Основные причины аварий башенных кранов и меры для их устранения

Аварийность башенных кранов составляет 40 % общего количества аварий грузоподъемных кранов. Причины повышенной аварийности по сравнению с другими кранами в первую очередь связаны с частой перебазировкой башенных кранов с объекта на объект, сопровождающейся частичной или полной разборкой крана на узлы, а также удаленностью этих объектов от баз обслуживания, что усложняет контроль за состоянием, своевременным обслуживанием и качеством ремонта кранов.

Имеющиеся данные позволяют выделить три основные группы причин аварий башенных кранов:

несоответствие состояния конструкции кранов требованиям безопасности;

несоблюдение установленных требований к монтажу и демонтажу;

нарушение условий безопасной эксплуатации.

Аварии, обусловленные несоответствием:

состояния конструкции кранов;

требованиям безопасности. Указанные аварии могут быть вызваны недостатками конструкции (в том числе изготовления) узлов кранов или нарушениями требований к обслуживанию и ремонту кранов в процессе эксплуатации.

Как показывают материалы расследования аварий, конструкции кранов обычно разрушаются в наиболее нагруженных узлах, в которых при эксплуатации образуются трещины. При этом трещины могут развиваться медленно (до нескольких лет) или практически мгновенно (при хрупком разрушении). Последнее представляет наибольшую опасность для конструкций, так как происходит без заметной деформации или образования видимых трещин, и поэтому трудно диагностируется.

Результаты многолетней эксплуатации кранов различных типов позволяют сделать вывод, что наименее надежный узел башенного крана - кольцевая неповоротная рама - сложная сварная конструкция с местами повышенной концентрации напряжений, для которых расчет напряженного состояния затруднен.

На многих башенных кранах, изготовленных в 1960-1990-х гг. , установлены кольцевые рамы, не обладающие необходимой несущей способностью, что приводит к их разрушению в процессе эксплуатации.

Разрушение рам - наиболее частая причина аварий кранов С-981. Обычно разрушаются сварные швы, соединяющие элементы нижнего листа и (или) нижний лист с проушинами и боковыми вертикальными листами. Доработка заводом конструкции рамы и усиление ее при эксплуатации не дали ожидаемого эффекта. После дальнейшей переработки раму использовали на кранах КБ-308. К настоящему времени большинство башенных кранов С-981 списано, а эксплуатация оставшихся в связи с повышенным риском может быть допущена только как исключение, с жесткими ограничениями условий применения и обслуживания.

Аналогичные разрушения нижних листов рам наблюдались на кранах КБ-160. 2, КБ-401А, КБ-403А, выпущенных до 1980 г. Это привело к необходимости доработать конструкции рам. В дальнейшем в целях снижения металлоемкости верхний лист рамы из стали Ст3Спб толщиной 18-20 мм заменили листом из стали 09Г2С-12 толщиной 11 мм и уменьшили толщину обечаек с 10-12 до 8 мм. Указанные изменения привели к увеличению числа аварий кранов КБ-403А и КБ403Б. В частности, 20. 06. 95 г. в Чебоксарах произошла авария башенного крана КБ-403А (заводской N (далее - N 121), изготовленного Подольским заводом "Стройтехника". В ходе расследования установлено, что при работе крана верхний лист рамы оторвался от обечаек и внутренних ребер жесткости, и это привело к падению башни. Рама разрушилась из-за нарушения технологии приварки внутренних ребер жесткости, в результате чего не была обеспечена ее необходимая несущая способность: в местах концентрации напряжений в зоне приварки подкладного кольца под опорно-поворотное устройство (ОПУ) к верхнему листу возникли усталостные трещины, которые активно развивались при работе крана. Те же недостатки имеют облегченные ходовые рамы, изготовленные другими заводами. Поскольку эти рамы не подлежат ремонту, их необходимо заменять рамами усиленной конструкции КБ-403Р. 01. 01. 000.

Путем диагностирования (в соответствии с МУ 22-28-01-96) выявлены трещины на 22 % рам, находящихся в эксплуатации, и обнаружено несоответствие марки и толщины стали верхних листов проектным значениям (что снижает несущую способность) на 30 % рам. С учетом полученных данных разработаны критерии выбраковки и условия работы кранов в случае дальнейшего использования таких рам, определен предельный срок эксплуатации последних в случае отсутствия дефектов с признаками трещин - 12 лет с момента изготовления. После этого рама должна быть заменена.

