Краностроение и крановое хозяйство – история, настоящее и будущее

11/07/2014 4:36pm

Автор: Канов Г.Л.

Категории: машиностроение

Исследованы вопросы, связанные с состоянием крановых хозяйств промышленных предприятий и перспективы краностроения.

Канов Геннадий Лаврентиевич

Канов Геннадий Лаврентиевич

Никопольский Краностроительный Завод

В странах СНГ в настоящее время по данным ассоциации «Подъёмтранстехника» работают 17 краностроительных предприятий, которые продолжают производить мостовые, козловые и специальные краны по документации головного института ВНИИПТМаш и собственным разработкам. Ранее этот институт ежегодно издавал сборник трудов, посвящённых решению проблем краностроения, эксплуатации, обслуживания и ремонта подъёмно-транспортного оборудования и рельсовых путей, отдельные проблемы подробно и глубоко изложены в многочисленных диссертационных работах, где даны рекомендации по их решению. Обобщающая информация наилучшим образом собрана и изложена в «Справочнике по кранам» в двух томах под общей редакцией д.т.н. проф. М. М. Гохберга, изд. Машиностроение, 1988 г.

В восьмидесятые годы общее производство мостовых кранов в СССР составляло 6…7 тысяч в год, а после 2000 года стабилизировалось на уровне 1,0…1,5 тысяч в год. Несмотря на ограничения, оговоренные в ГОСТ 27584-88 «Краны мостовые и козловые электрические», ИСО 8306 «Краны мостовые и козловые. Допуски на краны и пути» и ГОСТ 28648-90 «Колёса крановые. Технические условия», количество типов кранов и разновидностей технических решений их узлов, особенно колёс, насчитывает сотни наименований. При этом каждый краностроительный завод работает по нормалям собственной разработки. Достаточно полно типы кранов и их характеристики изложены в каталоге «Мостовые краны общего назначения» М. 1995 г.

Унифицировать детали и узлы кранов до настоящего времени не удалось, поэтому каждое предприятие, эксплуатирующее краны, решает проблему запасных частей самостоятельно, в основном, восстанавливая изношенные поверхности наплавкой или изготавливая новые колёса силами ремонтных служб. Если ранее затраты на эксплуатацию и ремонт подъёмно транспортного оборудования и систем принимались как сложится, то в последние годы эти статьи расходов жестко лимитируются, учитывая многократное повышение цен на металл, наплавочные материалы и энергоресурсы. В связи с этим, проблема повышения надёжности и долговечности деталей и узлов кранов резко обострилась.

По литературным источникам сравнительная стоимость восстановления колеса по отношению к стоимости нового составляет, усреднено, в %:

    - по колесу диаметром 800 мм ремонт одной реборды 22, поверхности катания 44, поверхности катания и двух реборд 62…75.
    - по колесу диаметром 900 мм ремонт двух реборд 22…36, поверхности катания и двух реборд 45…50.

 При этом, как правило, реборды подвергаются ремонту наплавкой 4 раза, а поверхности катания дважды, что ограничивается появлением циклических трещин в металле колёс.

Многочисленные монографии, нормативно-техническая и специальная литература содержат информацию по всем вопросам и аспектам подъёмно-транспортного оборудования, однако продолжает оставаться актуальной «вечная» проблема повышения надёжности и долговечности взаимодействующей пары рельсовый путь – колесо.

Согласно СНиП 111-18-75 для путей мостовых кранов смещение рельса относительно оси стенки не должно превышать 15…20 мм, т.е. непараллельность осей рельсов должна быть в этих пределах. Взаимное смещение торцов стыкуемых рельсов в плане и по высоте 2…3 мм. Зазоры в стыках рельсов не более 4 мм. Отклонение рельсов от прямой линии на базе 10 м (кривизна) не более 15…20 мм.

Согласно норм Госгортехнадзора 0.51 износ рельса по поверхности качения допускается 4…8 мм, по боковым поверхностям головки рельса 10 мм (по 5 мм с каждой стороны). Эти допуски предопределяют ширину колеса между ребордами, которую можно уменьшить, если конструкция колеса позволяет самоустанавливаться относительно положения рельса.

Наибольшую актуальность в настоящее время приобрели разработки, посвящённые решению этой комплексной задачи. Анализ патентной информации свидетельствует о попытках создать самоустанавливающееся крановое колесо, которое частично компенсирует недостатки рельсового пути, однако избавиться от износа, пока существует пара трения, невозможно. Кардинально решает проблему создание мостового крана на магнитной подушке, но уровень финансового состояния предприятий не позволяет заказывать разработки такого уровня, а существующая инфраструктура производства не в состоянии обеспечить сервисное обслуживание нового поколения техники.

Данная работа посвящена созданию и использованию в производстве крановых колёс шарнирного типа с компенсаторами ударных нагрузок, что позволит многократно увеличить долговечность пары путь-колесо.

