Dissertations / Theses on the topic 'Експлуатаційні навантаження'

Дисертація присвячена розробці методу оцінювання за допомогою індикаторів величини накопичення втомних пошкоджень в різьбових з'єднаннях бурильної колони під час експлуатації та встановленню умов, іцо забезпечують монолітність бурильній колоні в різьбах під дією вібрації. Розроблені динамічні моделі різьбового з'єднання, виявлений вплив параметрів вібрації та конструктивних чинників з'єднання на зміну його монолітності, встановлені умови, що її забезпечують. Оцінено вплив на точність показників довговічності бурильної колони в різьбових з’єднаннях параметрів таких чинників: кривих втоми з'єднань; режимів їх експлуатаційного навантаження; методу врахування накопичення пошкоджень. Розроблені теоретичні основи конструювання і застосування індикаторів та проведена оцінка ефективності їх використання. Основні результати роботи впроваджені на підприємствах ВАГ "Укрнафта", а також використані в навчальному процесі.
Диссертация посвящена разработке метода оценки индикаторами величины накопления усталостных повреждений в резьбовых соединениях бурильной колонны во время эксплуатации и установлению условий, которые обеспечивают монолитность бурильной колонне в резьбах при вибрационном воздействии. Разработаны динамические модели замковых резьбовых соединений, определено влияние параметров вибрации и конструкционных факторов соединения на изменение его монолитности, определены условия, обеспечивающие ее. Оценено влияние на точность показателей долговечности резьбовых соединений параметров следующих факторов: кривых усталости соединений; режимов их эксплуатационного нагружения; метода учета накопления повреждений. Разработаны теоретические основы конструирования и применения индикаторов и оценена эффективность их использования. Основные результаты работы внедрены на предприятиях ОАО "Укрнефть", а также в учебном процессе. Результаты исследования, конструкция и методика использования индикаторов внедрены в ОАО "Укрнефть" и использованы в учебном процессе при изучении дисциплин "Теоретическая механика", "Динамика машин, вибрация и виброзащита" для студентов специальности 7.090217 - Оборудование нефтяных и газових промыслов.
The dissertation deals with developing the method to evaluate by means of indicators the accumulation volume of fatigue failures in threaded joints of drill string during operation, as well as to create conditions which provide firmness of threads under vibration. Dynamic models of threaded joints have been developed, impact of vibration parameters and construction characteristics of the joint upon its firmness have been determined. There has also been evaluated the impact of such factors as joint fatigue curves, operational load regimes, calculating method of failures accumulation upon the accuracy of threaded joints durability indices. Theoretical basis of design and use of indicators has been worked out and evaluated. The main results have been implemented at the enterprises of joint stock venture "Ukrnafta" and checked in the process of teaching.

На основі інформації по відмовам КНШ в „Надвірнанафтогаз” здійснено статистичний аналіз аварійності елементів КНШ і визначено вплив експлуатаційних факторів на їх довговічність. Підкреслено значний вплив викривленості свердловин на частоту та розподіл відмов. Розроблено методику аналітичного розрахунку напружень і зусилля притискання КНШ до стінок насосно-компресорних труб (НКТ) на скривлених ділянках. За даною методикою проаналізовано закономірності впливу профілю свердловини та параметрів КНШ на зусилля притискання та напруження згину в НШ. Розроблено методику та необхідні засоби для дослідження впливу тертя НШ по НКТ на її корозійно-втомну довговічність. Результати досліджень дозволили зробити висновок про позитивний вплив фрикційної складової на корозійно-втомну довговічність НШ для мало скривлених свердловин (зусилля притискання до 100 Н). Значну увагу приділено розробці удосконаленого засобу вимірювання навантажень, діючих в верхній частині штангової колони, який дозволяє виділяти високочастотні цикли навантажень КНШ і проводити безпосередній запис результатів вимірювань для їх обробки на ПЕОМ. З допомогою розробленого удосконаленого динамографа з індукційним давачем переміщень проведено експериментальні дослідження з оцінки навантаженості КНШ в експлуатаційних умовах та розроблено розрахунково-експериментальний метод раціонального вибору кінематичних характеристик приводу. Удосконалено розрахункові методики оцінки впливу експлуатаційного процесу навантажування на довговічність насосних штанг, а саме, впливу багаточастотності та напружень, нижчих за границю витривалості матеріалу НШ. Розроблено розрахунково-експериментальний метод з оцінки залишкового ресурсу КНШ в конкретних умовах експлуатації.
Диссертация посвящена усовершенствованию методов оценки долговечности насосных штанг с учетом существенных эксплуатационных факторов. В первом разделе рассмотрено состояние исследований по тематике диссертационной работы. На основе информации по отказам колонн насосных штанг (КНШ) в „Надворнаянефтегаз” осуществлен статистический анализ аварийности элементов КНШ и определено влияние эксплуатационных факторов на их долговечность. Подчеркнуто значительное влияние искривленности буровых скважин на частоту и распределение отказов. Рассмотрены работы отечественных и зарубежных ученых, касающиеся прогнозирования долговечности колонны в эксплуатационных условиях. На завершение раздела обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулировано задачи исследований. Во втором разделе разработана методика и необходимые средства для исследования влияния трения НШ по НКТ на ее коррозионно-усталостную долговечность. Значительное внимание уделено разработке усовершенствованного средства измерения нагрузок, действующих в верхней части штанговой колонны, которое позволяет выделять высокочастотные циклы нагрузок КНШ и проводить непосредственную запись результатов измерений для их обработки на ЭВМ. В третьем разделе разработана методика аналитического расчета напряжений и усилие прижимания КНШ к стенкам насосно-компрессорных труб (НКТ) на искривленных участках. По данной методике проанализировано закономерности влияния профиля буровой скважины и параметров КНШ на усилие прижимания и напряжение изгиба в НШ. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки остаточного ресурса КНШ в конкретных условиях эксплуатации. Четвертый раздел посвящен экспериментальным исследованиям нагружения, долговечности и остаточного ресурса колонны насосных штанг. Проведена оценка эксплуатационной нагрузки колонны насосных штанг и его влияния на ее долговечность. Проанализированы результаты эксплуатационной нагрузки насосных штанг на работающих буровых скважинах, которые получены с помощью разработанной конструкции динамографа с датчиком малых перемещений. Разработан расчетно-экспериментальный метод определения длины хода и числа качаний насоса для заданного диаметра плунжера. С помощью данного метода возможно стабилизировать динамический уровень жидкости, т.е. согласовать приток жидкости из буровой скважины и подачу глубинного насоса. Также проведено исследования долговечности колонны насосных штанг с учетом эксплуатационного нагружения. Анализ проведенных экспериментальных исследований с помощью усовершенствованной методики прогнозирования остаточного ресурса деталей и оборудования в типичных условиях эксплуатации позволил определить параметры кинетической диаграммы коррозийной усталости насосных штанг. На основе данных параметров рассчитан остаточный ресурс штанг после определенного срока эксплуатации.
