплуатации и выявил сопоставимость полученной кривой с известными данными по выносливости сварных соединений.

9. В ряде цехов ММК, НТМК, ЧМК сделан прогноз усталостных отказов балок, выполнен расчет и произведена замена изношенных конструкций, подтвердившие эффективность применения разработанной методики.

177

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. КПСС. Съезд 27-ой. Материалы ХХУП съезда КПСС.-М.Политиздат, 1986.-352 с.

2. НиТУ 121-55. Нормы и технические условия проектирования стальных конструкций.-44., 1956.

3. СНиП П-В. 3-62. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -М. :Стройиздат, 1963.-60 с.

4. СНиП П-В. 3-62*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. -Переиздат.-М.:Стройиздат, 1969.-62 с.

5. СНиП П-В. 3-72. Стальные конструкции. Нормы проектирования.-М. :Стройиздат, 1974.-72 с.

6. СНиП П-23-81. Нормы проектирования. Стальные конструкции. -М.:Стройиздат, 1982.-93 с.

7. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.-36 с.

8. Кикин А.И. Исследование величин боковых сил, возникающих между мостовым краном и подкрановыми путями.-Автореф.дис... ...канд.техн.наук.-Москва, 1947.-23 с.

9. Фигаровский A.B. Исследование горизонтальных поперечных воздействий мостовых кранов с гибким подвесом груза на конструкции промышленных зданий.-Автореф. дис...канд.техн.наук.-Москва, 1969.-12 с.

10. Изосимов И.В., Фигаровский A.B., Пичугин С.Ф., Валь В.Н. Исследование силовых воздействий от мостовых кранов //Металлические конструкции.-М.:Стройиздат, 1966.-С.164-179.

11. Пичугин С.Ф. Статистическое исследование горизонтальных и вертикальных силовых воздействий мостовых кранов на конструкции промышленных зданий.-Автореф.дис...канд.техн.наук.»Москва, 1968.-13 с.

12. Патрикеев A.B., Щукин Я.А. К вопросу о горизонтальных силовых воздействиях ходовых колес мостовьк кранов с рельсами //Вестник машиностроения.-1965.-И.-С.31-34.

13. Валь В.Н. Исследование вертикальных воздействий мостовых кранов на подкрановые балки.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, 1970.-17 с.

14. Валь В.Н., Эглескалн B.C. Влияние дефектов подкрановых путей на силовые воздействия мостовых кранов //Промышленное строительство.-1969. -#4.-С.36-38.

15. Бать A.A. Режим эксплуатации подкрановых балок и их расчет на выносливость.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, 1959.-18 с.

16. Кошутин В.Н. Определение коэффициента перегрузки вертикальной крановой нагрузки на основании статистического изучения работы кранов в действующих цехах.-Автореф.дис...канд.техн.наук. -Москва, I96I.-26 с.

17. Кошутин В.Н. Статистическое определение коэффициентов перегрузки вертикальных крановых нагрузок //Металлические конструкции. -М. :Стройиздат, 1966.-С.195-211.

18. Кошутин Б.Н., Кунин Ю.С., Нищета С.А. Методика исследования зависимостей между горизонтальными и вертикальными воздействиями мостовых кранов на стальные каркасы прокатных цехов //Исследование нагрузок на сооружения и надежность строительных конструкций.-М.:Стройиздат, 1976.-С.18-21.

19. Кунин Ю.С. Исследование процессов нагружения стальных подкрановых балок вертикальными крановыми нагрузками в цехах металлургического производства.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, 1970.-15 с.

20. Эглескалн Ю.С. Исследование физического износа металлических конструкций производственных зданий.-Автореф.дис...канд. техн.наук.-Москва, 1974.-16 с.

21. КунинЮ.С., Эглескалн Ю.С. Исследование статистических свойств режимов нагружения подкрановых конструкций //Промышленное строительство. -I966.-JP9. -С. 36-39.

22. Яковенко А.Т. Изучение сочетаний вертикальных нагрузок от мостовых кранов в производственных зданиях.-Автореф.дис... канд.техн.наук.-Москва, 1975.-13 с.

23. Яковенко А.Т. Особенности воздействий мостовых кранов на производственные здания //Сб.тр. Каз.политехи.ин-т.-Алма-Ата, 1974.-Вып.3.-С.25-27.

24. Зданёвич Ю.А. Экспериментально-теоретическое исследование некоторых резервов несущей способности металлических каркасов зданий сталеплавильных цехов при реконструкции.-Автореф. дис...канд.техн.наук.-Днепропетровск, 1975.-18 с.

25. Методика определения крановых нагрузок в условиях действующего производства.-Рук.деп. во ЕНИИИС, 1985.-№5530.-22 с.

26. Рухович И.Р. Особенности нагружения стальных подкрановых балок в условиях эксплуатации и реконструкции.-Автореф.дис... ...канд.техн.наук.-Киев, 1985.-22 с.

27. Шилов Ю.Ф. Прогнозирование повреждаемости стальных подкрановых конструкций и повышение их выносливости в условиях реконструкции.-Автореф.дис. . .канд.техн.наук.-Одесса, 1987.-17 с.

28. Броуде Б.М. Распределение сосредоточенного давления в металлических балках.-М.:Стройиздат, 1950.-95 с.

29. Васильев A.A. Особенности работы подкрановых конструкций и повышение срока их службы //Промышленное строительство.-1965.-№7.-С.27-28.

30. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий /Кикин А.И., Васильев A.A., Кошутш Б.Н.: Под ред. Кикина А.И.-М.:Стройиздат, 1969.-415 с.

31. Лампси Б.Б. Напряжения в стенках призматических тонко-

плетенных стержней при поперечных нагрузках //Известия ВУЗ.-1964. -№9.-С.18-31.

32. Лампси В.В., Юфимичев А.К. Определение местных изгиб-ных напряжений в стенках двутавровых балок вблизи точек приложения локальных поперечных нагрузок //Учен.запис.Кабард.Балкар. Гос.Универс.-Нальчик, 1971.-ч.1.-Вып.44.-С.35-40.

33. Рыбкин Э.А. Определение местных напряжений в элементах стальных подкрановых балок //Металлич.констр. в строит.-М.:МИСИ, 1983.-№183.-С.35-59.

34. Федосеев В.П. Экспериментально-теоретическое исследование усталостной прочности сжатой зоны стенки сварной подкрановой балки.-Автореф.дис. . .канд.техн.наук.-Москва, 1975.-15 с.

35. Кудишин Ю.И. Контактные задачи о подкреплениях и пересечениях тонких пластин (применительно к металлич.констр.).-Автореф.дис...докт.техн.наук.-Москва, 1986.-25 с.

36. Маас Г. Новые исследования усталостной прочности подкрановых путей //верные металлы.-перевод с нем.-М.:Металлургия, 1971.-№19.-С.23-29.

37. Кудишин Ю.И. Некоторые особенности работы сварных подкрановых балок.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, 1967.10 с.

38. Шишов К.А. Исследование работы верхней части стенок стальных подкрановых балок.-Дис...канд.техн.наук.-Москва, 1970.171 с.

39. Сабуров В.Ф. Анализ совместной работы рельса, низкомодульной прокладки и верхнего пояса подкрановой балки на местное воздействие колес крана.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, 1975.-12 с.

40. Апалько A.A. Напряженное состояние стенок сварных подкрановых балок под действием местных статических нагрузок.-Автореф. дис...канд.техн.наук.-Москва, 1959.-12 с.

41. Спенглер И.Е. Некоторые вопросы повышения надежности и долговечности стальных конструкций //Промышл.строит.-1965.-№4.-С.15-17.

42. Москалев Н.С. Исследование работы сварных стержневых подкрановых балок под динамической нагрузкой.-Автореф.дис...

...канд.техн.наук.-Москва, 1959.-12 с.

43. Довженко A.C. Экспериментальное исследование прочности сплошных сварных подкрановых балок при повторных нагрузках.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, i960.-17 с.

44. Шапиро Г.А. Местные напряжения в стенке подкрановой балки при внецентренной нагрузке //Стройт.механ. и расчет сооружений .-1959.-№5.-С.18-21.

45. Иванков О.Ф. К вопросу о напряженном состоянии стенок сварных подкрановых балок //Сб.научн.тр. Днепропетр. инж.-стр. ин-т.-Х.:ДИСЙ, 1963.-Вып.31.-С.15-17.

46. Один И.М. К расчету напряжений в стенках подкрановых балок от смещения рельса //Промышл.строит.-1962.-№3.-С.27-31.

47. Кочергова Е.Е. Пути повьвпения долговечности подкрановых балок //Промышл.строит.-1966.-№9.-С.18-21.

48. Митюгов Е.А. Кручение верхнего пояса подкрановых балок //Металлич.констр.-М.: МИСИ, 1970.-№85.-С.37-41.

49. Гуща О.И., Дворецкий В.И., Бердичевский М.М., Стамм P.C. Эксплуатационная нагруженность сварных подкрановых балок //Повышение надежности и долговечн.стальных подкран.балок: Всесоюзн. семин.-М., 1973.-С.33-37.

50. Oxford [г, fög<t?a<j &Ш ezzentzL4e/u? п Ьо^ц-

pijlen KiaMa^nizu^etn//olez iiaU&tu.-

- С ¿Ч-kS.

51. Oxfact 3.К. ¿иг беапумскм Жг О&г-quiüvo^yioand^e'i /ьта^МлЬяоег dutch ТеъЦощ-

friofnenie UMxt oluicfi QaeZ^&'Za^'&gufiCj uni&i 0^7t/(c/ien

daoMadarupLtfff ck*. - I9C5.~к {2,- SCo-Ж

52. Senicz A-f, ftclHetj T'/?, TAe d&^'n^n cxftd ЗглЫ+е ¿¿/k of tAe Ufifi&i float of teefcfec/ gcufejiA.

// Tfi£ dü.uetc<jza£ - - и 4/-.Я.

