Дмитрий Николаевич Симонов, главный конструктор
346428, г. Новочеркасск, ул. Троицкая,88
Dmitry N. Simonov, Chief Designer
88, Troitskaya St., Novocherkassk, 346428
Роман Владимирович Хван, кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Roman V. Khvan, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Transport Systems and Logistics
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Эльвира Анатольевна Панфилова, кандидат филосовских наук, доцент кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Elvira A. Panfilova, Cand. Sci. (Philosophy), Associate Professor of the Department of Transport Systems and Logistics
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Леонид Александрович Терновской, аспирант кафедры эксплуатации транспортных систем и логистики
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Leonid A. Ternovskoi, Postgraduate Student of the Department of Transport Systems and Logistics
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Введение. На текущий момент в Российской Федерации более 7 000 юридических лиц и индивидуальных предпринимателей эксплуатируют опасные производственные объекты (ОПО) и свыше 90 тысяч подъемных сооружений, включая грузоподъемные краны, подъемники и лифты. Периодически на этих сооружениях регистрируются серьезные аварии, приводящие к несчастным случаям и гибели людей, что подчеркивает значимость вопроса обеспечения безопасности на грузоподъемных кранах. При этом санкции, введенные зарубежными компаниями — производителями импортных кранов, установленных в портах, усложняют их дальнейшую безопасную эксплуатацию, поскольку многие из них превышают или приближаются к предельному сроку службы. В соответствии с нормативными правовыми актами Российской Федерации, для их дальнейшей эксплуатации необходимо проведение экспертизы промышленной безопасности. Существующие исследования, посвященные оценке технического состояния грузоподъемных машин, в основном затрагивают вопросы остаточного ресурса. Однако анализ показывает, что особенности оценки состояния кранов зарубежных производителей, включая их фактические нагрузки в соответствии с FEM, остаются недостаточно исследованы. Это приводит к несоответствию фактической и паспортной загрузки, что создает повышенные риски аварийных ситуаций. Цель данного исследования заключается в разработке методики определения фактической группы классификации (режима) стреловых кранов зарубежных компаний. Эта методика позволит произвести объективную оценку технического состояния кранов в процессе экспертизы промышленной безопасности. Также в рамках работы будет проведена проверка разработанной методики на конкретном примере.
Материалы и методы. Оценка базировалась на статистических данных, собранных последние 27 лет. Исследование проводилось на основе систематизации типовых повреждений кранов, выявленных в ходе экспертизы промышленной безопасности. Использовались статистические данные о количестве кранов и авариях, собранные из открытых источников. Количество кранов за период наблюдения составило 254 250 единиц, а среднее число аварий — 42,29. Это дало возможность рассчитать фоновую вероятность аварий, равную 1,66·10-4, что позволило выявить превышение допустимого значения вероятности разрушения, которое составило 2 ∙ 10–3 против установленного нормативного уровня 10–4. Данные результаты стали основанием для проведения анализа технического состояния кранов и доработки методики оценки рисков. Непосредственно анализ технического состояния кранов основывался на исследовании функций загрузки, которые зависят от массы груза и вылета стрелы, рассматриваемых как случайные величины. Для этого был произведен сбор и обработка первичной информации в форме гистограмм распределения перемещаемых масс грузов и вылетов стрелы испытуемых кранов. Эти данные использовались для расчета остаточного ресурса по наработке на усталость ресурсоопределяющего узла металлоконструкции и вероятности разрушения конструкции. При статистической обработке данных применялись методики, позволяющие формализовать выводы об уровне риска эксплуатации кранов, основанные на конкретных численных значениях вероятности аварий и величины ущерба, учитывающие экономические и социальные аспекты.
Результаты исследования. Для оценки технического состояния стреловых кранов зарубежных фирм разработана методика, позволяющая определить фактическую группу классификации (режим). Методика включает расчет коэффициента распределения нагрузок (Кр) через грузовые моменты, оценку остаточного ресурса по характеристическому числу, расчет напряжений на усталость для ресурсоопределяющего узла, определение вероятности разрушения конструкции, а также оценку уровня риска аварии. В статье представлен пример применения данной методики на конкретном стреловом кране. Для крана с расчетным Кр = 0,30 (группа А6) и нормативным характеристическим числом равным 125 000, фактическое характеристическое число составляет 179 323, что указывает на исчерпание ресурса. Проверочный расчет напряжений на усталость опорного контура показал близость к пределу прочности. Значение вероятности разрушения с учетом статистических данных о загруженности крана превысило допустимое значение.