The statistical analysis of rods string (RS) elements accident rate based on breakdowns data of "Nadvirnanaftogas" is carried out and operational factors effect on rods durability is worked out. Significant influence of wells deviation on breakdowns frequency and distribution is emphasized. The method of analytical calculation of stress and RS press strain to the tubing walls on deviated parts is developed. Principles of well profile and RS parameters influence on press strain and bend strain in rods are analyzed. The method and wherewithal for research of influence of rod and tubing friction on its corrosion-fatigue durability are developed. Research results gave the possibility to conclude about positive influence of frictional constituent on rods corrosion-fatigue durability for weakly deviated wells (press strain less than 100 N). Significant attention is focused on development of improved device of loads measurement that act on the top of rod string. Improved dynamograph with induction displacement transducer allows to single out high-frequency cycles of RS loads and to conduct immediate recording of measurement results for its processing.

Дисертацію присвячено вирішенню проблем впливу навантажування на накопичення корозійно-втомного пошкодження трубних і штангових колон з метою розроблення ефективних методів оцінки їх довговічності та залишкового ресурсу. Проведено експериментальні дослідження експлуатаційного навантажування трубних і штангових колон та локальних напружень згину в елементах бурильних колон і колон насосних штанг на викривлених ділянках. Розроблено метод підсумовування втомних пошкоджень при широкосмуговому навантажуванні та відповідний метод схематизації випадкового процесу навантажування. Розроблено метод урахування напружень з високим рівнем асиметрії циклу та чотирипараметричне рівняння кривої втоми для урахування корозійного чинника при оцінці довговічності трубних і штангових колон. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод оцінки навантаженості елементів колон за допомогою індикаторів навантаження. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод оцінки навантаженості та залишкового ресурсу колон за результатами досліджень натурних зразків з різним ступенем накопиченого корозійно-втомного пошкодження. Результати досліджень експериментально апробовано на натурних зразках елементів свердловинного обладнання. Комплексне врахування теоретичних і експериментальних досліджень, які ґрунтуються на закономірностях кінетики накопичення корозійно-втомного пошкодження елементів трубних і штангових колон, дало змогу вдосконалити методи розрахунку їх довговічності та залишкового ресурсу.
Диссертация посвящена решению проблемы повышения эксплуатационной надежности бурильных и штанговых колонн для бурения и добычи нефти и газа путем разработки эффективных методов оценки их долговечности и остаточного ресурса по эксплуатационной нагрузке. Проведена оценка эксплуатационной нагрузки трубных и штанговых колонн с помощью разработанных методик и средств. Проведена оценка контактных усилий и локальных напряжений изгиба в элементах бурильных и штанговых колони на искривленных участках с учетом силы растяжения и параметров искривления оси буровой скважины. Разработано чотирехпараметрическое уравнение кривой усталости с учетом коррозионного фактора при низких напряжениях. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки остаточного ресурса трубных и штанговых колонн по результатам исследований натурных образцов с разным коррозионно-усталостным повреждением. Усовершенствован метод суммирования усталостных повреждений при широкополосной нагрузке, базирующийся на раздельном учете многочастотности и распределения амплитуд на отдельных частотах. Усовершенствован метод схематизации случайного процесса нагружения с учетом многочастотности процесса и распределения амплитуд во времени, который базируется на определении экстремумов при поэтапном сглаживании процесса путем замены восходящих размахов на их средние значения. Усовершенствован метод учета циклов с положительным средним напряжением, в том числе с амплитудой напряжения, низшей за границу выносливости, при оценке долговечности с учетом кинетики усталостного повреждения. Усовершенствован расчетно-экспериментальный метод оценки нагружения элементов колонн с помощью индикаторов нагрузки, который дает возможность провести интегральную оценку нагружения с выделением нескольких уровней напряжений и определением на каждом уровне эквивалентного количества их циклов. Экспериментально исследовано накопление усталостных повреждений натурных образцов бурильной трубы ТБВ 140 "Л" с замковым соединением 3-147 и коррозионно-усталостных повреждений насосных штанг с разным сроком эксплуатации. Комплексный учет теоретических и экспериментальных исследований, базирующихся на закономерностях кинетики накопления коррозионноусталостного повреждения элементов трубных и штанговых колонн, дал возможность усовершенствовать методы расчета их долговечности и остаточного ресурса и, таким образом, повысить их эксплуатационную надежность. Разработанные методики и оборудование внедрены в нефтегазовую промышленность.