53. Лазарян A.C. Разработка методики расчета на выносливость верхней зоны стенки подкрановых балок.-Автореф.дис...

...канд.техн.наук.-Москва, I976.-I7 с.

54. Особенности действительной работы подкрановых конструкций /Е.И.Беленя, А.Й.Кикин, К.К.Муханов, А.А.Васильев //Мета ллич.конструк. в стройт: Сб.тр. /Моск.инж.-стр.ин-т.-М.:Проф-издат.-1979.-№152.-С.3-28.

55. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий /А.Й.Кикин, А.А.Васильев, Б.Н.Кошутин и др.: Под ред. А.И.Кикина.-М.:Стройиздат, 1984.-302 с.

56. Малышкина И.Н. Исследование напряженного состояния подкрановых балок //Промышл.строит.-1966.-№10.-С.29-32.

57. Рыбкин Э.А. Напряженное состояние элементов стальных тонкостенных стержней в зоне приложения локальных нагрузок.-Дис...канд.техн.наук.-Москва, 1978.-152 с.

58. Отрешко A.M. Оптимальная форма подкрановых балок при тяжелом режиме работы кранов //Промышл.строит.-1965.-MI.-С.15--16.

59. Малышкина И.Н. Некоторые вопросы прочности сварных подкрановых балок //Металлич.констр.:Сб.тр./Под ред. Балдина.-М.: ЦНИИСК, 1968.-СЛ5-18.

60. Нежданов К.К. Исследование выносливости сжатой зоны стенки сварных стальных подкрановых балок.-Автореф.дис...канд. техн.наук.-Москва, 1975.-18 с.

61. Патрикеев A.B. О механизме разрушения верхних участков

стальных подкрановых балок //Промышл.строит.~1971,—Н»5.-С.38-43.

62. Патрикеев A.B. Об эксплуатационной надежности стальных подкрановых балок //Промышл.строит.-1976.-№5.-С.38-41.

63. Морозова Т.Н., Пьянков A.A., Ширяев A.A. Анализ сроков службы сварных подкрановых балок //Вопросы сварочн.произв.:

Сб.тр. /Челяб.политехи.ин-т.-Челябинск: ЧШ, 1979.-№207.-С.57--62.

64. Клыков H.A., Морозова Т.Н. и др. О разрушении сварных соединений подкрановых балок //Вопросы сварочн.произв.: Сб.тр. Аеляб. по литехн.ин-т.-Челябинск: ЧПИ, 1979.-№207.-С.54-57.

65. Незальзов O.P., Савело В.М. Экспериментальное изучение причин образования усталостных трещин в стенках подкрановых балок //Металлич.констр. и испыт.сооруж.: Межвузо.сб.тр. /Отв.ред. В.А.Трулль.-Л.: ЛИСИ, I978.-C.I0I-I08.

66. Нежданов К.К. Повышение долговечности стальных подкрановых балок /Промышл.строит.-1987.-№1.-С.43-45.

67. Сервисен C.B., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность: 3-е изд., пе-рераб. и доп.-М.Машиностроение, 1975.-488 с.

68. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени.-Сер. Библиотека расчетчика.-М.Машиностроение, 1977.-231 с.

69. Усталость и выносливость металлов: Сб.статей /Под ред. Ужика.-перевод с англ. Житомирского В.К.-М.:Изд.иностр.литер., 1963.-496 с.

70. Расчеты на прочность в машиностроении /Пономарев С.Д., Видерман В.Л., Лихарев К.К. и др.: Справоч. в 3-х т.-Т.Ш.-М.: Машгиз, I959.-III8 с.

71. Серенсен C.B. Об условиях прочности при переменных нагрузках для плоского и объемного напряженного состояния //Ин-

I —

72. Афанасьев H.И. Статистическая теория усталостной прочности металлов.-Киев:Изд. АН УССР, 1953.-123 с.

73. Гохберп М.М. Металлические конструкции кранов.-М.:Машгиз, 1959.-182 с.

74. Дучинский Б.Н. Прочность и основания расчета сварных соединений, работающих на переменные и знакопеременные усилия //Вибрационная прочность сварных мостов: Труды/ЦНИС.-М.:Транс-желдориздат, 1952.-№8.-С.137-199.

75. Сервисен C.B. Определение запаса прочности при расчете деталей машин //Вестник машиностроения.-1943.№6.-С.5.

76. Мюнзе В.Х. Усталостная прочность сварных стальных конструкций /Перевод с англ. Красонтовича Ю.Ф.-Под ред. Серенсена C.B. и Труфякова В.И.-М.:Машиностроение, 1968.-311 с.

77. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений.-Киев:Нау-кова Думка, 1973.-216 с.

78. Тимашев С.А., Власов В.В., Бареева Г.Н. Определение оптимального уровня надежности стальных подкрановьтг балок //Повышение эффективности и качества металлич.констр.-Тез.докл./Всесо-юзн. Совещ.-Белгород, I979.-M.:Стройиздат, 1979.-С.250-251.

79. Власов В.В. Надежностная оптимизация изгибаемых систем в условиях накопления повреждений.-Автореф.дис...канд.техн. наук.-Днепропетровск, 1983.-17 с.

80. Клыков H.A. Расчет характеристик сопротивления сварных соединений.-М.:Машиностроение, 1984.-156 с.

81. Швеер В. Применение распределения накопленных частот нагрузок в качестве основы для расчета металлургических мостовых кранов //верные металлы.-перевод с нем.-М.:Металлургия, 1964.-Ю.-С.25-36.

82. Биретт Г. Эксплуатационная прочность сварных и клепаных соединений //верные металлы.-перевод с нем.-М.:Металлургия, 1967.-№24.-С.3-10.

83. Гасснер Э., Свенсон К. Влияние побочных вибраций на усталостную прочность //Черные металлы.-перевод с нем.-М.:Ме~ таллургия, 1962 — 5.-С Л 5-20.

84. Qr/ozd J. J\. 6-&'£Ta<j Seih'eJtsfe'S&gMi't&s/'ftrz-¿ucdmfj Wi /еЛ/^-еЛ f&zw

85. CbfacfJ.tT. беаЛ'-^c/u/iJ Z&ftejJhzlt ¿елтъ /¿^bfl^a^/iAi-yij/z/s-Jtce/i^tt cite Aau^f ^¿¿cleiAo^ CHtftwfeficte/i S&£a4rCf^en /{с&л -dtahi-

- Mi. - <f.Zo7-2/2.

86. Гризе Ф. Повышение надежности металлургического оборудования путем расчета конструктивных элементов на долговечность //Черные металлы.-перевод с нем.-М.:Металлургия, I97I.-JP8.-

С.27-35.

87№J. J ^Ыеса/ Meozf о/¿/v>

jkefiftA //fzec. d^ec/cdA с7/isfc-

for ¿л^/гееЯФ^ ^гя&жА. -

88. Исследование потока материалов в адьюстажных отделениях прокатных цехов /Блейлебенс Г., Георганос К., Прюс Д. и др. //верные металлы.-перевод с нем.-М.:Meталлургия, I97I.-№6.

-С.25-28.

89. Аснис А.Е. Динамическая прочность сварных соединений из малоуглеродистой и низколегированной сталей.-М.:Машгиз, 1962.90. Бать А.А. Исследование усталостной прочности сварных

соединений из стали НЛ-2 //Сварочное производство.-1957,-№6.

91. Кочергова Е.Е. Вибрационная прочность соединений из низколегированных сталей //Исследования по металлич.конструк: Труды ЦНИИСК.-*. :Стройиздат, 1961.-№5.-С.25-26.

92. Бать A.A. Вибрационная прочность сварных балок, выполненных из стали шести марок //Автоматическая сварка.-1961.-№1.

93. Кедров А.И. Влияние некоторых технологических недостатков изготовления сварных соединений на их вибрационную прочность //Исследования прочности и долговечности сварных мостовых конструкций: Труды ЦНИИС.-М.:Трансжелдориздат, 1956.-№20.-С.38--41.

94. Николаев Г.А., Макаров И.И. Влияние качества сварки на механические свойства сварных соединений //Труды МВТУ.-М.: Машгиз, 1955.-№37.-С.18-20.

95. Николаев Г.А. Расчет сварных соединений и прочность сварных конструкций.-М.:Высшая школа, 1965.-^62 с.

96. Перлис И.Л. Влияние технологических факторов в стыковых швах на прочность сварных соединений //Труды НИИмостов.-М.:Тран-желдориздат, 1957,-№41.-С.38-39.

97. 0кер5лом Н.О. Расчет выносливости сварных конструкций с учетом напряжений, возникающих при сварке //Труды ЛПИ.-Л.: 1958.-№199.-C.4I-42.

98. Окерблом Н.О. Комбинированные сварные конструкции.-Л.:Судпромгиз, 1962.-112 с.

99. Клыков H.A., Скребков А.Г. Чувствительность сварных соединений малоуглеродистых сталей к концентрации напряжений при циклических нагрузках //Автоматическая сварка.-1967.-№7,

100. Клыков H.A., Романов Е.С. Усталостная прочность сварных образцов при изгибе с кручением //Автоматическая сварка.-1969.-№6.

101. Исследование причин разрушения подкрановых балок в цехах ЧМЗ с разработкой мероприятий по оценке их ресурса и повышения долговечности: Отчет о НИР (промежуточный) /1еляб.политехи.ин-т; Рук. Клыков H.A.-Челябинск: 1977.-122 с.

J02. СНиП Щ-В.5-62. Металлические конструкции. Правила изготовления, монтажа и приемки.-М.:Стройиздат, 1963.

103. Заславский И.Н., Шлаке В.Я., Чернявский В.Л. Долговечность зданий и сооружений предприятий чертой металлургии.-М.:Стройиздат, 1979.-73 с.

104. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Изд. 4-е, стереотип. -М. .-Наука, 1969.-576 с.

105. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики: Для технических приложений. -Изд. 3-е, стереотип.-М.:Наука, 1969.-512 с.

106. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения: Изд. 2-е, перераб. и доп.45.Машиностроение, 1972.-215 с.

107. Правила технической эксплуатации стальных конструкций производственных зданий предприятий черной металлургии: Утв. и введ. в действ. Минчермет СССР с I.I.83 /Разраб. ШИИМЕХЧЕРМЕТ и МИСИ им. Куйбшева В.В. -М. :Металлургия, 1982.-54 с.

108. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: матем.-статистич.методы за рубежом.-Изд. 2-е, перераб. и доп.-T.I /Перевод с анг. Адлера Ю.П.-М.:Финансы и статистика.-1986,-366 с.

109. Пальм А. Регистрирующие самопишущие приборы.-М.:Ино-странная литер., 1955.-С.173.

НО. Темников Ф.Е. Автоматические регистрирующие приборы. -М.:Машиностроение, 1968.-С.83.

111. Инженеру об изобретении: Изд. 2-е, переработ, и доп. /Под ред. Зенкина Н.М.-М. :/,томиздат, 1976.-198 с.

112. Влияние контактов рельса с катком крана и верхним поясом на напряженно-деформированное состояние подкрановых балок //повышение надежн. и долговечн. стальн.подкрановых балок:

Сб.тез. /Гофман Г.П., Бердичевский М.М., Киневский А.И., Эйдель-Шнейдер Ю.Д.-Москв.правл. НТО Строй.индустр., ЦНИИСК, ЦНИИПСК, МИСИ.-Москва, 1973.-С.44-48.

ИЗ. Напряженно-деформированное состояние элементов сварных подкрановых балок /Гуща О.И., Дворецкий В.И., Парчевский Н.М., Стамм P.C. /Дам же.-С.38-43.

114. Особенности передачи местных крутящих воздействий на подкрановые балки /Дворецкий В.И., Бердичевский М.М., Киневский А.И., Стамм P.C. /Дам же.-С.53-57.

115. Рывкин Э.А. Напряженное состояние элементов стальных тонкостенных стержней в зоне приложения локальных нагрузок.-Автореф.дис...канд.техн.наук.-Москва, 1978.-22 с.

116. Сабуров В.Ф. К вопросу о совершенствовании сортамента крановых рельсов //Исследования по стр.мех. и стр.констр.: Сб. тр. Челяб.политехи.ин-та.-Челябинск, 1985.-С.84-89.

117. Перис П.С., Си Дж. Анализ напряженного состояния около трещин //Прикладные вопросы вязкости разрушения.-М.:Мир, 1968.-С.64-142.

118. Кудрявцев И.В., Саввина Н.М. Исследование усталостной прочности соединений, выполненных электрошлаковой сваркой на образцах большого сечения //Сварочное производство.-1956.-№П.-С.13-15.

119. Школьник JI.M. Методика усталостных испытаний:Справочник. -М. : Металлургия, 1978.-304 с.

120. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и щклическая прочность металлов.-М.:Машгиз, 1962.-260 с.

121. Кудрявцев И.В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении.-М.:Машгиз, I95I.-85 с.

122. Турмов Г.И. Расчет концентрации напряжений в сварных соединениях //Автоматическая сварка.-1976.-№10.-С.14-16.

123. Клыков H.A., Сабуров В.Ф. Расчетная оценка долговечности сварных подкрановых балок //Вопросы сварочного произв.: Сб.тр. Челяб.политехи.ин-та.-Челябинск, 1985.-С.44-48.

124. Гурский Е.И. Теория вероятности с элементами математической статистики.-М.:Высшая школа, I97I.-328 с.

125. Миронов Б.Н., Степанов З.В. Историк и математика: Серия.-Соврем.тенденции в развитии науки /Лен.отд. АН СССР.-Л.: Изд.Наука, 1975.-183 с.

126. Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин.-М.:Высшая школа, 1974.-206 с.

127. Коновалов Л.В. Нагруженность, усталость, надежность деталей металлургических машин.-М.:Металлургия, I981.-280 с.

Приложение I

МАТЕРИАЛЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ВЫБОРКИ ПО ЦЕХАМ

Таблица П.1 .1

Материалы статистической выборки по цехам

Завод Цех, пролет Год стр-ва Шифр пролета Тип кранов, номер, гру-зоподъемност Нормативное давление, ь количество катков ру^ Шифр балок Ряд колонн длина балок Сечение пояса/ стенки Кол-во балок (шт) Марка рельса

"Г а а 4 0 ь У 8 у 1U 11

Магнитогорский металлургический комбинат(ММК) Слябинг №1 нагревательные колодцы Блюминг №2 нагревательные колодцы Блюминг №3 нагревательные колодцы Прокатный №9 адьюста ЛПЦ №2 т равильное отделение Копровый №2 колоннада №1 колоннада №3 1959 1933 1941 1932 ж 19 51 1941 1950 1 2 3 4 5 6 7 клещевой №1,2,3,4,5, Q*(>m 30/50 №1,2,3.4.5 Q»m'IÖ/20 SJ- ю/ю №1,2,3.4,5,6 о*« iö/io Очш Ю/20 №1,2.3,4,5, бДё Qtp«« 15 №1,2,3,4 it №16,17,18, 19,27 Океж 15, о»- ю/ю №22,23.24,26 0<ч>* iö. О^ш 15/15 47,5/6; 61/4 43,6/6 43,2/2,-26,5/4 47;6/2 37,7/2; 30/4 7l'6/2; 29/4 45/2; 50/2;31 19/2 27/2; 27,7/2 51 52 55 56 57 /4 741 751 651,6 661 681 686 В/15 В/18 H/I6 Н/8 Т/5,5 Ж/13 К/6 К/12 52 J В/5,5 В/5,5 650x20/2130x16 750x25/2400x16 390x12/1850x14 420x22/994x18 500x20/680x20 590x26/1500x14 300x16/650x8 300x20/1300x10 200x18/700x11 200x16/700x10 шйт 40 16 7 21 29 72 20 10 28 34 KP-I20 КР-ЮО КР-ЮО Р-43 Р-43 Р-50

«5 Я X

О §

(б

ИЗ

О»— о

и ь

О 05

Е51

Й о

колоннада №5

колоннада »6

колоннада №7

шлаковый двор №2

ЦПС

двор изложниц №1

стрипперное

отделение

№3

цех изложниц стрипперное отделение

£ §

ЭСПЦ-1 шихтовый

разливочный

печной

1962

1964

1967 1961

1954

1936

1963

1943

8

9

10 18

II

17

41

19

20 21

№35,36,37,38 О^р " ю

№41,42.44

Окрш 10

0^-15

№46,47 0,- 15

Ш0,32 0»- 15, 75/20

№9,11^13

30/5

№6,7 , , 0(р «25/15/175

&-75/75/20

№21,22.27,29 (V 10/10

№15,20,25,31 ^-75/15'

№23,24,26,32

42/2:43,7/2 28,2^2

29/2; 25/2 43/2

43/2;36,1/2

40,5/2 31,5/4

32,8/2;35/2

47,6/4

53/8

1в',81%%0% 44,5/4; 20/2

34/4; 15,6/2

701 705

711 718

721 726

62

641

642

44,45 96

1,2

4,5,6

Г/12

А/12

А/12 А/6

А/11

А/6

18/12

10

600x22/1600x14 52*

600x22/1600x14 42

600x22/1600x14 50

450x16/1174x14 28

400x22/1200x12 46

350x12/1100x12 24 450x16/1060x140

700x30/2400x20 12

320x16/790x10 320x18/1595x14

380x12/878x10

1548x14/200x16

450x16/540x14

30 7

ЭСЩ-2 шихтовый

печной

1961

разливочный

ЭСПЦ-З шихтовый

печной

1958

разливочный

Вспомогательный

Обжимной №2 нагревательные колодцы

адыостаж

Обжимной №3 нагре-ватльные колодцы

1951

1964

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

№1,3,17 „18 30/15

№4,5,6.8.9

¿¡¡- 125/30

№10,11,12,13. Очт 143,ё/3б

№1,2,22,24 ' 10,

10/5

№4,5,6 . Ы» 20/5

№7,8,9.10 о;-зб/5 №11,12 ЛЗ, 14

4- 5Но

№1,2,3.

Он"

ы

Он

ю/ю

№14,15.16.17 18,19,20,21,

й- 16 № 6,7,8,9,10 II,12 ' ¿V- 16/50

50/2;22,5/4 40/2*21,1/2

34/3;33,8/8; 33/4-35,8/8; 34/8

35/8

:11,3/2.

18,

14,92/

19,5/2

29,5/2

24,2/2: 14,92/2

32/4; 29/4

51,57/2; , 30^4;51,3/2

54/4;45,7/6

7 8 9 10 II

7,9 10,12 А/б А/30 Б/,30 Б/18 500x20/945x14 700x30/3540x18 700x30/2120x16 600x20/3554x16 49 3 3 3 КР-80 KP-I20

14,15 19,21 % Jfe 480x20/950x14 600x20/3554x16 350x10/780x10 450x20/1760x14 4 I 26 8 KP-I20 КР-70

23,24 25,26 271 274 3 Г/12 Г/18 В/12 В/18 А/6 450x30/1140x14 450x20/1150x14 450x20/1150x14 450x30/1740x14 350x10/780x10 I 1 2 16 26 КР-70 КР-70 КР-70

/15 500x14/1800x14 20 KP-I00

17,18 'Яг 350x14/1100x12 500x20/1800x16 126 124 КР-ЮО

42,43 >hï 700x16/2979x16 680x16/1780x14 18 34 KP-I20

Златоустовский

металлургиче ский завод (ЗМЗ)

Челябинский металлургический комбинат (ЧМК)

►э а)

® о

й я

о* о

ж а

е о ЯеП в) I

и ®

сл га

N

ш §

я

а

сп

л ж

о »

В со сак

о I ннЖ ш гчэ слж

§< Её

слов

я

н1

• £

н»

МЙ

ю 8

ю

я

I—II» ® о

пса- Т5 1-1 ж о

^•сло м

сх)ы е о вас ж

_I_

а о лзв Ф в

® Ж 8

а о а ® ® |

х

к ф

о и !<§

Са I

со

о «¡3

к со

и «п з к мя о Эс-_ ктз г ад

¡5 ®

Яв ж в Ф о

0 X 09

1 1

со

сл

со сл сл

со сл сл

со

3

со

го

со

с*5 сл

лз

со -с!

