Метод диагностирования состояния металлоконструкций грузоподъёмных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Испирян, Ромен Араевич

• Испирян, Ромен Араевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Испирян, Ромен Араевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Работоспособность грузоподъёмных машин и влияющие на неё факторы,.

1.2. Возможные дефекты и порядок диагностирования ГПМ.

1.3. Современные методы и технические средства неразрушающего контроля трещин несущих металлоконструкций грузоподъёмных кранов.

1.4. Способы оценки остаточного ресурса крановых металлоконструкций.

1.5. Цель работы и задачи, исследования.

2. ВЫБОР ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ.

2.1. Напряжённо-деформированное состояние крановой металлоконструкции.

2.2. Кинетика накопления усталостной повреждаемости металлоконструкций.

2.3. Диагностические параметры для контроля металлоконструкций.

Выводы;.

3. МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

КРАНОВЫХ, МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ:.

3.1. Экспериментальные данные по выбранным диагностическим параметрам.

3.2. Построение регрессионных моделей для определения остаточного ресурса.

3.3. Оптимизация моделей по критерию минимальных рисков принятия неверного решения.„„.

Выводы.

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН.

4.1. Аппаратное обеспечение метода диагностирования состояния металлоконструкций грузоподъёмных машин.

4.2. Программное обеспечение «Автоматизированная система регистрации результатов диагностирования грузоподъёмных машин, хранения и поиска необходимой информации».

4.3. Автоматизированное определение остаточного ресурса.„:Д

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод диагностирования состояния металлоконструкций грузоподъёмных машин»

В процессе эксплуатации грузоподъёмных кранов их металлоконструкции подвергаются интенсивному воздействию различных статических и динамических нагрузок, которые способствуют физическому износу, коррозионным повреждениям, образованию трещин, остаточным деформациям и пр. Происходит накопление возникающих повреждений, что приводит к частичной, а затем и полной утрате работоспособности (отказам) конструкций. Грузоподъёмные машины (ГПМ) как объекты повышенной опасности находятся под надзором соответствующих служб надзора и подвержены систематическому диагностированию.

Основной проблемой при проведении диагностирования потенциально опасных машин и агрегатов горнодобывающей, химической, нефтегазовой, атомной, подъёмно-транспортной и других потенциально опасных отраслей промышленности является отсутствие единой системы для однозначного определения технического состояния их металлоконструкций, а также обособленность методик определения их остаточного ресурса. Причиной этого является разобщённость исследований процессов диагностирования этих машин в разных отраслях промышленности и транспорта. Разработанные научные методики зачастую не достигают практического применения. Для создания эффективной системы диагностирования таких машин необходимо разработать метод объективной оценки выработанного или остаточного ресурса несущих металлоконструкций. .

На работоспособность упомянутых машин и агрегатов оказывают влияние многие факторы, в результате воздействия которых в элементах машин возникают неисправности1 механизмов, деталей; металлоконструкций и, других систем и узлов. Зачастую на остаточный ресурс этих машин основное влияние, оказывает состояние несущих металлоконструкций. Целесообразно процессы возникновения повреждений, диагностирования и определения?остаточного ресурса потенциально опасных машин рассмотреть на примере металлоконструкций грузоподъёмной машины (ГПМ), т.к. срок службы ГПМ определяется сроком службы её несущей металлоконструкции. Кроме того, грузоподъёмные машины эксплуатируются во всех отраслях промышленности, в сельскохозяйственном производстве, на транспорте, в гражданском и промышленном строительстве, практически во всех сферах деятельности человека.

Опыт эксплуатации ГПМ в различных отраслях хозяйства показывает, что назрела острая необходимость в повышении эффективности технической диагностики несущих металлоконструкций этих машин. Особую остроту эта проблема приобрела в связи с необходимостью диагностировать машины, отработавшие нормативный срок, количество которых достигает в настоящее время по разным источникам от 80 до 90%.

В связи с этим, особую актуальность приобретает научно — техническая задача, состоящая в повышении эффективности методов технической диагностики ГПМ, как объектов повышенной опасности, для обеспечения надёжной и безопасной их эксплуатации и определения ресурса, чему и посвящена настоящая диссертационная работа.

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложения.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Испирян, Ромен Араевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена научно — техническая задача, состоящая в повышении эффективности методов технической диагностики грузоподъёмных машин, как объектов повышенной опасности, для обеспечения надёжной и безопасной их эксплуатации, и определения ресурса.

