Эксплуатация мостовых кранов для условий агрессивной среды

Защита работающих от воздействия опасных и вредных производственных факторов.

Защита работающих от воздействия опасных и вредных производственных факторов является актуальной проблемой охраны труда в промышленности. В процессе производства работ мостовыми кранами возникает потенциальная опасность для жизни и здоровья человека. Работа с мостовыми кранами сопряжена с определенным риском не только для обслуживающего персонала, но и для всех лиц, находящихся в зоне потенциальной опасности.

Мостовые краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО отвечают всем современным требованиям безопасности.

В цехах и на производственных площадках машиностроительных предприятий при эксплуатации мостовых кранов, на протяжении ряда лет, происходят аварии по причине выхода из строя (разрушения) элементов 1-й группы, к которым относятся стальные подъемные канаты. Аварии мостовых кранов из-за отказов подъемных канатов приводят к значительным социальным ущербам. Так, например, 7.04.1998 г. в ОАО «Северсталь» (Управление Северного округа) при подъеме специальным краном ковша с 70 т расплавленного металла произошел обрыв грузового каната, с последующим розливом стали, повлекший длительную остановку производства и значительный материальный ущерб. В связи с этим возникает необходимость оценки безопасности подъемных канатов мостовых кранов.

Несмотря на то, что вопросам безопасности эксплуатации мостовых кранов постоянно уделяется большое внимание, в частности, нормативными документами по промышленной безопасности предусмотрены периодический осмотр и дефектоскопия подъемных канатов, остается ряд нерешенных проблем. Так, например, нет достаточного теоретического обоснования частоты проведения обследования канатов, ряд дефектов крановых канатов, способных вызвать разрушение, не выявляются в начальный период эксплуатации канатов, практически отсутствуют методы прогнозирования влияния качества канатов на безопасность эксплуатации мостовых кранов.

На основании анализа статистических данных по эксплуатации мостовых кранов, можно сделать вывод, что принимаемые меры в области охраны труда не дают удовлетворительного результата при существующих требованиях к грузоподъемной технике и обеспечению производства работ. Одним из путей решения данной проблемы является внедрение в управление охраной труда на машиностроительных предприятиях систем прогнозирования опасных ситуаций на основе управления производственными рисками, обусловленными отказами и авариями грузоподъемной техники.

Повышение безопасных условий труда при эксплуатации мостовых кранов путем количественной оценки и прогнозирования опасности возникновения обрыва подъемных канатов с учетом качества их изготовления, а также статистических и экспериментальных данных по их наработке и несущей способности.

Методы исследования

В диссертационной работе использованы методы теории вероятности, математической статистики и научных обобщений в области информации об авариях в различных техногенных и природных ситуациях, методы и положения теории рисков, катастроф, теории технической диагностики, вычислительной математики. Эксперименты проводились с применением методов тензометрирования и визуальных наблюдений.

Классифицированы дефекты крановых подъемных канатов, возникающие в процессе эксплуатации мостовых кранов как систематические и внезапные (структурный дефект в виде волнистости), совместное действие которых приводит к обрыву (разрушению) и, как следствие, к возможному травмированию обслуживающего персонала в рабочей зоне крана.

Компания ЕВРОПРО - производитель Мостовые кранов в Екатеренбурге постоянно проводит исследования в области безопасности своей продукции для персонала.

На основе положений теории рисков и катастроф предложен метод количественной оценки опасности возникновения обрыва (разрушения) подъемных канатов мостовых кранов, базирующийся на сравнении расчетной вероятности аварийного события с допустимой величиной безопасной эксплуатации.

Метод прогнозирования безопасных условий труда в рабочей зоне при эксплуатации мостового крана на основе полученных автором в результате статистических и экспериментальных исследований, законов распределения наработки и несущей способности крановых подъемных канатов.

Разработан метод оценки качества кранового каната, основанный на анализе величины отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната при его изготовлении и расчете по отклонению деформаций величины опасности (вероятности аварийного обрыва).