со о>

со сл

со

со со

со

го

нн

ссл

-511 СЛ

„сл

и со р

сою я ■р-

го

ело сз сл

я в го

н-1нь1со

ело о»

сл

н

я

1—1

о

ы

со р

к

н -

лэоо

сл-

-

1-ЧсО СЛ

г\э сл

лэ лэ сл

о -

лэ <г

Й5

я лэ

1-1 сл-\01 со

Я И ЛЭ

1—11—1 со ело -

сл сл —

1—1

сл аз-о

лэ

4». лэлэ

со

сл

¿о го 1—1

ъ

го

лэ 1 со «О

лэ го

сл <

го

i—i <2

со

лэ

сО

«О лэ

лэ

лэ

сл лэ

со

ЛЭ

со со

ГО

СТ5

со

(к

со

со сп

нн

оосо -Ji.cn лэлэ

СТЛ-н Го

00 лэ

00

о

слст> со СОСО со ЛЭ1-1

со о

лэ

о» со

щ

I

<3 о

СП

СО

.СЯ «о

си

сл

.ся

лэ

са

СЛ

со

сл

в

X

н лэ

лэ

р

£ 1—1

о

ЛЬ. СЛ

£ лэ

-а

СО

й3 1—1 о

со <2

я

ы го

1—1

лэ

й»

сл

1-1 ^

1-1 ЛЭ

о

г?

i—i

о

8

1—1

лэ

сл

1—1 ^

со о

я

Н-1

лэ

ТЗ 1

сл о

1—1

со

Т) 1

8

ЛЭ

о

Т)

сл

о

лэ 00

К

тз

I

1—1 о о

У1 лэ

<2

о

о

лэ

•т) 42

о

со

со

Нижне-Тагильский металлургический комбинат (НТМК) Ждановский завод им. "Ильича" н

в а я ял я яда да ¡в ф-о Ячз о х о ►э Ч я о св но ю «Я О в К X Й И ^.ы ® Н» ЦПС двор изложниц №2 ! го

1953 й- 1956 со

Л». со о со 1—1 СЛ

рй РоЯ -Ь ГО "4 СЛ я - и •• ГО нн 1—1СО 1-1 го СЛ» СЛ -ЛЭ 1-1 л я сл СЛ

1—1 о

го лэ 1-4 н <о

го

го го о>

90,91 92 95,96

О! 0>1—1 го Нф го 00

СО МГО О СТ5СТ1 £ ^ СТ> О Со сл^ оо голо мю

со оэн" ого н н>Г о гон м <—11—1 §§ 1—11—1 со

н О сого 1&. мл НМ НГО 1-Н о

Р-43 Р-50 I О н 1—1

Приложение П

АВТОРСКОЕ СЕИда^ЕЛЬСТВО НА СРП-Х И ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ИНОЕ

е/У?

На основании полномочий, предоставленных Правительством СССР,

Государственный комитет СССР. по делам изобретений и открытий

выдал настоящее авторское свидетельство на изобретение: "Регистратор перемещений"

Автор (шпоры): 0текш Сергей Павлович,'Камбаров Виктор Иванович, Сйоробогатов Павел. Иванович и Нырков Алейсандр Иванович

Заявитель: ЧЕЛНБШЖИЙ ПОДШЕКНШЕСКИЙ ШСТИГУТ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

ч. Заявка №

3366564 Приоритет изобретения 17декабря 198'

1

"Г

Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР

Ч-ч ■ гСчЬ>

22 февраля 198а-.

? Действие авторского свидетельства распространяется на всю территорию Союза ССР.

^ /л

Председатель Комитета ул^ил /

у

Начальник опъде

МПФ Гознака. 1979. Зак. 79-3083.

союз советсних

социалистических

республин

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ссср ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И открытий

<1®

SU„, 1024721

SCSI)

G 01 D 9/00; G 01 D 15/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

(21) 3366564/18-10

(22) 17.12.81

(46) 23.06.83. Б юл. № 23

(72) С. П. Отвкин, В. И. Камберов, П. И, Скоробогатов и А. И. Нырков (71) Челябинский политехнический . бнститут им. Ленинского комсомола

(53) 53.087.6(088.8)

(56) 1, Авторское свидетельство СССР № 112315, кл. 01 Г 9/00,1957.

2. Авторское свиаетельство СССР № 127046, кл. в, 01 В 15/24, 1959 (прототип).

(54) (57) РЕГИСТРАТОР ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий привод, лентопротяжный

'механизм в,виде ведущего, отводящего

и приемного валиков, протягивающее устройство, посредством [Которого ведущий валик соединен с приводом, и каретку с пером, установленную на ходовом валу, соединенном с приводом, отличающийся тем, что, с целью увеличения объема регистрируемой информации при сокращении расхода носителя, протягивающее устройство выполнено в виде подпружиненного зубчатого толкателя н двух взаимодействующих друг с другом зубчатых колес, одно из которых закреплено на ходовом винте, а другое установлено на нем посредством поворотного коромысла с возможностью взаимодействия с зубчатым толкателем, соединенным через храповой механизм с" ведущим валиком лентопротяжного механизма.

1чЭ

199

Ю24721

)об[«течие относится к приборострое— и может быть использовано для ре-рации перемещений Мостовых кранов яовиях непрерывного производства, имер металлургического. Ьвестен регистратор перемещений, ¡жащий лентопротяжный механизм, ¡лненный' в вице барабана с ленточ— носителем записи, электропривод гопротяжного механизма и механизм ¡метения пишущего элемента, выполняй в виде каретки с пером, установил на винтовом: валу, электропривод »мешения каретки, связанный с вин-ым валом через понижающий редук—:

М .

I этой конструкции используется энер-вспомогател ьных источников — элек-виергия. Наличие же электрической [ и ее элементов,, а также непреры&-лентопротя'жка существенно затрудня— эксплуатацию регистратора, что особенно-;елатепьно при регистрации перемеще-мостовых кранов, включенных в техно— ический процесс в условиях непрерыв-о производства', например металлурги— :кого, так как такая эксплуатация Вана с необходимостью остановки мое— йго крана для монтажа узлов регист— гора, монтажа электрической сети и ее ¡ментов, а также необходимостью стой замены носителя записи в процес— регистрации..

Наиболее близким к предлагаемому технической сущности и достигаемому зультату является регистратор перемеше-I, содержащий привод, лентопротяжный канизм в вице ведущего, отводящего приемного валиков, протягивающее уст-йство, посредством которого ведущий лик соединен, с приводом, к каретку пером, установленную на ходовом валу, ¡единенном с приводом [2] . Недостатками этого устройства являют-

ликов, протягивающее устройство, посредством которого ведущий валик соединен с приводом, и каретку с перо», установленную на ходовом валу, соеци— 5 ненным с приводом, протягивающее устройство выполнено в вице подпружиненного зубчатого толкателя и двух взаимодействующих друг с другом зубчатых колес, одно из которых закреплено на хо-10 довом винте, а другое установлено на том . же валу с помощью поворотного коромысла с возможностью взаимодействия с толкателем., связанным через Храповой механизм с ведущим валиком лентопротяж-15 ного механизма.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема самопишущего регистратора! на фиг. 2 — расположение самопишущего регистратора на мостовом кране. 2о Самопишущий регистратор содержит корпус 1, смонтированные в корпусе каретку 2 с пером 3, установленную на ходовом винте 4, валики 5 - 7 с ленточным носителем 8 записи, протягивающее 25 устройство 9. Рулон 10 с ленточным носителем 8 записи заправляется на отдающем барабане 7, конец ленты 8 перебрасывается через верхний ведущий, барабан 5 и. закрепляется на приемном бара-30 бане 6, на который и перематывается лента в процессе работы.

Привод 11 включает в себя колесо 12, ось 13 которого^ связана с винтовым валом 4 через червячную пару 13 гибким 35 валиком 14. Ось 13 колеса установлена в вилке 15, подпружиненной, пружиной 16, конец 17 которой установлен в штанге 18, снабженной элементами 19 крепления к мостовому крану.

40

Протягивающее устройство 9 выполнено в виде подпружиненного толкателя 20 с зубчатым сектором 21, установленного в направляющих 22, На толкате—

ограниченный объем регистрации инфор- ле 20 шарнирно закреплена собачка 23

мши, большой расход носителя, а также ¡удобство эксплуатации, обусловленное шичием электроприводов и элементов лектрической сети, затруцня кто их использование устройства при записи перемеше— Л подвижных объектов, например, моемых Кранов;: • J Цепью изобретения является увеличе— т объема регистрируемой информации ри сокращении расхода носителя.

Эта цель достигается тем, что в »гистраторе перемещений, содеркащем |ривод, лентопротяжный механизм в виде щущего, отвоаяшегд и приемного ва—

50

55

для зацепления с храповым колесом 2 4, установленным на валу барабана 5. Тол- . катель 20 связан с ходовым винтом 4 посредством зубчатой передачи 25, состо-у яшей из двух шестерен 26 и 27, одна А из которых 26 (ведущая) установлена на ' ходовом винте 4, а вторая 27 (ведомая) для зацепления с зубчатым сектором 21 толкателя 20 установлена на оси П-об-разного коромысла 28, шариирго закрепленного на ходовом винте 4. Круговое вращение П-образного коромысла 28 и шестерни 27 ограничивается ограничителем 29.

