Метод технической диагностики и профилактическое восстановление несущих металлических конструкций грузоподъемных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат наук Бутырский, Сергей Николаевич

• Бутырский, Сергей Николаевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Бутырский, Сергей Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

1.1. Факторы, определяющие повреждения грузоподъемных машин

1.2. Методы и технические средства неразрушающего контроля и мониторинга грузоподъемных машин

1.3. Диагностирование металлоконструкций

1.4. Модели профилактического восстановления металлоконструкций грузоподъемных машин

1.5. Цель и задачи исследования

2. МЕТОД ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

2.1. Модель развития зоны пластической деформации вблизи концентратора напряжений под воздействием циклического нагружения47

2.1.1. Модель развития зоны пластической деформации вблизи концентратора напряжений

2.2. Способ диагностики накопленной повреждаемости метало-

конструкции по размерам зоны пластической деформации

2.2.1. Анализ развития размеров зоны пластической деформации под воздействием пластического деформирования

2.3. Оптический рефлектометрический способ измерения размеров зоны пластической деформации

2.3.1. Метод измерения расстояния между реперными метками

анализом дисперсий составляющих рассеянного света

2

2.3.2. Оценка эффективности обнаружения реперных меток методом дисперсионного анализа

Выводы

3. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ В СИСТЕМЕ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

3.1. Математическая модель процесса технического диагностирования металлоконструкции грузоподъемной машины

3.2. Алгоритм оптимизации режима технического диагностирования элементов металлоконструкций грузоподъемных машин

3.3. Исследование процесса технического диагностирования элемента металлоконструкции грузоподъемной машины методом статистического моделирования

3.4. Техническое диагностирование металлоконструкции грузоподъемной машины

3.5. Исследование режима профилактического восстановления металлоконструкций грузоподъемных машин

Выводы

4. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

4.1. Информационная поддержка оптимизации периодичности контроля состояния металлоконструкций грузоподъемных машин

4.2. Разработка конструкции оптического датчика системы диагностирования

4.3. Аппаратное и алгоритмическое обеспечение управления системой диагностирования

4.3.1. Выбор микроконтроллера для реализации управления

4.3.2. Структура типового микропроцессора

4.3.3. Основные виды архитектур микропроцессоров

4.3.4. Микроконтроллер ATmegal28

Микроконтроллер ATmegal28 представляет собой 8-разрядный микроконтроллер с 128 К байтами внутри системно программируемой Flash памяти [46]

4.4. Выбор интерфейса для построения сети ПЭВМ - микроконтроллер

4.4.1. Последовательный интерфейс RS-232

4.4.2. Порядок обмена по интерфейсу RS-232

4.4.3. Формат передаваемых данных

4.5. Схема управления шаговым двигателем

4.6. Разработка принципиальной электрической схемы

4.7. Разработка программы управления микроконтроллером ATmegal28154

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод технической диагностики и профилактическое восстановление несущих металлических конструкций грузоподъемных машин»

ВВЕДЕНИЕ

Существует класс машин, при оценке технического состояния которых особое внимание уделяется технической диагностике металлической конструкции, которая в процессе эксплуатации воспринимает основные рабочие нагрузки и несет основные рабочие механизмы. К таким машинам относятся авиационная техника, грузоподъемные машины, дорожные и строительные машины, горные машины, водный транспорт и т. д. Потеря несущей способности металлическими конструкциями указанных машин приводит к травхмированию людей, материальным затратам, а в ряде случаев носит катастрофический характер.

Основными средствами, направленными на повышение безопасности эксплуатации несущих металлических конструкций машин, являются их техническая диагностика с использованием методов и средств неразру-шающего контроля, поддержание работоспособности эксплуатируемых грузоподъемных машин в межремонтные периоды путем технического обслуживания (ТО) и восстановление значений показателей надежности до регламентированных значений во время ремонта. Современный уровень развития методов и средств неразрушающего контроля позволяет эффективно выявлять дефекты эксплуатируемых металлических конструкций. Однако эксплуатационные дефекты возникают и зарождаются на завершающей стадии «жизни» металла. Тогда как предваряющие эту стадию усталостные изменения развиваются и накапливаются медленно, долго и постепенно, причем в течение самого продуктивного этапа эксплуатации. Эти процессы идут с явным опережением в зонах концентрации напряжений. Для замедления процесса потери грузоподъемной машиной работоспособности применяют техническое обслуживание, включающее замену и пополнение смазочного материала, очистку и покраску металлической конструкции, регулирование механизмов, профилактические мероприятия. Выбор интервалов времени для восстановления работоспособности грузо-

подъемной машины и объем ремонтных работ диктуются принятой системой технического обслуживания и ремонта, организация которой была бы значительно облегчена, если бы моменты и место отказов грузоподъемной машины можно было точно предсказать.

В связи с этим актуальной задачей является обеспечение безопасности эксплуатации грузоподъемных машин на основе совершенствования методов диагностики и мониторинга и рациональной организации системы технического обслуживания и ремонта их несущих металлических конструкций.

Работа выполнена в соответствии с программой развития инновационно-технологического центра Тульского государственного университета, выполняемой с целью реализации Постановления Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 219 (шифр программы 2010-219-001.073, договор № 13.037.31.0023).