В рамках проведённых исследований получены следующие основные результаты:

1. Установлена взаимосвязь напряжённо-деформированного состояния металлоконструкции грузоподъёмной машины и кинетики накопления её усталостной повреждаемости со следующими диагностическими параметрами, идентифицирующими текущее состояние металлоконструкции:

• среднеквадратическое отклонение высот микронеровностей — а\

• корреляционный интервал микрорельефа — а\

• размер зоны упругопластического деформирования — Ьупд;

• произведение дисперсий зеркальной и диффузной составляющей рассеянного поверхностью светового излучения — (Dnp).

2. Экспериментально подтверждена зависимость изменений оптических свойств поверхности контрольной площадки и степени усталостного повреждения испытываемого образца, и изменений размеров зоны упругопластической деформации и степени его усталостного повреждения.

3. Разработаны математические модели определения остаточного ресурса образца до момента зарождения усталостной- трещины в функции диагностических параметров: среднеквадратического отклонения, высот микронеровностей' (а); корреляционного интервала микрорельефа' (а); размера зоны упругопластического деформирования (Lynd); произведения дисперсий зеркальной и диффузной составляющей рассеянного поверхностью светового излучения (Dnp).

I I

4. Вероятностный анализ математических моделей остаточного ресурса с целью минимизации рисков принятия неверного решения показал, что с увеличением числа используемых в математической модели диагностических параметров, эти риски уменьшаются. Построена математическая модель, учитывающая четыре независимых диагностических параметра: а, а, Ьупд, Dnp.

5. Оценкой по критерию Стьюдента отсеян наиболее статистически незначимый параметр уравнения множественной регрессии — корреляционный интервал (я); и перестроена математическая модель:

Nocm = 1,02 + 6,2955 а -0,9728 Ьупд - 3,6777 Dnp.

6. Разработано специальное программное обеспечение «DisPro» для анализа произведения дисперсий зеркальной и диффузной составляющей рассеянного поверхностью светового излучения.

7. Разработано специальное программное обеспечение «Автоматизированная система регистрации результатов: диагностирования грузоподъёмных машин, хранения и поиска необходимой информации», предназначенное для обработки результатов диагностирования и архивного хранения с возможностью вывода диагностической информации.

8. Получено свидетельство о регистрации, программы для ЭВМ № 2003612306 «Автоматизированная система регистрации результатов диагностирования грузоподъёмных машин, хранения и поиска необходимой информации»;, выданное Российским: агентством по патентам и товарным знакам (Роспатент). .

9. Результаты. диссертации; и программное обеспечение: «Автоматизированная? система регистрации результатов? диагностирования! грузоподъёмных машин, хранения и поиска: необходимой' информации» внедрены на ООО' «Кранмонтаж», осуществляющем^ диагностирование грузоподъёмных машин в? Калужском регионе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Испирян, Ромен Араевич, 2009 год

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Громовский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий // 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Наука, 1976. — 278 с.

2. Альянах И.Н. Моделирование вычислительных систем. М.: Машиностроение, 1988.

3. Анурьев В.И Справочник конструктора-машиностроителя : В 3-х т. Т.З. 5-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1978. — 557 с.

4. Афанасьев Н.Н. Статистическая теория усталостной прочности металлов. Киев.: Изд. АНУССР, 1953. - 128 с.

5. Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972. - 424 с.

6. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. -М.: Стройиздат, 1965. — 279 с.

7. Бондарев Н.Д., Пинчук Г.Н. Определение приоритетов работ по совершенствованию систем охраны. Системы безопасности. 2000, №32, с. 48-51.

8. В:И. Сероштан, Р.А. Испирян Банк данных и управление им в составе СТД ГПМ // М54 Методы* исследования- и проектирования сложных технических систем: Сборник статей. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. С. 111-121. (Труды МГТУ №585).

9. В.И. Сероштан, Р.А. Испирян, В.А. Яснов Разработка экспертной системы и банка данных СТД ГПМ // М34 Математическое моделирование сложных технических систем: Сборник статей. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. С. 108-117. (Труды МГТУ №584).

10. Винокуров А.В., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. — М.: Машиностроение, 1984. — 532 с.

