Техническое состояние мостовых кранов

О техническом состоянии мостовых кранов.

Техническое состояние мостовых кранов является особой разновидностью качества на стадии эксплуатации, имеющей свои показатели, связанные со многими другими показателями качества.

Процессы управления техническим состоянием мостовых кранов определяется совокупностью причин.

Во - первых, кранами мостового типа оборудованы пролеты многих цехов машиностроительных заводов и складов транспортных и производственных предприятий. От безотказности и долговечности их работы непосредственно зависят ритм и безопасность производственного процесса, а также экономические показатели.

Во - вторых, мостовые краны, будучи собственностью предприятий различных отраслей, должны удовлетворять требованиям единого надзорного органа - Госгортехнадзора.

В - третьих, регулярным обследованием технического состояния подъемно-транспортного оборудования занимаются специализированные фирмы, имеющие соответствующие лицензии. По результатам обследования создается соответствующая документация для поддержания и восстановления технического состояния кранов и подкрановых путей. Наконец, использование современных информационных технологий позволяет упорядочить весь процесс управления техническим состоянием большого парка мостовых кранов предприятий района, города или области, создать компьютерные базы данных по однотипным кранам, повысить эффективность принимаемых управленческих решений. Фактически действует система управления техническим состоянием мостовых кранов и других подъемно- транспортных машин, однако она не исследована строгими научными методами, протекающие в ней процессы не формализованы, информационная поддержка управленческих решений недостаточна. При решении организационных вопросов необходимо учитывать требования международных стандартов ИСО семейства 9000:2000.

Мостовые краны в Екатеренбурге произведенные компанией ЕВРОПРО отвечают международным стандартам ИСО.

Техническое состояние мостовых кранов является разновидностью их материально-структурного качества, а организация управления техническим состоянием должна удовлетворять требованиям международных стандартов ИСО семейства 9000:2000.

Проведен анализ работоспособности мостовых кранов как объекта управления. Рассмотрена работоспособность основных узлов мостового крана в процессе эксплуатации. Выявлена взаимосвязь различных видов дефектов, событий и технических состояний мостового крана (рис. 1).

Представлена граф-модель основных узлов мостового крана (рис.2), где приняты следующие обозначения: М - мост (металлоконструкция); ХКК - ходовые колеса крана; ПП - подкрановый путь; ПКК - привод колес крана; КГТ - колеса грузовой тележки; ГТ - грузовая тележка; МП - механизм подъема; ГЗ - грузозахват; ПМП - привод механизма подъема; ПКТ - привод колес тележки; СУК - система управления крана.

Обоснован выбор методов измерения значений параметров определяющих техническое состояние узла. Показано, что в зависимости от ситуации возможно использование методов одной из следующих групп:

  1. экспериментальные;
  2. экспертные;
  3. расчетные.

На основе анализа литературных источников и имеющихся статистических данных было определено, что одними из наименее долговечных деталей крана являются ходовые колеса. Срок службы ходовых колес колеблется от нескольких месяцев до нескольких лет. Для мостовых кранов тяжелого режима работы срок службы ходовых колес в большинстве случаев не превышает 4-7 месяцев.

Рассмотрен опыт управления техническим состоянием мостовых кранов. Выявлены некоторые особенности, главная из которых заключается в том, что краны принадлежат разным юридическим лицам, они разобщены территориально, но в силу особой важности постоянного поддержания их в работоспособном и безопасном состоянии требования к ним и надзор централизованы. В этих условиях возникли и функционируют специализированные коммерческие организации по обследованию технического состояния кранового оборудования и разработке ремонтной документации. Техническое обслуживание и ремонт осуществляют соответствующие службы предприятий — владельцев кранов либо специализированные ремонтные предприятия.

Анализ показывает, что восстановление работоспособности мостовых Краков путем ремонта осуществляется в основном по планово - предупредительному принципу с частичным учетом фактического или ожидаемого состояния. Однако техническое обслуживание кранов с целью поддержания их состояния предусматривается проводить в каждую смену работы, поэтому возникающие мелкие работы выполняются по фактическому состоянию.

Компания ЕВРОПРО - производитель мостовых кранов в Екатеренбурге рекомендует проводить регулярный осмотр узлов, чтобы избежать аварии и вовремя заменить износившуюся деталь.

