Тульский государственный университет, Тула, Россия

А. В. Анцев, заведующий кафедрой машиностроения и материаловедения, докт. техн. наук, доцент, эл. почта: a.antsev@yandex.ru
В. Ю. Анцев, заведующий кафедрой транспортно-технологических машин и процессов, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: anzev@yandex.ru

А. С. Толоконников, доцент кафедры транспортно-технологических машин и процессов, канд. техн. наук, эл. почта: tolokonnikov@list.ru

ООО «Машинвестхолдинг», Донской, Россия

А. В. Воробьев, заместитель главного инженера проекта, канд. техн. наук, эл. почта: super-worobyov-av@yandex.ru

Безопасность эксплуатации грузоподъемных машин в значительной степени определяется качеством исполнения стальных конструкций, что обусловливает необходимость проведения анализа их надежности, который следует выполнять еще на стадии конструкторско-технологического проектирования жизненного цикла грузоподъемной машины. Анализ надежности применительно к грузоподъемным машинам мостового типа обычно проводят для критических элементов стальных конструкций, возникновение усталостных трещин в которых может вызвать катастрофические последствия и свидетельствует об исчерпании ресурса конструкции в целом. К данным элементам грузоподъемных машин относят соединения главных и концевых балок, крепления ходовых колес, середины главных балок, металлоконструкции грузовых тележек. В связи с этим предложена инженерная методика анализа надежности стальных конструкций грузоподъемных машин мостового типа на стадии конструкторской подготовки производства, которая позволяет оценить способность грузоподъемной машины выполнить установленные требования по долговечности, определяемой предполагаемым числом циклов нагружения до достижения длины трещины в середине главной балки грузоподъемной машины мостового типа критического размера. При этом критическую длину трещины и скорость ее роста в методике рассчитывают на основе коэффициента интенсивности напряжений, для определения которого на основе конечно-элементного моделирования получены соответствующие зависимости его от относительного размера трещины и напряжений в границах зоны накопления упругопластических повреждений. Практическое применение предложенной методики обеспечит снижение затрат на эксплуатацию проектируемой грузоподъемной машины.

1. Tang G., Shi C., Wang Y., Hu X. Strength analysis of the main structural component in ship-to-shore cranes under dynamic load // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 23959–23966.
2. He W., Lin Z., Li W. et al. The comprehensive safety assessment method for complex construction crane accidents based on scenario analysis – A case study of crane accidents // Computers & Industrial Engineering. 2025. Vol. 199. P. 110716–110724.
3. Nykyforchyn H., Pustovyi V., Zvirko O. et al. Analysis of operational factors affecting the serviceability of seaport hoisting and transporting equipment // Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 41. P. 326–332.
4. Слободянский М. Г. Прогнозирование долговечности барабанного окомкователя по критерию прочности неприводных опорных катков на стадии проектирования и эксплуатации // Черные металлы. 2023. № 9. С. 66–74.
5. Antsupov A. V. (Jr.), Antsupov A. V., Antsupov V. P. Estimation and assurance of machine component design lifetime // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 726–733. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.094
6. Усатая Т. В., Дерябина Л. В., Курзаева Л. В., Усатый Д. Ю. Применение VR/AR-технологий при проектировании металлургического оборудования // Черные металлы. 2020. № 9. С. 56–61.
7. Окрепилов В. В. Менеджмент качества : учебник. — СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2013. — 650 с.
8. ГОСТ Р ИСО 9001–2015. Системы менеджмента качества. Требования. — Введ. 01.11.2015.
9. ИСО/ТО 10017–2015. Статистические методы. Руководство по применению в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9001. — Введ. 01.07.2005.
10. Селиверстов Г. В., Бутырский С. Н., Вобликова Ю. О. Анализ напряженно-деформированного состояния элементов металлоконструкций грузоподъемных машин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. Вып. 2. Ч. 1. С. 123–126.
11. Селиверстов Г. В., Анцев В. Ю., Анцева Н. В., Коломиец К. С. Оценка поврежденности металлоконструкций грузоподъемных машин при совместном действии коррозии и усталости и оптимизация их диагностирования // Черные металлы. 2020. № 3. С. 52–57.

12. Соколов С. А., Тулин Д. Е. Методика вычисления коэффициента интенсивности напряжений для трещины в области концентратора напряжений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 5. С. 328–335.
13. Соколов С. А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. — Санкт-Петербург : Политехника, 2005. — 423 с.
14. Соколов С. А. Строительная механика и металлические конструкции машин : учебник. — Санкт-Петербург : Политехника, 2011. — 450 с.
15. Степин Д., Соколов М., Коломоец А. Характерные дефекты металлоконструкций мостовых кранов // ТехНадзор. 2015. № 11(108). С. 72–73.
16. Сысоева В. В. Расчеты коэффициентов интенсивности напряжений для типовых авиационных конструкций с трещинами // Труды МАИ. 2011. № 45. С. 60.
17. Давиденко А. И., Кирьязев П. Н., Высоцкая Н. Д. К определению коэффициентов интенсивности напряжений по величинам главных напряжений методом конечноэлементной аппроксимации // Таврический научный обозреватель. 2016. № 2(7). С. 167–170.
18. Багдади Ш. З., Ким Е. Ч., Соколов С. А. Исследование коэффициентов интенсивности напряжений в элементах крановых конструкций // Известия Тульского государственного университета. Серия «Подъемно-транспортные машины и оборудование». 1999. Вып. 2. С. 275–280.
19. Матвиенко Ю. Г. Модели и критерии механики разрушения. — М. : Физматлит, 2006. — 328 с.
20. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. — в 2 т. : пер. с англ. / под ред. Ю. Мураками. — Москва : Мир, 1990. Т. 1. — 448 с.
21. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. — в 2 т. : пер. с англ. / под ред. Ю. Мураками. — Москва : Мир, 1990. Т. 2. — 1016 с.
22. Chen S.-T., Cui C.-G., Li Y.-Q., Zhang Y.-H. Research on the damage detection method on existing girder hoisting machine // Journal of Railway Engineering Society. 2015. Vol. 32, Iss. 11. P. 73–79.
23. Antsev V. Yu., Tolokonnikov A. S., Vorobev A. V., Sakalo V. I. Methods of determining the margin of cyclic crack resistance of metal structures for hoisting machinery // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 10th International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems 2016, MEACS 2016; Tomsk; Russian Federation; 27 October 2016 to 29 October 2016. Vol. 177, Iss. 1. 1 March 2017. DOI: 10.1088/1757-899X/177/1/012096
24. Seliverstov G. V., Sorokin P. A., Tolokonnikov A. S. Damage of metal structures in zones of stress concentration during elastoplastic deformation // Russian Journal of Heavy Machinery. 2004. Vol. 1. P. 14–15.
25. Кирнев А. Д. Строительные краны и грузоподъемные механизмы. Справочник. — М. : Феникс, 2013. — 667 с.
26. Брауде В. И., Гохберг М. М., Звягин И. Е. и др. Справочник по кранам. — в 2 т. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций / под общ. ред. М. М. Гохберга. — М. : Машиностроение, 1988. Т. 1. — 536 с.