Крупные аварии кранов типа КБ-405 в первые годы их производства вызваны недостаточной несущей способностью кольцевых рам: разрушался нижний лист в месте перехода к проушине, где возникала существенная концентрация напряжений. В дальнейшем конструкцию рам переработали, увеличив геометрические размеры сечения. Однако еще продолжают эксплуатироваться краны, ходовые рамы которых должны быть усилены (по информационному письму Ржевского завода). Кроме того, нужно принять дополнительные меры для контроля за состоянием рам.

При расследовании аварии крана КБ-503А (N 259) в Москве выявлена недостаточная несущая способность подкосов крепления башни к двуногой стойке, что привело к их разрушению и падению башни. Обнаружены конструктивные недостатки подкосов. В частности, трубу подкоса, нагружаемую растягивающим усилием, приваривали к наружной стороне листа проушин поперек плоскости проката. За длительное время работы крана (близкое к двум нормативным срокам службы) лист постепенно расслоился в ослабленной сваркой зоне проушин и затем разрушился. Дефекты подкосов обнаружены и на других кранах типа КБ-503 и КБ-504 (21 кран). С учетом полученных результатов разработана новая конструкция подкоса, а на эксплуатирующихся кранах усилены подкосы, на которых не найдены дефекты.

Заслуживают внимания причины аварии крана КБМ-401 (N400) со стрелой 40 м, происшедшей в Н. Новгороде 26. 03. 04 г. , в первые месяцы использования крана (наработка к моменту аварии составляла всего 122, 3 ч). Авария случилась при разгрузке автомашины с арматурой. Вследствие перегрузки сработал ограничитель грузоподъемности (ОГП), а через несколько секунд разрушился верхний пояс стрелы в месте крепления стрелового расчала, после чего часть стрелы (до места отрыва) упала вниз. При анализе обстоятельств аварии установлено, что напряжения в верхнем поясе стрелы были близки к предельным. В процессе эксплуатации кран испытывал перегрузки, в результате которых образовалась микротрещина в месте приварки проушин стрелового расчала (место наибольшей концентрации напряжений от сварки). При очередной перегрузке в этом сечении произошло хрупкое разрушение пояса, чему способствовала повышенная чувствительность стали к У-образному концентратору напряжений. Впоследствии с целью снизить напряжения в поясе стрелы на заводе изменили конструкцию ее крепления.

К авариям, вызванным изменениями в технологии или качестве изготовления узлов при производстве кранов, относится разрушение консоли противовеса крана КБ-572 в месте соединения раскосов боковых граней с нижним поясом (19. 02. 99 г. в Москве). При расследовании установлено, что напряжения в элементах в месте разрушения существенно ниже расчетных сопротивлений и разрушение вызвано непроваром в сварных соединениях. Дефекты связаны с резким ухудшением качества изготовления кранов в конце 1980-х - начале 1990-х гг. Разработанные рекомендации по контролю состояния и ремонту консоли включены в документацию КВР-кранов.

Причинами аварий башенных кранов известных европейских фирм также могут быть конструктивные недостатки. Так, на кране НДТ70 (N81578) фирмы "POTAIM"

(Франция) через пять лет эксплуатации обнаружены трещины протяженностью до 50 см в месте приварки кронштейна под подкос башни. Трещины вызваны недостатками конструкции и, вероятно, возникли при перебазировке крана.

К основным причинам аварий башенных кранов относятся нарушения при их обслуживании и ремонте (особенно часто это наблюдается на предприятиях, имеющих небольшое число кранов). Подтверждением служит высокая аварийность кранов-лесопогрузчиков КБ-572, которые преимущественно используются небольшими предприятиями, не располагающими квалифицированными кадрами рабочих-ремонтников. Поэтому, несмотря на ряд директивных писем и специально разработанную документацию, обследование и ремонт значительной части кранов не выполняются или проводятся не в полном объеме. Например, по материалам аварии крана-лесопогрузчика КБ-572, происшедшей в 2001 г. из-за отсутствия болтов крепления ОПУ (на момент аварии из 48 болтов осталось 13), разработаны мероприятия по повышению безопасной эксплуатации кранов-лесопогрузчиков. Однако в последующие годы произошло еще несколько аналогичных аварий. Владельцы кранов продолжают игнорировать требования инструкции по их эксплуатации, в которой указывается на необходимость ежесменного контроля наличия болтов ОПУ и проверки их затяжки через каждые 250 ч работы крана.