Для качественного исследования мостовых кранов и кран-балок получаем следующие данные для использования:

  • результаты статистического анализа аварий и производственного травматизма при эксплуатации мостовых кранов;
  • модель, позволяющая прогнозировать безаварийную работу при эксплуатации подъемных канатов мостовых кранов с учетом качества их изготовления, а также статистических и экспериментальных данных по их наработке и несущей способности;
  • законы распределения наработки и несущей способности на основе статистических и экспериментальных исследований подъемных канатов мостовых кранов в производственных условиях;
  • метод оценки качества кранового каната, основанный на анализе величины отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната при его изготовлении и расчете по отклонению деформаций величины опасности (вероятности аварийного обрыва).

азработана методика количественной оценки безопасности подъемных канатов, позволяющая по анализу величин отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната рассчитывать значения его опасности (вероятности аварийного обрыва) с последующей рекомендацией его навески на мостовой кран, исходя из конкретных условий эксплуатации (с заданной степенью безопасности).

Предложен метод и устройство для определения наработки крановых подъемных канатов мостовых кранов в производственных условиях.

Методика количественной оценки безопасности подъемных канатов, позволяющая по анализу величин отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната рассчитывать значения его опасности (вероятности аварийного обрыва) с последующей рекомендацией его навески на мостовой кран, исходя из конкретных условий эксплуатации (с заданной степенью безопасности), внедрена в практику работ по производственному контролю и надзору за безопасной эксплуатацией и содержанием кранов в исправном состоянии на ОАО «Таганрогский металлургический завод», ОАО «Новочеркасский электровозостроительный завод».

Мостовые краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО проходят все необходимые испытания и поэтому они безопасны.

В расчетах представлена оценка современного состояния решаемой проблемы, обоснована актуальность темы диссертационной работы и показана ее практическая значимость.

В первой главе представлены статистические данные по аварийности и травматизму на грузоподъемных кранах в Российской Федерации за период 1993 - 2003 гг., рассмотрено современное состояние вопроса в области охраны труда и промышленной безопасности при эксплуатации мостовых кранов.

В соответствии с концепцией о трудовой деятельности как части жизнедеятельности человека, безопасность труда считается обеспеченной тогда, когда отсутствует риск возникновения травмоопасных ситуаций. В процессе трудовой деятельности система безопасности труда на предприятии нестабильна, и, как следствие, возникает риск травматизма и аварий. В этом случае для прогнозирования безопасных условий труда необходима количественная оценка степени риска.

Анализ аварийности и травматизма показывает: что материальный и социальный ущерб от аварий с мостовыми кранами, работающими в закрытых цехах с непрерывными технологическими процессами, весьма значим, а проблеме повышения безопасности этих кранов и их основных элементов следует уделять особое внимание. На этом фоне возникает острая необходимость в количественной оценке безопасности крановых канатов.

Компания ЕВРОПРО - производитель кранов в Екатеренбурге уделяет огромное внимание безопасноти своей продукции.

Анализ причин аварий мостовых кранов из-за отказов канатов, статистические исследования травматизма на предприятиях, а также дефектов канатов свидетельствует о том, что:

  • мостовые краны занимают на современных промышленных предприятиях ведущее место в обеспечении транспортно-технологических потоков, являются одним из наиболее распространенных типов грузоподъемных кранов - доля мостовых кранов в Российской Федерации составляет более 30% от общего количества грузоподъемных кранов;
  • на мостовые краны приходится 18% случаев аварий на грузоподъемных кранах. По аварийности мостовые краны занимают второе место после автомобильных кранов (рис. 1);
  • доля структурных дефектов, которые приводят к внезапным отказам каната, а следовательно, и к аварии мостового крана с последующим возникновением опасных ситуаций для работающих составляет 16% (рис. 2);
  • среднее значение коэффициента частоты травматизма, учитывающего количество несчастных случаев в 2003 г., составило 0,22, что является выше среднего коэффициента частоты травматизма (Кч ср = 0,21) за весь рассматриваемый период.