Для более полного раскрытия основных задач и ресурсов управления техническим состоянием мостового крана и их взаимосвязи рассмотрена структура так называемого системотехнического комплекса (рис.З). Здесь совокупность металлоконструкции, механизмов и устройств, составляющих мостовой кран - рабочая система PC. В ее составе технические средства ТСР, расходные материалы и продукты МПР, техническая документация Др. В течение всего срока службы крана действует система управления функционированием СУФ, система технического обслуживания СТО, система ремонта СР и обеспечивающие системы: система материально-технического обеспечения СМТО и система информационного обеспечения СИО. Каждая из них включает в себя персонал П, необходимые технические средства ТС, расходные материалы, продукты и изделия МП, а также документацию Д. Внешние связи х отражают условия, критерии и ограничения в процессе работы указанных систем.

Выделение системы информационного обеспечения в качестве относительно самостоятельной принципиально важно, учитывая общую природу информационных процессов. Совокупность PC, СИО, СТО и СР образует сложный контур управления техническим состоянием мостового крана. При наличии на предприятии группы мостовых кранов все системы, кроме PC и СУФ, являются общими для нее.

При централизованном обследовании технического состояния кранового оборудования специализированной организацией информация о техническом состоянии мостовых кранов одного типа, принадлежащих различным предприятиям, может быть объединена, обработана и использована при принятии управленческих решений. Это требует создания компьютерной базы данных.

К недостаткам существующей практики управления техническим состоянием мостовых кранов необходимо отнести следующее. Информационные технологии (техническое диагностирование, моделирование, прогнозирование, экспертные системы и т.п.) практически не используются. При оценке состояния крана основное внимание уделяется органолептическим методам, основанным на использовании возможностей органов чувств человека (прежде всего зрения).

Несмотря на большой объем информации о техническом состоянии, безотказности и долговечности отдельных элементов металлоконструкций, деталей и узлов кранов, не производится обработка данных методами математической статистики. Не созданы компьютерные банки данных по отдельным типам мостовых кранов. В результате информационная поддержка управленческих решений находится на весьма низком уровне. Это, прежде всего, касается сроков и объемов трудоемких ремонтных работ с целью восстановления работоспособности кранов. Переход от традиционного планово-предупредительного принципа управления к управлению по прогнозируемому состоянию позволит значительно снизить затраты на ремонт кранов. В итоге сформулированы цель и задачи исследования.

Компания ЕВРОПРО - производитель мостовых кранов в Екатеренбурге рекомендует регулярно проводить технического состояния крана.

Во второй главе рассматриваются математические модели процесса изменения технического состояния мостового крана. Приведена классификация видов изменения технического состояния. Основными из них являются изнашивание, деформирование, усталостные разрушения, загрязнение и разрегулирование.

Учитывая, что наименьшую долговечность имеют ходовые колеса мостового крана вследствие интенсивного механического изнашивания, было решено основное внимание уделить выяснению причин методом математического моделирования процессов движения крана.

В процессе использования мостового крана на промышленном или транспортном предприятии его общее движение по прямолинейному подкрановому пути складывается из трех движений:

  1. поступательного с линейной скоростью для центра тяжести крана;
  2. поворотного с угловой скоростью вокруг центра тяжести до момента, когда одна из реборд ходовых колес крана войдет в контакт с боковой гранью рельса;
  3. поворотного для центра тяжести вокруг точки касания реборды с рельсом до установившегося значения угла перекоса моста крана относительно кранового пути.

Все три движения имеют переходные и установившиеся периоды. Основными причинами возникновения поступательных переходных движений являются действия крановщика (включения, изменения скорости и остановки крана).

Экспериментальные наблюдения показали, что периоды разгона и торможения крана кратковременны и не оказывают большого влияния на изнашивание ходовых колес. По этой причине в данной работе они не рассматриваются. Аналогично не учитывается переходный процесс для второго движения в связи с его кратковременностью. Для удобства установившиеся режимы первого и второго движений описаны одной моделью независимого (от реборд) движения. Третье движение, в основном влияющее на процессы изнашивания реборд ходовых колес, представлено самостоятельной моделью. По причине неидеальности профиля пути движение крана поочередно описывается одной из указанных моделей.

Мостовые краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО, производятся из высококачественных материалов, поэтому надежны.

На рис. 4 показана схема действующих сил при независимом движении крана с центральным приводом механизма передвижения для случая, когда приводными являются ходовые колеса 1 и 2.