Цель работы заключается в научном обосновании метода технической диагностики и параметров режима профилактического восстановления несущих металлических конструкций грузоподъемных машин на основе оценки накопленных усталостных повреждений по размерам зоны пластической деформации в условиях циклического нагружения и профилактического восстановления.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1. Проведение анализа методов технического диагностирования и назначения параметров режима профилактического восстановления несущих металлических конструкций грузоподъемных машин.

2. Разработка метода технического диагностирования несущих металлических конструкций грузоподъемных машин по размерам зоны пластической деформации вблизи концентратора напряжения.

3. Разработка и оценка эффективности оптического рефлектометри-ческого способа измерения размеров зоны пластической деформации.

4. Разработка математической модели процесса технического диагностирования металлических конструкций грузоподъемных машин.

5. Разработка методики оптимизации режима технического диагностирования металлических конструкций в системе технического обслуживания и ремонта грузоподъемных машин по критерию удельных затрат времени на восстановление металлической конструкции на единицу её наработки.

Теоретические положения работы основаны на элементах деформационной теории, метода конечных элементов, теории рассеяния волн на статистически неровной поверхности, методах теорий вероятностей и математической статистики и дисперсионного анализа. Для проведения расчетов использовалась САПР АРМ WinMachine, вычислительная среда Matead и среда программирования Delphi.

Объектами исследования являются металлические конструкции грузоподъемных машин.

Предмет исследования - взаимосвязь ресурса, геохметрических параметров зоны пластической деформации, условий циклического нагруже-ния и параметров режима профилактического восстановления металлических конструкций грузоподъемных машин.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием фундаментальных теоретических положений, адекватностью разработанных математических моделей реальным процессам, подтверждением полученных теоретических результатов данными эксперимента.

В диссертации получены новые научные положения, выносимые на защиту: метод технического диагностирования несущих металлических конструкций грузоподъемных машин, основанный на анализе изменений

под действием циклического нагружения линейных размеров между нанесенными заранее в зоне пластической деформации реперными метками; оптический рефлектометрический способ измерения размеров зоны пластической деформации методом дисперсионного анализа; Математическая модель процесса технического диагностирования металлических конструкций грузоподъемных машин, позволяющая определять характеристики системы технического обслуживания и ремонта металлической конструкции, включая назначение периодичности контроля ее технического состояния и критического расстояния между реперными метками на поверхности контрольной площадки, при превышении которых требуется профилактическое восстановление металлической конструкции; алгоритм, и реализующее его математическое обеспечение для ЭВМ, оптимизации режима технического диагностирования металлических конструкций грузоподъемных машин для трех возможных вариантов функции надежности металлической конструкции.

Научная новизна диссертации состоит в том, что впервые установлена связь между выработанным ресурсом металлических конструкций, изменениями линейных размеров между нанесенными в зоне пластической деформации реперными метками и параметрами режима технического диагностирования.

Практическая ценность работы заключается в разработке средств мониторинга и оценки состояния металлических конструкций грузоподъемных машин и создании методики планирования системы технического обслуживания и ремонта металлической конструкции и расчета показателей ее технического диагностирования.

Результаты, представленные в диссертационной работе, использованы в учебном процессе в курсе «Диагностика грузоподъемных машин» при подготовке студентов специальности «Подъехмно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» на кафедре «Подъемно-транспортные

8

машины и оборудование» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на научных семинарах кафедры «Подъемно-транспортные машины и оборудование» ТулГУ; на III всероссийской научно-технической конференции «Молодежные инновации» (г. Тула, 2009 г.); на Московском международном подъемно-транспортном форуме «Подъемно-транспортная техника и технологии» (г.Москва, 2008, 2009, 2010 г.г.); на конкурсе «Мир науки» (г. Тула, 2009 г.); на городском конкурсе профессионального мастерства «Тульские мастера» (г. Тула, 2009 г.); на 14 Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (г. Тула, 2009 г.); на 13-й Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» (г. Москва, 2009 г.); на 13-й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2012 г.). По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Получен 1 патент на изобретение. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и общих выводов, списка литературы, изложенных на 173 страницах, содержит 11 таблиц, 69 рисунков, списка литературы из 107 наименований и одного приложения на 3 страницах.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

И ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩИХ

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

1.1. Факторы, определяющие повреждения грузоподъемных машин

Основными факторами, вызывающими повреждения грузоподъемных машин являются: воздействия окружающей среды; металлургические дефекты; конструктивные ошибки при проектировании машины; технологические промахи при изготовлении; условия эксплуатации (изнашивание деталей механизмов в процессе эксплуатации); качество технического обслуживания; а также внутренние процессы, изменяющие физико-механические свойства материала конструкции: изнашивание, деформация, коррозия, старение, в результате чего происходит разупрочнение и утонение, снижаются твердость, износостойкость, появляются и растут усталостные трещины, происходит деградация структуры материала.

К воздействию окружающей среды относится влияние атмосферных осадков, обледенения, воздушных потоков, температуры, запыленности и т.д.

Атмосферная коррозия металлов - наиболее распространенный вид электрохимической коррозии, протекающий во влажном воздухе при обычных температурах. Коррозионная среда во всех случаях представляет собой слой влаги, в котором растворены кислород и двуокись углерода, в промышленной атмосфере еще и двуокись серы, окислы азота, сероводорода и др. Толщина этого слоя колеблется от нескольких ангстрем до нескольких мик-рохметров в зависимости от условий образования [68]. Механизм атмосферной коррозии в значительной мере зависит от толщины слоя электролита.