The thesis is devoted the solution of a problem of operate reliability raise of pipe and sucker-rod strings for boring and oil and gas recovery by development of effective methods of their longevity and a residual resource appraisal on an operating load. Experimental researches of an operating load and peephole cyclic stresses of a flexure in members of drilling and sucker-rod strings on the bent leases have been held. The summation method of fatigue damages of pipe and sucker-rod strings members at a broadband loading and the applicable method of casual process schematization of an loading has been designed. A method for the account of asymmetric cycle stresses high level and a four-parametric equation of a curve fatigue for the account of the corrosive factor have been designed at an appraisal of longevity of boring and sucker-rod strings members. Calculated-experimental methods of an appraisal of boring and sucker-rod strings members loading by means of weight indicators and an appraisal of a residual resource of members of pipe and sucker-rod strings by results of studies of full scale specimens with a different extent of the accumulated corrosion-fatigue fault have been developed. Results of study are approved experimentally on full scale specimens of members of drilling and sucker-rod strings. The complex account idealized and the experimental researches founded on regularity of kinetics of up building of a corrosion-fatigue fault of pipe and sucker-rod strings members, has given the chance to develop methods of their longevity and a residual resource calculation. Designed methods of application and means are implanted in the oil and gas industry.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 141 "Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2020 р. Дисертаційна робота присвячена підвищенню експлуатаційних характеристик суднових кабелів за рахунок технологічних режимів охолодження та радіаційного опромінення ізоляції і оболонки на основі сучасних, які не поширюють полум'я, безгалогенних полімерних композицій, що забезпечують необхідний комплекс електричних, фізико-механічних параметрів при відповідному контролі технологічних процесів. Для досягнення цієї мети були поставлені задачі: – довести доцільність поступового охолодження поліетиленової ізоляції високовольтних силових кабелів для забезпечення як експлуатаційних параметрів, так і стабільності характеристик в процесі експлуатації; – обґрунтувати застосування методу електротеплової аналогії для побудови математичної моделі охолодження ізольованої струмопровідної жили з урахуванням розподілу температури по товщині ізоляції в несталому тепловому режимі; – розробити методику розрахунку технологічних параметрів режиму охолодження силових кабелів, що ґрунтується на розрахунку нелінійної теплової схеми заміщення ізольованої струмопровідної жили в несталому тепловому режимі з урахуванням залежності від температури теплового опору і теплоємності ізоляції методами дискретних резистивних схем заміщення і вузлових потенціалів; – визначити вплив технологічних режимів охолодження на розподіл температури по товщині екструдованої ізоляції та обґрунтувати тривалість перехідного процесу, що відповідає досягненню однакової температури по всій товщині ізоляції силових кабелів різного конструктивного виконання в різні моменти часу в залежності від температури води, що охолоджує; – експериментально перевірити ефективність виявлення технологічних дефектів в конструкції силового суднового кабелю за характеристиками часткових розрядів; – створити методику оптимізації силового суднового кабелю коаксіальної конструкції для забезпечення максимального розсіювання потужності теплового потоку в навколишнє середовище, що обумовлює збільшення струмового навантаження, за умови теплової стійкості ізоляції; – довести ефективність застосування захисної полімерної оболонки з високими теплопровідними властивостями для підвищення струмового навантаження силових суднових кабелів; – визначити вплив енергії прискорених електронів на механічні та електричні характеристики суднових кабелів та встановити діапазон коефіцієнта опромінення ізоляції, що забезпечує підвищення експлуатаційних характеристик, на підставі кореляційного зв'язку між електричними та механічними характеристиками радіаційно-модифікованої високонаповненої антипіренами безгалогенної композиції на основі співполімеру етилен-вінілацетату; – перевірити ефективність розподілу поглиненої дози по периметру й довжині при радіаційному опроміненні суднових кабелів за результатами фізико-механічних та теплових випробувань безгалогенної, яка не поширює полум'я, полімерної захисної оболонки кабелю; – визначити на підставі прискореного теплового старіння теплову стійкість радіаційно-модифікованої безгалогенної, яка не поширює полум'я, полімерної захисної оболонки, для прогнозування строку служби суднових кабелів та обґрунтувати можливість роботи в умовах підвищеної вологості і високих робочих температур неекранованого кабелю на основі неекранованих кручених пар з термопластичними ізоляцією і захисною оболонкою. Об'єкт дослідження – технологічні режими охолодження та радіаційного опромінення електричної ізоляції суднових кабелів, виготовленої з наповненої антипіренами безгалогенної композиції на основі поліолефінів. Предмет дослідження – експлуатаційні електричні, фізико-механічні та теплові характеристики полімерної ізоляції і оболонки, на основі наповненої антипіренами безгалогенної композиції, суднових кабелів. Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні дослідження базуються на використанні методів чисельного та фізичного моделювання технологічних режимів охолодження та радіаційного опромінення прискореними електронами електричної полімерної ізоляції та захисної оболонки суднових кабелів. Методи теорії нестаціонарної теплопровідності для розрахунку режиму охолодження полімерної ізоляції кабелю. Диференційні рівняння теплопровідності та електропровідності. Метод електротеплових аналогій для визначення розподілу температури по товщині ізоляції в різні моменти часу, в залежності від температури води, що охолоджує судновий силовий кабель. Нелінійні теплова та електрична схеми заміщення ізольованої струмопровідної жили в перехідному тепловому режимі. Неявний метод Ейлера та метод вузлових потенціалів для отримання розподілу температури по товщині ізоляції кабелю. Метод оптимізації конструкції силового кабелю за умови забезпечення охолодження в експлуатації для підвищення струмового навантаження. Рівняння теплового балансу для визначення теплової стійкості ізоляції в експлуатації. Теорія радіаційного зшивання для визначення оптимальної дози опромінення полімерної ізоляції. Теорія теплового старіння ізоляції для прогнозування строку служби суднових кабелів в експлуатації. Апроксимація експериментальних електричних, фізико-механічних й теплових характеристик радіаційно-модифікованої ізоляції суднових кабелів. Кореляційний та регресійний аналіз електричних, механічних й теплових характеристик в процесі радіаційного