При строительстве жилого дома в Самаре (14.12.2015 в 15.14 дата и время по показаниям регистратора параметров ОНК-160Б-85) произошла авария с башенным краном КБ-473.
При подаче груза (ящик с раствором) на крышу строящегося здания произошло разрушение оттяжки стрелы, и падение металлоконструкции стрелы на строящееся здание. После этого произошло падение консоли с противовесом. В результате деформированы элементы металлоконструкции крана – башня, стрела, оголовок и консоль противовеса (рис.1).
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Результат аварии башенного крана КБ-473
Для расследования причин данной аварии, на основании требований главы II, статьи 12, Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ от 21.07.97г. [1], и п.18 «Порядка проведения технического расследования причин аварий, инцидентов и случаев утраты взрывчатых материалов промышленного назначения на объектах, поднадзорных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору», утвержденного приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 19.08.2011г. № 480, было проведено обследование подъемного сооружения, после аварии.
На основании решения председателя комиссии по расследованию аварии, экспертной организацией ООО ИЦ «ЭДО» были проведены следующие мероприятия:
- производен осмотр места аварии;
- проверено состояние металлических конструкций;
- проведена обработка информации с регистратора параметров;
- рассмотрена документация подъемного сооружения, представленная владельцем;
- рассмотрен технологический процесс, условия эксплуатации технического устройства;
- проверено соответствие технологического процесса проектным решениям;
- проверена квалификация промышленно-производственного персонала, поднадзорного Ростехнадзору;
- проверено наличие договора (полиса) обязательного страхования гражданской ответственности, заключенного в соответствии с законодательством Российской Федерации об обязательном страховании гражданской ответственности владельца опасного объекта за причинение вреда в результате аварии на опасном объекте;
- проверено качество эксплуатационной документации поднадзорного Ростехнадзору объекта.
- определены возможные технические причины аварии башенного крана КБ-473.
Обследование проводилось на соответствие требованиям Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности “Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения”, утвержденных приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору № 533 от 12.11.2013г.
Для определения внутренних силовых факторов, приведших к разрушению проушины оттяжки стрелы (рис.2), был произведен расчет НДС как аналитически, так и с применением метода конечных элементов.
Расчет выполнен в соответствии с методикой, изложенной в Справочнике по кранам под редакцией М.М. Гохберга Том 1 стр.85 [3].
|
|
|
Рис. 2. Часть проушины после разрушения
Расчет на прочность производился для оттяжки стрелы по нагрузкам от действия груза, подвешенного на крюк (бадья с бетоном 4 т.) и веса стрелы 10,35 т.
Вес груза и вылет был определен по данным расшифровки регистратора параметров ОНК-160Б [4] и уточнен после осмотра места аварии, а вес металлоконструкции по данным руководства по монтажу РБКС-8.180.00.00.000.ИМ крана башенного КБ-473. Данные регистратора параметров представлены на рис.3 и 4.
Рис 3. Данные оперативной памяти ОНК-160Б
Рис 4. Данные о числе циклов нагружения и рабочих циклах ОНК-160Б
Точки приложения нагрузок и плечи действия активных и внутренних усилий определены из чертежа (рис.5).
Исходные данные:
1. Вес ящика с раствором Q=4 т.
2. Плечо действия веса ящика (вылет) l=47,4 м.
3. Вес стрелы с канатом и крюковой подвеской P=10,35 т.
4. Плечо действия веса стрелы f=20 м.
5. Плечо действия внутренней растягивающей силы в оттяжке стрелы h=9,038 м.
Для определения внутренней растягивающей силы в оттяжке было составлено уравнение суммы моментов сил, действующих на стрелу относительно точки шарнирного крепления стрелы к башне.
Момент от действия нагружающих сил определяется:
М= Ql+Pf=4·47,4+10,35·20=396,6 тм.
Сила, действующая в оттяжке, составляет:
F=M/h=396,6/9,038=43,88 т.
Материал, из которого изготовлена оттяжка 09Г2С (σт=310 МПа), является пластичным, поэтому расчет производится по условию (метод допускаемых напряжений):
σ≤[σ]=σт/n
n=1,4 (Таблица 1.5.19 [3])
Рис. 5. Схема башенного крана КБ-473
Площадь опасного сечения проушины в месте разрыва составляет 4100мм2 (по данным замеров оттяжки).
Таким образом, действующие максимальные растягивающие напряжения в момент разрушения проушины оттяжки без учета концентрации напряжений в месте проушины составляли:
σ=438800Н/4100мм2=107 МПа.
Допускаемые напряжения (Таблица 1.5.19 [1]):
[σ]=σт/n=310/1,4=221,4 МПа.
При моделировании нагружения проушины методом конечных элементов (рис.6, 7) видно, что в местах концентрации напряжений (максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу) σ=619,9 МПа.
Для уточнения прочностных характеристик материала из разрушенной проушины были вырезаны образцы.
Рис. 6. Распределение напряжений в проушине
Рис. 7. Определение максимальных напряжений методом конечных элементов
Для определения предела текучести материала были проведены испытания образцов на растяжение. Испытания проводились на испытательной машине «Инстрон» (рис.8). Размеры образцов соответствовали ГОСТ 1497-84 рис.9.