Состав и свойства продуктов коррозии значительно влияют на скорость коррозии. Пористые пылеобразные продукты ускоряют коррозионный процесс, так как способствуют химической и капиллярной конденсации. Чистый

влажный воздух не способствует заметному повышению скорости коррозии даже при относительной влажности, близкой к 100%. Повышение температуры приводит к уменьшению относительной влажности и растворимости газов в водном слое и в то же время способствует высыханию поверхности металлоконструкции. Все это приводит к снижению скорости коррозионного процесса.

Наиболее часто в металлоконструкциях грузоподъемных машин встречается коррозия под напряжением, которая является источником развития усталостных трещин. Этот вид коррозии возникает при одновременном воздействии деформации (создается напряженное состояние в металлоконструкции) и агрессивной среды, что приводит к коррозионному растрескиванию и коррозионной усталости.

Коррозионная усталость - процесс постепенного накопления повреждений, которые обусловлены одновременным воздействием переменных нагрузок и коррозионно - активной среды, приводящим к уменьшению долговечности и снижению запаса циклической прочности [85].

Эксплуатация металлических конструкций машин при низких температурах (ниже -30 °С) дает значительное количества примеров хрупких разрушений [42]. Большинство их происходит зимой в начальной стадии эксплуатации конструкции, часто при ненагруженном состоянии, т. е. при низких напряжениях.

Эксплуатация крановых металлических конструкций в условиях повышенных температурах (+30 °С) не оказывает значительного воздействия на работоспособность и накопление повреждаемости, и лишь при испытаниях на усталость обычно наблюдается небольшое снижение пределов выносливости в связи с влиянием процессов ползучести, особенно в случае, если среднее напряжение цикла не равно нулю [89].

К воздействию окружающей среды также относятся ветровая и сейсмическая нагрузки.

Механические и служебные свойства металлов во многом зависят от химического состава, поэтому, к металлургическим дефектам следует относить несоответствие качества стали ГОСТ, выражающееся в повышенном (или пониженном) содержании примесей, что может привести к преждевременному выходу из строя узла, механизма или машины в целом.

Неудовлетворительное конструктивное решение при проектировании грузоподъемной машины приводит к преждевременному выходу узла или конструкции из строя.

Основным технологическим процессом для изготовления металлоконструкций грузоподъемных машин [34] является сварка. Поэтому дефекты сварочного процесса будут являться основными технологическими дефектами для металлоконструкций грузоподъемных машин.

Все дефекты по их значимости можно условно распределить по трем группам: малозначительные, значительные и критические. К малозначительным относят отдельные включения и непровары без надреза, к значительным - протяженные дефекты и критическим - трещиноподобные. Трещины и трещиноподобные дефекты, как правило, считают недопустимыми независимо от их размеров. Объемные дефекты допускают до определенных размеров и количества.

Изменение параметров деталей в процессе эксплуатации определяются характером повреждения рабочей поверхности, который в свою очередь зависит от типа взаимодействия контактирующих поверхностей деталей сопряжения. Более половины отказов грузоподъемных машин происходит в следствие изнашивания, поэтому при исследовании процессов изменения технического состояния грузоподъемных машин необходимо особое внимание уделять трению и изнашиванию.

Выделяют три группы изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное, которые, в свою очередь, делят на несколько видов [34]. Детали грузоподъемных машин в наибольшей степени

подвергаются механическому изнашиванию, которое может быть абразивным, при заедании, усталостным, при фреттинге или в виде пластического деформирования.

Циклический характер нагружения, который испытывают краны в процессе эксплуатации, влияет на механические свойства сталей, что отражается в основном на характеристики пластичности. Циклическое нагружение металлов сопровождается таким видом дефекта металла, как микропластическая деформация, величина которой накапливается с увеличением числа циклов в виде структурной повреждаемости и относится к усталостному повреждению. Величина накопленной микропластической деформации зависит от ряда факторов, одним из которых является уровень циклических напряжений. Оценкой уровня является коэффициент перегрузки, определяемый отношением максимальных напряжений цикла к пределу выносливости к = ст гаах / a R .

Эффекты влияния циклического нагружения на механические свойства материала не всегда однозначны, однако можно выделить главные из них [50]:

во-первых, влияния циклического нагружения проявляется в большей степени с увеличением коэффициента перегрузки;

во-вторых, однозначно установлено, что циклирование сопровождается уменьшением площадки текучести до полного ее исчезновения на диаграмме растяжения;

в-третьих, процесс циклирования сопровождается двумя конкурирующими процессами: разупрочнения и упрочнения, условия протекания которых и определяют изменение механических свойств и разрушение;

в-четвертых, существенно изменение в процессе циклирования претерпевают предел выносливости, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Изменение предела прочности менее суще-

ственно, а сопротивление истинного изменения отрыву практически остается неизменным.

Как правило, уровни напряжений в металлоконструкция грузоподъемных кранов не имеют высоких коэффициентов перегрузки (к < 1), однако увеличение коэффициента перегрузки может наблюдаться в зонах повышенной концентрации напряжений, что повлечет за собой накопление локальных повреждений, ведущих к последующему разрушению конструкции.