модифікування полімерної ізоляції та захисної оболонки суднових кабелів. Техніка реєстрації часткових розрядів у високовольтній твердій полімерній ізоляції для виявлення дефектів на технологічній стадії виготовлення силових суднових кабелів. В роботі отримані такі наукові результати. У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу з підвищення експлуатаційних характеристик суднових кабелів за рахунок технологічних режимів охолодження та опромінення електричної ізоляції на основі сучасних безгалогенних полімерних композицій, які не поширюють полум'я. Удосконалено математичну модель технологічного процесу охолодження ізольованої струмопровідної жили в несталому тепловому режимі шляхом урахування температурної залежності теплофізичних характеристик полімерної ізоляції підчас розрахунку розподілу температури по товщині поліетиленової ізоляції в різні моменти часу в залежності від температури води при поступовому охолодженні, що дозволило визначити умови для забезпечення стабільних характеристик суднового силового кабелю в експлуатації. Запропоновано критерій для визначення технологічних параметрів режиму охолодження силових суднових кабелів, який являє собою час перехідного процесу охолодження ізольованої струмопровідної жили для досягнення однакової температури по всій товщині полімерної ізоляції. Встановлено оптимальну товщину полімерної захисної оболонки за умови довготривалої теплової стійкості радіаційно-зшитої ізоляції на основі поліолефінів, що забезпечує підвищення на 30 % струмове навантаження силового суднового кабелю коаксіальної конструкції. Визначено діапазон коефіцієнта опромінення прискореними електронами безгалогенної, що не поширює полум'я ізоляції суднових кабелів, що гарантує підвищення електричного опору радіаційно-модифікованої полімерної ізоляції більш ніж в два рази, пробивної напруги на постійному струмі в 1,3 рази відносно неопроміненого стану. Встановлено кореляцію між механічними і електричними характеристиками радіаційно-модифікованої ізоляції з безгалогенної композиції на основі поліолефінів, в залежності від лінійної швидкості проходження кабелю під пучком електронів при незмінному струмі пучка електронів. Встановлено, в залежності від технологічних параметрів режиму опромінення суднових кабелів, розподіл поглиненої дози по периметру і довжині полімерної захисної оболонки з безгалогенної композиції, яка не поширює полум'я, що дозволяє визначити дозу опромінення кабелів, яка забезпечує підвищення стійкості захисної оболонки до дії агресивних хімічних речовин при збереженні високих фізико-механічних характеристик Експериментально, на підставі прискореного старіння неекранованого кабелю на основі неекранованих кручених пар, з термопластичної поліетиленової ізоляції в захисній оболонці на основі полівінілхлоридного пластикату за умови адекватного старіння в експлуатації, доведено стійкість конструкції до підвищеної температури та вологості, що дозволяє прогнозувати строк служби суднових кабелів в залежності від робочої температури. Розроблено методику розрахунку технологічних параметрів режиму охолодження силових кабелів, що ґрунтується на розрахунку нелінійної теплової схеми заміщення ізольованої поліетиленом струмопровідної жили в несталому тепловому режимі, з урахуванням залежності від температури теплового опору і теплоємності, методами дискретних резистивних схем заміщення і вузлових потенціалів. Запропонована методика та алгоритми можуть бути застосовані для визначення технологічних режимів охолодження полімерної ізоляції кабелів без застосування дороговартісних натурних експериментів, що особливо важливо при освоєнні нових матеріалів та конструкцій, а також при модернізації існуючого на кабельних підприємствах обладнання, для охолодження силових, симетричних, радіочастотних та оптичних кабелів. Доведено ефективність реєстрації часткових розрядів у високовольтній твердій ізоляції для виявлення дефектів на технологічній стадії виготовлення силових суднових кабелів, а також для налаштування технологічного процесу охолодження. Розроблено методику розрахунку теплопередачі в одножильному силовому кабелі коаксіальної конструкції на підставі критеріальних рівнянь природної конвекції, для оптимізації конструкції силового суднового кабелю, для забезпечення максимальної лінійної щільності теплового потоку, що розсіюється з поверхні кабелю. Показано ефективність застосування полімерних матеріалів на основі мікро- і нанокомпозитів з високими теплопровідними властивостями для захисної оболонки силових високовольтних суднових кабелів, що забезпечують збільшення розсіювання кабелем теплової потужності на 30 %. Встановлено, що енергія прискорених електронів на рівні 0,5 МеВ забезпечує більш високий ступінь зшивання полімерної безгалогенної ізоляції на основі високонаповненої антипіренами композиції в порівнянні з енергією 0,4 МеВ при однаковому коефіцієнті опромінення, струмі пучка і кількості проходів ізольованої жили під пучком електронів. Доведено підвищення механічної міцності при розтягуванні, електричного опору ізоляції та пробивної напруги на постійному струмі радіаційно-модифікованої полімерної безгалогенної ізоляції з коефіцієнтом опромінення 5–7 м/(мА∙хв) при сталому значенні відносного подовження при розриві ізоляції на рівні не менше 120 %, що забезпечує компроміс між еластичністю і жорсткістю суднового кабелю. Встановлено зростання в 1,5–2 рази часу досягнення критичного параметра – відносного подовження при розриві радіаційно-модифікованої полімерної захисної оболонки на основі безгалогенної композиції, в порівнянні з не модифікованою термопластичною оболонкою, що еквівалентно збільшенню строку експлуатації в 1,5–2 рази суднового контрольного кабелю в області максимальних робочих температур. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі електроізоляційної та кабельної техніки Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" при підготовці бакалаврів та магістрів за спеціальністю "141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка" спеціалізації "141.04 Електроізоляційна, кабельна та оптоволоконна техніка"; у ТОВ "Азовська кабельна компанія" (м. Бердянськ) при розробці і визначенні оптимальних технологічних параметрів режимів виготовлення безгалогенних суднових кабелів, що не розповсюджують горіння, асоціації "Укрелектрокабель", в ПАТ "Завод "Південкабель". Дисертаційна робота виконана в ПрАТ "Український науково-дослідний інститут кабельної промисловості" (м. Бердянськ) та на кафедрі електроізоляційної та кабельної техніки Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" (м. Харків), згідно програм наукових досліджень ПрАТ "Український науково-дослідний інститут кабельної промисловості" (ПМ ЕИЮВ.505.564–2018 "Вивчення термічної стійкості оболонки кабелю марки СПОВЕнг-FRHF 12x2,5 до та після опромінення швидкими електронами", ПМ ЕИЮВ.505.584–2019 "Визначення величини та розподілу поглиненої дози при радіаційному модифікуванні оболонки суднових кабелів, що не розповсюджують полум'я"), де здобувач був одним з розробників і виконавців програм.
Ph.D. thesis undertaken in research specialization 141 "Electric Power Engineering, Electrical Engineering and Electric Mechanics" (14 – Electrical Engineering). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to increasing of the operational properties of shipboard cables due to the technological modes of cooling and electron beam irradiation of insulation and sheath based on modern flame retardant halogen-free polymeric compounds, which provide the necessary complex of electrical, physical and mechanical properties with appropriate control of technological processes. To achieve this, the following tasks were set: – to prove the expediency of gradual cooling of polyethylene insulation of high-voltage power cables to ensure both operational parameters and stability of properties during operation; – to substantiate the application of the method of electro-thermal analogy for the construction of a mathematical model of cooling of insulated conductor taking into account the temperature distribution over the thickness of insulation in a non-constant thermal mode; – to develop a method of calculating the technological parameters of the cooling mode of power cable, based on the calculation of a nonlinear thermal equivalent circuit of insulated conductor in a non-constant thermal mode, taking into account dependence the thermal resistance and heat capacity of the insulation from the temperature by methods of discrete resistive equivalent circuits; – to determine the influence of technological cooling modes on the temperature distribution in the thickness of extruded in sulation and to justify the duration of the transition process, which corresponds to achievement of the same temperature over the entire thickness of power cables insulation various design at different time points, depending on the cooling water temperature; – to verify experimentally the efficiency of detecting technological defects in the design of the power shipboard cable by partial discharges values; – to create a methodology for optimizing the power shipboard cable with coaxial construction to ensure maximum heat flow power dissipation into the environment, which causes an increase in current load, if insulation thermal resistance provided; – to prove the efficiency of the use a protective polymer sheath with high thermal conductive properties to increase the current load of power shipboard cables; – to determine the effect of accelerated electron beam energy on the mechanical and electrical properties of shipboard cables and determine the irradiation coefficient range for insulation which provides an increase of operational characteristics, on the basis of correlation between the electrical and mechanical properties of filled with flame retardants halogen-free compound based on ethylene-vinyl acetate modified by electron beam; – to verify the efficiency of absorbed dose distribution along the perimeter and length of shipboard cables after irradiation according to obtained results of mechanical and thermal tests of polymeric halogen-free flame retardant protective sheath of cable; – to determine the thermal stability of the halogen-free flame-retardant polymeric protective sheath modified by irradiating, on basis of accelerated thermal aging, to predict the service life of shipboard cables and to substantiate the possibility of operation in conditions with high humidity and high operating temperatures for unscreened cable with unscreened twisted pairs and thermoplastic insulation and protective sheath. Object of research – technological modes of cooling and irradiation of electrical insulation of shipboard cables, based on halogen-free filled with flame retardants polyolefin compound. Subject of research – electrical, mechanical and thermal operational properties of the shipboard cables polymer insulation and sheath based on filled with flame retardants halogen-free compounds. Research methods. Theoretical and experimental studies are based on the use of methods of numerical and physical modeling of technological modes of cooling and electron beam irradiation of polymeric electrical insulation and protective sheath of shipboard cables. Methods of theory of non-stationary thermal conductivity to calculation of cooling mode of polymeric cable insulation. Differential equations of thermal conductivity and electrical conductivity. The method of electro-thermal analogies to determine the temperature distribution in the thickness of insulation at different time points, depending on the temperature of cooling water for shipboard power cable. Nonlinear thermal and electrical equivalent circuits of insulated conductor in transient thermal mode. Implicit Euler method and nodal potentials method for obtaining temperature distribution in thickness of cable insulation. A method of optimizing the design of the power cable provided cooling during operation to increase the current load. Thermal balance equation to determining the thermal resistance of insulation during operation. Irradiation crosslinking theory to determine the optimal irradiation dose of polymeric insulation. The theory of thermal aging of insulation to predict the service life of shipboard cables. Approximation of experimental electrical, mechanical and thermal properties of modified by irradiation insulation of shipboard cables. Correlation and regression analysis of electrical, mechanical and thermal properties after modification by irradiation of polymeric insulation and protective sheath of shipboard cables. Partial discharge detection technique in high voltage solid polymeric insulation for defect detection on technological stage of production power shipboard cable. The following scientific results are obtained in the work. The dissertation solves the scientific and practical problem of increasing the operational properties of shipboard cables due to the technological modes of cooling and irradiation of electrical insulation based on modern halogen-free flame retardant polymeric compounds. The mathematical model of technological process of cooling insulated conductor in unsteady thermal mode, by taking into account dependence of thermal and physical characteristics of polymeric insulation from the temperature, for determine the temperature distribution throughout the thickness of polyethylene insulation at different time points depending on water temperature under gradual cooling, has been improved. Mathematical model allows to determine the conditions for ensuring stable characteristics of the shipboard power cable during operation. The criterion for determination of technological parameters of the cooling mode of power shipboard cables, which is the time of the transitional process of cooling the insulated conductor to achieve an equal temperature throughout the thickness of the polymeric insulation, is proposed. The optimum thickness of the polymeric protective sheath on condition of long-term thermal stability of irradiated cross-linked based on polyolefin insulation has been established. It provides a 30 % increase current load of the coaxial design shipboard power cable. The range of irradiation coefficient for halogen free flame retardant insulation of shipboard cables when guarantees increasing electrical resistance of polymeric insulation modified by electron beam more than twice, the breakdown direct current voltage 1,3 times relative to the non-irradiated condition, is determined. The correlation between mechanical and electrical properties of halogen-free based on polyolefin insulation modified by electron beam, depending on the linear velocity of the cable under the electron beam and constant value of electron beam current. The distribution of the absorbed dose along the perimeter and length of the halogen-free flame retardant polymeric protective sheath depending on the technological parameters of the irradiation modes of shipboard cables, is established and allows to determine the irradiation dose for cables, when protective sheath provides increasing the resistance to aggressive chemicals while high physical and mechanical properties is still available. The stability of the cables structure to high temperature and humidity is experimentally proved on the basis of accelerated aging of unscreened cable with unscreened twisted pairs, with thermoplastic polyethylene insulation and protective