Здесь:

х, v - соответственно оси поперечного и продольного движения крана;

Ц.т. - центр тяжести крана;

L - ширина колеи; к - база крана;

Pi, Р2 - движущие силы приводных колес;

Wc13, Wc24 - силы сопротивления передвижению сторон крана от трения качения, трения в подшипниках ходовых колес и трения реборд;

Нс1, ...Нс4 - силы бокового скольжения ходовых колес;

R1, R2 - силы, действующие в пятне контакта;

ν1, ν2 - относительные скорости продольного скольжения колес, определяемые по формуле

где:

Vc - скорость скольжения;

VK - скорость поступательного движения центра тяжести;

и12, и34 - относительные скорости бокового скольжения ходовых колес;

τ1, τ2 - относительные скорости скольжения, вызываемые силами R1, R2;

ω - угловая скорость поворота крана относительно центра тяжести, определяемая по формуле

В соответствии с рис.4 в статике имеют место следующие равенства:

Рассмотрев третье движение мостового крана, определили, что в реальных условиях возможны следующие случаи контакта реборды ходового колеса и рельса:

  • в контакте находится только наружная реборда;
  • Б контакте находится только внутренняя лебоода;
  • в контакте находятся одновременно внутренняя и наружная реборды.

Исходные дифференциальные уравнения третьего движения крана, в соответствии с принципом Даламбера, имеют вид:

 

где т - масса крана;

 

Wpi - сопротивление передвижению от трения реборд;

а - угол перекоса крана относительно кранового пути;

Hi - боковое усилие на реборде колеса 1;

I - момент инерции крана в горизонтальной плоскости относительно центра тяжести.

l— расстояние от оси колеса до центра тяжести мостового крана.

В ходе дальнейших преобразований с использованием известных физико-математических зависимостей были получены системы дифференциальных уравнений третьего движения мостового крана для центрального и раздельного приводов механизма передвижения при упругом и избыточном скольжении в зоне контакта ходовых колес с рельсами. Например, при движении мостового крана с центральным приводом механизма передвижения при упругом скольжении система дифференциальных уравнений имеет вид:

В процессе вывода уравнений использованы результаты работ В.И. Голошейкина и А.С. Конопли, полученные при решении других задач.

Поскольку общая масса крана с грузом равна сумме

М = Мк+Мг

где Мк - масса крана; Мг - масса груза, то нагрузочные параметры складываются из двух частей:

Структурное изображение полученной модели приведено на рис.5,

где х — координата положения центра тяжесги (изменяется при перемещении грузовой тележки).

В итоге имеем модель с детерминированной структурой, постоянными конструктивными параметрами и изменяющимися случайным образом, в определенных пределах, нагрузочными параметрами. В целом ее можно назвать моделью гибкой детерминации.

Система (10) является системой линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами.

Для случая “а”

где ψ коэффициент сцепления,

vкp - критическая относительная скорость скольжения:

Спр - приведенная жесткость кранового пути и элементов крепления ребордного ходового колеса в направлении действия боковых сил;

Domн- относительная разность диаметров приводных колес,

определяемая по выражению Dотн = (D1 - D2)/Dн;

D1, D2 - диаметры поверхности катания приводных колес;

Dн - номинальный диаметр колеса.

Эта система аналогична для случаев ”б” и ”в”, отличаются только выражения для постоянных коэффициентов (приведены в работе).

Решив систему уравнений (10) с учетом дополнительных (вторых) допущений, получим для угла перекоса крана

Сравнивая выражения (10), (14) и (15), видим, что за счет дополнительных допущений аналитические решения для α2 и x2 связаны друг с другом только через значения постоянных коэффициентов, т.е. в установившемся состоянии:

При движении мостового крана с раздельным приводом механизма передвижения система дифференциальных уравнений остается неизменной, отличаются лишь выражения для некоторых постоянных коэффициентов. Рассмотрены модели изнашивания, при этом в общем случае скорость изнашивания выражена зависимостью

где к - коэффициент изнашивания, характеризующий материал пары и условия изнашивания; Р - давление на поверхности трения; v - скорость относительного скольжения; N — нормальная сила давления; F — номинальная площадь контакта. При этом для абразивного и ряда других видов изнашивания т≈n≈1.

Выражение для линейного износа, в данном случае, примет вид

δ = к • Р • v • t.

Принимая δ равной предельно допустимому значению износа реборды δдоп ходового колеса и учитывая, что время работы мостового крана за один цикл

где Ln - путь, проходимый мостовым краном за один цикл, получим выражение для определения количества циклов наработки до достижения предельного состояния по износу реборд в виде

где va6c - абсолютная скорость точки касания, определяемая по известной формуле;

Рс - усредненное давление за цикл.

Выбранная модель процесса изнашивания являетсяиэкспериментально-статистической, полученной путем аппроксимации зависимостей в результате физических экспериментов, проведенных специалистами по триботехнике.

