Investigation of the influence of reliability of load lifting cranes on their exploitation

ВТУ „Т.Каблешков”, ул. Гео Милев 158, гр.София 1574, България

катедра „Подемно-транспортни и строителни машини и системи”

Резюме: Целта на настоящата работа е да се направят анализи на експлоатационната надеждност на товароподемните кранове в зависимост от режимите им на работа и при определен режим на крана и идентифициран клас на натоварване на елементите му да се предложи методика за оценка на остатъчния му ресурс.

Предложена е методика за изследване на експлоатационната надеждност на товароподемните кранове, чрез определяне на средната интензивност на отказите, денонощния фонд от време на работа на машината, максималната възможна среднодневна експлоатационна производителност, средния срок на експлоатация на машината до бракуване.
Ключови думи: товароподемни кранове, надеждност, режим на работа, експлоатационна производителност, ресурс
Abstract: The purpose of this work is to make analyzes of the operational reliability of Load Lifting Cranes depending on their operation mode and under certain mode of the crane and identified class of loading on its components to be proposed a methodology for evaluation of the residual resource.

A methodology for investigation of the operational reliability of Load Lifting Cranes is proposed by determining the average intensity of refusals, daily fund of the time of operation, the maximum possible average daily operational performance, the average lifetime of the machine until its scrapping.
Key words: load lifting cranes, reliability, operation mode, operational performance, resource



1.Въведение

Товароподемните кранове са подемно-транспортни машини с циклично действие, предназначени за механизиране и автоматизиране на пространственото преместване на товарите във всички сфери на производството, складирането и транспортирането [1].

Комплексна характеристика на товароподемните кранове е тяхната среднодневна експлоатационна производителност. Тя се явява функция на коефициента на използуване по време, коефициента на натоварване, продължителност на работа през денонощието, продължителност на работа на отделните механизми и продължителност на цикъла в неявен вид. Чрез тези показатели се определя експлоатационния режим на работа на крана.

Всеки товароподемен кран е оразмерен за точно определен конструктивен режим на работа, който определя граничните условия за експлоатация.

Режим на работа на подемно-транспортните машини /ПТМ/ е съвкупност от фактори, които влияят върху умората на материала на съставните елементи на машината и определят тяхната дълготрайност и оттук на цялата машина. Следователно те определят условията за експлоатация на ПТМ.

3а произвежданите в България кранове режимът на работа се определя с БДС ISO 4301-1 в зависимост от продължителността на работа по време /A/ и използването по товароподемност /Б/ на натоварения механизъм [3].

Режимът на работа на крана се определя, като се вземат под внимание два фактора [БДС ISO 4301-1, 2001]:

- клас на използваме - определя се в зависимост от общият брой работни цикли на крана за пълния срок на експлоатацията му. От класификационна гледна точка се счита, че работният цикъл започва, като товарът е готов за вдигане и завършва, когато кранът е готов да вдигне следващият товар. Общият брой работни цикли е сумата от всички работни цикли за зададеният срок на експлоатация на крана. Диапазонът от възможния брой работни цикли е разделен на десет класа на използване - табл. 1.

- клас на спектъра на натоварване - свързан е с броя повдигания на товари с определена маса, изразени в относителни стойности спрямо товароподемността на крана и се характеризира от коефициента на спектъра на натоварване - К_р. При наличие на информация за масата и броя на товарите повдигани за срока на експлоатация на крана, коефициентът за спектъра на натоварване на крана, К_р се изчислява по формулата:

(1)

където е средният брой работни цикли за всяко ниво на отделните товари - ;

C_T - сумата от циклите на отделните товари за всички товарни нива - ;

P _max е най-тежкият товар, който крана може да вдигне ; m = 3.

Товароподемните кранове в реални условия са поставени да действат в режим по-тежък от конструктивния. По този начин се повишава производителността на товароподемните кранове. От тук се получава обаче по-бързо износване на механизмите, увеличаване на пълните откази и нарушаване на условията по охрана на труда. Работещи при режим по-тежък от конструктивния машините по-бързо се амортизират, това може в известна степен да се компенсира с по-голямо количество товар обработван за по-малък срок.

При тези условия обаче се получават откази, които водят до намаляване на производителността, изискват допълнителни средства за тяхното отстраняване. Недопустимо е да не се спазват правилата за безопасна експлоатация на товароподемните кранове, тъй като се създават условия за тежки аварии и злополуки. Всичко това налага разработването на уравнения и алгоритми, отчитащи конструктивната надежност на товароподемните кранове при моделиране на товаро-разтоварните процеси, извършвани с тях.

За намиране на средния срок за експлоатация до бракуване на товароподемните кранове за най-натоварения им механизъм може да се предложи следната зависимост:

(2)

където:

При режим по-тежък от конструктивния може да се запише уравнението:

(3)

k - показва колко пъти се намалява средния експло-атационен срок на бракуване на товароподемния кран с конструктивен режим m при работа в режим n

Въвеждаме коефициент за използване на механизма в денонощието:

Също така може да въведем и коефициент за използване на механизма през годината

Честота на включване на механизма в часове може да бъде представена с израза:

(4)

където:

Коефициентът за годишни амортизационни изчисления за един товароподемен кран може да се определи от:

(5)

където:

3а тежък режим се определя:

(6)

При моделиране входящите потоци от заявки и потока на пълните откази на обслужващите устройства са приети Поасонови, с параметри и ,с времена за обслужване на заявките и за отстраняване на отказите, които се изменят по експоненциален закон с и .

Средната интензивност на пълните откази на товароподемтия кран е функция на конструктивния и действителния експлоатационен режим на работа и може да се определи по формулата:

(7)

където:

- средна интензивност на пълните откази на товароподемния кран при работа в конструктивен режим.

- коефициент отчитащ изменението на средната интензивност на пълните откази на товароподемния кран, когато се експлоатира в режим при конструктивен режим .

Максимална възможност среднодневна експлоатационна производителност - което може да се реализира при дадени експлоатационни условия от товароподемния кран, като се отчитат всички регламентирани престои без да се нарушават граничните условия за безопасна работа по конструктивен режим.

(8)

където:

Денонощният наличен фонд от време може да се определи от:

(9)

където:

Действителен фонд от време, с който разполага подемния механизъм на товароподемния кран за работа през денонощието може да се определи от:

(10) = при

при

Като се отчитат всички написани по-горе условия се определя експлоатационната производителност , която може да се постигне от товароподемния кран при работа на подемния механизъм:

(11)

където:

Средното време за отказ на товароподемния кран, до настъпването на повреда може да бъде определено от [2]:

където:

Средното време между две повреди на товароподемния кран може да бъде определено според зависимостта:

където:

Анализът на изследванията показва, че неправилно подбраната конструктивна надеждност на използваните товароподемни кранове рязко влошава икономическите и експлоатационни им показатели. Най-целесъобразно е даден товаро-разтоварен фронт /ТРФ/ да се съоръжи с товароподемен кран с минимална доnyстимост на товароподемността и конструктивен режим, равен на експлоатационния.

[1] Коларов И., Проданов М., Караиванов П., Проектиране на товароподемни машини, Техника, С., 1986

[2] Yamei H., Reliability Assessment of crane operations, NTNU, 2007

[3] БДС ISO 4301-1, 2001 Кранове и подемни съоръжения. Класификация. Част 1: Общи положения