- - - Анализ причин разрушения подвесных устройств подъемных сосудов

Безаварийность работы шахтного подъема обеспечивается высокой надежностью и прочностью подвесных устройств подъемных сосудов, для обеспечения которых необходимо знать причины, влияющие на преждевременное разрушение элементов подвесных устройств. При создании подвесных устройств МакНИИ и НИИГМ им. М.М. Федорова проводились лабораторные испытания в части усталостных разрушений деталей этих изделий. В настоящее время необходимо изучить причины, вызывающие усталостное разрушение подвесных устройств в процессе эксплуатации их на шахтах.

Подвесные устройства клетей, скипов и противовесов подъемных установок являются ответственными элементами подъемных установок. Подтверждением этому являются особые требования, предъявляемые к ним Правилами безопасности в угольных шахтах и, в частности, требования относительно необходимости обеспечения тринадцатикратного запаса прочности подвесных устройств относительно максимальной статической нагрузки, включающей в себя вес подъемного сосуда с подвесными устройствами, груза в нем и вес уравновешивающих канатов (если они имеются). При таких запасах статической прочности случаев разрушения подвесных устройств в пределах установленного «Правил безопасности» нормативного срока службы, составляющего 5 лет, не наблюдалось. Именно это обстоятельство послужило основанием для постановки вопроса о возможности увеличения нормативного срока службы подвесных устройств свыше 5 лет. После соответствующих исследований специалистами НИИГМ им. М.М. Федорова и МакНИИ такая задача была решена, что позволило удвоить срок службы подвесных устройств за счет внедрения мероприятий, связанных с проведением неразрушающего контроля этих устройств по специальным методикам.

 

Анализ причин разрушения подвесных устройств подъемных сосудов
Крепление подвесного устройства УПБ головных канатов к скипам многоканатного подъема

 

Однако к концу прошлого и началу нынешнего столетия на шахтах угольной промышленности Украины и России произошел ряд аварий, связанных с разрушением деталей подвесных устройств, срок службы которых еще не достиг даже нормативного, равного 5 годам. В частности, такие аварии произошли на:

шахте «Капитальная» (ПО «Интауголь», РФ),

шахте «Краснолиманская» («Угольная компания «Краснолиманская», Украина),

шахте им. М.И. Калинина (ГП «Донецкуголь», Украина),

шахте «Добропольская» (ГП «Добропольеуголь», Украина),

ГОАО «Шахта «Комсомолец Донбасса» (Ассоциация «ДТЭК», Украина).

 

Анализ причин разрушения подвесных устройств подъемных сосудов
Крепление подвесного устройства УП-М уравновешивающего каната к скипам многоканатного подъема

 

Объяснений этому явлению сначала не было, но результаты анализа поломок деталей подвесных устройств свидетельствовали о том, что произошли они из-за усталости металла.

Почему же именно в этот период времени проявились процессы усталостного разрушения деталей подвесных устройств, срок эксплуатации которых оказался существенно ниже нормативного? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть механизм процесса усталостного разрушения, в основу которого согласно исследованиям многих ученых положены дислокационные представления о строении металлов. Усталостное разрушение характеризуется тремя стадиями: первая стадия - до момента появления первой макроскопической трещины, т. е. это период зарождения трещины, вторая стадия - после появления усталостной трещины, третья стадия - хрупкое разрушение.

 

Анализ причин разрушения подвесных устройств подъемных сосудов
Крепление подвесного устройства УПБ головных канатов к клети многоканатного подъема

 

Специалисты в области усталости металла превалирующее значение в зарождении трещин усталости отдают дислокациям, являющимися проявлением поликристаллической структуры и неоднородности материала. Под действием соответствующих нагрузок вследствие неоднородности материала в отдельных кристаллических зернах возникают перенапряжения, при этом способности зерен решетки сопротивляться сдвигу исчерпываются, и в итоге это место может явиться очагом зарождения мельчайших микротрещин. Период от начала эксплуатации детали до появления зародыша микротрещины принято называть инкубационным периодом усталости.

Зарождение трещины на стадии инкубационного периода еще не определяет разрушения детали в целом. Если перенапряжения в зернах кристаллической решетки вызваны приложением к детали разовой статической нагрузки, то дальнейшего развития трещина может не получить. Обязательным условием развития трещины является наличие переменных во времени напряжений.

Вторая стадия усталостного разрушения детали связана с разрастанием трещины до тех пор, пока сопротивление оставшейся части сечения детали ослабится настолько, что даже случайный толчок вызовет ее разрушение.

Следовательно, срок службы детали определяется скоростью разрастания трещины.

Контроль проводить с торцевых поверхностей листа коуша, сканируя в прямом и обратном направлении с разворотом ПЭП на 180°.

Контроль проводить с торцевой поверхности валика, сканируя по окружности радиусом R = d/ 2-10.

Скорость разрастания трещины зависит не только от характера внешних силовых факторов, но и от величины действительных напряжений детали. Применительно к деталям подвесных устройств, подверженных действию циклических нагрузок, более напряженными являются, как правило, поверхностные слои, нежели внутренние. Это связано с качеством механической обработки детали, а также действием коррозии детали, работающей в агрессивной атмосфере шахтного ствола.

Более того, для изготовления деталей подвесных устройств применяются, как правило, хромоникелевые стали, имеющие высокий предел прочности, которым при помощи специальной термической обработки придается мелкозернистая структура, свободная от внутренних напряжений. В таких сталях высока вероятность возникновения очагов зарождения микротрещин, называемых обычно флокенами. Эти дефекты резко снижают предел выносливости детали.

Однако для выполнения указанного контроля предусмотрена полная разборка шарнирных узлов, что требует длительной остановки подъема.