polyvinylchloride sheath with adequate aging during operation. It allows predicting the service life of shipboard cables depending on the operating temperature. A technique for calculating the technological parameters of the power cable cooling mode by the methods of discrete resistive equivalent circuits has been developed. A technique based on the calculation of a nonlinear thermal scheme of substitution of conductor with polyethylene insulation in a non-constant thermal mode, taking into account the dependence of thermal resistance and heat capacity from the temperature. The proposed methodology and algorithms can be applied to determine the technological modes of cooling cable polymeric insulation without using expensive full-scale experiments, especially important for the new compounds development and cable constructions, as well as modernization available at cable factories equipment for cooling power cable, data cable with twisted pairs, radio frequency and optical cables. The efficiency of determining partial discharges in high-voltage solid insulation has been proved to detect defects at the technological stage of the producing of power shipboard cables, as well as to adjust the technological process of cooling. The methodology for heat transfer in a coaxial design single-core power cable based on criterial equations of natural convection has been developed to optimize the design of the power shipboard cable to ensure the maximum linear density of heat flow dissipated from the cable surface. The efficiency of application of polymeric materials based on micro- and nanocomposites with high thermal conductivity for sheath of high-voltage shipboard cables, providing a 30 % increase in thermal dissipating of power cable, is shown. It is established the energy of accelerated electrons 0.5 MeV provides a higher degree of crosslinking of polymeric halogen-free insulation based on filled with flame retardants compound compared to the energy of 0.4 MeV at the same irradiation coefficient, electron beam current and the number of wire passages under electron beam. It is established an increase of tensile strength, electrical insulation resistance and breakdown DC voltage of crosslinked polymeric halogen-free insulation with irradiation coefficient 5-7 m/(mА∙min) with constant value of elongation at break not less than 120 % which ensure a compromise between rigidity and flexibility of the shipboard cable. It is established an increase in 1,5–2 times the time of reaching the critical parameter – elongation at break of the modified by electron beam polymeric sheath based on a halogen-free compound compared to the same thermop lastic non-modifying sheath. It is an increase service life of the shipboard control cable at maximum operational temperatures in 1,5–2 times. The materials of the dissertation are used at the educational process Department of Electrical Insulating and Cable Technique of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" at education bachelors and masters in disciplines of specialty "141 – Electric Power Engineering, Electrical Engineering and Electric Mechanics" (specialization "141.04 Electrical Isolating, Cable and Fiber-Optic Technique"), at "Azov Cable Company" (Berdians'k) at development and determination of optimal technological parameters of production modes of halogen-free, flame retardant shipboard cables, Association "Ukrelectrocable", in PJSC "Yuzhkable Works". Dissertation work was performed at the PJSC "Ukrainian Scientific and Research Institute of Cable Industry" (Berdians'k) and Department of Electrical Insulating and Cable Technique of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" (Kharkiv) according to research programs of PJSC "Ukrainian Scientific and Research Institute of Cable Industry" (PM EIUV.505.564–2018 "The research of thermal stability of the sheath cable SPOVEng-FRHF 12x2,5 before and after exposure under electron beam", PM EIUV.505.584–2019 "Determination of the quantity and distribution of the absorbed dose after irradiation of the sheath of shipboard flame retardant cables") wherein the applicant was one of the program developers and executor of individual sections.

Розглянуті методи і засоби покращення експлуатаційних параметрів стрічково-колодкових гальм бурових лебідок. На модельному гальмі в лабораторних умовах досліджені фрикційні вузли з нерухомими і рухомими накладками, встановленими зі сталим і змінним кроком на гальмівній стрічці, а також по периметру робочої поверхні гальмівного шківа. Проаналізовані і випробувані різні конструкції бандажів, набраних з фрикційних накладок, з’єднаних пружинами різної жорсткості, та відмічені особливості їхньої роботи. Оцінена динамічна і теплова навантаженість різних типів фрикційних вузлів гальм при циклічних режимах навантаження, а також довговічність їхніх накладок. Запропоновано методики розрахунку основних експлуатаційних параметрів різних типів фрикційних вузлів гальм. За результатами проведених досліджень на прикладі розроблених нових та удосконалених існуючих конструкцій фрикційних вузлів гальм проілюстровано низку методів та засобів покращення їхніх експлуатаційних параметрів і відмічені найефективніші з них.
Проиллюстрированы конструктивные решения по управлению динамической и тепловой нагруженностями фрикционных узлов тормозов, которые защищены патентами на изобретения. Разработана методика расчета основных эксплуатационных параметров ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок, а также определены величины переменного шага между накладками на набегающей и сбегающей ветвях тормозной ленты из условия равномерного распределения удельных нагрузок по поверхности трения. Рассмотрены некоторые тенденции теории, расчета и конструирования фрикционных узлов ленточно-колодочных тормозов буровой лебедки и сформулированы задачи дальнейших исследований.
The work is dedicated to improvement of working parameters for frictional units with immovable and sliding shoes set up on the contact arc of the brake band with a constant and variable step respectively. The design of the given types of frictional units and noted particularities of their work are analyzed for laboratory condition on the basis of the model brake. Dynamic and heat loading of the brake frictional units of different types are evaluated at cyclical modes of the brake loading. The calculation methods of the main working parameters for different types of the band-shoe brake frictional units are offered. The results of estimation of durability of the brake friction shoes are presented. Series of the working parameter improvements is illustrated for the designed and advanced existing design of the brake frictional units.

Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбувся “27” січня 2015 року о “10” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 58.052.02 в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, аудиторія 79.
У дисертаційній роботі на основі сукупності одержаних результатів вирішено актуальну науково – технічну проблему, яка полягає у розробці нової концепції аналітично – експериментальних методів оцінки і підвищення ресурсу несучих систем причіпних машин для внесення добрив з урахуванням впливів агресивно – експлуатаційних факторів. На основі підходів термодинаміки і механіки втомного поширення тріщин розроблено ефективні розрахункової моделі для визначення періоду докритичного росту корозійно - механічних пошкоджень в несучих елементах металоконструкцій причіпних розкидачів добрив при дії експлуатаційних навантажень і агресивних робочих середовищ. Розроблено ефективний метод наближеного обчислення КІН при довільному навантаженні поверхневих корозійних пошкоджень в замкнутих профілях несучих системах розкидачів добрив. Встановлено впливи робочих середовищ і експлуатаційної навантаженості на процеси і характеристики втомного руйнування, циклічної тріщиностійкості, корозійної та електрохімічної поведінки ряду матеріалів несучих металоконструкцій розкидачів добрив. Розроблено алгоритм комплексної розрахунково-експериментальної оцінки ресурсу несучих систем причіпних машин для внесення добрив з урахуванням агресивно – експлуатаційних факторів. Результати досліджень використовують проектно-конструкторські організації в процесі удосконалення існуючих і розробці нових причіпних розкидачів добрив і сільськогосподарських причепів.