Качество и надежность кранового каната определяют степень его безопасности. Это значит, что в течение установленного срока службы при его эксплуатации не будут происходить повреждения, отказы и аварии, причиной которых являются, как правило, низкое качество изготовления, несоответствие применяемых конструкций канатов проектным и нормативным документам, неудовлетворительное техническое обслуживание, нарушение установленных режимов эксплуатации как самих кранов, так и их элементов, а также невозможность обнаружения ряда дефектов в начальной стадии эксплуатации самих канатов.

Аналитическим методам моделирования аварийных отказов и аварий при эксплуатации канатов грузоподъемных мостовых электрических кранов (кран-балок) кранов посвящено ограниченное число работ.

Недостаточность информации в литературных источниках и нормативно-технической документации об оценке безопасности эксплуатации крановых канатов, а также имеющаяся статистическая информация об авариях и отказах грузоподъемных кранов позволили сформулировать задачи комплексного исследования наработки и несущей способности крановых канатов и разработки методики количественной оценки безопасности подъемных канатов, позволяющей по анализу величин отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната рассчитывать значения его опасности (вероятности аварийного обрыва) с последующей рекомендацией его навески на мостовой кран, исходя из конкретных условий эксплуатации (с заданной степенью безопасности).

Во многих случаях, когда канат подвержен систематическим отказам, одновременно существует опасность выхода его из строя также из-за внезапных отказов. Период времени до зарождения микротрещины проволок каната характеризуется признаками систематического отказа, а процесс разрушения — признаками внезапного отказа. В этих случаях для вероятностной характеристики отказов необходимо применять такие законы распределения, которые могут отражать своеобразие причин и процессов, приводящих к отказу каната. Однако более правильно в этом случае не просто подбирать подходящий закон, а рассмотреть схему возникновения отказа, поскольку имеет место последовательное действие причин, приводящих к отказу.

Мостовые краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО надежны и безопасны.

Условие безопасности грузоподъемного крана может быть выражено следующим неравенством [Q]  ≤ Q, где [Q] - допустимый риск эксплуатации кран - балки; Q - риск эксплуатации мостового крана. Так как грузовые канаты являются основным элементом грузоподъемного крана и относятся к элементам первой группы по аварийности, разрушение которых приводит к авариям кранов, то для оценки безопасности самого каната также возможно воспользоваться данным условием.

В качестве предельного состояния крановых канатов воспользуемся условием сохранения их несущей способности в вероятностной постановке

S ≤ R, где S - наибольшая нагрузка (напряжение) в канате; R - несущая способность (сопротивление) каната. Эти две величины имеют одинаковые размерности и являются случайными величинами. Причем, при соблюдении условия (2) плотности распределения вероятностей f(S) и f(R) на одной плоскости не пересекутся (рис. 4), каким бы законом они ни описывались.

Если в (3) S распределена по закону близкому к нормальному, a R - k экспоненциальному, то получим схему, приведенную на рис. 4:

Если условие (2) не выполняется, то кривые распределения вероятностей f(S) и f(R) пересекутся в в какой-то точке 0 (S0=R0), причем

Если в (3) S распределена по закону близкому к нормальному, a R - k экспоненциальному, то получим схему, приведенную на рис. 4:

где S - математическое ожидание нагрузки на канат; S - среднеквадратичное отклонение нагрузки кранового каната; λ - интенсивность отказов:

здесь R - математическое ожидание несущей способности каната.

Среднеквадратичное отклонение несущей способности R кранового каната, согласно теории вероятности, равно математическому ожиданию R несущей способности каната. С учетом (3) расчетный риск аварийного отказа кранового каната можно записать Среднеквадратичное отклонение σs несущей способности R кранового каната, согласно теории вероятности, равно математическому ожиданию R несущей способности каната.

