СПОСОБ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОБЪЕКТОВ АТТРАКЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК G01M15/00 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к способу оценки остаточного ресурса конструкции аттракционов с применением методов неразрушающего контроля, основ теории сопротивления материалов и механики разрушения в области, которую можно отнести к машиностроению.

Имеющие место отказы объектов аттракционной техники делают актуальным разработку способов обеспечения безопасной эксплуатации аттракционов в условиях эксплуатации. Важной характеристикой в эксплуатации является остаточный ресурс конструкции аттракциона, который должен определяться при продлении срока службы аттракционов и является обязательной для выдачи разрешения на дальнейшую эксплуатацию. Решить поставленную задачу возможно только при проведении в процессе эксплуатации аттракционов процедуры определения остаточного ресурса по результатам проверки технического состояния элементов конструкции.

2. Уровень техники

Разработано много способов оценки остаточного ресурса сложных технических систем, однако, их применение к объектам аттракционной техники в условиях эксплуатации вызывает определенные трудности. По результатам патентного поиска, способов оценки остаточного ресурса конструкции аттракциона не найдено. Наиболее близкие решения приведены ниже.

Известен способ определения остаточного ресурса металла труб, включающий вырезку образцов, проведение механических испытаний, по результатам которых определяют ресурс металла (Патент РФ №2226681, опубл. 10.04.2004 г.). Недостатками способа являются необходимость нарушения целостности конструкции и, соответственно, невозможность определения ресурса на действующем объекте.

Способ оценки остаточного ресурса по изменению потери пластичности конструкционной стали, включающий вычисление допустимого суммарного повреждения - потеря пластичности за все время эксплуатации, после измерений твердости металла устанавливается фактическая потеря пластичности (Патент РФ №2555508). Недостатком этого способа является то, что не учитывается влияние коррозионных повреждений, степени износа конструкции и наличие усталостных трещин.

В стандарте ГОСТ Р 56065-2014 «Безопасность аттракционов. Оценка технического состояния. Продление срока службы» изложены требования к наличию остаточного ресурса у конструкции для проведения процедуры продления срока службы аттракционов. Однако способ оценки остаточного ресурса конструкции аттракциона не приведен, что является недостатком этого стандарта.

Как правило, остаточный ресурс конструкции аттракциона определяться по записям о количестве отработанного времени в циклах или часах, сделанным эксплуатирующей организацией в эксплуатационной документации на аттракцион. Однако, в процессе эксплуатации аттракционов на конструкцию воздействуют внешние факторы, приводящие к изменению ее технического состояния и проявляющиеся в виде эксплуатационных повреждений (коррозия, износ, усталостные трещины, механические повреждения), которые влияют на остаточный ресурс.

3. Сущность изобретения

Сущность способа оценки остаточного ресурса объектов аттракционной техники в условиях эксплуатации состоит в измерении размеров эксплуатационных повреждений, таких как коррозионное поражение, механическое повреждение, износ или усталостные трещины, на элементах конструкции определяющих ресурс аттракциона, вычисления усталостной прочности, установления уровня опасности повреждений и определения остаточного ресурса конструкции.

После проведения измерений размеров эксплуатационных повреждений составляется перечень поврежденных элементов конструкции аттракциона. Сведения об эксплуатационных повреждениях фиксируются в таблице измерений эксплуатационных повреждений. Оценка степени опасности каждого повреждения, проводится на основе полученных результатов измерений, используя расчет усталостной прочности элемента конструкции с учетом повреждения.

Каждому эксплуатационному повреждению присваивается числовое значение уровня опасности 0, 1 или 2. Составляется матрица опасности эксплуатационных повреждений для всей конструкции. Далее в зависимости от присвоенных уровней опасности принимается решение о проведении оценки остаточного ресурса конструкции аттракциона.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение безопасности эксплуатации аттракционов за счет того, что при предлагаемой оценке остаточного ресурса конструкции аттракциона учитываются как условия эксплуатации аттракционов, так и происходящие при этом изменения технического состояния конструкции.

Указанный результат достигается за счет того, что в условиях эксплуатации проводятся измерения повреждений и проводится расчетная оценка усталостной прочности элементов конструкции с выявленным повреждением.

4. Осуществление изобретения

Для осуществления изобретения потребуется последовательное выполнение совокупности следующих действий:

1. Проведение измерений эксплуатационных повреждений на элементах конструкции, определяющих усталостную прочность аттракциона

Проведение измерений проводится в соответствии с требованиями следующей нормативной документации:

ГОСТ Р 33807-2016 Безопасность аттракционов. Общие требования;

ГОСТ Р 56065-2014 Безопасность аттракционов. Оценка технического состояния. Продление срока службы;

ГОСТР 55724-2013 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые;

ГОСТ 24507-80 Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии;

РД 03-606-03 Инструкция по визуальному и измерительному контролю.

