Удосконалення стандартів проектування кранів - важливе і не легке завдання. Безліч комітетів ISO, що складаються з провідних світових лідерів в області кранів, працюють над оновленням стандартів, щоб на сучасному рівні забезпечити проектування і безпечну роботу цих машин. Однією з ключових проблем на даний момент є прагнення поставити засновану на циклах класифікацію компонентів і механізмів крана в центр процесу проектування, як це вже має місце для металоконструкцій кранів.
Години роботи чи робочі цикли?
Історія питання
Нововведенням є те, що стандарти, що охоплюють компоненти і механізми, перейдуть на класифікацію на основі циклів. Ця методологія в даний час закладена в новій версії стандарту ISO 4301-1:2016 (Ред. 3) «Використовуючи один і той же принцип класифікації для компонентів, механізмів і для крана в цілому, комбінуючи коефіцієнтами спектра навантаження і загальною кількістю робочих циклів крана, ми зможемо краще узгоджувати взаємозв'язок між механізмами і металоконструкцією крана, що в результаті збільшить ступінь точності проектування конструкцій підйомних кранів і їх застосування» - вважає Еберхард Беккер, член багатьох комітетів зі стандартизації. Простіше кажучи, для більш точного прогнозування терміну служби крана пропонується використовувати метод розрахунку граничного стану для всіх компонентів крана, включаючи сюди і металоконструкцію, що дозволить в результаті зробити експлуатацію крана безпечнішою.
«Загальновизнано, що заснована на циклах класифікація підйомних механізмів, їх компонентів та деталей є технічно більш точною і призведе до більш точного проектування, адаптованому до передбаченого використання, ніж історичний підхід, заснований на часі», - продовжує Беккер. Що стосується нових стандартів, кінцева мета полягає в тому, щоб оновлені документи надали можливість з більшим ступенем точності класифікувати крани по групах з використанням позначення «А-класу» на основі циклів навантаження (загальної кількості робочих циклів) і спектра навантаження, тоді як в редакції стандарту ISO 4301-1: 1986 була встановлена загальна класифікація компонентів крана, відома як «М-класи», з використанням розрахунку терміну служби, заснованого на робочих годинах. Професор Герхард Вагнер, голова підкомітету SC10 «Принципи проектування і вимоги» комітету ISO / ТС 96 зазначає, що М-класи розраховуються таким чином, щоб зосередитися на часі роботи, а не на фактичних циклах навантаження крана. Час роботи, що використовується у визначенні класу М не є показником втоми. На пленарному засіданні комітету ТЗ 96 в Сіднеї у вересні 2015 року Герхард Вагнер представив документ «Класифікація кранів і компонентів: чому немає необхідності в М-класах».
У своєму документі він пояснює, чому класифікація важлива для покупців кранів: «Крани переміщують вантажі, маса яких знаходиться в межах їх номінальної вантажопідйомності. Однак існують великі відмінності в їх використанні. Конструкція крана повинна враховувати навантаження з точки зору умов експлуатації, щоб досягти відповідного рівня безпеки та строку корисного використання, який відповідає вимогам покупця. Класифікація служить еталонною структурою між покупцем і виробником, за допомогою якої конкретний пристрій може бути погоджено з передбачуваним використанням. Вона також використовується для вказівки умов експлуатації кранів або компонентів, які призначені для серійного виробництва, і дозволяє вибрати ці компоненти відповідно до їх передбачуваним використанням».
Герхард Вагнер намагався переконати також членів підкомітету SC3 по канатах приєднатися до позиції підкомітету SC10 і теж відмовитися від М-класів. Оскільки класифікація життєво важлива для вибору крана і планування його експлуатації, збереження методу класифікації «М-класи», тільки для одного критично важливого для безпеки компонента-сталевого каната може, на думку Вагнера, привести до плутанини серед користувачів. Однак таке рішення не було прийнято і в результаті, стандарт ISO 16625 «Крани і підіймачі. Вибір канатів, барабанів і шківів» як і раніше використовує М-класи.
Новий підхід
І так, в стандарті ISO 4301-1: 1986 група класифікації крана в цілому визначається максимальною кількістю робочих циклів в залежності від режиму навантаження. У той же час класифікація механізмів встановлюється загальною тривалістю в годину використання в залежності від режиму навантаження. Такий підхід склався історично не тільки в класифікації кранів. Наприклад, довговічність підшипників кочення визначається в годинах, ресурс двигунів автомобіля - в км шляху, мотогодинах, гідромашин - в мотогодинах і т. д. Зрозуміло, що конструктора кранів розраховували металоконструкції, зубчасті передачі, вали і осі по числу робочих циклів, ґрунтуючись на запропонованих години роботи та усереднених величинах переміщення і повороту, в залежності від свого досвіду і традицій організації.
Нова редакція стандарту ISO 4301-1:2016 вводить класифікацію режиму навантаження крана в цілому і механізмів в залежності від числа робочих циклів. Професор Маркус Голдер аргументовано обґрунтував необхідність ввести в стандарт класифікацію режимів роботи механізмів крана на основі циклів навантаження, а не годин роботи. Однак Еберхард Беккер і Маркус Голдер справедливо відзначають, що для покупця або експлуатування все ж більш зрозумілий і звичний час роботи крана, а не цикли навантаження. Забігаючи наперед відзначимо, що ІСО 4301-1:2016 в додатку В дає «переклад» годин роботи по ISO 4301-1: 1986 цикли навантаження механізму по ISO 4301-1:2016.
