Осипова Е.В., Свидан Н.И. "Наиболее распространенные дефекты путей башенных кранов"

Осипова Елена Вячеславовна, ведущий конструктор НПАО «НПХ Рокада»
Свидан Николай Иванович, зам. генерального директора по науке НПАО «НПХ Рокада»

 Наиболее распространенные дефекты путей башенных кранов

В статье подробно описывается, что такое башенные краны, какую роль играют рельсовые пути, какие основные виды дефектов путей бывают и как они влияют на качество безопасности на объекте.

Башенные краны в силу их большой конструкции не так просто использовать в повседневной жизни без рельсовых путей. Именно за счет них в процессе работы осуществляется перемещение всей конструкции.

Выстраивают рельсовые пути не только для временного использования, но и постоянного. В каждом случае к их безопасности предъявляются одни и те же требования безопасности. Чтобы кран мог перемещаться, рельсовые пути укладывают под него, используют конструкцию при ремонте, реконструкции и строительстве зданий. Эксплуатация крана сопровождается строгим соблюдением правил промышленной безопасности, сюда входит не только правильная прокладка рельсовых путей, но и привлечение к работе квалифицированного крановщика.

В зависимости от того, в каком состоянии находятся пути, будет многое зависеть, а именно:

• Скорость строительных работ.                                                                         

• Расход электроэнергии.                                                                                  

• Безопасность на участке.                                                                                                 

• Режим передвижения механизмов.                                                                

Больше всего внимания при строительстве рельсовых путей уделяется нижнему строению. Его конструкция состоит из: земляного полотна и отводов для воды.

В качестве земляного полотна используется ровная грунтовая площадка, основной задачей которой является обеспечение необходимой устойчивости и прочности основания. От плотности грунта будет напрямую зависеть соответствие площадки нормам и стандартам, поэтому ее проверяют.

Ширину земляного полотна по СНиП 3.08.01-85 можно определить по формуле [1]:

B = A + 3h_b + S + 2(400+200),

А — колея под рельсовый путь, измеряемая в миллиметрах;

h_b  — необходимая толщина балласта под опорным элементом;

S — размер опорного элемента.

Чтобы отводить воду испод рельсов используют специальные водосборные сооружения. Под полотно земляная площадка конструируется в поперечном направлении, с применением профиля, который обязательно ставят под уклон в направлении водоотвода.

Рельсы всегда принимают на себя основное давление от колес крана, это основная причина, почему они должны быть надежными и прочными. К этим показателям предъявляют особые требования. Именно использование этого элемента в конструкции башенного крана позволяет добиться необходимого уровня жесткости, чтобы можно было противостоять изгибу.

Сегодня используют несколько типов рельс для путей этого типа, а именно: Р33, Р38, Р43, Р50, Р65.

Р33 чаще всего использовали в конструкции кранов маленькой грузоподъемности, но в последние несколько лет их совсем перестали применять из-за того, что специалисты пришли к выводу, что рельсы этого типа лучше не применять.

Не так давно стало заметно, что большая часть рельсовых путей, используемых под башенные краны, неправильно демонтируются. Технология не отличается совершенством, в результате чего рельсы, независимо от используемого класса быстро деформируются, что приводит к возникновению аварийной ситуации в будущем.

Есть несколько основных факторов, которые сказываются на работе рельсов:

• Возможная переукладка.                                                                                     

• Отсутствие стабилизации балластной призмы.                                

• Плохое уплотнение основания, которое и без того не обладает достаточной жесткостью.

• Осевая нагрузка.                                                                                         

Эти и иные факторы становятся основными причинами появления недопустимых по стандартам дефектов в конструкции рельсов. Обнаружить многие из них невозможно сразу, но если следовать правилам промышленной безопасности и использовать специальное оборудование можно заметить вовремя и снизить возможность появления аварийной ситуации.

Как показала практика, чаще всего из строя выходят рельсы типа: Р38 и Р33. Конечно, можно их использовать после ремонта, но окончательное решение принимается после проведения проверки состояния конструкции. в первую очередь проверяется степень износа головки рельс.

Специалист в момент проведения технического осмотра должен принимать во внимание не только внешние, видимые дефекты, но и внутренние, которые скрыты. Определить их можно используя специальное оборудование.