С учетом (3) расчетный риск аварийного отказа кранового каната можно записать

В третьей главе выполнены статистические исследования наработки крановых канатов, определены статистические параметры распределений наработки крановых канатов, характеризующие их отказ, выявлены законы статистических распределений наработки крановых канатов.

Мостовые краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО проходят постоянные испытания, что позволяет свести риск авари к минимуму.

При оценке риска аварий грузоподъемных мостовых кранов из-за отказов крановых канатов необходимо иметь информацию по наработке и интенсивностям отказов крановых канатов. Для выполнения этого требования автором в течение ряда лет проводились наблюдения за эксплуатацией крановых канатов на Таганрогском металлургическом заводе (ТМЗ) и Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ), а также анализировались данные о наработке крановых канатов, полученные другими авторами.

Статистические данные для оценки риска эксплуатации крановых канатов были собраны на мостовых кранах, работающих в основных цехах заводов, участвующих в технологическом процессе изготовления выпускаемой продукции. При этом для каждого крана определялось число подъемов, количество циклов, высоты подъема, массы поднимаемого груза. Грузовые канаты мостовых кранов, работающих во вспомогательных цехах (инструментальных, ремонтных и т.п.) не обследовались, т.к. эти краны работают редко и со случайными грузами, и нельзя было надеяться на получение достоверных результатов.

Разнообразие эксплуатационных условий и широкий набор обрабатываемых грузов приводит к тому, что силовые процессы в крановых канатах носят случайный характер. Однако среди всех факторов, влияющих на величину несущей способности каната, можно выделить группу факторов, которая играет основную роль. Это прежде всего количество рабочих циклов ка-  ната, количество Повторных перегибов наиболее нагруженного участка каната, количество и масса поднимаемого груза.

На мостовых кранах в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО используются высокопрочные канаты.

Согласно принятой методике исследования, за основные критерии безотказной работы канатов мостовых кранов в эксплуатации принимались:

  • количество груза, перемещаемое канатом за срок службы в тоннах О;
  • фактическое время работы каната - t;
  • календарный срок службы каната - Т;
  • число циклов подъема канатом груза за весь срок службы - N;
  • количество повторных перегибов каната на блоках за весь срок службы Z.

Исследовалась работа канатов по ГОСТ 3071, ГОСТ 2688, ГОСТ 7667, ГОСТ 7668, которые наиболее распространены на мостовых кранах. В результате обследования работы канатов за период с 1999 г. по 2002 г. зафиксировано 1932 замены канатов. Для достижения чистоты и достоверности эксперимента рассматривались мостовые краны, имеющие в качестве грузозахватного органа грейфер и крюк.

В результате проведенных статистических исследований было выявлено, что почти все распределения наработки канатов крюковых кранов в тоннах полезного груза, часах фактической работы и в днях эксплуатации подчиняются нормальному закону распределения, а для грейферных кранов могут быть удовлетворительно описаны законом «Вейбулла».

На рис. 5 изображены кривые безотказной работы для распределения наработки канатов крюковых мостовых кранов.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований наработки крановых канатов в производственных условиях, дано описание прибора для выполнения экспериментальных исследований, вы-  полнена оценка нагруженности крановых канатов в заводских условиях.

Для получения экспериментальных данных, позволяющих судить о законе распределения, требуется, как правило, очень длительное время, так как фиксируется конечная стадия процесса повреждения - отказ. Закон распределения времени работы изделия до отказа будет правильно отражать действительную картину лишь тогда, когда он получен в результате рассмотрения модели отказа, описывающей процесс повреждения каната и формирования в результате этого определенного закона f(t). Только в этом случае будет обеспечена возможность прогнозирования безотказной работы, а следовательно и оценки риска эксплуатации кранового каната в различных условиях эксплуатации.

На мостовых кранах в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО используются высокопрочные материалы, которые выдержат большие нагрузки.

Для обеспечения безопасной эксплуатации крановых канатов немалое значение имеет необходимость оценки их нагруженности, так как нагруженноcть каната является одним из факторов в наибольшей степени обуславливающих появление повреждений и разрушений.