Обсуждение и заключение. Анализ результатов на конкретном примере показал, что превышение паспортной группы классификации режима работы крана и, как следствие, превышение назначенного ресурса его конструктивных элементов приводит к значительному увеличению риска аварий. В результате экспертизы установлено, что фактическая группа классификации режима работы крана превышает паспортное значение и составляет А6 вместо А5. Разработанная методика оценки фактической группы классификации режима работы стреловых кранов зарубежных производителей позволит существенно снизить вероятность разрушения конструкций и уровень аварийности в процессе экспертизы промышленной безопасности. При этом рекомендуется при расчетах использовать фоновое значение вероятности аварии грузоподъемного крана 1,66·10⁻⁴ и среднее значение материального ущерба 73,2 млн рублей.
Introduction. Currently, more than 7,000 legal entities and individual entrepreneurs in the Russian Federation operate hazardous production facilities (HPFs) and over 90,000 lifting facilities, including cranes, hoists, and elevators. Periodically, serious accidents leading to injuries and deaths are recorded at these facilities, emphasizing the importance of ensuring safety on lifting cranes. However, sanctions against imported cranes installed in ports make it difficult to ensure their safe operation, as many of these cranes exceed or approach the end of their service life. According to the regulatory legal acts of the Russian Federation, an industrial safety inspection is required for further operation of these cranes. The existing studies on the assessment of technical condition of lifting machines primarily focus on issues related to residual life. However, the analysis reveals that the features of evaluating the condition of cranes manufactured by foreign companies, in particular, their actual loads as determined by FEM, have not been thoroughly investigated. This discrepancy between actual and specified loading leads to increased risk of accidents. The aim of this research is to develop a methodology for determining the actual classification group of jib cranes produced by foreign companies, which will allow for an objective assessment of their technical condition during the industrial safety inspections, as well as verifying the developed methodology through a specific example.
Materials and Methods. The assessment was based on statistical data collected over the past 27 years. The study was conducted through a systematization of typical damages to cranes identified during industrial safety inspections. Statistical data on the number of cranes and accidents were collected from open sources. During the observation period, there were 254,250 cranes, and the average number of accidents was 42.29, which allowed us to calculate a background probability of accidents of 1.66 ∙ 10⁻⁴. This allowed us to identify an excess in the permissible destruction probability, which was 2x10⁻³, compared to the established regulatory level of 10⁻⁴. Based on this, we analyzed the technical condition of cranes and refined the risk assessment methodology. The direct analysis of the technical condition of cranes was based on the study of loading functions, which depended on the weight of the load and the boom outreach, considered as random variables. For this purpose, we collected and processed primary information in the form of histograms of the distribution of transported cargo masses and boom outreach of the tested cranes. We used these data to calculate the remaining fatigue life of the resource-determining component of the metal structure and the probability of structural failure. Statistical data processing techniques were used to formalize conclusions about the risk level of crane operation based on specific numerical values of accident and damage probabilities, taking into account economic and social factors.
Results. To assess the technical condition of jib cranes manufactured by foreign companies, a methodology was developed to determine the actual classification group. The methodology included calculating the load distribution coefficient (Кр) through load moments, estimating the residual resource by a characteristic number, calculating fatigue stresses for a resource-determining unit, determining the probability of structural failure, and assessing the risk of an accident. The article provides an example of the application of this technique to a specific jib crane. For a crane with design Кр = 0.30 (group A6) and a standard characteristic number of 125,000, the actual characteristic number was 179,323, indicating that service life had been exhausted. Verification calculation of fatigue stresses in the reference contour showed close proximity to the ultimate strength. The value of the probability of destruction, considering the statistical data on the crane load, exceeded the permissible value.
Discussion and Conclusion. The analysis of the results, using a specific example, showed that exceeding the passport classification of the crane's operating mode, and as a result, exceeding the assigned resources of its structural components, led to a significant increase in the risk of accidents. Based on the examination, it was found that the actual classification group of the crane's operating mode exceeded the passport value and amounts to A6 instead of A5. The developed methodology for assessing the actual classification group of the operating mode of jib cranes from foreign manufacturers allows for a significant reduction in the likelihood of structural failure and accident rate during industrial safety inspections. At the same time, it is recommended to use the background probability of a lifting crane accident of 1.66·10⁻⁴ and the average value of material damage of 73.2 million rubles in calculations.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.