Рис.8. Испытательная машина «Инстрон»
По результатам испытаний двух образцов составлен протокол:
Протокол испытаний образцов на растяжение.
| Заказчик | ИЦ ЭДО |
| Материал | Сталь |
| Партия | 1 |
| Температура, С | 21,0 |
| Стандарт | №1 Длина 38,4мм, ширина 20мм, толщина 10мм №2 Длина 40мм, ширина 30мм, толщина 10мм |
| Дата испытания | 13 Январь 2016 г. |
|
Площадь [mm^2] |
Диаметр [mm] |
Скорость на шаге 1 [mm/min] |
Модуль упругости [MPa] |
Предел прочности [MPa] |
Нагрузка при разрушении [kN] |
|
|
1 |
200,00000 |
5,00000 |
4 253,56 |
526,57 |
75,16 |
|
|
2 |
300,00000 |
5,00000 |
2 331,91 |
513,08 |
115,85 |
|
Деформация при растяжении (Перемещение) Предел прочности [%] |
Деформация при разрушении [%] |
Нагрузка Предел прочности [kN] |
Модуль (E-модуль EN10002 и ASTM E8) [MPa] |
|
|
1 |
36,60476 |
56,68 |
105,31427 |
—– |
|
2 |
61,77116 |
85,78 |
153,92255 |
538,37574 |
|
Нагрузка при Пределе текучести (Условный 0,2 %) [kN] |
Перемещение при растяжении при Пределе текучести (Условный 0,2 %) [mm] |
% удлинения в точке разрушения при Остаточном удлинении после разрыва (Стандарт) [mm/mm] |
|
|
1 |
67,56415 |
3,83659 |
0,47678 |
|
2 |
153,91848 |
24,57941 |
0,68909 |
|
Удлинение в точке разрушения при Остаточном удлинении после разрыва (Стандарт) [mm] |
Напряжение при растяжении Предел текучести (Условный 0,2 %) [MPa] |
Напряжение при растяжении Предел прочности (Верхний) [MPa] |
|
|
1 |
18,30817 |
337,82077 |
526,70062 |
|
2 |
27,56359 |
340,06157 |
513,11066 |
 |
 |
 |
Рис. 9. Образцы для испытаний на растяжение ГОСТ 1497-84
Полученный по результатам испытаний предел прочности 526,57MPa и предел текучести (Условный 0,2 %) 337,82077MPa соответствует справочным данным для стали 09Г2С. График зависимости напряжения от деформации для двух образцов представлен на рис. 10.
Рис. 10. График зависимости напряжения от деформации образцов из стали 09Г2С
Выводы по результатам проведенного расследования:
Причиной аварии (разрушение оттяжки стрелы) крана башенного, крюкового, стационарного, электрического, полноповоротного КБ-473 могли послужить повторяющиеся нагрузки, превышающие допустимые в 1,25…1,8 раза, которые привели к исчерпанию ресурса пластичности и прочности материала оттяжки вследствие накопления в металле значительной поврежденности.
В результате разрушения оттяжки стрелы произошло падение стрелы на строящееся здание, падение консоли с противовесом, деформация элементов металлоконструкции крана – башни, стрелы, консоли противовеса, механического оборудования крана.
При исправно работающем ограничителе грузоподъемности аварии бы не случилось.
В данной ситуации не произошло несчастного случая лишь по причине того, что машинист крана сначала подняла груз на определенную высоту, повернула стрелу в сторону подачи груза (стрела оказалась над крышей возведенного здания) и потом стала увеличивать вылет.
На основании изложенного авторы считают, что участившиеся аварии подъемных кранов (особенно башенных), возникают ввиду ослабления Российского законодательства в области промышленной безопасности, касающегося организации эксплуатации подъемных сооружений, а именно:
- Отнесение опасных производственных объектов, на которых используются стационарно установленные грузоподъемные механизмы, к IV классу опасности, и как следствие, ослабление контроля со стороны Ростехнадзора.
- Решение о пуске в работу выдается специалистом, ответственным за осуществление производственного контроля при эксплуатации ПС предприятия, без контроля, со стороны должностных лиц органов Ростехнадзора (за исключением монтажа кранов мостового типа и портального крана с применением сварки).
Практически Ростехнадзор в настоящее время не контролирует ситуацию по безопасной эксплуатации подъемных сооружений, как эксплуатируются состоящие на учете подъемные сооружения, как работает служба производственного контроля на данном опасном производственном объекте. Такая ситуация ведет к повышению числа аварий и инцидентов в целом, и несомненно требует усиления контроля со стороны федеральных органов.
Библиографический список
- Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ. (ред. от 13.07.2015) – Документ предоставлен КонсультантПлюс http://www.consultant.ru.
- Федеральных нормы и правил в области промышленной безопасности “Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения”. – Документ предоставлен КонсультантПлюс http://www.consultant.ru.
- Справочник по кранам. Т1 под ред. М. М. Гохберг. М.: Машиностроение, 1988. — 536 с.
- Горелов В.Н. Системы безопасности грузоподъемных машин. – Самара: Самар. гос. тех. ун-т, 2014. – 446с.