Сведения о выявленных эксплуатационных повреждениях элементов конструкции аттракциона фиксируются в рабочей таблице измерений (места расположения повреждений, их характер и размеры). Результаты измерений должны позволить установить фактическое изменение геометрических размеров сечения элемента конструкции, увеличение концентрации напряжений или обеспечить проведение расчетной оценки коэффициента интенсивности напряжений в случае усталостной трещины.

Для выявления повреждений используются методы неразрушающего контроля, такие как визуально-инструментальный, цветная дефектоскопия, ультразвуковой, вихре-токовый, магнитно-порошковый и т.п. Физические неразрушающие методы контроля применяются для проверки состояния металла, обнаружения внутренних дефектов металлических элементов конструкций, степени износа, а также в местах, характерных для возникновения усталостных трещин.

2. Оценка усталостной прочности после фактических измерений эксплуатационных повреждений

Оценка усталостной прочности проводится на основании результатов измерений для каждого элемента конструкции аттракциона с обнаруженным эксплуатационным повреждением. В качестве основного нормативного документа для аттракционов при проектировании принят ГОСТ Р 52170-2003 «Безопасность аттракционов механизированных. Основные положения по проектированию стальных конструкций».

В каждом случае эксплуатационного повреждения на элементах конструкции определяются максимальные, возникающие от воздействия расчетных эксплуатационных нагрузок, напряжения σ_max с учетом влияния эксплуатационного повреждения. Напряжение σ_max в рассчитываемом элементе, вычисляется по сечению нетто, с учетом изменения поперечного сечения элемента конструкции, и с учетом увеличения концентрации напряжений в зоне повреждения.

Проводится оценка полученного значения напряжения σ_max по формуле (1):

σ_max ≤ R_(ρ) (1)

где σ_mах - максимальное по абсолютному значению номинальное напряжение в рассчитываемом элементе, вычисленное по сечению нетто и с учетом увеличения концентрации напряжений в зоне повреждения;

R_(ρ) - расчетный предел выносливости для материала, из которого изготовлен конструктивный элемент.

ρ - коэффициент асимметрии цикла.

Согласно ГОСТ Р 52170-2003 для элементов конструкции аттракционов значение R_(ρ) не должно превышать меньшего значения одной из двух величин:

σ_T^H – нормативное значение предела текучести

или

σ_b^H/1.3 – нормативное значение временного сопротивления.

Выполнение неравенства (1) обеспечивает выполнение требований к конструкции аттракционов по условиям усталостной прочности согласно ГОСТ Р 52170-2003.

3. Установление уровня опасности

По полученной, на основании измерений и расчетов усталостной прочности информации об эксплуатационном повреждении каждому обследуемому элементу аттракциона с повреждением присваивают числовое значение уровня опасности 0, 1 или 2.

При коррозионном поражении и износе:

0 (ноль) - если выполняется условие по формуле (1);

1 (один) - если не выполняется условие по формуле (1) и конструкция ремонтопригодна;

2 (два) - если не выполняется условие по формуле (1) и конструкция неремонтопригодна.

При усталостной трещине:

1 (один) - конструкция ремонтопригодна;

2 (два) - конструкция неремонтопригодна.

Составляется матрица опасности всей конструкции для проведения процедуры оценки остаточного ресурса. При анализе матрицы опасности принимаются следующие критерии:

а) При возникновении хотя бы на одном элементе конструкции уровня опасности со значением 2 считаем, что с учетом воздействия эксплуатационных факторов остаточный ресурс конструкции отсутствует.

б) При значении уровня опасности 1 проводится ремонт элемента конструкции. Затем проводится повторная оценка технического состояния конструкции. В случае удовлетворительного технического состояния после выполненного ремонта, элементу присваивается уровень 0. В обратном случае элементу конструкции с эксплуатационным повреждением присваивается уровень опасности 2, соответственно считаем, что с учетом воздействия эксплуатационных факторов остаточный ресурс конструкции отсутствует.

в) При значении уровня опасности 0 считаем, что эксплуатационное повреждение не влияет на ресурс конструкции и его ремонт проводится в рамках технического обслуживания аттракциона согласно регламенту.

Процедуру определения остаточного ресурса конструкции аттракциона можно проводить только при значениях в матрице опасности равных значению 0 (ноль).