На основании моделей движения и изнашивания выполнено имитационное моделирование процесса изменения технического состояния узлов крана. При этом была принята гипотеза о равновероятности рассмотренных характерных случаев.

В ходе работы был разработан программный продукт. Его основа - язык Pascal. Сама программа была написана в среде Delphi 6, основанной на технологии объектно-ориентированного программирования.

Целью разработки программы являлось создание методики, позволяющей моделировать траекторию движения мостового крана, определять усилия в зоне контакта колесо — подкрановый рельс и осуществить прогноз срока службы ходового колеса в конкретных условиях эксплуатации. Исследовано третье движение (движение после касания реборды ходового колеса боковой грани рельса) с учетом двух типов привода мостового крана (рис 6).

Компания ЕВРОПРО - производитель мостовых кранов в Екатеренбурге постоянно испытывает и совершенствует свою продукци, что позволяет добиться высоких результатов в износостойкости.

В третьей главе рассмотрена система управления техническим состоянием мостовых кранов. Была построена общая блок - схема (рис. 7). Индексом i обозначена конкретная машина. Свойства технических средств машины ТСi выступают в качестве объекта управления. В результате работы с учетом условий эксплуатации УЭ, наблюдается изменение технического состояния, которое регистрируется по контролируемым показателям состояния КПСi.   

Для поддержания и восстановления технического состояния машины вырабатываются и осуществляются соответствующие режимные РВi и материально-структурные МСВi управляющие воздействия при техническом обслуживании и ремонте.

Во всем процессе управления первым элементом является проверка технического состояния ПТСi, которую проводит обслуживающий персонал крана, работники ремонтной службы и надзорных органов. ПТСi проводится в форме оперативного контроля параметров функционирования, периодического осмотра отдельных агрегатов и узлов, статических, динамических и других испытаний, технического диагностирования, дефектации, инспекторских осмотров освидетельствований. Оценка технического состояния ОТСi производится с учетом действующих нормативных требований НТ.

При управлении по оперативно оцененному состоянию принятие решения ПОР, осуществляется с учетом требований заданного критерия работоспособности kр узлов крана. Необходимый объем технического обслуживания по состоянию ОТОСi или ремонта ОРСi определяется по оперативному решению ОРi. Оперативное решение также определяет возможные воздействия ВВ; на условия эксплуатации.

Принятие статистического решения ПСР производится на основе оценки параметрической надежности ОПН, полученной в результате анализа надежности АН по множеству данных {Д} об изменениях технического состояния и постепенных отказах группы однотипных узлов. Для этого необходимо учитывать установленные требования к значению критерия параметрической надежности kпн. Статистическое решение должно предусматривать периодическое выполнение некоторого определенного объема регламентированного технического обслуживания РТО и ремонта РР, создание комплексов запасных деталей, узлов, инструментов, приборов (ЗИП) заданной номенклатуры и объема, а также мероприятия по улучшению условий эксплуатации МУ.

Компания ЕВРОПРО - производитель мостовых кранов в Екатеренбурге рекомендует выполнять плановую проверку технического состояния в соответствии с документацией.

Описанный процесс управления техническим состоянием мостовых кранов является замкнутым. Контролируемые показатели технического состояния напрямую зависят от характера и объема выполненных работ по техническому обслуживанию и ремонту, улучшению    условий эксплуатации, а последние в свою очередь определяются на основе оценки технического состояния.

Отдельные функции управления осуществляются разными организациями, разобщенными территориально и юридически. Система управления по своей сути является корпоративно - централизованной В данной работе централизованность понимается в плане использования обобщенной по многим предприятиям информации о техническом состоянии однотипных кранов и построение на базе полученной статистики единых моделей его изменения, а также использование одинаковой методики оценки и единой нормативной базы.

Дана классификация рекомендуемых методов диагностирования которая включает в себя девять позиций, характерных для мостовых кранов при контроле их технического состояния.

Четвертая глава посвящена информационному обеспечению системы управления техническим состоянием мостовых кранов.

Информационная подсистема в составе системы управления техническим состоянием эксплуатируемых объектов предназначена для сбора, накопления, хранения, обработки необходимой информации и ее использования при принятий управленческих решений.

Информационное обеспечение включает в себя:

  • систему показателей технического состояния мостовых кранов;
  • потоки информации;
  • принятую систему классификации и кодирования информации о техническом состоянии;
  • необходимую документацию;
  • различные информационные массивы.