Всю массу информации для оценки риска эксплуатации (риска аварии) крановых канатов можно разделить по способу ее получения на три самостоятельные группы. В первую группу входят данные, используемые на стадии проектирования каната; информация о материале, конструкции, расчетных нагрузках и схемах, т е. вся априорная информация о канате. Ко второй группе относятся данные текущего (в процессе эксплуатации грузоподъемного крана) поиска дефектов: информация о технических освидетельствованиях, обследованиях, т.е. диагностическая информация о канате. Третья группа объединяет данные об условиях взаимодействия кранового каната со «средой обитания», т.е., главным образом, информация о нагруженности каната, И если первые две группы, в том или ином виде, отражены в технической документации крана, то с последней дело обстоит сложнее.

Принимая во внимание динамическое воздействие груза при подъеме- опускании, а также то, что во время цикла работы каната происходит перемещение подвижной полиспастной подвески, следует учитывать (положение) координаты подвижной полиспастной подвески в момент подъема и опускания груза.

С учетом вышеназванных обстоятельств, автор предлагает использовать метод экспериментально-расчетного определения фактической нагруженности крановых канатов на основе, положений метода линий влияния (рис.6).

Для определения фактической нагруженности крановых канатов использовался прибор «Регистратор интенсивности эксплуатации крановых канатов» (РИЭКК), разработанный в ЮРГТУ (НПИ). Это специальный прибор, позволяющий определять ряд характеристик эксплуатации крановых канатов. Полученные при помощи «РИЭКК» данные возможно использовать в качестве исходных при статистическом моделировании работы крановых канатов, нагружения его в системе «канат-полиспаст» и оценке риска эксплуатации. Общий вид «РИЭКК» приведен на рис. 7. В приборе «РИЭКК»был реализо- ван метод экспериментально-расчетного определения фактической нагруженности крановых подъемных канатов.

Мостовые краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО не подведут и выдержат большие нагрузки.

Принцип работы «РИЭКК» следующий: два измерительных звена с тензодатчиками в качестве чувствительных элементов устанавливаются на опорах грузового барабана (рис. 8, точки А и Б), проводится тарировка, В процессе эксплуатации мостового крана преобразователь-регистратор измеряет сигнал тензодатчиков, выполняет его первичную обработку и хранит в памяти собранную информацию до момента передачи ее на IBM PC для дальнейшей обработки вне пределов прибора. Измерительные звенья прибора «РИЭКК» тарируются после установки на кран поднятием груза, равного номинальной грузоподъемности (Он) крана. «РИЭКК» предусматривает возможность установки величины груза тарировки - (100; 95; 90; 85 и т.д.)

«РИЭКК» выполняет следующие функции:

  • измеряет относительные деформации εА и εБ опор грузового барабана мостового крана в точках А и Б от поднятого краном груза 0\
  • вычисляет значения массы поднимаемого краном груза Q и координату положения каната на барабане X - расстояние от точки А;
  • накапливает (регистрирует) в энергонезависимой памяти информацию о нагружении (в виде массы груза Q, координат начала ХН и конца ХК перемещения каната с грузом на барабане) и числе рабочих циклов каната;
  • передает накопленную информацию в виде матрицы о работе каната для последующей обработки в IBM-совместимый' компьютер по стандартным каналам связи (последовательный коммуникационный порт).

Компания ЕВРОПРО - производитель мостовых кранов в Екатеренбурге проводит исследования в облатси краностроения и следит за качеством своей продукции.

В результате экспериментальных исследований с применением прибора РИЭКК в период с 1998-2002 гг. нами было зафиксировано, что распределение наработки канатов крюковых кранов достаточно точно описывается нормальным законом распределения (рис. 9), что подтверждается статистическими исследованиями, выполненными в главе 3.