Based on the incorporated generalized results, the urgent scientific and technical problem of developing the new conception of analytical-experimental evaluating and improving the operating life of towed fertilizers’ bearing systems subjected to corrosive - operational factors is solved . Based on the approach of thermodynamics and mechanics of fatigue crack propagation, the efficient computational models for determining the period of subcritical growth of corrosion-mechanical damages in the bearing metal structures of towed fertilizers under the action of operating loads and harsh working environments are developed. The effective method of SIF approximate calculation for arbitrary loading of surface corrosion damage in closed profiles of fertilizer bearing systems is developed as well. The influence of working environments and operating load on the processes and characteristics of fatigue, fatigue crack growth resistance, corrosion and electrochemical behavior of many materials of fertilizer bearing metal structures is substantiated. The algorithm of complex calculating and experimental evaluating the operating life of towed fertilizers’ bearing systems subjected to corrosive - operational factors is developed. The research results can be used by design organizations to improve the existing towed fertilizers and agricultural trailers as well as to develop the new ones.

Дисертацію присвячено вирішенню проблем забезпечення надійної експлуатації елементів бурильної колони шляхом удосконалення методів прогнозування їх ресурсу. Розроблено тривимірну модель різьбового з’єднання із повним відтворенням його конструктивних та технологічних параметрів, що дає змогу оцінювати напружено-деформований стан із використанням імітаційного моделювання. Удосконалено метод прогнозування ресурсу бурильних труб на основі С-критерію шляхом врахування локальних напружень, що виникають у різьбовому з’єднанні бурильної труби, визначених за результатами моделювання. Проведено експериментальні дослідження кінетики втомних тріщин матеріалу бурильних труб із урахуванням пікових навантажень. Проведено експериментальні дослідження довговічності натурних зразків різьбових з'єднань геологорозвідувальних бурильних труб. Удосконалено метод прогнозування довговічності бурильних труб із урахуванням експлуатаційних навантажень. Проведено експериментальні дослідження корозійно-електрохімічної поведінки трубної сталі в середовищі бурового розчину.
Диссертация посвящена решению проблеме обеспечения надежной эксплуатации элементов бурильной колонны путем усовершенствования методов прогнозирования их ресурса. Проведен анализ аварийности при бурении скважин БУ «Укрбургаз» за период с 2003 по 2008 годы, который подтверждает, что аварии, связанные с элементами бурильной колонны, являются доминирующими. Усовершенствован аналитический метод оценки нагрузки витков резьбы замкового резьбового соединения, путем учета его конусности. В результате получено дифференциальные уравнения для определения нагрузки по виткам резьбы для основных схем нагрузки замкового резьбового соединения бурильных труб. Разработано трехмерную модель резьбового соединения с полным воспроизведением его конструктивных и технологических параметров, что позволяет оценивать напряженно-деформированное состояние с использованием имитационного моделирования. На основе разработанной модели проведено моделирование и получены характер распределение осевых напряжений в замковом резьбовом соединении 3-42 геологоразведочных бурильных труб от приложенного момента свинчивания. Усовершенствован метод прогнозирования ресурса бурильных труб на основе С-критерия путем учета локальных напряжений, возникающих в резьбовом соединении бурильной трубы. По результатам расчетов усталостного ресурса резьбовых соединений бурильных труб СБТ-50 получены зависимости величины С -критерия от относительной наработки. Проведены экспериментальные исследования кинетики усталостных трещин материала бурильных труб с учетом пиковых нагрузок. Анализ результатов выявил, что существует три варианта поведения трещины после перегрузки, которые отличаются по скорости дальнейшего роста трещины: стабильное ускорение, кратковременное ускорение с последующим переходом на скорость, которая была до момента перегрузки, стабильное торможение. В большинстве испытаний произошло существенное ускорение роста трещины во всем диапазоне исследуемых глубин. Проведены экспериментальные исследования долговечности натурных образцов резьбовых соединений геологоразведочных бурильных труб. Установлено, что изменение программы блочной нагрузки образцов с такой, что имитирует типичные условия работы бурильной колонны на осложненные уменьшает относительную долговечность почти в 2 раза. Усовершенствован метод прогнозирования усталостного ресурса бурильных труб с учетом эксплуатационных нагрузок. На основе результатов усталостных исследований труб ТБН-73х9-К установлено наличие разрыва кривой усталости между малоцикловой и багатоцикловой областями. Определены параметры сопротивления усталости для кривой усталости без и с учетом разрыва. Обоснована целесообразность использования кривых усталости с разрывом между малоцикловой и багатоцикловой областями для прогнозирования долговечности бурильных труб в условиях комплексного воздействия высоких и низких напряжений. Проведены экспериментальные исследования коррозионно-электрохимического поведения трубной стали в среде бурового раствора и влияние поверхностной защитной пленки машинного масла на коррозионные процессы. Показано, что пленка машинного масла на поверхности образца из стали 36Г2С существенно влияет на коррозионный процесс, замедляя его. Разработаны средства для обеспечения надежной эксплуатации элементов бурильной колонны. Результаты проведенных исследований показали эффективность использования в компоновке бурильной колонны разработанной упругой муфты при прохождении локально искривленных или кавернозных участков ствола скважины. Теоретические и экспериментальные результаты исследований использованы при разработке руководящего документа: «Методика прогнозирования долговечности бурильной колонны и ее элементов в осложненных условиях бурения », внедренной в Стрыйском ОБР. Комплексный учет теоретических и экспериментальных исследований, основанных на закономерностях кинетики накопления усталостного повреждения элементов бурильной колонны, позволил усовершенствовать методы прогнозирования их долговечности и остаточного ресурса.
The thesis is devoted to solving problems of reliable operation of the drill string elements by improving methods of forecasting their resource. The three-dimensional model of the threaded joint with full reproduction of its design and process parameters, which allows evaluating the stress-strain state using simulation modeling has been developed. The method of predicting of the drill pipe resource on the basis of C-criterion by taking into account the local stresses arising in the threaded joint drill pipe, determined by the simulation results has been improved. Experimental researches of the kinetics of fatigue cracks of the drill pipe material have been conducted by taking into account peak loads. Experimental researches of the longevity of full-scale specimen of the threaded connections of the drill pipes have been conducted. The method of predicting the longevity of the drill pipes including operating load has been improved.