1024721

Для осуществления регистрации перемещений мостового крана на нем монтируют самопишущий регистратор. Корпус 1 устанавливают на мостовом кране, например, с помощьр присосок. При этом колесо 12 преобразователя 11 устанавливается так, чтобы обеспечивался плотный контакт с -поверхностью подкранового пути или колёса крана и прикрепляют штангу 18 с помощью элементов 19 крепления к мостовому крану.

При движении мостового крана колесо 12, вращаясь, передает вращение через гибкую связь 14 ходовому винту 4, по резьбе которого начинает перемещаться каретка 2 с пишущим элементом 3, который осуществляет запись перемещений на ленточном носителе 8 записи.

Запись осуществляется на неподвижной ленте. При смене направления движения мостового крана колесо 12 преобразователя 11 меняет направление вращения, соответственно меняется направление вращения ходового винта 4. При этом шестерня 27, установленная'на оси коромысла 28, входит в зацепление с зуб-

чатым сектором 21 толкателя 20, проходя через нижний участок своей траектории, отжимает его вниз и проходит дальше до ограничителя 29. Толкатель 20 .с собачкой 23, опускаясь, проворачивает на один шаг храповое колесо 24 верхнего барабана 5, происходит протяжка ленточного носителя 8 записи на один шаг, после чего пружина 3<у возвращает -толкатель в исходное положение.

Перо 3 при изменении направления вращения ходового винта 4 осуществляет запись в обратном направлении, от^ стояшую от первоначальной на один шаг. '

При остановке мостового крана прекращается вращение колеса 12 преобразователя 11 и соответственно прекращается вращение ходового винта 4 и перемещение пера 3.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет уве-т-личить объем регистрируемой информации и удобство эксплуатации за счет упрощения монтажа регистратора, сокра— 25 шения расхода носителя" записи при увеличении времени непрерывной регистрации.

10

15

20

Фиг.1

1024721

77777777777777777777777777777777777777777777777777777777> Фт1

Репактор Т." Кугрышева

Составитель Н. Милехин

Техред С.Мигу нова Корректор О. Билак

Заказ 4377/35 . Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ■, по делам изобретений и открытий

.' 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП Патент', г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Приложение Ш

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО СТШППЕРНОМУ ОТДЕЛЕНИЮ * 2 ЧМК

оси колонн

Полигон частот нагружения конструкции при производстве единичного объема продукции

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

оси

КОЛОНН

характеристики частот, включенные в объединенную выборку

Рис. П.3.3

Таблица П.3.1

Проверка нормальности распределения частот по критерию X Пирсона ОС - 146,659 2>х- 39,088 /7 * 144

№ интервалов Границы интервалов Координаты границ интервалов в долях относительно Нормированная функция Лапласа Оценка вероятности попадания в интервал Рг^УШ] Оценка математического ожидания т-пр1

ОС; »■ч» — ос гу ~ ОС ¿4.Г ¿ос

I 38,0 57,7 -СО -2,28 -0,5 0,011 1,584-2,0

2 57,7 77,4 -2,28 -1,77 -0,489 0,027 3,888=4,0

3 77,4 97,1 -1,77 -1,27 -0,462 0,064 9,216*9,0

4 97,1 116,8 -1,27 -0,76 -0,398 0,122 17,568*17,0

5 116,8 136,5 -0,76 -0,26 -0,276 0,173 24,912*25,0

6 136,5 156,2 -0,26 +0,24 -0,103 0,198 28,512*28,0

7 156,2 175,9 +0,24 0,74 +0,095 0,175 25,20*25,0

8 175,9 195,6 0,74 1,25 0,270 0,124 17,856*18,0

9 195,6 215,3 1,25 1,76 0,394 0,067 9,648^10,0

10 215,3 235,0 1,76 + Оо +0,461 0,039 5,616*6,0

Таблица П.3.2

№ интервалов Эмперические частоты П: Теоретические частоты п: Взвешенные квадраты уклонений (п;-п1)2 т а П; п;

I 4 2 2 8

2 I 4 2,25 0,25

3 10 9 0,11 11,11

4 15 17 0,24 13,23

5 27 25 0,16 29,16

6 29 28 0,035 30,04

7 20 25 I 16

8 26 18 3,55 37,555

9 6 10 1,6 3,6

10 6 б 0 6

Контроль: £1.[п?/п!)1-п = ¿£4,945-¿44-¿0,945;

¿4,1 094Г; XI > Г';

Следовательно закон распределения - нормальный

Проверка случайности расхождения мат.ожидания и дисперсий по критериям tu. &,

- ■}1пгпг(п1+пг-~гГ. r s!L

Таблица П.3.3

..... sí jMof.jriviAí s//4

I 7-8 157,22 1119,44 6,027 26,08 185,74

2 8-9 184,44 1428,52 5,677 32,49 251,63

3 9-10 144,75 1992,21 5,542 26,12 359,47

4 IO-II 163,44 311,02 5,381 30,37 57,80

5 11-12 172,44 1000,27 6,486 26,59 154,22

6 12-13 161,77 530,44 6,012 26,91 88,24

7 13-14 160,88 558,86 5,892 27,30 94,85

8 14-15 133,88 2475,36 5,504 24,32 449,74

9 15-16 156,22 1900,19 5,902 26,47 321,96

10 16-17 148,55 575,52 5,644 26,32 101,97

II 17-18 169,88 2284,86 5,637 30,14 405,33

12 18-19 150,66 371,25 5,803 25,96 63,98

^=158,68

i = 3Z&-24M

2534,93=Z S г

= on

r W, 74 .

&=Qlt<-C>2S=Gr<

Программа П.3.1 Расчеты нормированной автокорреляционной функции

п-4

N = л/'S, -^

1 = 4

I

Ш Ш fl C62.) ,X (63.),R C61,2Q) ,L CiO), P (iQ),5 СЧ0) 20 КИ \ C--0 50 FOR 1-0 то 61 40 INPUT X Ш 45 NU1 1 50 FOR 1=0 то ^ SO C-COCtt) 65 NEXT I 70 Z-C/61 SO FOR Ь0 то 61 go flCD^Xd) -z 95 NEXT I 100 FOR 3=0 TO % Ш PO)«Q\\UCD)-0 Ж МШ 0 H5 1 = 0

Ц0 I=1\V'H\H+V\H\3=M

150 R(I,a)-X(K)-Z\PC3)-PC3) + (ft(I,3ra)

<55 1=Ы \

440 IF K-6^0 GO то ^60 ■150 IF I-6U = 0 CO то 450 HO M-M

170 IF tVIO^O CO то 115 UO M-0 \M цц N = U5

UT

190 If I-lU=0 СО то W

100 зом \ M

m If СО то \1Ч

ââo D--0

й 2.5 / SQR (P(3)^(3))

азо PRINT M

ацо

m If 3-^ = 0 СО то

aso END

S' копичестьо чмсеп

ъ- cpgfiwse. (Д)

Ç- шла ( (и-»О

P-Y (Xufi -Л')2

ÍM

«-г» _ л

S -1 №i-oc f

Ы

fl= Y {CC¿

Таблица П.3.4

ÍM = -oc(ï) m)

19,83 31,83 29,08 25,75 21,17 18,83 26 i 0,041

29,50 31,50 22,33 19,33 18,75 20,75 29,92 0,247 0,087

18,92 20,25 31,17 21,42 21,25 17,17 30,83 0,136 0,0085

26,67 20,33 21,25 22,17 19,42 27,58 17,5 -0,084 0,0001

25,33 18,58 23,92 24,83 20,42 28,92 25 -0,273 ■0,139

25,25 21,33 27,08 33,42 22,92 22,33 24,17 -0,173 •0,060

33,17 22,25 35,17 28,33 22,83 24,58 21 -0,029 0,048

32,17 29,75 27,92 25,17 25,33 20,75 30,92 0,064 0,032

27,33 27,67 26,17 23,92 29,33 24,92 0,124

Приложение IУ

ЛРОГРАМШ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УС^АЛХ^И БАЛОК

an >4-66¿r 9361 i-lb x >

<<Hauj»u>>

Программа П.4.1

Программа расчета блока действующих напряжений и предельной амплитуды главных нормальных напряжений.

1 ю бю

гыг

'I «2 г

а3 б} б.

аг б?

j-10 z

J-12 а б j-15 с кО I

1 программа 167

2 Введем во Se 3l й

oe а

3 goffc с им

4 введем Cj

5 вычислим as-lUL'OíCj/aj)

ó Вычислим e.-0,lti674!»Cj/6r-ü/jG25506 7 вставим

а вычисли« >o-(a2óa{0f5as)+ai6l(ü^at+aa)+ao6o(a2+al+0,5ao))/

(«o^o+aiój+ajój)

i вычислим > (а Н50)_>0

10 Вычислим xo,óoaoV12+aoóo(>l4j,5ao)8-(-óiaivi2+a1ó1{0,5a1+ao-

> 1)2+б2а2з/12+аайа(>о-0,5аа)г

*1 = аойо (i 1-U ,5ао)

11 вычислим H-55á4/U3+aik) '

12 долетим h«I

13 вычислим в»0,5(б4-и)-иа?

