Оценка, прогнозирование и управление рисками грузо-подъемных машин критериями магнитного контроля (стр. 8 )

– Второй, расчетный метод основан на экспериментальных закономерностях одновременного роста деформаций (напряжении) и коэрцитивной силы в процессе циклического металлоконструкций. Для этого можно использовать, ранее полученные уравнения магнитного и механического гистерезиса:

, (5.27)

, (5.28),

где:  и  – исходные значения деформации и коэрцитивной силы, a и b – параметры скорости роста и при постоянной амплитуде нагружения.

Из (5.27) и (5.28) следует, что число циклов нагружения можно представить в виде функции:

, (5.29)

где: коэффициенты и определяются по результатам неоднократных измерений накопления в одних и тех же местах металлоконструкции в процессе ее эксплуатации.

Для получения наиболее объективной информации необходимо осуществлять периодический контроль за накоплением величины , занося регулярно значения в рабочий журнал. Там же молено отмечать фактические силовые параметры и интенсивность нагружения ( и по ИСО 4301/1). При наличии статистических данных о накоплении повреждений в различных сталях с учетом параметров нагружения это самый перспективный экстраполяционный способ прогнозирования остаточного ресурса элементов конструкции. Как будет показано ниже, уже сейчас есть данные по скорости роста поврежденности в сталях типа Ст3сп и 09Г2С, которые позволяют по величине оценить ресурс ГПМ [275].

– Третий, самый простой и оперативный способ контроля состояния металла ГПМ - это использование готовых номограмм, обобщающих экспериментальные зависимости , см. рис. 5.15. Номограммы построены на основе испытаний на усталость в координатах  (А/см) в отнулевом цикле нагружения при амплитудах максимальных напряжений цикла в интервале от 100МПа () до 350МПа (). Показателем остаточного ресурса Р по ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике» является величина  ресурс – суммарная наработка, в течение которой объект достигает предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах.

Предельное состояние грузоподъемной машины может определяться конструкторами при проектировании объекта или нормативными документами Ростехнадзора. Реже – требования устанавливает эксплуатирующая организация, но они не должны противоречить первым двум, т. е. должны быть более жесткими.

При использовании усталостных номограмм для определенной марки стали определяется в наиболее нагруженном узле конструкции и, с учетом режима нагружения Q, вычисляется но соответствующей усталостной кривой остаточный ресурс Р%. Если известно сколько лет ГПМ находится в эксплуатации и его фактический средний режим нагружения, можно рассчитать остаточный ресурс в годах и «условных» сменах. Под «условными» понимаются 8-часовые смены с максимально возможной загрузкой в соответствии с паспортными характеристиками грузоподъемной машины.

В принципе, ресурс любого оборудования может быть установлен при проектировании, и после выработки ресурса оборудование подлежит списанию. , как показала практика, рациональнее эксплуатировать оборудование «по состоянию», периодически осуществляя диагностику технического состояния и контролируя накопление повреждений в металле.

5.7. Паспорт магнитного контроля грузоподъемной машины

Безаварийная работа грузоподъемных машин, в том числе после истечения нормативного срока службы, связана с конструктивными особенностями, качеством изготовления и монтажа кранов и режимами эксплуатации. Для кранов, работающих в тяжелом и весьма тяжелом режимах работы, основным техническим препятствием для безаварийной работы становится усталость металла. Широко используемые традиционные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, акустическая эмиссия, ретгеноскопия, вихретоковая и цветная дефектоскопия) не позволяют дать количественную оценку структурных изменений в металле и определить напряженно-деформированное состояние металлоконструкции.

Эти методы решают задачу обнаружения уже сформировавшихся в процессе изготовления или эксплуатации локальных дефектов. Фактически вступая в противоречие с механикой разрушения, устанавливающей размеры допустимых неразвивающихся дефектов и определяющей параметры вязкости разрушения и ресурса материалов с трещинами.

Система магнитной диагностики (МК) по коэрцитивной силе расширяет возможности неразрушающего контроля (НК) металлоконструкций за счет контроля за накоплением рассеянных повреждений и перехода металла в упруго-пластическое состояние. Использование данных об исходном состоянии несущих элементов кранов позволяет установить начальные условия при решении задачи прогнозирования ресурса ГПМ. Результаты первичного магнитного контроля напряженно-деформированного состояния, выполненные сразу после сборки конструкции в соответствии с [212] составляют паспорт магнитного контроля (ПМК) грузоподъемной машины.

Наряду с общими сведениями о кране в ПМК заносят результаты измерений коэрцитивной силы приборами серии КРМ-ЦК-2М по длине несущих элементов мостового крана: главных и концевых балок, рам балансиров и рамы грузовой тележки. В зависимости от протяженности контролируемого элемента число точек измерений Нс колеблется от 14 до 28. Это гарантирует возможность статистического анализа на основе критерия Стьюдента для малых выборок, а общее число замеров Нс (более 250 точек) – анализ нормального распределения Гаусса. Кроме таблиц по отдельным элементам в ПМК имеется сводная таблица результатов контроля с первичной статистической обработкой величин: мин. Нс, макс. Нс и средних Нс (А/см). Особое внимание уделено в ПМК толщине листов, маркам стали и ГОСТ (ТУ), а также контрольным параметрам НсТ и НсВ, характерным для состояния металла при работе крана в режиме «надежной», «контролируемой» и «критической» эксплуатации в соответствии с [212], см. табл. 5.3 и табл. 5.4.

Таблица 5.3

Результаты первичной магнитной диагностики мостового крана КМ5485 из стали 09Г2-св12 после сборки (Паспорт МК)

Расчет элемент конструкции крана	Значении Нс (А/см)	Статистические параметры
Мин. НсMIN	Макс. HcMAX	Средн. Hc	Дисперсия	Коэфф. вариации V%	Точность
1. Главная балка А	2,2	3,8	2,9	0,21	15,5	2,9
2. Главная балка Б	2,3	3,4	2,7	0,15	14,3	2,6
3. Концевая балка В	1,3	3,2	1,8	0,38	29,0	5,0
4. Концевая балка Г	1,9	3,1	2,1	0,17	19,6	3,9
5. Грузовая тележка	3,8	5,2	4,4	0,35	13,3	1,8
6. Балансиры 1 и 2	1,9	3,1	2,4	0,20	18,8	4,2
7. Балансиры 3 и 4	2,0	3,5	2,7	0,26	18,9	4,2
Средние значения по всем элементам	2,2	3,6	2,7	0,24	18,5	3,5

Таблица 5.4

Критические значения коэрцитивной силы Нс при различных режимах эксплуатации металлоконструкций грузоподъемных машин

Марка стали	Режим эксплуатации кранов по РД ИКЦ «Кран» 007-97
«Надежный»	«Контролируемый»	«Критический»
Ст3сп	1,0-4,5	4,6-5,5	5,6-7,0
09Г2С	1,5-6,0	6,1-7,5	7,6-9,5

Используя данные ПМК и методику магнитного контроля Нс при повторных обследованиях ГПМ, можно с вероятностью 0,9 прогнозировать остаточный ресурс металлоконструкций из сталей марок Ст3сп и 09Г2С по номограммам, связывающим скорость накопления повреждений при усталости и время эксплуатации ГПМ, см. рис. 5.16. Зависимости ∆Нс/∆Т (А/см год) похожи на кривые МЦУ и в значительной степени напоминают номограммы Нс(N)-Р для контроля остаточного ресурса по величине коэрцитивной силы в работе [212]. По-видимому, каждая из кривых описывает один и тот же физический процесс – рост поврежденности и разупрочнение металла при МЦУ.