При использовании рельс Р33 стало понятно, что их эксплуатация под башенными кранами приводит к нарушению взаимодействия рельс и колесами крана. В результате такого взаимодействия механизм неравномерно двигается, происходит занос одной стороны, опасность обрушения становится отчетливее, конструкция больше вибрирует, поэтому и крановые колеса изнашиваются быстрее.

Если говорить о старогодных изделиях, то их дальнейшее использование возможно, только если износ головки не выше следующих показателей:

Запрещено использовать рельсы со следующими дефектами для организации крановых путей:

• Когда появляются трещины в подошве рельс, шейке или головке.

• Если наблюдается смятие более чем пять миллиметров.

• При поражении ржавчиной или износе шейки или подошвы более чем на четыре миллиметра.

Рельсы разных типов используются в соответствии с имеющимися ГОСТами:

• Р43 — ГОСТ 7173-54. [2]                                                                              

• Р50 — ГОСТ 7174-75. [3]                                                                         

• Р65 — ГОСТ 8161-75. [4]                                                                                           

При использовании рельс вторично обязательно соответствовать классификации, которая указана в ТУ 32 ЦП-32-561 «Технические условия об использовании старогодных рельсов на железных дорогах широкой колеи». [5]

В профессиональной сфере была выведена отдельная классификация дефектов рельс, которые имеют свой код. Разделены они по следующим принципам: вид, место расположения, причина появления.

Можно более подробно рассмотреть код и разобрать его по частям для лучшего понимания, о чем идет речь. Так любому человеку станет понятно, что это за классификация, в которой первая цифра в коду обозначает место и тип образовавшегося дефекта, вторая разновидность с учетом причины его происхождения, а третья точка на рельсах по длине, где образовался дефект.

Рассматривая имеющуюся классификацию типы дефектов, которые обозначаются первой цифрой, можно подразделить на следующие:

1-4 место нахождения в головке, в нашем случае 1 — отслоение, 2 — поперечная трещина, 3 — горизонтальная, вертикальная и поперечная трещина, 4 — неравномерный износ или смятие.

• 5 — дефект в шейке рельса.                                                                          

• 6 — подошвенный дефект.                                                                                  

• 7 — наличие излома по всему сечению.                                                        

• 8 — наличие изгиба в горизонтальной и вертикальной плоскости.          

• 9 — любые дефекты.                                                                                   

По второй цифре имеется следующая классификация, с учетом разновидности повреждения и его главной причины:

• 0 — нарушение технологического процесса производства.                          

• 1 — отсутствие необходимой контактно- усталостной прочности.                   

• 2 — недостает стыкового скрепления рельса.                                                    

• 3 — ненадлежащее содержание пути.                                                           

• 4 — несоответствующее воздействие крана на рельсы.                                        

• 5 — механическое воздействие.                                                          

• 6 — нарушение сварочной технологии.                                                                

• 7 — нарушение закалочной технологии.                                                  

• 8 — нарушение правил, по которым осуществляет плавка.                            

Последняя третья классификация по месту расположения дефектов, если учитывать их нахождение по длине рельса:

• 1 — в месте стыка не более чем 75 сантиметров от торца.                  

• 2 — за пределами стыка.                                                       

• 3 — в месте проведения электроконтактной сварки.                           

• 4 — в месте проведения скоростной термитной сварки.                  

• 5 — в точке проведения обычной термитной сварки.                           

• 6 — там, где была использована газопрессовая сварка.           

• 7 — где использовали сварку оплавлением.                      

• 8 — где применили электродуговую сварку.                              

Каждый дефект, образовавшийся в конструкции рельс под башенные краны, имеет свою причину появления. Если мы говорим об отслоении, то в большинстве случаев оно является результатом халатного отношения технологов в момент изготовления изделия. Если отслоение пошло в головке, тогда можно утверждать, что была осуществлена плохая закалка верхнего слоя.

Одним из наиболее опасных дефектов в конструкции рельс являются поперечные трещины и изломы, возникающие внутри конструкции головки без видимого признака. Как правило, они являются следствием механического воздействия, например, когда при укладке железнодорожного полотна рельсы ударяются друг о друга.

Таким же опасным считают и вертикальное расслоение, которое чаще всего образовывается по всей длине рельса. Обнаруживают его в большинстве случаев в шейке, главная причина появления — остаток усадочной раковины, наличие в составе рельс неметаллических включений или иных примесей, которых там быть не должно. По такой же причине возникают трещины и в стыках, то есть наличие пустого пространства, включений в стыке и непроваров негативно влияют на срок эксплуатации изделий.

Технология укладки рельсов под краны предполагает обязательное проведение ультразвукового исследования полотна после того, как на него уже уложены рельсы.

Основная цель такой проверки — выявление скрытых дефектов. К показателям повреждения, которые можно измерить относятся:

• Высота и ширина.                                                                        

• Протяженность.                                                                         

• Координаты расположения.                                                              

Специалисты говорят, что очень важно обладать информацией относительно формы дефекта. Если бы это были округлой формы включения, пузыри воздуха, то изделие можно эксплуатировать немного больше, чем если бы были выявлены трещины.

Использование отражателя — оборудования, посылающего ультразвуковые импульсы, которые и показывают размер и тип дефекта, позволяет своевременно сделать выводы относительно имеющихся повреждений и принять меры по их устранению.

Определить приблизительную протяженность и высоту можно, используя следующую формулу:

L_max– L_min =∆LиH_max – H_min=∆H, где

L и H — координаты относительно преобразователя.

Можно узнать и конфигурацию повреждения, для этого следует строго соблюдать алгоритм работы, который выглядит следующим образом:

• Нахождение длинны отрезка от дефекта, расстояние, прошедшее ультразвуковым пучком в призме, поиск площади преобразователя и иных параметров, которые позволят максимально упростить процесс нахождения размеров дефекта.

• Нахождение размера 2 отражателей: направленного и ненаправленного.

• Нахождение глубины, на которую проникло повреждение и размеров отражателя для подсчета площади отражения.

• Сопоставление всех полученных значений.                                                     

Тракты от отражателей рассчитываются следующим образом:

A_∂ = A₀^`BEФ(Ɵ), где

A₀^` — принимает во внимание размер амплитуды колебаний, в момент, когда ультразвуковая волна преодолевает границу сред;

В — размер энергии, которая была отражена в сторону преобразователя от имеющегося отражателя;

Е — принимает во внимание уровень затухания волны, с того момента как она начинает свой путь и до возвращения;

Ф(Ɵ) — величин условная, она демонстрирует график отклонения энергии.

В процессе проектирования рельсового полотна необходимо знать и иные показатели, к примеру, минимальную длину полотна, которая определяется по формуле:

L₃=2(B+1,5h_б)+4200, где

В — база крана;

4200 — константа;

h_б — необходимая высота балласта под опорными подрельсовыми элементами.

Также важно делать расчет минимальной ширины балластной призмы b_бп, которая находится как:

b_бп = l_оэ+400, где

400 — константа.

 Важно учитывать и такой показатель как минимальная длина рельсового пути, определяемая как:

L_П= 2(B+l_T+500), где

l_T – длина тормозного пути;

500 — расстояние от тупикового упора до конца рельса или середины последней полушпалы.

Есть еще один не маловажный показатель, который следует знать – грузонапряженность пути, определяемая как:

Н=(П/П_n)x(Q_ср+Q_кр)х0,000001, где 

П — путь пробега крана за год, км;

П_n — длина эффективного фронта работ или рельсового пути, км;

Q_ср — средняя масса груза, т;

Q_кр — масса крана, т.

На самом деле многие расчеты достаточно громоздки на практике, поэтому используют графики.

Большая часть продольных и косых трещин образуется под воздействием удара колес крана. Такая ситуация чаще всего возникает на участках дороги, где за стыками плохо следят, здесь всегда есть лопнувшие накладки, плохо затянутые гайки. В любом месте рельсового полотна, если не уделять ему должного внимания дефекты будут образовывать гораздо раньше, что и приводит к возникновению аварийной ситуации на дороге.

Список литературы:

1. CНиП 3.08.01-85. «Механизация строительного производства. Рельсовые пути башенных кранов».
   Р43 — ГОСТ 7173-54.
2. Р50 — ГОСТ 7174-75.
3. Р65 — ГОСТ 8161-75.
4. ТУ 32 ЦП-32-561 «Технические условия об использовании старогодных рельсов на железных дорогах широкой колеи».