4. Определение остаточного ресурса конструкции

Остаточный ресурс - суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до момента достижения предельного состояния (ГОСТ27.002-2015)

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта может быть продолжена только после принятия решения о возможности продления данного показателя (ГОСТ 27.002-2015).

Назначенный срок службы - календарная продолжительность, при достижении которой эксплуатация объекта может быть продолжена только после принятия решения о возможности продления данного показателя (ГОСТ 27.002-2015).

Эксплуатация аттракционов имеет специфические особенности по сравнению с другими видами оборудования, в частности, аттракционы имеют различный годовой фонд оперативного времени в зависимости от климатической зоны эксплуатации. В эксплуатационных документах на каждый аттракцион имеется форма для учета количества отработанных часов оперативного времени или раздел ежемесячного или годового учета работы в часах. В эксплуатирующей организации должен быть налажен такой учет. Предлагаемый способ позволяют проводить оценку ресурсного состояния аттракционов, анализируя учет отработанных часов оперативного времени работы аттракциона в пределах назначенного ресурса. При этом считаем, что физико-механические характеристики материала конструкции аттракциона находятся в состоянии принятом разработчиком при проектировочных расчетах.

Остаточный ресурс конструкции (Т_{ост.рес.}) определяется по формуле:

Т_{ост.рес.}=Т_{назн.рес.}-Т_{факт.рес.} (2)

где Т_{назн.рес.} – назначенный ресурс, планируемая (назначенная разработчиком) наработка в часах оперативного времени за срок службы.

Т_{факт.рес.} - фактически отработанные часы оперативного времени за срок эксплуатации (определяется по счетчику циклов, по отчетам операторов, по методическим рекомендациям и др.);

В случае Т_{ост.рес} больше нуля по результатам оценки делается вывод о том, что с учетом воздействия эксплуатационных факторов, конструкция аттракциона имеет остаточный ресурс равный Т_{ост.рес.}, позволяющий эксплуатацию аттракциона с продлением срока службы в пределах назначенного ресурса.

В случае Т_{ост.рес} равным или меньше нуля остаточный ресурс конструкции отсутствует.

Изобретение относится к методикам оценки остаточного ресурса объектов аттракционной техники в условиях эксплуатации. Сущность: осуществляют измерение эксплуатационных повреждений на элементах конструкции аттракциона, определяющих ресурс путем измерения размеров эксплуатационных повреждений, таких как коррозионное поражение, механическое повреждение, износ или усталостные трещины с применением неразрушающих методов контроля, установление допустимости изменения их усталостной прочности посредством вычисления усталостной прочности конструкции на основании результатов измерений для каждого элемента конструкции аттракциона с обнаруженным повреждением, с определением максимальных, возникающих от воздействия расчетных эксплуатационных нагрузок, напряжений с учетом влияния эксплуатационного повреждения, присвоение уровня опасности повреждениям на основании выдвинутых критериев с формулированием критериев оценки элемента конструкции с повреждением, присвоением числового уровня опасности повреждениям, составлением матрицы опасности повреждений для всех элементов конструкции, анализом матрицы опасности по принятым критериям, составлением вывода о возможности или невозможности проведения процедуры оценки остаточного ресурса и определение остаточного ресурса объекта аттракционной техники в условиях эксплуатации с учетом анализа отработанных часов оперативного времени работы аттракциона в пределах назначенного ресурса. Технический результат: повышение безопасности эксплуатации аттракционов.

Способ оценки остаточного ресурса объектов аттракционной техники в условиях эксплуатации, включающий измерение эксплуатационных повреждений на элементах конструкции аттракциона, определяющих ресурс путем измерения размеров эксплуатационных повреждений, таких как коррозионное поражение, механическое повреждение, износ или усталостные трещины с применением неразрушающих методов контроля, установление допустимости изменения их усталостной прочности посредством вычисления усталостной прочности конструкции на основании результатов измерений для каждого элемента конструкции аттракциона с обнаруженным повреждением, с определением максимальных, возникающих от воздействия расчетных эксплуатационных нагрузок, напряжений с учетом влияния эксплуатационного повреждения, присвоение уровня опасности повреждениям на основании выдвинутых критериев с формулированием критериев оценки элемента конструкции с повреждением, присвоением числового уровня опасности повреждениям, составлением матрицы опасности повреждений для всех элементов конструкции, анализом матрицы опасности по принятым критериям, составлением вывода о возможности или невозможности проведения процедуры оценки остаточного ресурса и определение остаточного ресурса объекта аттракционной техники в условиях эксплуатации с учетом анализа отработанных часов оперативного времени работы аттракциона в пределах назначенного ресурса.