Оценка хладноломкости металлоконструкций кранов

Сегодня как никогда ощущается повсеместная нехватка различных природных ресурсов. Текущие разработки полезных ископаемых в большинстве случаев истощены, освоение новых месторождений зачастую проходит в тяжёлых условиях, в труднодоступных областях. Мировые державы уже серьёзно рассматривают крайний север в качестве основного поставщика полезных ископаемых, так как это единственная оставшаяся территория, на которой за всю историю с её открытия не проводилось никаких масштабных разработок. Создаются исследовательские и изыскательные экспедиции, изучается океаническое дно с целью определения теоретического объёма месторождений полезных ископаемых, а также с целью установления «геологических и географических прав» на тот или иной северный регион. Любая разработка месторождения ведётся с использованием спецтехники. Для того чтобы определить реальную надежность оборудования и длительность его ресурса при эксплуатации в условиях экстремальных температур проводятся научные изыскания. В качестве примера рассмотрим специфические климатические условия Таймырского автономного округа. Здесь находится большой порт «Дудинка» и Норильский металлургический комбинат.

 

Эти объекты, так или иначе, являются местом сосредоточения дорожно-строительной и подъёмной техники, что в ходе подробного изучения дает хорошую выборку по различным видам спецтехники и подъемных кранов. Характерной чертой данного региона является неустойчивость климата, которая выражается в резких перепадах температуры, скорости ветра, давлении, влажности. Величина снежного покрова в среднем достигает 120 см, а с учётом воздействия сильных ветров, так называемого, надува снега, до 350 см. Среднегодовые колебания температуры воздуха за 25 лет наблюдений составляют интервал от -8 градусов до -14 градусов Цельсия. При этом среднее количество дней в году с температурой ниже -45 градусов Цельсия составило 16 дней. Практически любая строительная машина по паспорту работает в температурном интервале от -40 градусов до +40 градусов Цельсия, то есть строительство, добыча нефти, работа в порту не могут вестись в среднем 16 дней в году из-за температурных колебаний, что недопустимо для градообразующего предприятия. Цель исследования – проверка существующего строительного оборудования на предмет возможности их эксплуатации при температурах ниже -40 градусов Цельсия.

 

Проблема даже не в анализе хладостойких свойств какой-то определённой марки стали, но в проверке металлоконструкции в целом. Первичные испытания напряжённо-деформированного состояния можно осуществить с помощью метода конечных элементов. Следующая часть исследования посвящена практическим испытаниям образцов из наиболее нагруженных мест конструкции. Проводится серия испытаний на ударную вязкость при разных температурах, что позволит построить графики зависимостей пределов текучести и прочности. Из курса «сопротивления материалов» известно, что при уменьшении температуры соотношение σт / σв увеличивается. Тем самым в конструкционном материале создаются благоприятные условия для хрупкого разрушения. Чем меньше соотношение, тем выше пластичность стали. Например, для малоуглеродистых сталей стандартного качества, таких как Ст3 соотношение σт / σв ≤ 0,6, а для низколегированных сталей повышенной и высокой прочности соотношение σт / σв > 0,7.

 

Проведя все исследования и практические испытания, можно будет однозначно дать ответ на два вопроса:

1. Возможно ли продолжительное эксплуатирование самоходной спецтехники и подъёмного оборудования при температурах ниже -40 градусов Цельсия.

2. Какое значение температуры будет являться пороговым для того или иного вида строительных машин и оборудования.
Вдобавок данное исследование поможет выявить характерные места в конструкции, подверженные разрушению. И в перспективе создать карты обследования строительной техники, эксплуатируемой на дальнем севере при особо низких температурах.