ГОРНЫЕ МАШИНЫ


Оригинальная статья

 

УДК 621.879.0.32.004.69(035) © М.Ю. Насонов, Ю.В. Лыков, До Дык Чонг, 2020

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 2-2020 /1127/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-2-13-17

 

Название

Исследование ресурса и долговечности металлических конструкций экскаваторов после истечения срока эксплуатации

 

Авторы

Насонов М.Ю., доктор техн. наук, профессор кафедры «Механика» ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», 199106, г. Санкт-Петербург, Россия

Лыков Ю.В., канд. техн. наук, доцент кафедры «Машиностроение» ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», 199106, г. Санкт-Петербург, Россия

До Дык Чонг, аспирант кафедры «Машиностроение» ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», 199106, г. Санкт-Петербург, Россия, e-mail: ductrongiemm@gmail.com

 

Аннотация

В настоящее время для постановки вопроса о необходимости списания экскаватора используется два подхода. За основу принимается: календарное время работы экскаватора с момента ввода в эксплуатацию; объем переработанной горной массы, при этом не учитываются реальные условия работы экскаватора. Из практики установлено, что, в основном, все разрушения металлоконструкций экскаваторов связаны с развитием трещин, образующихся из трещиноподобных дефектов сварных швов (непроваров корня шва, газовых пузырей, неметаллических включений и др.) в результате воздействия циклических нагружений.

Дополнительной причиной разрушения металлоконструкций экскаватора является образование холодных микротрещин вдоль ремонтных сварных швов в охрупченных зонах, полученных в процессе охлаждения после заварки. Эти зоны возникают в результате отсутствия отпуска перегретого металла сварного шва, выполненного вручную в полевых условиях, и характеризуются повышенной твердостью, малой пластичностью. При этом в околошовных зонах сварного шва возникают дополнительные растягивающие остаточные напряжения. Такие особенности приводят к значительному уменьшению сопротивления металла хрупкому разрушению и ускорению процесса образования и роста трещин в зонах сварных швов.

Кроме того, в отдельных случаях для замены поврежденных участков используются вставки в металлоконструкции частей элементов из других металлов, что тоже способствует уменьшению трещиностойкости конструкций. Иногда в ремонтных целях используются металлические накладки, швы которых невозможно проверить с помощью ультразвукового контроля, что создает не только концентрацию напряжений, но и исключает возможность во время планового ремонта ликвидировать невидимые трещины.

 

Ключевые слова

Экскаваторы, металлоконструкции, трещины, напряжения, трещиностойкость, усталость металла.

 

Список литературы

1. Хлыбов А.А. Оценка накопления повреждений в конструкционных металлических материалах акустическими методами для обеспечения безопасной эксплуатации технических объектов: автореф. дисс. д-ра техн. наук. Нижний Новгород, 2011. 33 с.

2. Анализ дефектов и повреждений металлических конструкций зданий металлургических производств / В.В. Смирнов, М.А. Свитцов, А.Ю. Шевелева и др. // European science. 2015. С. 1-3.

3. Дефекты металлоконструкции карьерных экскаваторов / А.П. Богданов, А.А. Гайнуллин, А.А. Ефимов и др. // Universum: технические науки. 2015. №11. С. 1-25. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/defekty-metallokonstruktsii-kariernyh-ekskavatorov (дата обращения: 15.01.2020).

4. Сероштан В.И., Гаах Т.В. Процесс образования трещин в металлоконструкциях грузоподъемных кранов // Известия ТулГУ. 2016. Вып. 5. С. 213-220.

5. Пелипенко М.П. Влияние перегрузок на срок службы элементов металлических конструкций: дисс. канд. техн. наук. М., 2017. 205 с.

6. Evaluation of Low-Temperature Impact Tension Properties in Structural Materials for Energy Applications Kyung Oh Bae, Hyung-Seop Shin 2017 г. / Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A 41(12):1153-1161. December 2017.

7. Семенов В.В. Работа стальных элементов и конструкций с трещинами, живучесть инженерных конструкций, имеющих трещины // Молодежный вестник ИрГТУ. 2014. С. 3-4.

8. Макаров А.П., Шевченко А.Н., Павлов А.М. Определение критической длины трещины в металлоконструкциях карьерных экскаваторов // Вестник ИрГТУ. 2015. №12. С. 57-63.

9. Определение критической плоскости и оценка усталостной долговечности при различных режимах циклического нагружения / И.С. Никитин, Н.Г. Бураго, А.Д. Никитин, В.Л. Якушев // Вестник механика. 2017. №4. С. 238-252.

10. Сосновцев А.П., Петровская М.В. Малоцикловая усталость сварных швов РВС // Научные исследования. 2019. №1. С. 9-11.

11. Горбовец М.А., Ходинев И.А., Рыжков П.В. Оборудование для проведения испытаний на малоцикловую усталость при «жестком» цикле нагружения // Труды ВИАМ. 2018. №9. С. 51-60.

12. Шутова М.Н., Евтушенко С.И., Гонтаренко И.В. Определение надежности и категории технического состояния поврежденных металлических конструкций на основе численного эксперимента // Известие Вузов: Северокавказский регион. 2018. №4. С. 98-104.