14 если б<0 идти к 17

15 вставим ием+1

16 идти к 13

17 вычислим д-(и-о,5)а7

1В если S%-g-63<ü идти к 22

19 вычислим > а-а5(а3д(5*-д)/б4+а*д(04~д-5.,)/04)

20 вычислим >s-a5{{a3(64-g)+a4{64-g-63))/64)

21 UgnU к 33

22 долетим »mi

23 вычислим л-U ,5S4/a7

24 если л-н>0 идти к 2tí

25 если л-н«0 идти к 30

26 Вычислим д«0,9б4

27 uflmu к 31

2fe вставим м«н+1

гч иа 'u к 24

30 вычислим д=(н-о,5)а7

31 вычислим > 2=а3азЗ{б4~д)/54

32 вычислим >

33 вычислим ха»>2(>,-aoJ/Xo

34 вычислим 3х,/Хобi

35 вычислим {50во■»/12+6з)/бt

36 вычислим >*«3»25( ехр( тр)/з)

37 вычислим x*=a5a56é/>

3S вычислим х5=а3а52в/(1 »5*538,( ехэ( 1 n(60ao/s t í) А) (4 ,2-0,17 »г(б0а0/б1+( ехэ( 1 п(*)/3)))*

39 вычислим is^OUÜuOa^Sj/Üíiílai

4Ü вычислим хТ«=(0 /1Х4+О »5> »9 ^(х а2+4 (0 )))

41 вычислим хв«х2+*з з

42 вычислим > 7» •г(хаа+х9г-хвх9+3х10а)

43 вычислим г0г ^Ц (хв-х(>)/2)2+х 10г)

44 вычислим z1«íxe+x9)/2+z0 z г-{xe+x9)/2~z0 iie"Z,/lU

45 печатаем с 3 знаками >1в

46 если j-n^j идти к 4

47 вычислим ze«*i/2u ze«za/2u zI0-x2/lU см примеч 4

65(п 2U12 ш Па

71 вычислим i 15=z а/z t xt

72 Вычислим >!Т= 15)а+> 13а+1)

73 Вычислим х,в-{>,1{1->,4х15х1^}>в/{>1Г+х|ах,4))

74 печатаем с 3 ^маками *1в

75 Вставим к«=к+1

76 если к-1<и идти к 59

77 интервал 3 7а идти к 1

215

Програм -Г П.4

i-151 t х

ицири>_,

i ^15 г Р Ь у а

1 программа 150

2 ВВедем с и га а, а4 В

3 допасшим к=В J=Q

4 ВстаВим j=j+l

5 ВВсдсм гj Oj

6 eC/iu j-K<0 идти к h,

7 доrt cinuM j=0 McO ,99 бспцВим

9 Вычислим M—M+0 ,0l ti = M а,ь=г0 /ti

10 дог&сяим J=0 s=0 f=ij ч-О "=U И ВстаВим j=j+l

12 если (2j/zo-0 ,5/ti) -0 идти к 16

13 Вычислим ЛгЛ+Oj 4=4+1 если 1-1>0 ид -и к 16

15 если j-1=0 идти к If

16 если (z j -a t 5 ) " "nrriu к Ш

17 Вычислим gj=oj< eipe l"(zj/z0)) Г=Г+Ыл если j—к О идти к 11

19 у О С.пим j=0 гьч 2и BCiriaBuM j=j+l

21 Вычислим Pj^(zj/z0) (Oj/л) s=s+pj

22 если J-П -О ид и к 2С

23 Вычислим > «(t-is-0 ,5)/ iti—0 ,5) 2м Вычи слим ехре tntj))

25 спросим

26 если j—151-0 идти к о

27 ими cpBa/i 1

Программа расчета в-оричной

КрКВОЙ уС-ГЛОСИ

'¿Ь Ввеу ем а, ,

29 Вычислим 1са,/И эЬ догф с им

31 Вставим 5=5+1

32 Вычислим

33 если а9 <0 идти к 31

34 вставим 5=5-1

35 Вычислим а,0 = ц-1

■36 если (а9-а1О)>0 идти к За 37 Вставим 5=5+1

30 интервал 1

39 программа 172

печатаем с 3 Знаками I х,

41 Вычислим

42 Вычислим е=г0/2а,,

43 уогфс.чим 5=0

44 Вставим 5=5+1

45 Вычислим г»! а^^-е

46 если а,2 0 идти к 44

47 вставим 5= 5-1

40 Вычислим а1г = е-1:1

49 если (а12-а13)>0 иути к 51

51) Вставим 5=}+1

51 интервал 1

52 Программа ЦЧ5

\

53 печатаем с 3 Знаками ^ х5

54 Вычислим »

55 уол& с.лим ¿=0 и

56 Вставим ¿=¿+1

57 Вычислим o^suj, (г j-zo-

5о Вычислим ьыы+р^

если j-«<<J uymu к 56

6U Вычислим ч1«ы/(гоз)г

61 Вычислим ш=(1-и)/( /"((U Дби)г+п))

62 интервал 1

6? программа 11UÜ

64 печатаем с ;} Знаками ш

65 инпорВал }

66 ид и к исполним 1

218 Программа П.4.2.

ап ^-¿,-66ог 9JÔ4 < *<-upu>

1-2 о

1 программа 100

2 gorO стим м = 1

3 б бед см mou Программа расчо-а вороя-ноа-н-.:х , .. • характеристик ресурса и долго-

4 ВВедсн t I. ы. ^

вечноси балок

5 Вычислим а=((1-«/г)/ш)»-(С .lâ^/t)*

6 Вычислим s^(U ,16а+а)

7 вычислим ¿>,=-1 ,65 б2=1 ,65 5 доГЬ сшим 1

^ Вычислим } = lgx+6js Ю бычислим и= ехр) t "10

11 Вычислим л=5000000"/с н=5«

12 печатаем с 5 }«акцми et п 1} Вставим

если идти к ^

15 интерВа'1 1

16 Вставим м=м+1

17 если м-2=0 идти к Ц le иыперба'1 3

19 идти к 1 исполним i

\ i

Приложение У

МАТЕРИАЛЫ Ш ВНЕДРЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Госстрой СССР

Государственный проектный и научно-исслед овательский институт „Укркиипроектстальконструкция"

252160, Кие в-160 ГСП пр. Освободителей, 1 Для телеграмм: Киев-192 „Башня" Телетайп- 13150/, Телефон 517-07-47 ['/с ^13401321 в 1'адннском отделении Стройбанка

' '' • 2 / 7 г /, ,, -

___________ . .№

Проректору по ниучной работе Челябинского политехнического института

тов. Гриненко H.H.

Kit fi<'

iL . /

На v„ 55-112-6999 . _ " 55-10-1958

or3I.12.86 "30.03¿87

/

{J%h

fclc

О

Направленные Вами, в соответствии с нашим запросом (исх.£5518/40ВГ от 25.Х1-86), материалы по определению ресурса и долговечности сварных подкрановых балок (авторы Камбаров В.И. и Шишов К.А.), в которых использованы результаты диссертационной работы т.Камбарова В.И. по исследованию спектров и частоты крановых нагрузок и действительного ресурса подкрановых балок в эксплуатации, включены в первую редакцию "Пособия по проектированию усиления металлических конструкций /к главе 20 СНиП П-23-81/.

Главный инкенер института, д.т.н.

В.Н.Гордеев

\

Исп.Пеоельмутер A.B. 51*7-27-10

<

2Z1

Госстрой СССР

Государственной проектный и научно-исследовательский институт У Д Р u И у, п Р 0 li К Т С Т а л ¿КОНСТРУКЦИЯ

ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАН® УСИЛЕНИЯ "■ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ'

(К РАЗДЕЛУ 20 ГЛАШ-CIMI П-23-81)

Утверждено приказом директора института "Укрниипроектстальконструкцкя" .V» 65 от 22„ХД987г

Киев,1988 г.

УДК 69.059.4: 725.4 . •

Пособие предназначено для инженерно-технических работников проектных организаций, высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов и содержит указания по проектированию усиления элементов стальных конструкций зданий и сооружений путем увеличения сечений, изменения конструктивной схемы и предварительного напряжения. Рассмотрены вопросы, связанные с предпроектными обследованиями усиливаемых конструкций, технологией производства работ по усилению, изменением условий эксплуатации конструкций.

Пособие разработано институтом Укрниипроектстальконструкция Госстроя СССР (к.т.н.Перельмутер A.B., к.т.н.Барский В.Б.,к.т.н. Борисенко IG.С., к.т.н.Лимаренко В.А.,, к.т.н.Харин А.Н.) при участии институтов:

ЦНИИпроектстальконструкция им.Мельникова Госстроя СССР (к.т.н. Левитанский И.В,»к.т.н.Кудишин В.И.,к.т.'н,Гладштейн Л.И.,к.т.н. Порядин А,В. ,инж.Дмитриев О.Н., инж.Эсаулов И.О.);

ЦНЙИСК им.Кучеренко Госстроя СССР.(д.т.н.Трофимов В.И.,к.т.н. Вельский Г.Е.,к.т.н.Гильденгорн Л.А.);

ШСИ им.Куйбышева Кинвуза СССР (д.т.н.Беленя S.И.,к.т.н.Уваров Б.Ю.,к.т.н.Валь В.Н.,к.т.н.Окулов П.Д.);

Днепрпроектстальконструкция Госстроя СССР (инж.Трапер М.Б.);

ЛеНпроектстальконструкция Госстроя СССР (инж.Зекпер P.C.);

Сибпроектстальконструкпия Госстроя СССР (к.т.н.Конаков А.И.); \

ЛИСИ Минвуза РСФСР (к.т.н.Белый Г.И. ,к.т»н.Ребров Л1.С.).; .

■ МакИСИ Минвуза УССР (к.т.Н.Горохов Е.В. ,к.т.н.Рухович М.Р.)'»

ДИСИ Минвуза УССР (д.т.н.Сильвестров A.B.,к.т.н.Сургучев В.Д.)

ШСИ Минвуза РСФСР (д.т.н.Бирюлев В.В.,к..т.н.Крылов 'И.И. , . , к.т.н.Репин А.П.,инж.Чумаков В.А.); ■' .