Короткий огляд стандарту ISO 4301-1:2016
Третє видання ISO 4301-1 представляє перегляд ISO 4301-1:1986, який тимчасово діє, тому що в ньому зазначено інший підхід до класифікації кранів. Переклад старої групи класифікації механізмів в цілому наведено в додатку В нового стандарту. Терміни, які використовуються в стандарті, відповідають ISO 4306 (словник). Класифікація є довідковим матеріалом для узгодження відносин між покупцем крана і його виробником, а також підставою для проектування крана з заданим терміном служби. Як і в старому стандарті, класифікація крана в цілому дозволяє покупцеві і виробнику дійти згоди щодо режиму роботи обраного крана. Таке використання класифікації крана є договірними і довідковим матеріалом.
Покупець вибирає кран з потрібними характеристиками, а конструктора доводять, що обраний покупцем кран може працювати протягом обумовленого терміну служби при певних умовах експлуатації, встановлених для даного виду використання.
Класифікація кранів в цілому по ISO 4301-1:2016
- Таблиця 2 включає в себе діапазон можливих чисел робочих циклів С розділений на 10 класів використання U: від U0 (C≤ 1,6•104) до U9, (4•106 <C ≤ 8•106).
- Таблиця 3 дає номінальні коефіцієнти Кр розподілу навантажень на кран для 6 режимів навантаження Qр: від Qр 0 (Кр ≤ 0,0313) до Qр 5 (0,50 < Кр ≤ 1,00).
- Таблиця 4 надає комбінації 15 класів використання А (від А03 до А11) кранів в цілому в залежності від 6 режимів навантаження Qр (від Qр 0 до Qр 5) і 10 класів використання U (від U0 до U9).
- Таблиця 5 призводить відповідність кожного з 15 класів використання А (від А03 до А11) числу робочих циклів Ср (от 5•102 до 8•106) при Кр =1.
Класифікація механізмів
Діапазон можливих робочих циклів С, режими навантаження Q і клас використання для механізмів крана відповідають аналогічним відомостям, наведених в таблицях 2, 3 і 4.
Для розрахунків характеристик опору втоми при багатоциклічному навантаження механізмів в таблицях 6 і 7 наведені середні величини переміщень.
- Таблиця 6 містить десять класів Dh переміщення для мостового крана: висота підйому (від Dh0 (¯Xlin ≤ 0,63 м) до Dh 9 (160 < ¯Xlin≤ 320 m); переміщення візка від Dt0 до Dt 9 і переміщення крана від DC0 до DC9 в тому ж діапазоні , як для механізму підйому.
- Таблиця 7 дає шість класів Da повороту крана ang від Da 0 (ang ≤11,75²) до Da 5 (180 ° <ang ≤36˚).
- Таблиця 8 містить чотири класи Р числа прискорень в одному циклі навантажень від P0 (р = 2), робота крана з грейфером або магнітом до Р3 (р> 8), робота монтажного крана. У розрахунках цей показник впливає на розрахункову величину динамічного коефіцієнта ϕ2 (табл. В.2, ISO 8686-1:2012) або при розрахунку витривалості при моделюванні експлуатаційного навантаження конструкції (характерний технологічний цикл).
У висновку стандарту дано посилання на ISO 20332:2016. 6.3. визначення коефіцієнта приведення межі витривалості до розрахункового числа циклів навантаження металевих конструкцій кранів. Відзначимо, що розрахунок на опір втоми виконується за методом допустимих напружень, а для режимів навантаження QР0, QР1, QР2 і QР3 металевих конструкцій не проводиться.
Який же наш дохід від використання нового стандарту класифікації режиму роботи крана? Мова йде не про формальне запровадження стандарту з певної дати або використанні нових умовних позначень режимів роботи. Використання ISO 4301-1:2016 послужить стимулом в практичній роботі при обґрунтуванні ризику експлуатації кранів з закінченим терміном служби, переведенням експлуатаційної документації (вахтовий журнал кранівника, журнал оглядів крана тощо) в електронну версію замість паперової. ISO 4301-1 2016 пов'язаний насамперед зі стандартами: ISO 12100:2010. Безпека машин. Основні принципи конструювання. Оцінка ризику та зниження ризику; ІСО 20230-1:2016. Крани. Методи і процедури оцінки і зниження ризиків. Загальні вимоги.
Безпосереднє відношення до проблем обґрунтування продовження служби крана має додаток F ISO 20332:2008, в якому дано формули розрахунку коефіцієнта приведення меж витривалості і оцінка необхідності виконання розрахунку на опір втоми металоконструкцій.
Виклик прийнятий
Нова редакція стандарту ISO 4301-1:2016 послужила своєрідним каталізатором для перегляду цілого ряду стандартів з метою забезпечення відповідності їх зміненому підходу до класифікації режиму навантаження крана в цілому, та механізмів в залежності від числа робочих циклів. У деяких випадках ще наводяться аргументи на користь збереження існуючого підходу з тимчасовим циклом, однак загальний перехід до класифікації на основі циклів був узгоджений на міжнародному рівні. У деяких стандартах ISO, що стосуються принципів проектування для навантажень і поєднань навантажень, таких як ISO / DIS 8686-5: 2016-09 для мостових і козлових кранів, вже прийнятий підхід, заснований на циклах, з посиланням на ISO 4301-1:2016. Що стосується європейських стандартів, то, найбільш відомим стандартом є EN 13001, який забезпечує принципи класифікації на основі циклів. Інші стандарти ISO і EN очікують перегляду з метою включення класифікації на основі циклів.
В цілому в Європі перехід від тимчасової класифікації до класифікації на основі циклів вже відбувається, і, все ж, залишається багато деталей для обговорення до появи нових стандартів. Найкраще, на що можна сподіватися, це деякі модифікації по мірі відновлення стандартів, щоб забезпечити їх сумісність з більш раннім методом оцінки.