В пятой главе представлена методика количественной оценки безопасности подъемных канатов, позволяющая по анализу величин отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната рассчитывать значения его опасности (вероятности аварийного обрыва) с последующей рекомендацией его навески на мостовой кран, исходя из конкретных условий эксплуатации (с заданной степенью безопасности), предложен метод оценки качества каната на этапе, предшествующем его навеске на полиспаст мостового крана.

Для проведения оценки качества кранового каната в производственных условиях автором предложен метод, заключающийся в следующем. Из нового каната вырезается образец длиной не менее двух шагов свивки. Выполняются замеры и сравнения параметров свивки. Далее образец каната перед его расплетением покрывают красящим веществом и наносят риску на окрашенной поверхности каната в виде прямой линии параллельно продольной оси образца каната, образуя не менее двух меток на каждой пряди, затем каждую прядь со стороны меток соприкасают с плоской поверхностью до получения двух отпечатков этих меток и проворачивают на угол не менее 360° до получения следующих двух отпечатков этих же меток и отпечатка винтовой спирали. После этого полученные отпечатки соединяют прямыми линиями параллельно направлению проворачивания и производят для каждой пряди из расплетенного каната замеры и сравнение между собой длины отпечатков винтовой спирали прядей и длины прямых линий, параллельных направлению проворачивания. Если полученные величины удовлетворяют допустимым значениям, то для данного каната выполняют расчет величины опасности (вероятности аварийного обрыва).

Заказать кран в Екатеренбурге отвечающий всем современным требования вы можете в компании ЕВРОПРО.

Результаты выполненных исследований, анализ статистических, и экспериментальных данных дали возможность получить ряд выводов и практических результатов:

  1. Дана классификация дефектов крановых подъемных канатов, возникающих в процессе эксплуатации мостовых кранов, как систематические и внезапные (структурный дефект в виде волнистости), совместное действие которых приводит к обрыву (разрушению) и, как следствие, к возможному травмированию обслуживающего персонала в рабочей зоне крана.
  2. Установлено, что аварии и, как следствие, производственный травматизм на мостовых кранах вызваны внезапными обрывами крановых подъемных канатов мостовых кранов и являются социально значимым событием, несущим большой социальный и материальный ущербы. При этом доля структурных дефектов, которые приводят к внезапным отказам каната, а следовательно и к аварии мостового крана с последующим возникновением опасных ситуаций для работающих, составляет 16%.
  3. Выполнен анализ моделей формирования систематических и внезапных отказов с учетом рассеивания начальных параметров каната и проведена оценка различных ситуаций, приводящих к систематическим и внезапным отказам крановых канатов.
  4. На основе положений теории рисков и катастроф предложен метод количественной оценки опасности возникновения обрыва (разрушения) подъемных канатов мостовых кранов, базирующийся на сравнении расчетной вероятности аварийного события с допустимой величиной безопасной эксплуатации.
  5. Получено условие безопасности крановых подъемных канатов с учетом качества их изготовления, а также статистических и экспериментальных данных по их наработке и несущей способности.
  6. Установлены законы статистических распределений наработки и несущей способности канатов, позволяющие прогнозировать выбор канатов для конкретных типов и условий эксплуатации грузоподъемных кранов.
  7. Предложен метод прогнозирования безопасных условий труда в рабочей зоне при эксплуатации мостового крана на основе полученных автором в результате статистических и экспериментальных исследований законов распределения наработки и несущей способности крановых подъемных канатов.
  8. Предложен экспериментально-расчетный метод определения нагруженности крановых канатов для установления закона распределения по наработке (в зависимости от массы груза, числа циклов и перегибов на блоках) каната по относительным деформациям опор барабана, положенный в основу алгоритма программного обеспечения обработки данных, полученных с помощью прибора «РИЭКК».
  9. Разработан метод оценки качества кранового каната, основанный на анализе величины отклонений остаточных деформаций каждой из прядей каната при его изготовлении и расчете по отклонению деформаций величины опасности (вероятности аварийного обрыва).
^ Наверх