ЧПИ Минвуза РСФСР (к.т.н.Щишов Ц.Л. ,инж.Каыбаров В.И., к.т.н.Сабуров В.Ф.);

Львов ПИ Минвуза УССР (к.т.н.Вельский М.Р.);

Липецкий ГШ Минвуза РСФСР (д.т.н.Горев В.Б.»к.т.н.Пути-лин В.М.,к.т.н.Бабкин В.И.,инж.Зверев В.В.);

ПолтЙСИ Минвуза УССР (инж.Пашикский В.В.);

ЯГУ Минвуза РСФСР (к.т.н.Филиппов В.В.);

СЗО Энергосетьпроект Минэнерго СССР (к.т.н.Крюков К.П., инж.Колбанев E.H.);

Текст пособия отредактирован А.В.Перельмутером, Б.Ю.Уваровым, В.Я.Балем, В.В.Горевым, й.С.Ребровым, Г.И.Белым, А.Л.Ха-.риным.

Рекомендовано к изданию решением научно-технического совета Укрниилроектстальконструкция.

СОГЛАСОВАНО А |1Р

Проректор ЧШ ро шф^^ЩЛ ñ Шк организации

АКТ ВНВДРШИЯ результатов нчучно-исследовательских, ^ опытно-конструкторских и технологических работ

•каэчик НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ ШАЛЖРГШЕСКИЙ КОМБИНАТ

------- ^ -01а^й5ван!5е''о№ШцииТ----

»стоящим актом подтверждается» что результаты работы исследование дама эксплуатации ж ресурса сварных подкрановых""бал0к' в " "" - - - - Тн^имейоваТше felbf f Toe.регистрации Г ------- - - -

рхах ШЖ

'«» «в* м" MF MV яа* ««* -я* аа* м ляшч шли ш*» <ша/ —^ —м —^ —ш

»оимостью сорок тнсяч рублей тыс.руб.

иподняемой СИ.01.84г.-30,12.85г.

Тсроки"выполненияУ "* '

недрены на Нижнетагильском металлтргжчеоком комбинате

Тн1имейо1а1и1 предприятия»"те^осуществлялрсь внедреТшЗГ "* "

, Вид внедренных результатов установлены подкрановые .балки повышен-

ТчЯсЕ^а^ация Т5здеЪя/""р8б5ты,"''гехно- -

§ной эксплуатационной надежности из шрокополочиого прокатного оЫПТ ЕрТэиЗврцетва"' (Изделий ,~рШгы ГтШЯолоТиТ! ---------

:двутавра

I" - - - - - %йкци^н1!ров1?нйе*" (е йет&Л - -- -- -- -- -- -- -- -Характе£исвд шдаба^вне.дрения^ йзготоа^на^^тшювле^а _ ^ партия конструкций объемом 400т

----'(унШ&ЛК; ЪдинШоЪГгшрШГ - ^йсео1о1ГсерШаеГ

3. Форма внедрения}

Методике (метод) _ _ „ _______

ж

РИ

4» Новизна резулетатоз^на^чно-исследовательских работ ^аз^бо^ана,

«алок с у^ето^О Тпришдепиально ноше, качественно новые» модифйиоции, модернизация

требуемой долговечности старых разработок)

5. Опытно-промышленная проверка Сопротивление усталости щрокощ

Туказать"ном'§р""и'"даау

двутавров проверено в Пензенском ИСК (¡а!

исВьгаайиЙ,"наименование прецпрйятия ,"*пе рио ц)" -

6. Внедрены:

- в промышленное производство . ■ ^

- в проектные работы " ___. _ ^ „

"""" "(указать Объект, предприятие) у1р*

*«* «■» «•»* «и» —от» в»» «Ж» ■»•> й-»« «•« «•*> „40» «к ■*< м« ^ *■*> «и" «ив

7. Годовой экономический эффект

ожидаемый составит 111,5 тыс. руб.

- - ~ - Хо? ^нед^ейи! 15 .Т5ро#г7~ ~ - - - ~ - -

фактический _ ___.__, _ ^__________„тые.руб.

в том числе долевое участие ЧПЙ

90$ 100,35(сто тысяч триста пятьдесят) ««с тл ---------Т^Г ци<5рамй 5 1рМсМ ---------* **

8. Удельная экономическая эффективность внедренных результатов__________ ^руб./руб,'^

9. Объем внедрения _ _ .„ ______■ -

«то составляет _______________ % от объема внедрения, й>у

положенного в основу расчета гарантированного экономического эффекта

г

I. Социальный и научно-технический эффект__

ТоэсрЗна УкМайцеГс^Т ЯеЙрТ 1? ЩоМ«Гу5яМГ

¡уда ,'совершенствование"структу^^управле11ий н^ескиз? Г

а%8влеТт^,^сНеГ^альнйе"наз!5ачв15йя I т.5. ••'-*---«' - - - •

* г

римечание. Настоящий акт внедрении заверяется гербовой печатью со стороны Заказчика и со стороны Исполнителя.

1 рнлохение: I. Расчет фактического (ожидаемого от внедрения в проект) годового экономического эффекта» подписанный начальником планового отдела (начальником технико-экономического отдела для НИМ), технического отдел«» гл.бухгалтером (для расчетов фактического эффекта) и заверенный гербовой печатью.

2» Справка о социальном эффекте, подписанная начальником

технического отдела» начальником планового отдела, заверенная гербовой печатью

еа

"уководитель ШР

8 Р {: 8 ! ! !.-р

От да

ам.проректора по НИР

О® предприятия

Начальник планового отдела

Гя.бухгалтер

Ответственный ва внедрение

■ /* «•>

+

РАСЧЕТ

годового ожидаемого экономического >: эффекта от внедрения подкрановых

балок повышенной надежности,изготовленных из широкополочного двутавра в колесопрокатном цехе НЗЖ.

1.B соответствии с графиком ремонтов основных агрегатов комбината объем ремонтных работ по восстановлению подкрановых

, балок в цехе за 1985 год составил 250 бригадо-смен.

Стоимость прямых затрат на ремонты при стоимости одной смени 150 руб.,составил:

150 руб/бр.см.х250 бр.см.=37500руб.

2.Стоимость ремонтных затрат с учетом накладных расходов - 55%,плановых накоплений № уральского коэффициента - 1Ь%, зимнего удорожания работ - 3,81$,составил:

37,5т.р.х( 0,55+0,14+0,15+0,0381)+37,6т.р.. =76,064т.р.

3.Стоимость металла израсходованного на ремонты при весе конструкций 372тн/год стоимости 120руб/тн составил:

120руб/твх372тн-год » 44640 руб.

4.Общая стоимость ремонтов подкрановых балок за год соста«-вила: 76,064т.р.+44,64т.р.=¡120,7т.р,

5»Металлоемкость подкрановых балок повышенной надежности на 42$ выше расчитанных по нормам и стоимость перерасходованного металла составляет:

372THXQ,42х120руб/тн=18,75т.р.

6.Гарантированная долговечность балок повышена в 2 раза в сравнении и минимальной их долговечностью составляющей 5 лет и экономия ремонтных затрат в после дующие 5 лет эксплуатации составляет: Х20,7т,р,х5лет=600,35т.р.

7«Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения балок I повышенной надежности с учетом затрат перерасхода металла и затрат на проведение исследования составит: (600,35т.р.-18,7т.р.):5лет-(40т.рох0,12)=111,5т.р.

Расчет составил ст.н.с. /f? ч\л

ответственный испонител^г^Шг^; "\>1 В.Ж.Камбаров

Расчет проверил:Начальнж Ю.ЯоПахомов

Начальник планового отд^Ш Б.Ф.Васильев

йнсгигуга ■ работе

1983 г.

Р^Х-? 1982. г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ дэучао-адследолагельсйой работы №.. 77/4

Научное обоснование планирования ремонтов подкрановых балок

в цехах ММК

наименование работы

п 4-я августа - 198^г. Комиссия в составет представителей завода ' нач.отдела капремонтов т.с*&ршш1. М.1.. начальник бюро смотрителей

ДОЛЖНОСТЬ, Ф.И.О.

зданий т. Чернов Э.В.

и представителей Челябинского политехнического института" ДПЦ. Шипов К.А., дт.н.с. Камбаров В.И.г института металлургии

кашедра, должность, ф.и.о. УЩ АН СССР м.н.и. Власов В.В.

составила, настоящий.акт -в том, что на заводе металлургическом комбинате_ .

Магнитогорском

..наименование завода

внедрен я технологическая инструация др эксплуатации, ремонту и

наименование"процесса, материала, машины и т.д. прогнозу надежности под!фановых б ял ок

** I. В' процессе"*в'Недрения"*выпол1ены следующие работы: я.) Собраны и проанализированы статические материалы по условиям эксплуатации, срокам и характеру повреждений балок_

б) Исследованы технологические грузопотоки цехов: обжимного №1,2,3;

ЖШ-2у Ш1С. Копрового И.2

в) Проанализировано влияние мероприятий по интенсификации производст-

ва ня- долговечность~ "балок

н1 Ряарябптаня матппикя моделирования грузопотоков и оценки ресурс,д

229 1 балок ______Н

д) Получена область распределения экспиуатационнък отказов ~и ста-) тистические кривые усталости подкрановых балок в виде зави- |

СИМОСТИ = ^ (бор) _;;_ -_|

е) Проведена оценка долговечности акошгуатируищисся в ттехяу номМ ната~~балок_^_^_

Оделан прогноз долговечнопти и нядежнопти аур.п.ттуатируптциуг'.я в

настоящее время в ттеуаг упм6нняфя бяппи

2.Технико-экономические показатели внедрения: -•_-В результате проведенного ир.гледоВания на Шибинате-внепреня тв

до эксплуатации подкрановых- балок и одрлгя

прогноз иX долговечности, что позволило сущептвянно'-апкратитк я»т.

ратн на малоя^ективнме ^еиущие ремонты бадпи в ттеуатг кпмбмнятя

Этгяномжгег>т?ий я^фект от внедрения дянмиу марттриятий полнадпаап.