13. О повышении надежности металлических конструкций при эксплуатации в условиях низких климатических температур посредством комплексного применения современных методов модифицирования зоны сварного соединения / Ю.Н. Сараев, В.П. Безбородов, С.В. Гладковский, Н.И. Голиков // Сварочное производство. 2016. №9. С. 3-9.

14. Reliability increase of running gears elements of mining traction locomotives using finite-element analysis package / G.M. Skibin, M.N. Shutova, S.I. Evtushenko, I.A. Chutchenko // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2017. Vol. 87. N 2. 022021 р.

15. Агафонов К.В. Способы снижения рисков при эксплуатации подъемно-транспортного оборудования ракетных и ракетно-космических комплексов в послегарантийный период с применением неразрушающего контроля методом акустической эмиссии // Современная техника и технология. 2016. №4. С. 5-9.

16. Исследование возможностей оценки качества нагруженных металлических конструкций акустическими методами неразрушающего контроля / К.Ю. Войченко, Е.Ю. Ремшев, М.Ю. Силаев, А.Н. Глушко // Металлообработка. 2014. №3. С. 10-15.

17. Лахова Е.Н. Методика прогнозирования работоспособности критически нагруженных объектов машиностроения: автореф. дисc. канд. техн. наук. СПб., 2012. 18 с.

18. Методика оценки несущей способности и остаточного ресурса элементов конструкций / Ю.В. Антонова, В.В. Гудовиче, А.В. Раенко и др. // Научный журнал. 2016. №2. С. 28-36.

19. Карзов Г.П., Леонов В.П., Тимофеев Б.Т. Сварные сосуды высокого давления. Л.: Машиностроение, 1982. 287 с.

 

Иллюстрации

Рис. 1. Зависимость скорости роста трещины размером 0,002 м в зоне фланцевого соединения экскаватора ЭШ-13/50 от числа сварочных дефектов

Рис. 2. Изменения относительного предела выносливости стали ВСт3 в зависимости от числа и амплитуды циклов предварительного нагружения: 1 - s-1 прагр /s-1 = 1,2; 2 - s-1 пр.нагр /s-1 = 1,4; 3 - s-1 пр.нагр /s-1 = 1,6

Рис. 3. Зависимость предела выносливости (s-1 прагр) стали из нижнего пояса стрелы экскаватора ЭШ-10/70 от числа дефектов обнаруженных акустической эмиссией

Рис. 4. Зависимость относительной длины сварных швов, находящихся в условиях малоциклового нагружения от наработки и от условий эксплуатации: 1 – мелкоблочные породы; 2 – среднеблочные породы; 3 – крупноблочные породы

 

Для цитирования

Насонов М.Ю., Лыков Ю.В., До Дык Чонг Исследование ресурса и долговечности металлических конструкций экскаваторов после истечения срока эксплуатации // Уголь. 2020. № 2. С. 13-17. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-2-13-17.

 

Информация о статье

Поступила в редакцию: 10.10.2019

Одобрена рецензентами: 02.11.2019

Принята к публикации: 20.12.2019

 

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Исследование ресурса и долговечности металлических конструкций экскаваторов после истечения срока эксплуатации», авторы: Насонов М.Ю., Лыков Ю.В., До Дык Чонг

 

Рецензент

Тихонов А.А., доктор физ-мат. наук, профессор кафедры теоретической и прикладной механики Санкт-Петербургского государственного университета.

 

Статья посвящена важному вопросу оценке остаточного ресурса металлоконструкций экскаваторов. В сварных швах металлоконструкций при разработке взорванных скальных пород возникают трещины и в результате ремонта с применением сварочных работ в них образуются трещиноподобные дефекты и накапливаются повреждения различного вида. Эти дефекты и повреждения в свою очередь приводят к учащению образования трещин и ускорению их роста.

Авторы провели натурные исследования изменения скорости роста трещин в металлоконструкциях от накопления количества дефектов в сварных швах в результате эксплуатации экскаватора и были получены соответствующие зависимости. Также ими были проведены лабораторные эксперименты для исследования по изменения относительного предела выносливости в зависимости от числа и амплитуды циклов предварительного нагружения и числа дефектов сварных швов. Исследования показали значительные изменения прочностных свойств металлоконструкций экскаватора.

С увеличением срока работы экскаваторов происходит сокращение их ресурса благодаря накопленным дефектам и это дает основание определять длительность дальнейшей эксплуатации.

Проведенные исследования позволяют определять остаточный ресурс металлоконструкций экскаваторов по истечении нормативного срока эксплуатации и продлевать срок их безопасной работы.

Представленная авторами статья вносит определенный вклад в расширение и углубление процесса изучения новых методов прогнозирования остаточного ресурса машин и может быть опубликована в открытой печати по вопросам горного дела. Статья «Исследование ресурса и долговечности металлических конструкций экскаваторов после истечения срока эксплуатации» рекомендуется к публикации в журнале «Уголь».

 

Свежий выпуск
Партнеры