Разработка методики теплового контроля и диагностики технического состояния металлоконструкций мостовых кранов

Проведенные экспериментальные  исследования показали, что достоверные  результаты контроля возможны при отношении сигнала к среднеквадратичному значению шума не менее 3, что составляет не более 6% погрешности.

3) В данной работе так же были рассмотрены вопросы влияния на результаты контроля температуры окружающей среды в процессе проведения контроля.  По результатам экспериментальных исследований была получена зависимость между температурой окружающей среды и погрешностью работы аппаратуры (рис. 9).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9 Зависимость погрешности  результатов контроля от температуры  окружающей среды.

 

По данной зависимости можно сделать вывод, что наиболее целесообразно проводить тепловой контроль при температуре окружающей среды от  -15˚С до  +10˚С.

Этап 3. Проведение теплового контроля маталлических конструкций в реальных условиях эксплуатации.

Эксперимент заключался в следующем: мостовой кран грузоподъемностью 10 тонн 1981 года выпуска нагружался статически с перегрузом на 40% и динамически с перегрузом на 20%. Было проведено 5 испытаний. В каждом цикле 20 нагружений.

При проведении испытаний  использовался компьютерный термограф ИРТИС 2000. В ходе испытаний в зоне приварки главной и концевой балки была обнаружена тепловая аномалия, которая характеризовалась в соответствии с разработанным алгоритмом (глава №3) как тепловая аномалия от концентратора напряжений в виде трещины, что в дальнейшем было подтверждено отчетам неразрушающего контроля при дальнейшем проведении технического диагностирования. (Рис. 10).

а	б
Рис.10 а – общий вид  узла приварке главной и концевой балки мостового крана, б –  тепловизионный снимок узла главной и концевой балки мостового крана.
По результатам полученной аномалии был построен график изменения  температуры по длине обнаруженной трещины. (Рис 11).

Рис. 11  Изменение температуры в области обнаруженной трещины.

 

Из графика видны  повышения температуры на краях трещины. Среднее изменение температуры в области трещины составляет 0.5⁰С, что отличается от экспериментальных исследований образцов на 0.3 С. Данная погрешность связана со многими факторами, описанными в данной работе, в том числе и с тем, что конструкция во время проведения контроля была окрашена.

Основные выводы и результаты.

1. Анализ применяемых в настоящее время методов неразрушающего контроля для осуществления технической диагностики металлоконструкций мостовых кранов (ММК) показал, что для проведения полного комплекса неразрушающего контроля в соответствии с нормативно- технической документацией необходимо значительное количество трудозатрат и многочисленные подготовительные операции. В связи с этим появляется необходимость внедрения метода оперативного контроля технического состояния ММК. Установлено, что в  местах концентраторов напряжений (дефектов) возникает выделение тепловой энергии. Поэтому целесообразно разработать методику оперативного контроля технического состояния безопасной эксплуатации мостовых кранов по анализу температурных полей поверхности.

2. Разработана модель  теплового неразрушающего контроля  ММК при их эксплуатации, основанная  на процессе выделения и распространения энергии в местах концентраторов напряжений за счет возникновения пластической деформации при периодическом силовом воздействии.

3. Установлено, что  при напряжениях в металлоконструкциях  порядка 215 МПа в зонах пластической  деформации вблизи концентраторов  напряжений (в виде трещины) на  поверхности металла толщиной 12 мм создается температурное поле. Температурное поле при нагружении ММК с циклом 1 сек имеет эффективный радиус 8 мм и максимальный градиент температуры 1.2 ˚С. Тепловое поле с данными характеристиками достоверно регистрируется современной тепловизионной аппаратурой, что дает возможность применения теплового контроля для решения поставленных задач.

4. Установленные параметры  теплового поля предложено регистрировать  современной тепловизионной аппаратурой.  Для этого были определены  параметры аппаратуры, обеспечивающие с необходимой достоверностью регистрацию температурных полей: частота регистрации кадров – не менее 1 Гц; температурная разрешающая способность – не менее 0,2 С^о; геометрическая разрешающая способность –не менее 4 мм, поле обзора тепловизионной аппаратуры составляет 1280×960 мм.

5. По результатам теоретических  и экспериментальных исследований разработан алгоритм теплового контроля состояния ММК, обеспечивающие регистрацию температурного поля  контролируемого объекта, обнаружение и распознавания дефектов,  накопление и хранение результатов контроля.

6. Установлено, что для обеспечения наибольшей помехоустойчивости от внешних факторов при проведении теплового контроля температура окружающей среды должна быть менее 10 С^о, а скорость ветра не превышать 3 м/с .

7. Разработана,  теоретически  и экспериментально обоснована  методика теплового контроля  и диагностики технического состояния  ММК в реальных условиях эксплуатации. Методика включает в себя режимы  нагружений металлоконструкций для обеспечения образования необходимых параметров температурного поля, выбор параметров тепловизионной аппаратуры обеспечивающих регистрацию температурных полей с необходимой достоверностью, режимов контроля и разработанный алгоритм обнаружения и определения дефектных участков.

8. Результаты работы нашла применение на трех предприятиях различных отраслей  промышленности.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах.

1) Будадин О.Н., Троицкий-Марков  Т.Е., Котельников В.В. Тепловой  контроль безопасности эксплуатации металлических конструкций с концентраторами напряжений // Энергослужба предприятия. – 2008. -№ 5.-  С. 42-46.

2) Котельников В.В., Будадин  О.Н. Теоретические и экспериментальные исследования контроля концентраторов напряжения металлоконструкций по анализу температурных полей поверхности // Безопасность труда в промышленности. - 2008. - № 9. - С. 40-44.

3) Котельников В.В., Будадин  О.Н. Математическое моделирование процесса образования температурного поля на дефекте в виде трещины в области концентратора напряжения // Безопасность труда в промышленности. – 2008. -№ 5.- С. 51-56.

4) Атрощенко П.В., Котельников  В.В. Метод формирования обобщенных  прогнозов надежности сложных  технических объектов // Безопасность  труда в промышленности. – 2007. - № 5. - С. 41-46.

5) Котельников В.В. Тепловой контроль технического состояния металлических конструкций с концентраторами напряжений // Подъемно – транспортное дело. – 2008. - №5. - С. 2-5.