В январе 2002 г. в Перми по причине разрушения ходовой рамы произошла авария крана С-981. Как оказалось, ходовая рама крана по результатам экспертного обследования подлежала списанию еще в 1999 г. В сентябре 2000 г. в ОАО "Трест "Гидромонтаж" при разгрузке баржи, находившейся в шлюзе Богучанской ГЭС, специальным монтажным краном КБСМ-50

оборвалась проушина правой тяги стрелового полиспаста крана, в результате чего стрела разрушилась. Причина аварии - усталость металла вследствие длительной эксплуатации крана, отработавшего нормативный срок службы, без диагностического обследования.

Из материалов расследования аварий кранов следует, что их ремонт часто выполнялся формально. Например, в Москве при строительстве делового центра во время перемещения бадьи с бетоном на полном вылете оторвалась и упала вниз верхняя (поворотная) часть крана. В ходе расследования аварии выяснено, что кран перед установкой на объекте ремонтировали. При этом часть болтов была восстановлена путем приварки к головке болта резьбовой части, изготовленной из непригодной для крепления ОПУ-стали. В материалах обследования различных башенных кранов экспертами часто отмечаются факты нарушения требований раздела 3 ПБ 10-382-00, в том числе отсутствие проекта и технических условий на ремонт, данных о примененных металлах и сварочных материалах, сведений о проверке качества сварки и квалификации сварщиков. В паспортах кранов, как правило, ремонт конструкций не фиксируется. Указанные нарушения приводят к снижению несущей способности конструкций в местах ремонта и повышают вероятность аварийных ситуаций при работе кранов.

АВАРИИ ПРИ МОНТАЖЕ И ДЕМОНТАЖЕ БАШЕННЫХ КРАНОВ

Основная причина аварийных ситуаций при монтаже (демонтаже) башенных кранов - отклонение технологии работ от установленных требований, чему способствует неполнота или неточность ее изложения в инструкциях заводов-изготовителей.

На кранах с подъемными стрелами аварии чаще всего возникают при опускании стрелы ниже горизонтального уровня или при ее подъеме в рабочее положение. Так, 26. 04. 01 г. в Москве (Южное Бутово, ул. 1-я Мелитопольская) при опускании стрелы крана КБ-405. 2А для настройки концевого выключателя произошли поломка башни и падение крана в сторону противовеса, что привело к гибели крановщика.

Аналогичная авария случилась 15. 08. 00 г. в Красногорске Московской обл. Во время работы крана КБ-405. 1А (N 67), изготовленного ПО "Завод "Красное Сормово" в 1989 г. , стрела самопроизвольно опустилась ниже горизонтального положения из-за неисправности тормоза стреловой лебедки. Попытка поднять стрелу привела к разрушению башни и падению крана в сторону противовеса.

При рассмотрении причин аварий выявлено, что обслуживающий персонал, не имевший необходимой квалификации, нарушил установленные требования к монтажным операциям со стрелой: положение монтажной стойки не контролировалось, она не была установлена в проектное положение (на пояс корневой секции стрелы), краном управляли из кабины. Указанные нарушения привели к перегрузке поясов и раскосов башни и в итоге к их разрушению и последующему падению крана.