С течением времени происходит самопроизвольное изменение физических и механических свойств стали, называемое старением. Старение, как правило, ведет к ухудшению пластичности и, в первую очередь, к снижению ударной вязкости, которая напрямую влияет на хладноломкость стали.

1.2. Методы и технические средства неразрушающего контроля и мониторинга грузоподъемных машин

Постановлением Госгортехнадзора России была поставлена задача информационного обеспечения экспертизы промышленной безопасности по освоению новых методов диагностирования при обследовании объектов повышенной опасности.

Проблема оценки состояния металлоконструкций подъемных сооружений актуальна, прежде всего, из — за большого числа объектов, отработавших нормативный срок эксплуатации. А также, из-за малого количества методик неразрушающего контроля для получения достоверной информации о физико-механических свойствах материала и реальном режиме работы конструкции.

Метод магнитного неразрушающего контроля физико-механических свойств материала основан на измерении магнитного параметра — коэрцитивной силы. В основу метода положены корреляционные зависимости между физико-механическими свойствами ферромагнитных материалов и параметром петли магнитного гистерезиса, контролируемым при статических и

усталостных испытаниях на всех стадиях нагружения вплоть до разрушения. Единство природы намагничивания металла, пластической деформации, накопления повреждений и роста коэрцитивной силы позволяет моделировать на образцах процесс нагружения металлоконструкции при эксплуатации в условиях сложнонапряженного состояния. При непрерывном растяжении в упругой области кривой нагружения коэрцитивная сила возрастает пропорционально приложенному напряжению до величины Нст, соответствующей пределу текучести сгт . В области течения и разупрочнения металла начинается необратимая перестройка доменной структуры за счет разворота 90 — и 180 - градусных доменных границ. В результате образуется небольшая площадка текучести.

При увеличении нагрузки в области необратимых деформаций рост коэрцитивной силы продолжается одновременно с формированием новой доменной структуры и активным накоплением повреждений в металле. Упрочнение металла на стадии предразрушения вызывает окончательную перестройку доменной структуры, рост коэрцитивной силы до максимальных значений и сопровождается появлением хрупких микротрещин на стыках и границах зерен. После образования и раскрытия магистральной трещины происходит частичное снятие напряжений в зоне развития трещины и снижение коэрцитивной силы. Максимальные ее значения Нсв соответствуют пределу прочности металла сгв. При ступенчатом нагружении и измерении коэрцитивной силы после разгрузки образца, когда магнитный параметр реагирует только на остаточные напряжения и деформации, в упругой области коэрцитивная сила остается постоянной, равной исходной, а после достижения предела текучести она растет по линейному закону. При этом энергия, затрачиваемая на работу разрушения металла, и максимальные значения коэрцитивной силы в обоих случаях практически одинаковы.

При эксплуатации металлические конструкции, как правило, работают

в условиях сложнонапряженного состояния. Однако магнитный контроль

15

вдоль направления действия главных напряжений позволяет определить максимальные действующие внутренние напряжения, а с учетом реального режима нагружения оценить остаточный ресурс отдельных несущих элементов и всей металлоконструкции в целом.

Для этого проводятся усталостные испытания плоских образцов из стали традиционных марок, используемых в краностроении. На испытаниях моделируются реальные режимы нагружения кранов. Статистическая обработка результатов испытаний позволяет построить экспериментальные зависимости значений коэрцитивной силы Нс от числа циклов N вплоть до разрушения металла. При использовании такой зависимости определение остаточного ресурса и продление срока дальнейшей эксплуатации кранов значительно упрощается.

Для общей оценки состояния несущих металлоконструкций подъемных сооружений при обследовании и техническом диагностировании достаточно провести анализ распределения коэрцитивной силы. Выявляют наиболее нагруженные элементы (с максимальной коэрцитивной силой Нстах) и сравнивают эти значения с Нст и Нсв, которые соответствуют пределам текучести и прочности (сгт и сгв) для стали, из которой изготовлены несущие элементы. Сопоставив средние и максимальные значения коэрцитивной силы с усталостными номограммами для соответствующего режима нагружения и марки стали, построенными на основе экспериментальных данных, делают вывод о реальном остаточном ресурсе грузоподъемного крана.

На основе метода магнитного неразрушающего контроля разработана специалистами ЗАО ИКЦ «Кран», ООО «Сила +», ООО «Фирма Радук», АО «ВНИИПТМАШ», НТЦ «Строймашавтоматизация» комплексная автоматизированная система мониторинга металлоконструкций «Сирена», которая является на сегодняшний день одной из самых современных систем мониторинга. Данная система предназначена для мониторинга металлоконструкций

мостовых и козловых кранов и прогнозирования остаточного ресурса их безопасной эксплуатации. Комплексная система «Сирена» включает: датчики силы, скорости вращения валов подъема, перемещений, ускорения, времени, температуры; блок логики; блок сбора и хранения информации; программное обеспечение для обработки на ЭВМ результатов контроля; магнитный струк-туроскоп КРМ - ЦК - 2 для определения фактического состояния металлоконструкции.

После установки системы для мониторинга «Сирена» появляется возможность вводить ограничения не только по массе поднимаемого груза, но и по числу физических циклов нагружения, определяющих усталостную прочность несущих элементов металлоконструкции крана.

