Обоснование безопасной эксплуатации портальных кранов на основе теории риска тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат технических наук Веретенников, Евгений Геннадьевич

• Веретенников, Евгений Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Веретенников, Евгений Геннадьевич

Введение

1 Анализ существующих методов обоснования безопасности подъёмно-транспортных машин и моделей оценки риска

1.1 Обзор литературы и публикаций по обоснованию безопасности подъёмно-транспортных машин

1.2 Обзор нормативно-технической документации по оценке риска 17 Выводы по разделу и постановка задачи для исследования

2 Анализ аварийности, травматизма и основных дефектов при эксплуатации портальных кранов

2.1 Анализ аварийности и травматизма при эксплуатации портальных кранов

2.2 Анализ эксплуатационных дефектов портальных кранов

2.2.1 Анализ эксплуатационных дефектов металлоконструкции портальных кранов

2.2.2 Анализ эксплуатационных дефектов приводов механизмов и электрооборудования портальных кранов

Выводы по разделу

3 Разработка методики оценки риска эксплуатации портальных кранов

3.1 Общие положения

3.2 Модель качественного метода оценки риска

3.3 Модель количественного метода оценки риска

3.3.1 Общие положения

3.3.2 Оценка риска эксплуатации механизмов крана

3.3.3 Оценка риска эксплуатации электрооборудования

3.3.4 Модель оценки риска эксплуатации металлоконструкции портального крана

3.3.5 Оценка риска эксплуатации портального крана

3.3.6 Выбор метода и алгоритм оценки риска

Выводы по разделу

4 Исследование нагруженности металлоконструкции расчетными методами

4.1 Основные положения

4.2 Создание расчетных конечно-элементных моделей

4.2.1 Выбор моделей для исследования

4.2.2 Этапы создания расчетных конечно-элементных моделей

4.3 Расчетные режимы работы и задание нагрузок

4.3.1 Расчетные режимы работы

4.3.2 Задание статических нагрузок

4.3.3 Задание ветровых нагрузок

4.4 Результаты оценки напряжённо-деформированного состояния металлоконструкции портальных кранов

4.4.1 Результаты расчета конечно-элементных моделей

4.4.2 Оценка достоверности результатов расчета

4.5 Алгоритм работы с конечно-элементными моделями портальных кранов и участков металлоконструкции

4.5.1 Общие положения

4.5.2 Рекомендации по созданию и использованию моделей

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование безопасной эксплуатации портальных кранов на основе теории риска»

Актуальность исследования. После вступления в силу технического регламента «О безопасности машин и оборудования» изменились требования к технической и эксплуатационной документации, появилась необходимость в разработке нового документа по обоснованию безопасности машин и механизмов, который должен явиться аналогом европейского технического файла («Technical file») или файла истории продукции («Design Dossier») и включать оценку риска наряду со сведениями из конструкторской, эксплуатационной, технологической документации. В соответствии с последними требованиями оценку риска эксплуатации машин и механизмов должны проводить при конструировании, производстве и на всех стадиях эксплуатации.

Вопросы оценки риска затронуты во многих зарубежных стандартах (британские стандарты, европейские нормы, стандарты США, Голландии и др.). В российских нормативных документах вопросы оценки риска рассмотрены в руководствах по анализу риска для опасных производственных объектов газодобывающих и газотранспортных предприятий, оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах, в стандартах МЧС по определению расчетных величин пожарного риска, стандартах по менеджменту риска.

Данная работа выполнена в развитие направления по обеспечению безопасности эксплуатации портовой подъемно-транспортной техники и посвящена вопросам оценки риска эксплуатации одного из её видов - портальных кранов. Результаты проведенных исследований позволяют выполнять комплексную оценку вероятности безотказной работы всех элементов портального крана и давать наиболее полную оценку уровня технического риска в целях обоснования безопасной эксплуатации. Тема приобретает особую актуальность, учитывая техническое состояние портового оборудования, срок службы которого близок к завершению, что требует оценки остаточного ресурса и прогнозирования риска его эксплуатации.

Целью работы является разработка научно-обоснованной инженерной методики оценки риска эксплуатации портального крана на основе использования логико-вероятностных методов расчета и расчетно-экспериментальных методов оценки надежности его элементов.

Объектом исследования являются портальные краны, представленные в виде иерархической системы и схематизированные в виде несущих элементов металлоконструкции, приводов механизмов и элементов электрооборудования.

Методы исследований. При обосновании безопасной эксплуатации портальных кранов использована техническая концепция анализа риска, в основе которой лежит анализ относительных частот появления аварий, причин возникновения дефектов и способ определения их вероятностей, основанный на изучении напряженно-деформированного состояния элементов металлоконструкции, механизмов портальных кранов и использовании статистических данных об отказах. Для оценки напряженно-деформированного состояния конструкции использовались метод конечных элементов и тензометрические испытания.