Подобные аварии характерны для всех кранов типа КБ-405, на которых используются конструкции монтажных стоек трех видов. Для кранов раннего выпуска предусмотрено скольжение монтажной стойки по верхнему поясу стрелы, в результате чего происходит износ верхнего пояса. С целью исключить эти износы на кранах более позднего выпуска (до 1990 г.) на основании стрелы закреплен ролик, а на монтажной стойке установлена направляющая линейка, которая перемещается по ролику. Для улучшения конструкции после 1990 г. ролик устанавливают на монтажной стойке (перекатывается он по верхнему поясу стрелы). После доработки конструкции монтажная стойка может свободно перемещаться по стреле крана без деформации направляющей линейки, заедания в проушинах оголовка и ролике, расположенном на стреле (краны выпуска до 1990 г.) или на монтажной стойке (краны выпуска после 1990 г.). Однако обычно для исключения контакта со стрелой во время работы крана монтажную стойку привязывают проволокой к оголовку, создавая тем самым нештатную ситуацию, не предусмотренную эксплуатационной документацией.

В целях исключения нештатных ситуаций при монтаже кранов типа КБ-405 на Ржевском краностроительном заводе внесли изменения в конструкцию и усовершенствовали способ крепления монтажной стойки к оголовку, который традиционно используют монтажники.

Разработаны конструктивные элементы, предназначенные для крепления монтажной стойки к оголовку в положении, которое она занимает при максимальном угле подъема стрелы, и доработана конструкция оголовка для облегчения доступа к монтажной стойке и ее крепления. Все изменения конструкции отражены в чертежах КБ-405-1А. 03. 05. 000Д. В инструкцию по монтажу также внесены изменения и дополнения, регламентирующие процедуру крепления монтажной стойки к оголовку и обратной ее установки на стрелу. Доработанная на заводе конструкция может использоваться и для других кранов типа КБ-405, находящихся в эксплуатации. При этом нужно учитывать, что на многих кранах, имеющих ролик на конце монтажной стойки или на основании стрелы, совместная работа стрелы и стойки осуществляется нормально. Поэтому владелец крана, принимая решение о необходимости доработки конструкции, берет на себя дальнейшую ответственность.

Аналогичные аварии при монтаже возникали и на изготовленных в 1960-1980-х гг. кранах другого типа с подъемной стрелой: КБ-160. 2, КБ-401 и КБ-402. Их монтажные стойки имеют те же конструктивные недостатки, что и стойки кранов типа КБ-405. К тому же на стрелах этих кранов раскосы верхней грани корневой секции стрелы приваривают к поясам так, что их сплющенная часть выступает за верхний габарит поясов, в результате чего ролики монтажной стойки при движении вдоль поясов задевают за выступы, повреждая раскосы. Поэтому при эксплуатации кранов монтажную стойку привязывают к оголовку проволокой.

Для повышения безопасности эксплуатации указанных кранов создан проект доработки корневой секции стрелы. Доработка заключается в установке защитных элементов на верхние пояса стрел в зоне их контакта с монтажной стойкой, на которые должна опираться стойка, не касаясь несущей трубы верхних поясов. Чертежи доработки КБ-160. 2(401;402). 80. 20. 000Р и технические требования к ее реализации на кранах вошли в состав РРД22-28-КБ-160. 2-00 "Руководство по капитально-восстановительному ремонту несущих конструкций башенных кранов типа КБ-160. 2 (401;402)".

При расследованиях причин аварий различных кранов с подъемной стрелой установлено, что в инструкциях по эксплуатации и техобслуживанию не описаны операции, связанные с обслуживанием на смонтированном кране электрооборудования и устройств безопасности, расположенных на стреле; не учтено, что для проведения таких работ, как правило, требуется опускание стрелы вниз, а в составе ремонтной бригады обязательно должен быть монтажник.

Разработанные предложения для устранения этих недостатков, в частности, были реализованы Ржевским заводом в Руководстве по эксплуатации кранов типа КБ-405, куда они вошли как дополнительные указания по обслуживанию труднодоступных узлов крана, в том числе концевого выключателя ограничителя высоты подъема. Аналогичные дополнения необходимо внести и в эксплуатационную документацию других кранов.

При монтаже (демонтаже) кранов V-размерной группы с поворотной башней различного исполнения со стрелами длиной 35 м, согласно инструкции по монтажу, канаты, расположенные сзади башни и разгружающие ее от массы стрелы, можно ослаблять. При монтаже кранов со стрелами длиной 40 и 45 м с существенно большей массой стрел это не допускается, в связи с чем в схеме монтажа появляется много дополнительных трудоемких операций, значительно усложняющих монтаж. На практике для ускорени