Разработка методики прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций с использованием датчиков деформации интегрального типа : на примере мостовых кранов

• Автор: Москвин, Павел Викторович
• Шифр специальности: 05.03.06, 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Анализ основных отказов

металлоконструкций грузоподъемных кранов

1.2. Подходы к оценке остаточного ресурса сварных

металлоконструкций мостовых кранов

1.3. Выбор метода и задачи исследования

2. Экспериментальные основы разработки метода прогнозирования ресурса сварных металлоконструкций
2.1. Выбор материала датчиков деформации интегрального типа и способа оценки накопленного усталостного повреждения

2.2. Тарировка датчиков по появлению первых темных пятен

2.3. Получение тарировочных зависимостей для датчика деформации интегрального типа по кинетике роста темных пятен
2.4. Характеристика датчиков деформации интегрального типа с переменной чувствительностью и способ их получения
3. Методика прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций мостовых кранов
3.1. Выявление опасных мест конструкций
3.2. Диагностика усталости основного металла и сварных соединений
3.2.1. Технология установки датчиков на металлоконструкции крана и снятие с них информации
3.2.2. Технология снятия датчиков с металлоконструкции крана
3.2.3. Обработка информации наработанных датчиков, снятых с металлоконструкции крана в лабораторных условиях
3.3. Вывод математической зависимости для определения
эквивалентных напряжений и чисел циклов
3.3.1. Уравнение кривой усталости

3.3.2. Уравнение тарировочной зависимости, построенной по критерию возникновения на поверхности датчиков первых темных пятен
3.3.3. Уравнение тарировочной зависимости датчиков, реакция которых оценивается по относительной площади «темных пятен»
3.3.4. Математическая зависимость, описывающая для датчика переменной чувствительности изменение его поврежденности на поверхности, не имеющей внешней реакции «темных пятен»
3.4. Разработка математической модели для прогнозирования остаточного ресурса металлоконструкции мостового крана
3.4.1. Модель прогноза остаточного ресурса по основному металлу
3.4.2. Модель прогноза остаточного ресурса металлоконструкций по
сварным соединениям
4. Практическая реализация методики прогнозирования остаточного ресурса сварных металлоконструкций
мостовых кранов
4.1. Исходные данные для расчета остаточного
ресурса сварных металлоконструкций мостового крана
4.2. Апробация метода на кранах
4.3. Оценка работоспособности мостовых кранов, отработавших
нормативный срок службы
Общие выводы
Библиографический список
Приложения

В последние годы вопрос обеспечения безопасной эксплуатации сварных конструкций резко обострился из-за сильной изношенности производственного оборудования и участившихся случаев техногенных аварий и катастроф. В полной мере это относится и к грузоподъемным (кранам) машинам разного назначения, в том числе и к сварным металлоконструкциям мостовых кранов, у которых истек нормативный срок службы [46, 88].
До настоящего времени решение данной проблемы сдерживается отсутствием надежных экспериментальных методов оценки эксплуатационного остаточного ресурса сварных металлоконструкций в результате их усталости.
Опыт эксплуатации подъемно-транспортного оборудования показывает, что к моменту окончания нормативного срока службы у 80% кранов остаточный ресурс металлоконструкций не исчерпан [93-98]. Данное обстоятельство может быть объяснено не только значительным разбросом их долговечности от условий эксплуатации и свойств материала конструкций, но и заниженными расчетами значений нормативного срока службы, если воспринимать последнее как меру ресурса. Следовательно, нормативный срок службы не является предельным значением работоспособности грузоподъемных кранов [69-71]. Поэтому, для обеспечения максимально длительной, надежной и безаварийной работы кранов с истекшим нормативным сроком службы, требуется решение задачи - оценки остаточного ресурса металлоконструкций [7,13-16].
Однако, из-за сложности процессов, происходящих при усталости металлоконструкций, их высокой локальности и трудности выявления в сварных соединениях, данная задача до сих пор не решена.
Цель работы - повышение уровня безопасности эксплуатации сварных металлоконструкций мостовых кранов с истекшим нормативным сроком

Сред. Знач., (Н) Медиана Ст. дев. Область прироста потемнения от 0 до 140
сред. знач., (Н) медиана ст. дев. % площади кол. пикселей
166,59 170 18,92 123,30 129 16,69 8,45 3446
Рис. 22. Результаты оценки повреждаемости
С помощью того же прибора, который был ранее описан при снятии информации о накоплении усталостных повреждений сдатчика переменной чувствительности, снимается информация о накоплении усталостных повреждений с датчика постоянной чувствительности.
Датчик постоянной чувствительности устанавливается на сварных швах металлоконструкции крана. Как только визуально (через микроскоп) обнаружены первые темные пятна на датчике, они сразу фиксируются (производится фотографирование цифровым фотоаппаратом или проецируется через видеокамеру на компьютер). Затем производится наблюдение за состоянием датчиков, фиксируется прирост темных пятен, который характеризует степень накопления усталостных повреждений в металле сварного шва металлоконструкции. Как только количество зафиксированных усталостных повреждений (темных пятен) становится достаточным, датчики снимаются с металлоконструкции крана.
3.2.2. Технология снятия датчиков с металлоконструкции крана
Снятие датчика с металлоконструкции крана должно проводиться очень осторожно и аккуратно, чтобы не допустить повреждений поверхности датчика, которые могут привести к изменению структуры усталостных повреждений датчика. В связи с вышеизложенным снятие датчика производится следующим образом.
По периметру датчика, на металлоконструкции крана из пластилина устанавливаем бортики таким образом, чтобы они не касались датчика, высота