К положительным качествам данного метода и системы мониторинга в целом можно отнести простоту реализации, большое количество учитываемых факторов, которые оказывают влияние на усталость и ресурс металлоконструкций, а к недостаткам - невозможность контроля ненагруженной металлоконструкции и возможность влияния внешних электромагнитных полей на показания магнитного структуроскопа.

В калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана разработана концептуальная модель автоматизированного мониторинга мостовых кранов, в основе которой лежит принцип акустической эмиссии [2,50]. Данная система состоит из двух компонентов: автоматизированного измерительного комплекса, устанавливаемого на кране и ЭВМ, которая обрабатывает полученную ин-форхМацию и выдает результаты анализа и рекомендации относительно дальнейшей эксплуатации крана.

Система состоит из автономных блоков, устанавливаемых на кране, и выносной аппаратуры, которую можно разместить в автомобиле или помещении на расстоянии до пятисот метров. Каждый автономный блок имеет собственную батарею электропитания и радиопередатчик.

В состав аппаратуры измерительного комплекса в виде автономных блоков входят: аппаратура акустической эмиссии, динамометр, виброграф и бортовой регистратор режимов работы крана.

Входные данные анализирующей программы включают информацию о конструктивных и технологических особенностях диагностируемой металлоконструкции, информацию с измерительного комплекса, бортового регистратора режимов работы, из технического паспорта: учет работы, учет неисправностей при эксплуатации, учет ремонтов и технического обслуживания. Внутренние данные включают экспериментальные сведения о сопротивлении усталости сварных стыковых и соединений внахлест, тавровых соединений, несущих элементов сварных металлоконструкций балочного типа, прочностные характеристики сварных швов различных типов, экспериментальные данные о характеристиках сигналов с аппаратуры акустической эмиссии для различных дефектов.

По мнению разработчиков, применение мониторинга металлоконструкций, основанного на принципе акустической эмиссии наиболее перспективно, так как появляется возможность достоверного определения остаточного ресурса металлической конструкции, вследствие получения объективной информации о кинетике роста трещин и степени их опасности. Приведена эмпирическая зависимость между энергией эмиссии и параметрами трещины, на основе которой можно определять остаточный ресурс. При контроле крановых металлоконструкций рекомендуется использование эффекта Кайзера, обеспечивающего комплексную оценку технического состояния и выявление усталостных разрушений на ранней стадии развития.

Такое диагностирование целесообразно использовать при технических освидетельствованиях и оценке технического состояния кранов, отработавших нормативный срок эксплуатации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бутырский, Сергей Николаевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александровская Л.Н., Афанасьев А.П., Лисов A.A. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем: учебник. М.: Логос, 2001. 208 с.

2. Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушающего контроля в ядерной энергетике / Под ред. К.Б.Вакара. М.: Атомиздат, 1980. 214 с.

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. Анцева Н.В. Управление качеством технического обслуживания и ремонта металлообрабатывающего оборудования с периодическим контролем состояния: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2008. 167 с.

5. Базовский И. Надежность. Теория и практика: пер. с англ. М.: Мир, 1965.373 с.

6. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. — 2-е изд. М.: Машиностроение, 1978. 184 с.

7. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций / В. В. Болотин. М.: Машиностроение, 1990. 448 с.

8. Борисов Ю.С. Организация ремонта и технического обслуживания оборудования. М.: Машиностроение, 1978. 360 с.

9. Бызов В.И. О стандартизации главного критерия стабильности работы технологических систем в лесопильной и деревообрабатывающей промышленности // Надежность и контроль качества. 1998. - № 2. С. 56 - 61.

10. Бусленко Н.П. Метод статистического моделирования. М.: Статистика, 1970. 112 с.

11. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) / Бусленко Н.П., Голенко Д.И., Соболь И.М. и др. // под ред. Ю.А. трейдера. М.: Физматгиз, 1962. 332 с.

12. Бутырский С.Н., Селиверстов Г.В. Автоматизированная диагностика несущих металлоконструкций кранов по размеру зоны пластической деформации // Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации». Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 121-122.

13. Бутырский С.Н., Селиверстов Г.В., Вобликова Ю.О. Анализ напряженно-деформированного состояния элементов металлоконструкций грузоподъемных машин // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 2. 4.1. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 123-126.

14. Бутырский С.Н., Селиверстов Г.В., Вобликова Ю.О. Оценка динамики изменения нагружения крановой металлоконструкции и автоматизированное прогнозирование ее остаточного ресурса // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Материалы междунар. научно-техн. конф. АПИР-14 - Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 117-120.

15. Бутырский С.Н., Селиверстов Г.В. Диагностика несущих металлоконструкций кранов по размеру зоны пластической деформации // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехниче-ские комплексы: Материалы XIII Московской международной межвузовской научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. М.: МАДИ (ГТУ), 2009. С. 20-21.

16. Бутырский С.Н., Селиверстов Г.В. Диагностика несущих металлоконструкций кранов по размеру зоны пластической деформации // Ш-я молодежная научно-практическая конференция студентов Тульского государственного университета «Молодежные инновации». Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 19-20.

17. Патент РФ 2356034. МПК7 С0Ш21/88. Способ диагностики тре-щинообразования в металлоконструкциях / С.Н. Бутырский, Г.В. Селиверстов, П.А. Сорокин. Опубл. 20.05.2009. Бюл. № 14.