НИИГМ им. М. М. Федорова разработаны методы неразрушающего контроля элементов подвесных устройств без разборки шарнирных узлов.

Выполнение этого контроля во многих случаях (из-за недоступности шарнирных узлов соединения (тяг, валиков) подвесных устройств с балками подъемных сосудов) невозможно произвести. В существующих инструкциях подъемных сосудов эти узлы находятся в балках, которые снизу закрыты металлическими листами и заполнены штыбом, из-за чего не обеспечивается нормальная работа (подвижность) шарнирного узла и невозможность выполнения неразрушающего контроля тяги. При этом возникают дополнительные нагрузки на подвесное устройство (особенно тяги) не только от концевой нагрузки сосуда, но и от колебания головного каната вместе с коушем, что вызывает в тягах суммарное напряжение от растяжения и изгиба, способствующее появлению усталостных трещин, что приводит к разрушению тяг, а, следовательно, к авариям подъема.

Постоянное нахождение шарнира (тяги и валика) в коррозионной среде в закрытом пространстве балок способствует ускорению коррозии этих деталей и, следовательно, не обеспечивается подвижность шарнирного узла. Исходя из этого, на ряде шахт Донбасса (шахта им. М.И. Калинина ГП «Донецкуголь», шахта «Комсомолец Донбасса») при эксплуатации подвесных устройств УПБ800 на противовесе и скипах происходило разрушение тяг в местах крепления их в балках сосудов.

 

Анализ причин разрушения подвесных устройств подъемных сосудов
Предлагаемый способ крепления подвесных устройств УПБ головных канатов к клетям и скипам многоканатного подъема

 

Поэтому расчет на прочность тяг подвесных устройств (особенно тяг, соединяющихся с балкой сосуда) необходимо производить с учетом напряжений не только от растяжения, но и от изгиба, возникающих от колебаний каната с коушем подвесного устройства, т. е. по формуле:

alt

<!--[if gte msEquation 12]>δ=δр2+δизг2.<!--[if !msEquation]--> <!--[endif]-->

Однако величина усилия, создающего изгибающий момент от колебания каната, зависит от многих факторов, возникающих при движении подъемного сосуда по стволу (состояния армировки, проводников, канавок шкива трения и др.), для чего требуется проведение исследовательской работы на подъемах шахт.

Неразрушающий контроль без разборки шарнирных соединений деталей подвесных устройств выполняется эхо-импульсным методом по совмещенной схеме прозвучивания продольными и поперечными волнами (прямым лучом) на частоте 2,5 МГц в соответствии с РТМ 07.01.009-78 «Временная методика проведения дефектоскопии подвесных устройств при эксплуатации и капитальном ремонте».

Для контроля используются типовые и специальные ультразвуковые преобразователи:

- прямой, совмещенный с частотой 2, 5 МГц;

- наклонные, совмещенные с углом ввода луча 40°, 50° и 65° с частотой 2, 5 МГц;

- поверхностный с частотой 2,5 МГц с углом ввода луча 90°.

Установка, измерение и проверка параметров ультразвукового контроля производятся по стандартным и испытательным образцам.

Для создания акустического контакта применяется контактная среда: автол, компрессорные и другие минеральные масла, технический вазелин, солидол.

Ввод ультразвуковых волн в деталь осуществляется с доступных поверхностей так, чтобы обеспечивались наиболее благоприятные условия выявляемое дефектов в местах их наиболее вероятного возникновения. Основными параметрами ультразвуковой дефектоскопии являются рабочая частота ультразвуковых колебаний, угол наклона акустической оси преобразователя (угол ввода луча), чувствительность контроля, погрешность (точность работы) глубиномера. Работы по дефектоскопии выполняются ультразвуковыми дефектоскопами типа УД2-12, УД2-70.

Настройка условной чувствительности контроля осуществляется по стандартному образцу СО-1. При контроле шаг сканирования преобразователя составляет 6 мм, скорость - до 50 мм/с.

Выводы. С целью повышения эффективности проведения обследования технического состояния и неразрушающего контроля элементов подвесных устройств подъемных сосудов шахтного подъема предлагаются следующие рекомендации.

1. Необходимо продолжить разработку эффективных способов неразрушающего контроля элементов подвесных устройств без разборки шарнирных соединений.

2. Необходимо произвести научно-исследовательскую работу по определению фактических нагрузок, возникающих в элементах подвесных устройств сосудов многоканатных подъемов при движении по стволу, необходимых для расчета тяг на прочность.

3. Следует произвести корректировку чертежей балок крепления тяг подвесных устройств подъемных сосудов (клетей, скипов, противовесов), доступных для обследования технического состояния и выполнения дефектоскопии.

4. Проектным организациям необходимо внести изменения в подъемные сосуды, находящиеся в эксплуатации и выдать рекомендации шахтам, т. е. вырезать отверстия в нижних листах балок крепления тяг подвесных устройств для выхода штыба и воды для обеспечения подвижности шарнирных узлов (тяг и валиков).

5. Расчет тяг, соединяющих подвесное устройство с балкой подъемного сосуда, нужно производить на напряжения, возникающие от растяжения и изгиба.

6. Диаметры валиков и отверстий в тягах следует изготовлять с гарантированными зазорами до 1,0 мм для улучшения демонтажа при замене и обслуживании и обеспечения подвижности шарнирных соединений при эксплуатации.

7. Предлагается применять подвесные устройства для клетей и скипов одной конструкции (т. е. крепление в 4-х точках коуша КД и тяг к балкам сосуда) как простой в изготовлении и равноценной при эксплуатации.




Другие новости по теме: