CC BY
213
УДК 621.87
А. В. Мотяков Астраханский государственный технический университет
АНАЛИЗ ПРАВИЛ УСТРОЙСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОБИЛЬНЫХ ПОДЪЕМНИКОВ*
Мобильные подъемники с рабочими платформами (далее - подъемники) относятся к свободностоящим грузоподъемным машинам и обеспечивают транспортировку в рабочей зоне людей и грузов, размещённых на рабочих платформах (площадках), именуемых люльками [1]. Пространственные перемещения люльки осуществляются тремя движениями механизмов: изменением углов наклона колен (которых может быть 1, 2 либо 3) и вращением поворотной рамы относительно неповоротной, оборудованной аутригерами. Подъемники со строго вертикальным перемещением стрелового оборудования относятся к вышкам. Конструктивные схемы подъемников (вышек) приведены на рис. 1.
где
Рис. 1. Конструктивные схемы подъемников (вышек): а - с одним поворотным коленом; б - с двумя; в - с тремя; г - с телескопическими выдвижными секциями стрелы на поворотной раме; д - с телескопическими вертикально-выдвижными секциями; е - вышка
Работа выполнена под руководством профессора, доктора технических наук Н. Н. Панасенко.
б
а
в
В отечественной промышленности и строительстве основным нормативным документом по грузопассажирским подъемникам (вышкам) являются Правила устройства и безопасной эксплуатации подъемников ПБ 10-611-03 [2], введённые приказом Госгортехнадзора (ГГТН) РФ от 19.03.01 № 32 (далее - Правила), которые устанавливают требования к проектированию, устройству, изготовлению, ремонту, реконструкции и эксплуатации подъемников (вышек) для перемещения людей с инструментами и материалами для проведения работ в пределах эксплутацион-ной зоны обслуживания подъемников, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях: ± 40 °С и ветре рабочего состояния не более 10 м-с-1 на высоте до 10 м [3-5]. Для работы при температуре ниже -40 °С подъемники изготовляются в климатическом исполнении УХЛ (ХЛ) (умеренно холодный (холодный) климат) [6].
В соответствии со ст. 2.1.21 Правил, расчет прочности и устойчивости подъемников должен производиться по методикам, согласованным с Ростехнадзором РФ, однако в отечественной практике такие методики существуют только для объектов-аналогов. Расчет прочности, очевидно, должен осуществляться по ГОСТ 28609-90 [7] «Краны грузоподъемные. Основные положения расчета». Рекомендации Правил по обеспечению расчетом собственной и грузовой устойчивости подъемников (см. 2.1.21) с коэффициентом устойчивости не менее 1,15 не подкреплены для подъемников отечественной нормативной базой, кроме тех, что рекомендованы для расчета устойчивости башенных и других самоходных кранов [8, 9].
Отсутствуют в Правилах и критериальные рекомендации для проведения расчетов на прочность пространственных стержневых металлоконструкций, не указано, что является предпочтительней - метод допускаемых напряжений (МДН) либо метод предельных состояний (МПС), положенный в основу ГОСТ 28609-90 [7].
Обошли вниманием Правила и такой важный фактор, как расчетные сочетания нагрузок при их проектировании. Если в расчетах на грузовую устойчивость сделано ударение на учёт самого неблагоприятного «действия сил тяжести машины и груза, динамических воздействий, а также ветрового давления» (см. ст. 2.1.21) и уклона площадки установки в сторону опрокидывания: подъемников на выносных опорах 0° 30', без опор 3°, то в расчетах на прочность, как и на устойчивость, не раскрыто понятие «динамическое воздействие» и величина и причина возникновения динамических воздействий.
Не раскрыта также сущность требований ст. 2.1.6 - «Подъемники ... должны изготавливаться для работы при температуре от -40 °С до +40 °С и скорости ветра не более 10 м-с-1 на высоте 10 м». Несмотря на это, проектировщику (расчетчику) необходимо устанавливать, какой температурный перепад следует принимать за расчетный при учете влияния температурных воздействий на напряженно-деформированное состояние металлоконструкции подъемника (вышки). Осталось неясным, каковы требования к ветру нерабочего состояния подъемников, должны ли предельные ветровые нагрузки быть отнесены к традиционному III сочетанию нагрузок [10-12] и как должны учитываться ветровые нагрузки рабочего состояния.
Не менее важными оказались упущения Правил в предписаниях по обеспечению нормальных условий эксплуатации. В частности, ст. 2.1.10 предполагает, что «основные технические характеристики, в том числе грузоподъемность, должны соответствовать ГОСТам, ТУ или другим нормативным документам», однако Правила вообще не имеют ссылок на рекомендуемую литературу, как, например, известные Правила ПБ 10-382-00 по грузоподъемным кранам. Кроме того, не предъявляют Правила и требований по нормативному сроку службы (НСС) подъемников. Этот недостаток устранен в РД 10-112-9-97 [13], предписывающем методику проведения экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) подъемников (вышек). Кроме того, НСС подъемников (вышек) - 8 лет - можно обнаружить в ря-мых предписаниях ГГТН РФ [14] либо в научной литературе [15]. При этом, несмотря на повышенные требования ЭПБ [13] к металлоконструкциям грузопассажирских грузоподъемников, ст. 8.2.9.6.1 РД [13] не предлагает методы при условии, что уменьшение толщины несущих элементов металлоконструкций подъемника (вышки) достигнет 10 % и более.
Не затронут в Правилах вопрос, касающийся режимов работы подъемников, аналогично для кранов по ИСО 4301/1-86, хотя в РД [13] (ст. 10.4, поз. 13) вводится ограничение по режимам работы (в зависимости от содержания кремния - < 0,1 % в стали металлоконструкций).
Следует также обратить внимание на проведение статических испытаний подъемников (вышек) (см. ст. 4.3.10 Правил) грузом 150 % от его номинальной грузоподъемности. При такой нагрузке, даже при условии запрещения любых движений подъемника (см. ст. 4.3.11), несущая конструкция подъемника будет близка к исчерпанию своих возможностей работы в области упругих деформаций, ограниченных пределом упругости материала расчетных элементов металлоконструкций. И это при том, что подъемник (вышка) должен быть установлен согласно ст. 4.3.1 Правил «на горизонтальной площадке в положении, отвечающем наименьшей расчетной его устойчивости». Кроме того, разработчик Правил не обратил внимания на возможное наличие ветра, а также не предписано обращение с приборами и устройствами безопасности (ПУБ) подъемника при статических и динамических (110 % номинального груза) испытаниях. Из этого следует, что поскольку проектный коэффициент запаса прочности КЗ металлоконструкций, согласно [10], лежит в области 1,5, то в условиях статических испытаний он может быть исчерпан, и следствием может явиться нарушение общих статей Правил [2].
В перечень главных вопросов в период эксплуатации подъемников входит и расчетная оценка остаточного ресурса [16]. Известно, что в качестве базовой концепции оценки ресурса используется подход, основанный на принципе безопасной эксплуатации по техническому состоянию, которая оценивается по определяющим параметрам технического состояния (ОПТС). Изменение этих параметров (в отдельности или в совокупности) может привести подъемник (вышку) в предельное состояние. В связи с этим должны быть приняты безусловные меры по освидетельствованию и обследованию подъемника, устранению всех дефектов, согласно требо-
ваниям нормативных документов [17], после чего может быть произведена оценка его остаточного ресурса. Между тем ст. 21.3 РД [13] предписывает, что «расчет (остаточного ресурса - авт.) должен содержать заключение о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации с указанием перечня выполнения необходимых ремонтно-восстановительных работ». Здесь дополнительно целесообразно указать, что документ [17], а также стандарты ИСО 18893 «МПРП. Принципы безопасности, проверки, техническое обслуживание и эксплуатация» и МЭК 61057:1991 «Изоляция стрелы при работе в условиях высокого напряжения» являются одними из немногих, посвященных мобильным подъемникам с рабочими платформами (МПРП).
Дополнительно следует также указать, что раздел IV «Требования по эксплуатации» Правил ПБ 10-611-03 не в полной мере учитывает предписания ПОТ РМ-012-2000 [18] и ГОСТ 27 372-87 [19], о которых, из-за краткости статьи, информация не приводится.
В рамках нашего анализа представляет интерес содержание и качество зарубежных норм ИСО 16368:2000 (Е) «Мобильные подъемники с рабочими платформами» [20]. Данный стандарт устанавливает требования и мероприятия техники безопасности для всех типов и размеров мобильных подъемников с рабочими платформами, предназначенных для перемещения людей к местам проведения работ, где они производят работы из рабочей платформы (РП). Он применяется также к конструкторским расчетам металлоконструкций и установлению критерия устойчивости положения в пространстве конструкции, проверкам безопасности и испытаниям перед пуском МПРП в работу. Стандарт [20], кроме того, определяет опасные факторы, возникающие при эксплуатации МПРП, и предписывает методы и способы устранения или снижения этих факторов. В соответствии со стандартом ИСО 16368 изготовитель подъемника несёт ответственность:
а) за разработку сочетаний расчетных эксплутационных нагрузок для установления самого неблагоприятного напряженно-деформированного состояния расчетных элементов его металлоконструкций и механизмов;
б) расчет конструкции на прочность с учётом переменных эксплуатационных состояний подъемника (вышки) с учетом статических и динамических нагрузок;
в) расчет устойчивости положения в пространстве подъемника в самом неблагоприятном положении (направления ветровой нагрузки, наклона промышленной площадки в зоне установки подъемника, положения поворотной части (верхнего строения) подъемника по отношению к неповоротной раме-шасси транспортного средства, транспортируемых в люльке (рабочей площадке) людей, оборудования, груза и др.);
г) расчет устойчивости элементов стрел и выносных опор на устойчивость (по Эйлеру) с учётом динамических воздействий, возникающих при больших скоростях, а также с учётом динамических (пульсирующих) ветровых нагрузок, толчков и ударов от работающих в люльке (рабочей платформе) людей, при этом эксплуатационная нагрузка в люльке должна занимать 25 % её площади, обеспечивая давление на пол, не превышающее 3 кН/м2.
В отличие от отечественных Правил ПБ 10-611-03, стандарт ИСО 16368 предусматривает скорость ветра рабочего состояния по шкале Бофорта № 6 12,5 мс-1. Кроме того, стандарт ИСО 16368 предусматривает дополнительное расчётное состояние от действия испытательной нагрузки 150 % номинальной грузоподъемности, при этом в опасной точке опасного сечения эквивалентные напряжения не должны достигать 90 % предела текучести материала. На рис. 2 представлены линейные расчетные модели подъемников, согласно ИСО 16368, для оценки устойчивости положения в пространстве. Как видно из рис. 2, на моделях определены коэффициенты влияния 1,1 пульсирующей ветровой нагрузки Ж, дополнительной к Ж, определяемой с учетом коэффициентов аэродинамичности (формы) элементов металлоконструкции (коробчатых профилей - 1,4; круговых - 1,2; больших плоскостей - 1,2; тела рабочего - 1,0). Характерной особенностью моделей (рис. 2) является учёт возможного перемещения масс элементов верхнего строения подъемника во вращательном движении с коэффициентом ОД вокруг ребра опрокидывания К
1
Рис. 2. Расчетная модель подъемника (МПРП) согласно ИСО 16368 в задаче устойчивости его положения в пространстве: а - 2-коленного; б - с вертикальной телескопической стрелой, где Я - ребро опрокидывания
В заключение укажем, что плоская модель не может учесть особенностей пространственной конструкции, в связи с чем в настоящей работе предложена пространственная модель, в частности, вышки ТВ-26 (рис. 3), построенная на основе конечноэлементной аппроксимации (узлов 121, конечных элементов 162).
Рис. 3. Расчетная конечноэлементная модель подъемника (вышки) типа ТВ-26 грузоподъемностью 250 кг
Модель на рис. 3 обладает тем достоинством, что учитывает, кроме выносных опор, опорный контур автомобиля (других технических средств передвижения). Развитие и использование этой модели направлено на решение ряда задач, обозначенных в настоящей работе.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. ГудковЮ. И. Автомобильные подъемники и вышки. - М.: Высш. шк., 1992. - 328 с.
2. ПБ 10-611-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации подъемников (вышек).
3. ГОСТ 1451-77. Краны грузоподъемные. Нагрузка ветровая.
4. ИСО 4302-81. Краны грузоподъемные Расчет ветровых нагрузок.
5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Приложение № 5, карта № 3. Районирование территории СССР по давлению ветра. - М.: Госстрой РФ, 2002. - 43 с.
6. ГОСТ 15150-69*. Машины, приборы, изделия. Исполнения для различных климатических районов.
7. ГОСТ 28609-90. Краны грузоподъемные. Основные положения расчета.
8. РД 22-145-85. Краны стреловые самоходные. Нормы расчёта устойчивости против опрокидывания.
9. ИСО 4305-91. Краны самоходные. Определение устойчивости.
10. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1 / Под общ. ред. М. М. Гохберга // Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 536 с.
11. ИСО 8686-1:89. Краны грузоподъемные. Принципы расчета нагрузок и их комбинаций. Ч. 1. Общие положения.
12. ИСО 8686-5:92. Краны грузоподъемные. Принципы расчета нагрузок и их комбинаций. Ч. 5. Мостовые и козловые краны.
13. РД 10-112-9-97. МУ по проведению обследования технического состояния подъемников (вышек) с истекшим сроком службы с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации.
14. Методические рекомендации по организации системы экспертизы промышленной безопасности. - Волгоград: Управление НВО ГГТН РФ, 2000. - 47 с.
15. Панасенко Н. Н., Мотяков А. В. Образование и безопасность подъемных сооружений // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2004. - № 1 (20). - С. 290-302.
16. РД 09-102-95. МУ по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных ГГТН РФ.
17. УК 36.24.100-92. Металлоконструкции грузоподъемных машин, оборудования и подъемников. Капитальный ремонт. Технические условия.
18. ПОТ РМ 012-2000. Методические правила по охране труда при работе на высоте (утв. Министерством труда и соцразвития РФ, пост. от 04.10.2000 № 68).
19. ГОСТ27372-87. Люльки для строительно-монтажных работ. Технические условия.
20. ИСО (International standard - ISO) 16368:2003 (Е). Mobile elevating work platforms (MEWP) - Design calculations, safety requirements and test methods/ Мобильные подъемники с рабочими платформами (МПРП): конструкторские расчеты, требования безопасности и методики проведения испытаний.
Получено 29.12.05
ANALYSIS OF THE PRINCIPLES OF CONSTRUCTION AND OPERATION OF MOBILE ELEVATING WORK PLATFORMS
A. V. Motyakhov
There has been considered an important problem of improving standards of mobile elevating work platforms (rigs) with operational floors. The analysis was made on the following fundamental normative documents: nE 10-611-03, P£ 10-112-9-97, yK 36.24.100-92. There have been found factors which require changes and supplementary information. International standard ISO 16368:2003 Mobile elevating work platforms have been tasted. There have been found merits and drawbacks of this standard. On balance to the decisions offered in ISO 16368:2003 about flat designed patterns there has been shown the designed pattern for spatial framed structure of the elevating platform TB-26.