18. Бутырский С.Н., Сорокин П.А. Оптимизация режима технического диагностирования металлоконструкций грузоподъемных машин // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 10. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 4152.

19. Бутырский С.Н. Оптимизация параметров профилактического обслуживания металлоконструкций грузоподъемных машин // Инновационное развитие образования, науки и технологий: доклады 3-й Всероссийск. науч.-технич. конференции / под общ. ред. A.JI. Чеботарева. В 2 ч. Ч. I. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 40-42.

20. Методы и технические средства автоматизированного мониторинга несущих металлоконструкций грузоподъемных и путевых машин / С.Н. Бутырский [и др.] // Инновационное развитие образования, науки и технологий: доклады 3-й Всероссийск. науч.-технич. конференции / под общ. ред. А.Л. Чеботарева. В 2 ч. Ч. II. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 140-149.

21. Бруяка В.А., Фокин В.Г., Солдусова Е.А., Глазунова H.A. Инженерный анализ в SNSYS Workbench: учебное пособие. Самара: СамГУ, 2010. 271 с.

22. Вентцель Е.С. Исследование операций задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1980. 208 с.

23. Строительная механика и металлические конструкции / A.B. Вершинский, М.М. Гохберг и др.; Л.: Машиностроение, 1984. - 231 с.

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

25. Методы повышения производительности машин, работающих в абразивных средах / В.М. Власов, И.П. Маленко, Н.И. Пасько и др. Тула: При-окское книжное издательство, 1978. 145 с.

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

27. Герцбах И.Б. Модели профилактики (Теоретические основы планирования профилактических работ). М.: Советское радио, 1959. 216 с.

28. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М.: Советское радио, 1966. 166 с.

29. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие для вузов. - 10-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2004. 479 с.

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

31. Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно - транспортных машин. Изд. 3-е, допол. и переработ. - JL: Машиностроение. Ле-нингр. отделение, 1976. 456 с.

32. Гурьев A.B., Богданов Е.П. Закономерности перехода микропластической деформации в макропластическую для структурно неоднородных металлов // Проблемы прочности. 1968. - №. С. 35 - 51.

33. Гурьев A.B., Митин В.Я. Особенности развития локальных микронеоднородных деформаций и накопление усталостных повреждений в углеродистых сталях // Проблемы прочности. 1978. - №11. С. 19 - 23.

34. Диагностирование грузоподъемных машин / В.И. Сероштан, Ю.С. Огарь, А.И. Головин и др.; под ред. В.И. Сероштана, Ю.С. Огаря. М.: Машиностроение, 1992. 192 с.

35. Евстифиеев A.B. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL. - 2-е издание. - М.: Додека - XXI, 2005. 554 с.

36. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования: учеб. пособ. для вузов. М.: Наука, 1976. 319 с.

37. Золотых С.Ф., Шадский Г.В., Казимиров А.Н. Метод оценки динамических характеристик узлов металлорежущих станков с применением тестовых режимов и датчиков обратной связи // Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая системотехника. Вып. 6. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 80-83.

38. Иноземцев А.Н., Паеько Н.И. Надежность станков и станочных систем: учеб. Пособие. Тул. гос. ун-т. - Тула, 2002. 181 с.

39. Испирян P.A. Комплексная оценка остаточного ресурса металлоконструкций подъемных машин: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2009. 152 с.

40. Кокс Д., Смит В. Теория восстановления. М.: Советское радио. 1967,300 с.

41. Концевич В. Г. Твердотельное моделирование машиностроительных изделий в Autodesk Inventor. М: ДиаСофтЮП, ДМК Пресс, 2007. 672 с.

42. Кох П.И. Климат и надежность машин. М.: Машиностроение, 1981. 175 с.

43. Кочергин А.И. Основы надежности металлорежущих станков: Учеб. пособие для вузов. - 2-изд., перераб. и доп. Мн.: Выш. школа, 1982. 175 с.

44. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении. — 2-изд. - М.: Изд-во стандартов, 1989. 224 с.

45. Кудояров Р.Г., Фецак С.И., Перевертайло Ю.В. Определение параметрических отказов станочного оборудования // СТИН. 2007. — № 11, С. 913.

46. Кузьминов А.Ю. Интерфейс RS-232: связь между компьютером и микроконтроллером. - М.: ДМК-пресс, 2006. 320 с.

47. Майр П. Основы поведения стали при циклических нагрузках. М.: Металлургия, 1983. - С. 288 - 293.

48. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.

49. Механика малоциклового разрушения / H.A. Махутов, М.И. Бурак, М.М.Гаденин и др. М.: Наука, 1986. 264 с.

50. Дронов B.C., Дубенский Г.Г., Троицкий И.В. Механика разрушения: учебное пособие; под ред. B.C. Дронова. Тул. Гос. Ун-т. Тула, 1999. 276 с.

51. Никифоров А.Д. Управление качеством: учебное пособие. М.: Дрофа, 2004. 720 с.

52. Орлов Л.Г. Электронно-микроскопическое исследование дислокационной структуры альфа-железа // Физ. мет. и металловед. 1962. Т. 13. №2. С.288 -293.

53. Панфилов O.A. Методика расчёта периодичности профилактических работ по техническому обслуживанию и ремонту и её программная реализация // СТИН. 2006. №7. С. 9 - 12.