Роботу виконано в Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбувся 17 жовтня 2013 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д58.052.02 із захисту докторських дисертаційних робіт у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79. З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.
У дисертаційній роботі розроблено комплексні аналітично-експериментальні підходи для розв’язування важливої науково-технічної проблеми з покращення якості і підвищення ресурсу грейферних сільськогосподарських навантажувачів. Теоретичні дослідження процесів перенесення вантажів, силової взаємодії робочих органів зі зв’язними матеріалами, динамічної навантаженості маніпулятора і рамної конструкції, а також коливних процесів у несучих системах та гідроприводі виконано на основі різного класу моделей. Сформульовано критерії оптимального співвідношення довжин ланок маніпулятора й умови синтезу чотириланкового механізму підйому для визначення його раціональних параметрів. Розроблено методику раціонального конструювання рами навантажувача з урахуванням кососиметричного навантаження від маніпулятора. В експериментальних дослідженнях було застосовано сучасні технології збирання та опрацювання інформації з фіксацією результатів у числові формати. Отримано аналітичні вирази КІН для визначення граничного стану хвостовика колони з урахуванням змінних факторів силового навантаження. Розрахунок на довговічність та живучість проведено із використанням даних статистичних моделей експлуатаційного навантаження. За результатами роботи отримано інженерну методику раціонального конструювання несучих систем грейферних навантажувачів з гарантованим ресурсом роботи.
В диссертационной работе предложены комплексные аналитико-экспериментальные подходы для решения важной научно-технической проблемы по улучшению качества и увеличения ресурса работы грейферных сельскохозяйственных погрузчиков. Теоретические исследования процессов переноса грузов, силового взаимодействия рабочих органов со связными сельскохозяйственными материалами, динамической нагруженностью манипулятора и рамной конструкции, а также колебательных процессов в несущих системах и гидроприводе выполнены на основе различных моделей. Разработаны методы улучшения кинематических и силовых параметров манипулятора по характеристикам его рабочей зоны и технологии выполнения работ. Сформулированы критерии оптимального соотношения длин звеньев манипулятора и условия синтеза четырехзвенного механизма подъема для определения его рациональных параметров. Достигнуто стабильность величины усилия при подъеме грузов с допустимым отклонением 10%, что привело к снижению максимальной нагруженности на 26%. Значительно снижены силовые усилия на манипулятор при загрузке связных материалов рабочим органом путем применения гидравлических устройств защиты. Использование данных устройств за оригинальной схемой привело к снижению давления в гидроцилиндре стрелы с 17,3 МПа до 4,0 МПа. В экспериментальных исследованиях использовано современные технологии сбора и обработки информации с фиксацией в числовые форматы данных. Усовершенствовано технологию обработки цифровых дискретных данных с выделением амплитуд цикличной нагруженности несущих систем, используемых в дальнейшем для формирования статистических моделей эксплуатационного нагружения. Показано, что учет высокочастотных процессов дает уменьшение долговечности на 8 – 15% при случайных факторах нагружения и до 20 – 35% – в случае вибрационных процессов. Приведены частотные характеристики процесса нагружения, полученные быстрым преобразованием Фурье в специальных программных продуктах. Проведение полунатурных экспериментов позволило реализовать новые подходы в исследовании кинетики развития усталостных трещин на основании ее цифровой 3D-модели. Показано, что наличие вхождения трещины вовнутрь металла увеличивает значение КИН на 20 – 40%, особенно на последних стадиях ее развития. Предложены методы исследования эксплуатационных характеристик манипулятора на основе математической модели его динамического нагружения с учетом маятниковых колебаний рабочего органа. Показано, что факторами увеличения динамической нагруженности на 20 – 30% являются раскачивание грейфера, что подтверждено экспериментальными исследованиями. Теоретически доказано возникновение ударных нагрузок в шарнирах крепления грейфера и предложено использование в шарнирах полимерных втулок. Для предотвращения произвольного раскачивания рабочего органа в конструкцию введено специальное приспособление –амортизатор. Расчет напряженно-деформированного состояния рамы проведен с использованием метода минимума потенциальной энергии деформации в его модифицированном варианте. Достигнут эффект получения более простых уравнений с одновременным сохранением надлежащей точности расчета. В модернизированном варианте конструкции рами введены усиливающие елементы в виде дополнительной поперечины, что позволило снизить максимальные напряжения до 36%. Применение метода конечных элементов при динамическом нагружении позволило разработать конечно-элементную модель рамы для определения ее НДС в условиях колебаний. Расчеты на долговечность и живучесть проведены с использованием данных статистических моделей эксплуатационного нагружения для работы грейферных погрузчиков в условиях сельского хозяйства. На основании проведенных исследований осуществлено оценку усталостной долговечности хвостовика колонны манипулятора на стадии развития и распространения трещины. Предложено увеличить радиус галтельного перехода в хвостовике колонны, в результате чего живучесть манипулятора увеличивается на 8%. За результатами комплексных теоретико-экспериментальных исследований была усовершенствовано раму грейферного сельскохозяйственного погрузчика ПЕА-1А «Карпатець». За счет внесения изменений долговечность рам достигла заданного срока эксплуатации (7 лет). По результатам роботы получена инженерная методика рационального конструирования несущих систем грейферных погрузчиков с гарантированным ресурсом работы.
The doctoral thesis presents developed comprehensive analytical and experimental approaches to solve paramount scientific and technical problem about quality boost and service life increase for agriculture grab loaders. Theoretical researches of load transfer processes, force interaction between functioning units and binding agents, dynamic load of manipulator and frame constructions as well as oscillation processes in load-carrying systems and hydraulic actuator have been carried out on the basis of different class models. There have been developed methods that assess and increase manipulator kinematic and power parameters on the basis of its working area indexes and work performance technology. Criteria for optimal ratio between manipulator link lengths and synthesis condition of four-link lifting mechanism to define its rational parameters have been formulated. The experimental research relied on modern techniques of data collection and processing. All the results have been recorded in a digital form. Obtained analytical SIF expressions have been used to detect limiting boundary state of column shank with an allowance of variable power load factors. Calculations for service life and operability have been conducted applying these statistical working load models. On the basis of the research results we have obtained engineering methodology to construct carrying load systems for grab loads rationally with warranted service life.