11. Владимиров В.В. Физическая природа разрушения металлов. — М.: Металлургия, 1984. 280 с.

12. Вояченко В.Н. Контроль качества сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1986. - 152 с.

13. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для втузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1977.-479.

14. Головачёв П. А., Гладунко Ю. И. Техническая эксплуатация и монтаж портовых подъёмно-транспортных машин. М.: Транспорт, 1985. 304 с.

15. Горицкий В.М., Иванова B.C., Орлов Л.Г. ФММ; 1973, т. 35, №6, с. 1291-1298.

16. Горицкий В.М., Иванова B.C., Орлов Л.Г., Терентьев В.Ф., ДАН СССР, 1972, т. 205, №4, с. 812-814.

17. Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Структура и*, усталостное разрушение металлов. — М.: Металлургия, 1980. — 208 с.

18. Диагностирование грузоподъёмных машин / В.И. Сероштан, Ю.С. Огарь, А.И. Головин и др.: Под ред. В.И. Сероштана, Ю.С.

19. Огаря. — М.: Машиностроение, 1992. — 192 с. Зорин В.А. — Основы долговечности строительных и дорожных машин: Учеб. пособие для вузов по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование». — М.: Машиностроение, 1986, 248 е., ил.

20. Иванова B.C. Усталостное разрушение металлов. — М.: Металлургия, 1963. 272 с.

21. Иванова B.C., Горицкий В.М., Орлов В.Г., Терентьев В.Ф.-«Физика металлов и металловедение», 1972, т.34, вып. 3, с. 456463.

22. Иванова B.C., Орлов Л.Г., Терентьев В.Ф. и др. ФММ- 1972. т. 33, вып. №3. - С. 627 - 633.

23. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. — М.: Металлургия, 1975. — 456 с.

24. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. М.:Энергоатомиздат, 1987.

25. Кох П.И. Климат и надежность машин. — М.: Машиностроение, 1981.-175 с.

26. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1976. - 456 с.

27. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. — М.: Металлургия, 1990. 623 с.

28. Краны башенные. Методические указания по проведению обследования кранов с истекшим сроком службы РД 22.318-91/СКТБ башенного краностроения, М., 1991.

29. Краны стреловые и самоходные общего назначения. Методические указания по проведению обследования технического состояния кранов отработавших нормативный срок службы РД —.319-92/ВНИИстройдормаш, М., 1992.

30. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др. Под общ. ред. В.Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.

31. Математическая статистика: Учеб. Для вузов / В.Б. Горяинов, И.В. Павлов, Г.М. Цветкова и др.; Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -424 с. (Сер. Математика в техническом^ университете; Вып. XVII).

32. Методические указания по обследованию грузоподъёмных машин с истекшим сроком службы. РД-10-112-96, М.: 1996, 30 с.

33. Методические указания по проведению обследования грузоподъемных кранов * с истекшими' сроками службы4 с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации МУ 36.22.2002-92/ВКШмонтажстроймеханизация, М., 1992.i/

34. Ремонт и модернизация кранов машиностроительных заводов/Под ред. П. 3. Петухова. М.: Машиностроение, 1972. 175 с.

35. Сборник нормативных и справочных документов по безопасной эксплуатации грузоподъемных машин: В 2 т. Т. 1. / B.C. Котельников, Н.А. Шишков, П.И. Стеценко, A.M. Горлин. — М.: НПО ОБТ, 1995.-464 с.

36. Сборник нормативных и справочных документов по безопасной эксплуатации^ грузоподъемных машин: В 2 т. Т. 2. / B.C. Котельников, Н.А. Шишков, П.И. Стеценко, A.M. Горлин. М.: НПО ОБТ, 1995.-378 с.

37. Селиверстов Г.В. Метод и технические средства автоматизированного мониторинга металлоконструкцийгрузоподъемных кранов. Автореф. дне. на соиск. уч. степ, к-та техн. наук. Тула: ТулГУ, 2002.

38. Сероштан В.И. Система оперативной диагностики грузоподъемных машин // Безопасность труда в промышленности -М: 1999 №6. С. 16-18.

39. Соколов С.А. Вероятностные основы расчёта ресурса металлических конструкций* по методу предельных состояний. Проблемы машиностроения и надёжность машин. 1997, №4, с. 105-112.

40. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В. Способ оценки усталостного повреждения металлоконструкций, подвергаемых циклическому нагружению // BicH. Схщноукр. держ. ун-ту. 2000. - №6(28). -С. 133- 137.

41. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В., Колясников А.А. Способ автоматизированной диагностики металлоконструкций грузоподъемных кранов // Автоматизация и современные технологии. — 2001. №1. - С. 5 - 7.

42. Сорокин П.А., Чистяков B.JI. Оптические способы обнаружения и классификация дефектов поверхности изделий // ВОТ. Серия 13. Комплексная автоматизация производства и роторные линии. М.: ЦНИИинформации. 1990. - №11. - С. 28 - 38.

43. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций / В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др.; Под общ. ред. М.М. Гохберга. — М.: Машиностроение. 1988. — 556 с.

44. Терентьев В.Ф., Орлов Л.Г., Пойда В.Г. «Проблемы прочности», 1972, №9, с. 34-37.

45. Технические средства диагностирования: Справочник/В .В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. Ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989: — 672 е., ил.

46. Технология машиностроения: В 2 т. Т.1 Основы технологии машиностроения:. Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С. Васильев, A.M. Дальский и, др.; Под ред. А.М; Дальского. — М:: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 564 е., ил.

47. Толоконников А.С. Метод диагностики несущих металлоконструкций-машин анализом зоны упругопластическойдеформации. Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к-та техн. наук. — Тула: ТулГУ, 2005.

48. Фридель Ж. Дислокации. Пер. с англ. М., «Мир», 1967. 627 с. с ил.

49. Фролов П.Т., Петров И.В., Балаховский М.С., Сергеев В.П., Мартынов В.Д. Эксплуатация и испытания строительных машин. — М.: Высшая школа, 1970. — 392 с.

50. Шехет А.Г., Орехов Н.А., Сероштан В.И. / Автоматизированная: система для оценки работоспособности крановых металлоконструкций / Подъемно-транспортная техника и склады. -1992. -№1.

51. Эконометрика: Учебник / Под ред. И.И. Елисеевой. — М.: Финансы и статистика, 2004. — 344 е.: ил.

52. Cottrell А.Н., Hull D. «Ргос. Roy. Soc.», 1957, v. A242, p. 211213.

53. Crosskreutz K.C., Benson D.K. — In: Surfaces and Interfaces, II, Syracuse University Press, 1968, p. 61-75.

54. Holden J. «Philos. Mag.», 1961, v. 6, №64, p. 547-558.

55. Holt O.K «J. Appl. Phys.», 1970, v. 41, №8, p. 3197-3201.

56. Klesnil M., Lukas P. «Reinstsoffe in Wisenschaft und Technik, Akademie - Verlag», Berlin, 1972, p. 451-464.

57. Kramer I.R., Kumar A. «Metal Trans.», 1972, v.3, № 5, p. 12231227; Kramer I.R. Balasubramanian N. — «Acta Metalurgica», 1973, v. 21, № 5, p. 695-699.

58. Kuhlman Wilsdorf D., Nine H.D. - «J. Appl. Phys.», 1967, v. 38, №4, p. 1683-1693.

59. Lukas P., Klesnil M., Kovove «Materialy», 1971, v. l, №IX, p. 1626.

60. Wood W.A., Reimann W.H., Sargent K.R. «Trans. А1МЕ», 1964, v. 230, p. 511-518.

61. Патент РФ №1750342, G01B7/16. Способ контроля трещинообразования./JI.H. Екименков, Л.М. Певзнер, Г.Е. Дядченко, А.Л. Екименков // 1994, — №2.

62. Патент РФ №2142622, G01N21/88. Способ обнаружения дефектов поверхности./П.А.Сорокин, Е.Н. Будкина, А.А. Колясников, Г.В. Селиверстов // 1999, — №34.

63. Патент РФ №2255327, G01N21/88. Способ контроля трещинообразования в металлоконструкциях / Г.В. Селиверстов, П.А. Сорокин, А.С. Толоконников // 2005, №18.

64. Патент РФ №2077046, G01N3/00. Способ определения повреждаемости нагруженного материала./В.А. Петров // 1997, — №10.

65. Патент РФ №2170923, G01N21/88, G01B11/30. Способ диагностики работоспособности металлоконструкций./П.А. Сорокин, B.C. Дронов, Г.В. Селиверстов, А.В. Григорьев // 2001, -№20.