54. Пасько Н.И., Сундуков Г.В. Моделирование и оптимизация системы ремонтного обслуживания оборудования по потребности с попутной профилактикой // Подъемно-транспортные машины. Тула: ТПИ, 1977. С. 93 - 102.

55. Пасько Н.И. Надежность станков и автоматических линий. Тула: ТулПИ, 1979. 106 с.

56. Пасько Н.И., Пушкин Н.М., Трушин H.H. Определение периодичности технического обслуживания технологического // СТИН. 2001. № 11. С. 8- 11.

57. Пасько Н.И., Анцева Н.В. Оптимизация режима профилактического обслуживания основного технологического оборудования // Известия Тульского государственного университета. Серия Технологическая системотехника. Вып. 13. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 3 - 13.

58. Пасько Н.И., Анцева Н.В. Оптимизация режима технического обслуживания и ремонта металлообрабатывающего оборудования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. С. 80 - 86.

59. Пасько Н.И., Анцева Н.В. Организация профилактического обслуживания основного технологического оборудования в машиностроительном производстве // Известия Тульского государственного университета. Серия

Технологическая системотехника. Вып. 9. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 25 -35.

60. Пасько Н.И. Расчет периода планово-предупредительной замены инструментов // Станки и инструмент. 1976. № 1. С. 24-26.

61. Пекелис Г.Д., Гельберг Б.Т. Технология ремонта металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1984. 240 с.

62. Петров И.В. Диагностирование дорожно-строительных машин. М.: Транспорт, 1980. 144 с.

63. Поля деформаций при малоцикловом нагружении / C.B. Сервисен, P.M. Шнейдерович, H.A. Махутов и др. М.: Наука, 1979. 276 с.

64. Попов В.А. Исследования и практика применения магнитной структуроскопии при создании новой техники эксплуатации грузоподъемных кранов // Сб. трудов научно-практич. конференции «Перспективы рынка подъемных сооружений в едином экономическом пространстве». Одесса. Изд-во Астропринт, 2004. С. 208 - 219.

65. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: справочник. М.: Машиностроение, 1983. 248 с.

66. Проников A.C. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.

67. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука, 1979. 321 с.

68. Рачев X., Стефанова С. Справочник по коррозии: пер. с болг. М.: Мир, 1982. 520 с.

69. Розенберг В.И. Улучшение использования металлорежущего оборудования. М.: Машиностроение, 1974. 56 с.

70. Селиверстов Г.В. Метод и технические средства автоматизированного мониторинга металлоконструкций грузоподъемных кранов: автореф. дис. ... к-та техн. наук. Тула: ТулГУ, 2002.

71. Селиверстов Г.В., Сорокин П.А., Толоконников A.C. Повреждаемость металлоконструкций в зонах концентрации напряжений при упруго-пластичном деформировании // Тяжелое машиностроение, №1/2004. С. 14 — 15.

72. Селиверстов Г.В., Сорокин П.А., Толоконников A.C. Проявление повреждаемости металлоконструкций в зонах концентрации напряжений при упругопластическом деформировании // Известия ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 4. Тула: Изд-во ТулГУ. 2003. С.202 - 207.

73. Сорокин П.А. Основы построения оптимальных рефлектометри-ческих систем автоматизации контроля дефектов поверхности изделий в массовых производствах: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Тула: ТулГУ, 1996.

74. Сорокин П.А., Чистяков B.JI. Рефлектометрические методы автоматизированной дефектоскопии поверхности. Тула: Гриф и К, 2003. 160 с.

75. Сорокин П.А. Корреляционный способ в автоматизированной дефектоскопии поверхности штампованных деталей // Безлюдные роторные и гибкие технологии. Тула: ТулПИ, 1987. С. 49 - 57.

76. Сорокин П.А., Дронов B.C., Селиверстов Г.В. Метод оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов // Подъемно - транспортные машины: Изв. Тульского государственного университета. Тула: ТулГУ, 2001. С. 164 - 166.

77. Сорокин П.А., Дронов B.C., Селиверстов Г.В. Определение остаточного ресурса металлоконструкций грузоподъемных кранов с помощью оптико - электронных приборов // Материалы международной науч. - прак-тич. конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики". Новочеркасск: НАБЛА, 2001. С. 41 - 44.

78. Изменение оптических свойств поверхности при упругопласти-ческой деформации малой области металлоконструкции/ П.А. Сорокин, B.C. Дронов, Г.В. Селиверстов и др. // Механика и физика процессов на поверхно-

сти и в контакте твердых тел и деталей машин: межвуз. сб. науч. тр.; под. ред. Н.Б. Демкина. Тверь: ТГТУ, 2005. С. 34 - 37.

79. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В. Автоматизация диагностики усталостных повреждений металлоконструкций грузоподъемных кранов // Сб. трудов Второй международной электронной науч. - технич. конференции "Автоматизация и информатизация в машиностроении". Тула: Гриф и К°, 2001. С. 135- 138.

80. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В. Дефектоскопия поверхности ме-тодохм дисперсионного анализа // Автоматизация и современные технологии. 2001. №8. С. 16-18.

81. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В. Метод автоматизированного контроля усталостного повреждения металлоконструкций грузоподъемных кранов // Сб. статей Международной науч. - техн. конференции "Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин". Пенза, 2000. С. 25 - 27.

82. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В. Мониторинг состояния металлоконструкции оптико - электронным способом // Материалы международной науч. — техн. конференции "Балтехмаш — 2000. Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении. Калининград, 2000. С. 56 - 57.

83. Сорокин П.А., Селиверстов Г.В. Моделирование процесса обнаружения дефектов поверхности и его оптимизация // Материалы международной науч. - практич. конференции "Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике". Новочеркасск: НАБЛА, 2001. С. 59-61.

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

85. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1972. 232 с.

170

86. Сундуков Г.В. Об организационных формах и методах ремонтного производства // Известия Тульского государственного университета. Серия машиностроение. Вып. 1 (спец.). Тула: ТулГУ, 2003. С 230-236.

87. Сундуков Г.В. Проблемы индустриализации капитального ремонта технологического оборудования // Известия Тульского государственного университета. Серия машиностроение. Вып. 1 (спец.). Тула: ТулГУ, 2003. С 236-246.

88. Сухарев Э.А. Теория эксплуатационной надежности машин: Учебное пособие. Ровно: Изд-во РГТУ, 2000. 164 с.

89. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. 228 с.

90. Терентьев В.Ф. Усталость металлических материалов: учеб. по-соб. Воронеж: Изд - во Воронежского техн. ун - та, 2000. 60 с.

91. Типовая система технического обслуживания и ремонта металло- и деревообрабатывающего оборудования / Минстанкопром СССР, ЭНИМС. -М.: Машиностроение, 1988. 672 с.

92. Толоконников A.C. Метод диагностики несущих металлоконструкций машин по размерам зоны пластической деформации: автореф. дис. ... к-та техн. наук. Тула: ТулГУ, 2004.

93. Толоконников A.C. Повреждаемость крановых металлоконструкций в зонах концентрации напряжений при циклическом нагружении. // Восьмая межвузовская научно-техническая конференция студентов и молодых ученых "Подъемно-транспортные, строительные, путевые машины и ро-бототехнические комплексы" (тезисы докладов). М., МГСУ, 2004. С.92 - 93.

94. Толоконников A.C., Испирян P.A. Автоматизация обработки результатов исследования накопленной повреждаемости поверхности нагружаемого материала. // Межвузовский сборник научных трудов «Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей машин» / Под ред. Н.Б. Демкина. Тверь: ТГТУ. 2005. С. 23 - 25.

95. Фаддеев Д.К., Фаддеева В.H. Вычислительные методы линейной алгебры. - 2-ое изд., доп. -M.-JI.: Физматгиз, 1963. 734 с.

96. Фейгин JT.A. Эксплуатация и техническое обслуживание машин и оборудования. М.: Стройиздат, 1986. 176 с.

97. Фомичев П. А. Прогнозирование долговечности тел с надрезами по локальному напряженно-деформированному состоянию. Сообщ. 2. Определение параметра, характеризующего долговечность тел с концентратором напряжений // Пробл. прочности. 2000. № 3. С. 46 - 55.

98. Фомичев П. А., Звягинцев В. В. Прогнозирование долговечности тел с надрезами по локальному напряженно-деформированному состоянию. Сообщ. 1. Определение напряжений и деформаций в надрезе при циклическом упругопластическом деформировании // Пробл. прочности. 2000. № 3. С. 38-46.

99. Шадский Г.В., Золотых С.Ф., Тураносов С.М. Диагностирование технического состояния металлорежущих станков как системы с взаимосвязанными процессами // Научно-техническая продукция Тульской области и региональные критические технологии: Сб. науч. тр.; под общ. ред. Г.В. Шадского. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 71 - 73.

100. Шпак Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров. Изд. 2-е. СПб.: Корона-ВЕК, 2011. 544 с.

101. Эксплуатация многоцелевых станков / И.Г. Федоренко [и др.]; под общ. ред. В.А. Федорца. К.: Тэхника, 1988. 176 с.

102. Патент РФ 2077046 MnK7G01N3/00. Способ определения повреждаемости нагруженного материала / В.А. Петров. Опубл. 1997. Бюл. №10.

103. Патент РФ 2140076 МПК7 G01N29/14, 3/46. Способ акустического контроля трещиностойкости изделий / Е.Б. Мокрицкая, H.A. Семашко, Б.Я. Мокрицкий, О.М. Вахрушев. Опубл. 1999. Бюл. №29.

104. Патент РФ 2142622 МПК7 G01N21/88. Способ обнаружения дефектов поверхности / П.А.Сорокин, E.H. Будкина, A.A. Колясников, Г.В. Селиверстов. Опубл. 1999. Бюл. №34.

105. Патент РФ 2170923 МПК7 G01N21/88, G01B11/30. Способ диагностики работоспособности металлоконструкций. / П.А. Сорокин, B.C. Дро-нов, Г.В. Селиверстов, A.B. Григорьев. Опубл. 2001. Бюл. №20.

106. Патент РФ 2255327 МПК7 G01N21/88. Способ диагностики работоспособности металлоконструкций. / Г.В. Селиверстов, П.А. Сорокин, A.C. Толоконников. Опубл. 2005, Бюл. № 18.

107. Патент РФ 2356034. МПК7 G01N21/88. Способ диагностики тре-щинообразования в металлоконструкциях / С.Н. Бутырский, Г.В. Селиверстов, П.А. Сорокин. Опубл. 20.05.2009. Бюл. № 14.