Научная новизна заключается в следующих достижениях, выносимых на защиту:

1. Разработана методика оценки риска эксплуатации портальных кранов, представляющая кран в виде иерархической системы и использующая логико-вероятностные и расчетно-экспериментальные методы оценки.

2. Построен алгоритм количественной оценки риска эксплуатации портальных кранов, находящихся на всех стадиях эксплуатации.

3. Предложена расчетно-экспериментальная модель оценки риска эксплуатации металлоконструкции, имеющей эксплуатационные дефекты.

4. Усовершенствована методика оценки нагруженности металлоконструкции портальных кранов конечно-элементными методами и разработан алгоритм создания стержневых, пластинчатых и комбинированных конечно-элементных моделей в программной среде АРМ \У1пМасЫпе с практическими рекомендациями к применению.

5. Созданы и рассчитаны при помощи метода конечных элементов металлоконструкции пяти типов портальных кранов грузоподъемностью от 5 до 32 тонн при различных положениях поворотных элементов крана, что позволяет оценивать их напряженно-деформированное состояние при различных вариантах работ.

6. Построены и проанализированы деревья неисправностей (деревья отказов) металлоконструкции, электрооборудования и механической части приводов, позволяющие с использованием логико-вероятностных методов составить обоснование безопасности портальных кранов.

Практическая ценность работы, заключается в следующем:

1. Созданы и рассчитаны при помощи метода конечных элементов модели четырех портальных кранов грузоподъемностью от 5 до 32 тонн (комбинированные модели портальных кранов Ганц 5/6-30 типЕ, Альбрехт 10/20-32/16 и стержневые модели кранов Альбатрос 10/20-32/16, Ганц 16/27,5-33/21), а также модели типовых элементов с эксплуатационными дефектами при различных положениях поворотных элементов крана для разных схем механизации с использованием различных методов отрисовки, что позволяет оценивать напряженно-деформированное состояние конструкции при различных вариантах работ и формировать спектр нагруженности при различных схемах механизации.

2. Построены типовые деревья неисправностей металлоконструкции, электрооборудования, механической части привода портального крана для применения при оценке риска эксплуатации различных моделей кранов.

3. Разработаны предложения для составления методических рекомендаций по созданию конечно-элементных моделей портальных кранов.

4. Выполнена оценка риска эксплуатации механизма поворота портального крана Альбатрос 10/20-32/16 на основе данных об интенсивности отказов и данных тензометрирования для выходного вала редуктора 7

5. Выполнена оценка риска эксплуатации портального крана Альбатрос 10/20-32/16, составлены предложения к обоснованию безопасности.

Достоверность результатов работы.

Проводимые исследования базируются на широко опробированных, имеющих практическое использование методах имитационного моделирования и теории риска. Для конечно-элементного анализа напряженно-деформированного состояния используется лицензионный программный комплекс АРМ ^тМасЫпе V 9.7. Полученные результаты подтверждены экспериментальными данными по нагруженности. Результаты расчетных оценок риска эксплуатации не противоречат имеющимся справочным данным.

Внедрение результатов работы. Предложенная методика оценки риска эксплуатации портальных кранов получила внедрение в расчетную практику ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» и экспертно-аналитического центра по подъемным сооружениям ОАО «Газпром». Также внедрены в практику работы по усилению металлоконструкции кранов на основе конечно-элементных моделей, позволяющие снизить уровень концентрации напряжений и повысить живучесть конструкции. В настоящее время предложенные варианты ремонта проверяются в эксплуатационных условиях.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы и ее различных разделов были доложены на: Московских международных межвузовских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных "Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы" (г. Москва 2006-2011 гг.); ГХ-ом и ХШ-ом форумах

Современные компьютерные технологии проектирования в области машиностроения и строительства» (г. Королев, 2007 г.; г. Сергиев-Посад, 2011 г.);

Международной научно-технической конференциии «Интерстроймех-2008», г.Владимир, 2008г.); 11-ой Всероссийской конференции «Подъемно-транспортная техника, внутризаводской транспорт, склады», (г.Москва, 2008г.); Всероссийских конкурсах молодежных проектов и программ научно-технического творчества 8 молодёжи НТТМ-2008, НТТМ-2009, (г.Москва, 2008, 2009 гг.); 5-ой специализированной выставке подъемно-транспортного оборудования «Кранэкспо» (г. Москва, 2010 г.); Конференции-выставке на тему: «Интеграция научных разработок в бизнес-сферу и развитие малого предпринимательства на базе вузов» (г. Москва, 2010г.); Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, (г. Санкт-Петербург, 2010 г.); II международном конгрессе «Моделирование нелинейных процессов и систем», Московский государственный университет технологий «СТАНКИН» (г. Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных и 3 рукописные работы, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и трёх приложений, изложена на 182 страницах. Основной текст диссертации изложен на 154 страницах и включает 54 рисунка, 22 таблицы, список использованных источников в количестве 86 наименований, в том числе 15 зарубежных.