Т98;4 тис, .руб. в гпп

3. Предложения о дальнейшем внедрении и др;замечания: _

Планируется провести исследование ресурса сварных балок в ряде цехов комбината._- -

Представители ЧПИ, УЯЦ Представители зазода:

Примечание: а приложенном к акту внедрения расче!геГ эМАщигЧеского

эффекта необходимо указать за счет чего получен экономический эффект (снижение трудозатрат, экономия электроэнергии, металла, топлива, стройматериалов и др.) как в абсолютных показателях, так и в денежном выражении.

ЧПИ. Заказ Я 1248.

РАСЧЕТ экономического эффекта при организации ремонтов на основе данных прогноза усталостных отказов подкрановых балок

1. Ежегодные затраты на ремонты подкрановых балок и рельс согласно титульным спискам на капремонты за последние 3-5 лег в средьем составляют 500 тыс.рублей (приложение I).

2. Ремонты подкрановых конструкций и рельс, выполняемые по сметам на текущие ремонты промзданий и оборудования составляют до 30% от объема затрат на капремонты балок (приложение П)

500 тыс.руб. х 0,3 = 150 тыс.руб.

3. Итого ежегодный объем ремонтно-восстановительных работ по подкрановым путям составляет в среднем

500 г.р. + 150 т.р. = 650 тыс.руб.

4. Из них, по данным за последние 5 лет, расходуется на ремонты, связанные с заменой балок на новые (объем заменяемых балок 750 тн/год по 212 руб/тн - НТО ЧПИ № 77/4)

750 руб/год х 212 руб = 154 тыс.руб.

5. Считая, что 50% затрат на ремонтно-воссгановительные работы связано с заменой рельс, расходы на текущие ремонты балок составляют (©0-354) х 0,5 = 248,0 тыс.руб.

6. Получив данные прогноза сроков исчерпания ресурса балок и обнаружив первые повреждения, службы эксплуатации готовят в течение 1-2 лет новые балки на замену поврежденных. За этот промежуток времени количество поврежденных балок в пролете может достигать 15-20% и требует текущих расходов на поддержание их в нормальном состоянии т.е.

248,0 тыо.руб. х 0,2 = 49,6 тыс.руб.

7. Т.е. расходы на ремонты, связанные с заменой балок остаются без изменений, но их согласно прогноза обоснованно сдвигают по срокам вперед и экономический эффект в связи со значительным сокращением трудозатрат на текущие^ .рдцонты эксплуатируемых балок составляет в год 248,0 - #$,6 = 198,4 тыс.руб.

СОГЛАСОВАНО: ¿= ^

Начальник бюро капремонт»! и смет wQLj^j ПЕТРЕНКО Л.В.

Расчет составил с.н.<\\ л Iii КАМБАРОВ В.И.

m

ВЫПИСКА затрат из титульного списка на капитальный ремонт 1981г.

Наименование работ

!

смет

Стоимость по смете в тыс. руб.

Фактические затраты в тыс. руб.

Мартеновский цех № I

>95 Н/р эстакады шихтового №11219 24,3

двора №13322 80,5

/02 Ремонт подкранового пу- №8121 124,8

ти разливочных и заливоч- №14202 8,4 них кранов

Мартеновский цех №2

742 Здание шихтового двора №14202 4,9

Ремонт п.б. №13245 6,0

№12837 19,5

Копровый цех №1

822 Колоннада 5,6 - замена под- 306

крановых балок №13254 28

№13307 166 №416от

822 Колоннада 2,3,5,6 ремонт№9849 72,3

ж/конструкций с заменой №11017 26,8

п.рельс №11844 20,5

№10866 25,0

Копровый цех № 2

837 Склад холодного чугуна -№7519 28,1

ремонт колон,подкран. №12287 37,0

балок №14493 67,4

Огнеупорное производство

856 В/роподкрановых путей и №9600 105 колон склада продукции

859 К/р здания и подкрановых

путей №9742 30,9

ÁB63 Н/р подкрановых балок №10867 110,0

склада сырья №14449 45,1

Прокатный № 9

) К/р подкрановых путей тормозного

настила,подкрановых балок, №10217 137,1 стен, фонарей №13665 1,1

18,4 22,4

17,7 23,1

243.4

80.4

42.5

71,9 127,9

177.5

ВЫПИСКа

затрат по сметам на текущие ремонты зданий и оборудования 1978г.

№ 1 зиц.я ; .на, Т 0 | Наименование .Р! работ —-- ( Фактические затраты , в тыс.рублей

' -30 Техремонт стана 250-2 (металл о ко нструкции) 26,9т.р

-47 т/р стана 500 (сн.уо нструкц.мех.оборудо вания) 21,09

'-51 т/р стана 300-2 (м.конструкции) 1,75

-74 т/р стан 500 (м.конструкции) 3,0

-75 т/р блюминга №3 (м.конструкции) 12,96

-76 т/р блюминга №2 (м.конструкции) 14,36

-83 Мартен №1 (м.к.) 39,29т.р.

'-88 29,79

'-89 Мартен №2 (м.к.) 22,66

'-123 Обжимной Ш (м.к) 16,65

»-149 0бж.№3 (м.к) 26,37

'-150 ОбжЖ (м.к) 25,63

Слябинг №1

390 Нагреват.колодцы. Замена №2916-П подкран.балок и рельс №13667 слитновоза

393 Здание слебинга.Замена подкран. балок и рельс

Блюминг №3

|Э50 К/р подкран.путей нагре- №13670

, ват.колодцев №14222

j ЛЩ-2

1096 К/р подкрановых путей К9340

: пролетов %К" ИИЖ" №7929

ЛЩ-4

III42 Ремонт под1фановых путей в пролете агрегатов резки №3100

1272 К/р подкрановых путей №10780

Фасонолитейный цех 1337 К/р подкрановых путей №13671

297.0 0,<э

0,8 62^ 2

27,5 221,8

54,6 0,8

0,7

78.8 96,7

123,3

3,8

19.0

34.9

55.1

t

\\

ПЕРЕНЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Л^ - местный крутящий момент 0 - угол поворота пояса балки У - коэффициент Пуансона /V - число циклов нагружений

/\/Б - базовое число циклов при проведении усталостных испытаний

Ся - предел выносливости стали

- предел выносливости стали при пульсирующем (отнулевом) цикле напряжений

(п, Цпредел выносливости стали по нормальным и касательным > напряжениям при симметричном цикле напряжений

(- предел выносливости сварного образца (шва)

(З^д - предел выносливости натурных деталей и конструкций

(За, - предел выносливости сварного образца (шва) при пульсирующем (отнулевом) цикле напряжений

(5м- предел ограниченной выносливости

¡1$ - эффективный коэффициент концентрации напряжений

/¿5 П-- коэффициенты запаса по нормальным и касательным напря-' 1 жениям

1;< - количество циклов напряжений в одном блоке напряже-~П1 ний

^ - суммарное количество циклов напряжений в одном блоке Д - количество блоков нагружений за период эксплуатации

- период времени, соответствующий продолжительности одного блока нагружения

Щ - коэффициент угла наклона кривой усталости

д/г - число циклов напряжений, соответствующее точке перелома кривой усталости

Д/. - ресурс, соответствующий накопленному числу циклов напря-'7 жении до появления трещин

(). - вес груза на крюке

¡7/. - общий вес транспортируемых грузов ^ вида

7*- срок эксплуатации конструкций

М - расчетный модуль произведенной продукции (единичный объем)

и - перечень основных и вспомогательных транспортных опера-^ ций

Ум- количество модульных (единичных) объемов продукции в год

- смещенность траекторий перемещения груза к одному из ря~ (/ дов колонн на расчетном технологическом участке пролета

- ордината линии влияния давлений катков крана

¿г- перемещение тележки по мосту крана

(л? (ут собственный вес крана и его частей - моста, ' ' ' грузоподъемной тележки, навесного грузозахватного оборудования (магнит, грейфер и т.п.)

$ - количество катков на концевой балке моста крана

^ - давление катков крана

I - частота проездов крана при транспортировании грузов 1 Ц вида 0

£ - частота проездов крана при производстве модульного (еди--М"Р ничного) объема продукции

I - частота местных нагружений при производстве модульного ^ объема продукции

^ - частота проездов крана в сутки

| - частота местных нагружений в сутки

грузоподъемность мостового крана

Ор- средний вес транспортируемых грузов

/1 - коэффициент крановой нагрузки, характеризующий понижение Пт давлений, вызванное технологическими факторами

1 - количество подъемов грузов на расчетном технологическом 1гР участке пролета

Ум Ч " годовой объем и доля продукции, произведенной и перемещаемой на расчетном технологическом участке

ор - показатель организации грузопотоков в цехах с различны-^ ми технологическими переделами

г{ - коэффициент относительной плотности размещения оборудования в пролетах нагревательных колодцев

В - коэффициент обратных перебросок грузов в распределитель* ных пролетах (адьюстажах)

■¿с - длина состава поступающего в пролет

у^ - протяженность технологического участка (шаг размещения 3 нагревательных колодцев)

поперечный габарит мостового крана

и - среднесуточный объем производства продукции на расчет-Щг ном технологическом участке

- объем грузов перебрасываемых в обратном направлении для дальнейшей обработки

71 - время эксплуатации балок до образования усталостных тре-

7 ЩИ"

(Э^.- амплитуда главных нормальных напряжений

- предельная амплитуда главных нормальных напряжений

т - количество суточных реализаций, полученных в эксперимен-с те

Ац - количество уровней квантования, включенных в объединен» ную выборку

•у - квантиль доверительной вероятности по распределению Стьюдента

Ч - коэффициент корреляции

^ - индекс корреляции

коэффициент асимметрии цикла напряжений

у - квантель заданной вероятности нормального распределения А случайных величин

пРел'елы текучести и временной прочности стали