По типу пользовательского интерфейса информационные технологии обычно подразделяют на пакетные, диалоговые и сетевые. В данном случае территориальная разобщенность информационных ресурсов системы управления потребовала использования сетевой технологии, предполагающей телекоммуникационные средства доступа к этим ресурсам. При этом обосновано использование центрального сервера, что привело к реализации модели ’’клиент-сервер”.

При рассмотрении структуры первичной информации о техническом состоянии контролируемых объектов выделены отдельные ее элементы.

Реквизиты-признаки характеризуют качественную сторону объекта контроля (подшипник качения, ходовое колесо, приводной вал, канат, ось, и т.п.), а реквизиты-основания несут количественную информацию. Однородные реквизиты-признаки объединены в номенклатуры (номенклатура подшипников качения и т.п.). Каждый реквизит-признак имеет форму и содержание. Форма - это уже рассмотренное наименование объекта. Содержание раскрывает характер дефекта (износ, зазор, трещины и т.п.). Одному наименованию объекта может соответствовать несколько содержательных значений.

Реквизиты-признаки подлежат логической обработке, а реквизиты- основания обрабатываются арифметически. Сочетание полного обозначения признака и основания образует показатель. В базе данных показатели являются основной единицей информации. Каждый показатель имеет множество значений и оценивается по своему алгоритму.

Краны в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО отвечают всем современным требованиям безопасности.

Совокупность показателей образует информационное сообщение о техническом состоянии контролируемого узла мостового крана. Группа однородных сообщений (например, относящихся к одному крану или полученных по одноименным узлам разных кранов одновременно), составляет информационный массив (файл) технического состояния. Файл является основной структурной единицей при компьютерной обработке данных о техническом состоянии. Запись информации в память осуществлена по файлам, при этом выделены файлы постоянной и переменной информации. Массивы по различным признакам объединены в потоки, которые используются при прогнозировании технического состояния.

Рассмотрены способы идентификации параметров моделей. В данной работе структура модели получена в результате вывода дифференциальных уравнений движения крана и изнашивания его элементов исходя из физических предпосылок. В полученных в главе 2 уравнениях большое число коэффициентов, они могут, быть разделены на четыре группы. Первую группу составляют параметры, представляющие собой паспортные данные. Их идентификация сводится к установлению соответствия исследуемой конструкции (модификации) крана в целом и отдельных его узлов этим данным. Ко второй группе отнесены результаты измерений, выполненных инструментальными средствами на конкретном кране. В случае многократных однотипных измерений необходима обработка данных методами математической статистики.

Часть параметров (третья группа) представляет собой результаты выполненных расчетов по известным апробированным методикам смежных научных дисциплин. Обычно расчеты выполняются для определенных, часто усредненных, условий. В четвертую группу вошли параметры, определяемые экспериментальным путем. Такие данные действительны только для тех условий, в которых проведен эксперимент. При многократных экспериментах выявляется диапазон изменения параметров, определяемый варьированием многочисленных неконтролируемых факторов. При имитационном моделировании значения коэффидиентов из диапазонов задаются методом случайной выборки.

В работе рассмотрены подходы к созданию экспериментальной базы данных технического состояния мостовых кранов. Исходным при этом является большой статистических материал по техническому состоянию, собранный специализированной организацией в ходе обследования большого числа кранов определенных типов и их унифицированных узлов.

Для группировки реквизитов-признаков (по типам кранов, по унифицированным узлам кранов разных типов, по длительности эксплуатации, по режимам использования и т.п.) и их кодирования определены условные обозначения, система классификации и кодирования, позволяющие представить информацию в удобной для компьютера форме. При этом использованы принципы, реализованные в Единой системе классификации и кодирования.

Создание классификатора в данной работе состоит из следующих этапов:

  • установление перечня и количества объектов (узлов, блоков) контроля технического состояния;
  • систематизация объектов по определенным классификационным признакам (выбор системы классификации);
  • определение правил обозначения объектов кодирования (выбор системы кодирования);
  • присвоение кодовых обозначений всем позициям объектов контроля;
  • разработка положения по ведению кодов и внесению изменений и дополнений.

В системе управления техническим состоянием мостовых кранов структура базы данных практически неизменна, поэтому наиболее целесообразно использование сетевой модели (рис.8). Функционирование базы данных осуществляет система управления этой базой, представляющая собой пакет программ, обеспечивающий поиск, хранение, корректировку данных, формирование ответов на запросы. Совокупность базы данных и системы управления ею является банком данных по техническому состоянию обследуемых мостовых кранов.

Закажите кран в Екатеренбурге от компании ЕВРОПРО.

^ Наверх