Введение к работе
Актуальность работы. В последние і оды, в ситуации резких) сокращения капитальных вложений в промышленное строительство и коренных структурных изменений в экономике, на первый план выдвигается проблема реконструкции зданий и сооружений, необходимости поддержания в работоспособном состоянии существующего фонда металлоконструкции в отраслях, продукция которых пользуется спросом на внутреннем и международном рынках, в частности - металлургической.
В цехах металлургического производства с интенсивной эксплуатацией электрических мостовых кранов, которые являются основным технологическим оборудованием, обеспечивающим бесперебойное выполнение непрерывных технологических процессов, подкрановые балки и их узлы жестко, без какой-либо амортизации воспринимают сосредоточенные динамические подвижные воздействия от функционирующего кранового оборудования. В результате сочетания явно неблагоприятных факторов конструкционно-технологического и эксплуатационного характеров типовые металлоемкие подкрановые балки претерпевают усталостные разрушенпя, например, в виде трещин в верхней зоне балок, уже на ранней стадии эксплуатации (через 1...3 года), что свидетельствует о наступлении предельного состояния. Ныне на предприятиях, не имеющих соответствующих оборотных средств, технологическое оборудование стихийно и вынужденно эксплуаптру-етсй вплоть до полного исчерпания запасов живучести со всеми вероятными последствиями, в том числе и катастрофического характера. Остро обозначена проблема обеспечения технической долговечности эксплуатируемых подкрановых балок и вновь разрабатываемых, выраженная потребностью в приближении их ресурса к ресурсу других элементов каркаса производственного здания.
Повсеместнноспользуемые сварные соединедия в наиболее напряженных зоных типовых конструкций подкрановых балок априори обладают кедостаточной работоспособностью по причине низкой сопротивляемости усталостным явлениям металла сварных швов и ближайших участков при характерных рабочих подвижных динамических воздействиях на конструкцию, что предопределяет и низкую эффективность существующих способов восстановления я сспользованием мварочных хпераций, ,ем молее е -существляемых вручную. Ремонт и замена подкрановых балок с накопленными усталостными разрушениями до недавнего времени были явлением систематическим и массовым, требовавшим значительных материальных и трудовых затрат.
Цель работы - повышение эффективности мероприятий по обеспечению долговечности и надежности конструкций подкрановых балок с соединениями на специально разра-
ботанных безрезьбовых крепежных устройствах повышенного ресурса и быстрой постановки с гарантированным качеством.
Для реализации поставленной цели предстояло решить ряд задач.
1. На основании анализа данных литературных источников, предшествующих экспери
ментальных и теоретических исследований:
обобщить основные факторы низкой надежности типовых подкрановых конструкций и малой результативности существующих способов их ремонта;
определить и сформулировать основные принципы проведения эффективных ремонг-но-восстановительных мероприятий, обеспечивающих восстановление работоспособности эксплуатируемых подкрановых балок без характерных для типовой технологии восстаиовления ограничений по условиям дальнейшей их эксплуатации;
выработать критерии оценки перспективности разрабатываемых вариантов конструкций, наметить основные направления и определить способы достижения требуемых качеств перспективных конструкций;
дать оценку соединений частей конструкций и деталей машин на стандартных заклепках и других крепежных элементах с точки зрения работоспособности при переменных сдвиговых нагрузках. Установить перспективность их использования применительно к условиям ремонта и реконструкции подкрановых балок.
-
Выработать эффективный способ надежного соединения усиляюпшх накладок с восстанавливаемой конструкцией подкрановой балки, накопившей в результате предшествующих воздействий усталостные повреждения, выраженные трещинами. Разработать оптимальные варианты конструктивных схем крепежных устройств и их элементов, отвечающих требованиям надежности и технологичностн.
-
Исследовать вопрос использования высокоэнергетических способов образования отверстий в элементах металлоконструкций и формирования соединений пакета стальных листов.
-
Отработать основные позиции технологии усиления поврежденной усталостными трещинами сварной подкрановой балки с использованием разработанных крепежных устройств.
-
Исследовать работоспособность клепанного соединения с разработанными конструкциями безрезьбовых крепежных устройств и ожидаемого повышенного ресурса применительно к условиям испытаний на выносливость восстановленной сварной подкрановой б1лки в 0,5 натуральной величины с полным спектром подвижно- динамических воздействий, характерных для интенсивного режима работы мостового крана.
6. Разработать варианты конструкций долговечных подкрановых путей, отвечающих современным критериям оценки их перспективности.
Научную новизну работы представляют следующие результаты, защищаемые автором:
- критерий надежной работы соединений элементов металлоконструкщй при перемен
ных срезных нагрузках, выражаемый в необходимости без1азорного размещали стержня
крепежного элемента в отверстии пакета по его высоте с преднапряжениеи листов пакета
вокруг отверстия;
-разработанные способ и устройство для беззазорного размещения стержня крепежного элемента в отверстии пакета с приемлемым уровнем технологичности изготовления злеиенгов крепежного устройства и соединения в целом и гарантией качества его постановки;
высокоэнергетический способ образования отверстий в пакете стальных листов из малоуглеродистой стали толщиной, превышающий диаметр остроконечного цилиндричсского пробойника;
способ и устройство для соединения элементов несущих конструкций без предварительного образования отверстий в пакете с нспользованием энерпш выстрела;
средства для реализации высокоэнергетических способов подготовки и формирования соединений;
способы и устройства для бсздемонгажцого восстановлен! ы и поддержания параметров злементов подкранового пути с усталостными разрушениями в сжатые сроки и в условиях действующего основного производства;
варианты перспективных конструкцій подкранового ігуги, обладающего требуемым уровнем ремонтопригодности и способностью к реконструкции.
Достоверность итогов работы подтверждается результатами натурных намтаний восстановленных сварных подкрановых балок в 0,5 натуральной вел}гчины, а также решениями о выдаче ряда патентов РФ на тзобрегения по рассматриваемой проблематике.
Результат комплексных испытаний усиленной с использованием разработанных способа и устройства сварной подкрановой балки подвігжно-динаміг1есюгм воздействием, адекватным реальным воздействиям 8-ми колесного мостового крана, показал, что ее долговечность на этапе проведения испытаний с базой З...3,2 млн. циклов нагружений возросла в 4...5 раз по сравнению с долговечность исходной новой конструкции.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты и выводы позволяют сформулировать реальные рекомендации по вопросам:
разработки бездсмокгажшй ремонтно-восстановительной технологии для эксплуатируемых подкрановых балок с накопленными усталостными повреждениями, обеспечивающей гарантированиое восстановление их работоспособности без ограничений и издержек, свойственных существующей технологии восстановления, и в условиях действующего основного производства или реконструкции;
разработки перспективных подкрановых конструкций.
Реализация результатов работы к настоящему времени осуществлена внедрением в учебный процесс при чтении курсов " Металлические конструкции " и "Специальный курс по металлическим конструкциям", читаемых на кафедре МиДК Пензенской ГАСА.
К сожалению, отечественная система внедрения новых разработок такова, что только 3...5 % их общего числа идет в производство. Такое положение усугубилось нынешней экономической стратегией, основной приоритет которой заключен в стимулировании получения сиюминутной выгоды...
Апробация работы. Основное содержание диссертационнон работы нашло отражение вІЗ печатных работах и докладах, на пять разработок получены решения о выдаче патентов на изобрвтения.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, заключе-ния и рекомендаций; содержит^страіащ^ацшнописного текстаДірисунков,^таблиц, список литературы из ^^.наименованнй и .«.приложений.