На базе многочисленных исследований и статистических данных основными причинами и факторами, влияющими на износ подкранового пути, являются:

    - недостаточная жесткость фермы моста;
    - неправильно подобранный профиль беговой дорожки и реборд ходовых колёс крана;
    - конструкция и тип подкрановой балки;
    - напряжения, вызываемые нагрузками в элементах подкранового пути, выше, чем допускают выбранные материалы;
    - низкое качество слесарно-сборочных работ и строительно-монтажных работ при сооружении подкранового пути и монтажа крана;
    - неисправности в механизме передвижения моста крана и элементах подкранового пути;
    - количество, грузоподъёмность и режимы работы кранов, работающих на одном пути;
    - нарушение правил технической эксплуатации кранов;
    - одновременное сочетание перечисленных выше факторов ускоряет износ.

 Для упрощения изучения и анализа все встречающиеся в практике разрушения подкранового пути разделяются на две группы.

К первой группе относятся все случаи выхода из строя подкрановых путей вследствие естественного износа в течение установленного срока службы, ко второй группе – все виды преждевременного разрушения любого из их элементов под действием неучтённых проектом факторов.

Изучение причин выхода из строя подкранового пути вследствие естественного износа отдельных его звеньев, несмотря на необходимость увеличения долговечности, имеет менее актуальное значение, чем изучение и устранение причин, порождающих преждевременное (аварийное) разрушение подкранового пути.

Практикой работы установлены следующие виды разрушений (износов) элементов подкранового пути:

    - все виды разрушения подкранового рельса;
    - разрушения деталей крепления рельса;
    - элементов конструкции постели подкранового пути;
    - элементов крепления постели подкранового пути к балкам;
    - верхней плоскости подкрановой балки;
    - разрушения поверхности опор подкрановой балки;
    - осадка колонн здания цеха.

 К характерным, чаще всего встречающимся видам разрушения подкранового рельса относится срезание боковых граней рельса в результате перекоса ходовых колёс фермы и моста или местного или общего сужения (расширения) расстояния между осями подкранового рельса. При движении крана вследствие недостаточной жесткости фермы моста и отсутствия разбега ходовых колёс одна сторона моста забегает вперёд, реборды ходовых колёс, упираясь в боковую грань подкранового рельса, срезают стружку. При большом износе кран сходит с рельсов. Большие усилия, возникающие при заклинивании моста, не только останавливают кран, но и разрушают крепления подкранового пути, что требует проведения длительного и дорогостоящего ремонта. Как правило, во время ремонта усиливают жесткость фермы крана путём приварки раскосов к ферме и стенкам поперечной балки, меняют типовые (проектные) ходовые колёса на колёса с ровным профилем реборд повышенной высоты, применяют в дальнейшем систематически смазку боковых граней рельсов. Последнее не всегда приемлемо, т.к. попадание смазки на катающую поверхность колеса и рельса снижает трение, порождая режимы буксования и юза.

Срезание боковых граней рельсов происходит также в результате перекоса валов (осей) ходовых колёс или из-за сужения расстояния между осями ходовых колёс в одной половине фермы моста крана.

В местах стыка рельсов срезание боковых граней и износ поверхности качения наиболее интенсивные из-за дополнительного действия ударных нагрузок.

Прогибы рельсов и проскальзывание колёс вызывают волнообразный износ и образование выбоин на верхней рабочей плоскости рельсов.

Вследствие действия знакопеременных нагрузок в рельсах со временем образуются усталостные трещины, что приводит к поперечным разрушениям, а остаточные напряжения и дефекты приварки рельсов в местах их крепления в виде концентраторов напряжений приводят к внезапному разрушению рельсов с непредсказуемыми последствиями.

Установка непроектного типа рельсов и вида крепления, некондиционных кусков рельсов, большие зазоры в стыках и несоосность (более 5 мм) при ремонтах подкрановых путей зачастую приводят к авариям.

Указанные причины сокращают срок службы рельсового пути с проектных 8 лет (в среднем) до капитального ремонта - до 2…3 лет.

Срок службы рельсового пути сокращается также, в результате несоответствия марок стали и твёрдости беговой дорожки и реборд крановых колёс по сравнению с твёрдостью подкрановых рельсов.

В результате неравномерности износа колёс появляется значительная разница в диаметрах колёс на разных сторонах моста, что приводит к перекосам моста и интенсивному износу реборд колёс и боковых граней рельсов.

Очень существенное влияние на износ подкранового пути и реборд колёс оказывает монтажный перекос ходовых колёс относительно друг друга и рельсов. Наиболее часто встречающиеся сочетания перекосов следующие:

    - оба колеса имеют перекос относительно рельса в одну сторону;
    - одно колесо имеет перекос, второе, расположенное на другом конце трансмиссионного вала, установлено правильно;
    - оба ведущих колеса имеют перекос в разные стороны внутрь относительно рельсов;
    - оба ведущих колеса имеют перекос в разные стороны наружу относительно рельсов.

 Все случаи перекоса колёс приводят к возникновению изгибающих, растягивающих и сжимающих напряжений в ферме моста и пропорциональным деформациям металлоконструкций крана в зависимости от сочетания этих напряжений. В конечном счёте, все деформации моста в упругих пределах сосредотачиваются и проявляют своё действие в местах контакта колёс с рельсами, в результате чего все колёса крана (4 или 8) работают под разными нагрузками и в разных условиях. Чем больше базовая длина моста, тем больший уровень деформаций и неравномерность нагрузки колёс, кроме того, весьма существенную роль играет положение тележки с грузом и чем ближе тележка к оси колонн, тем перекосы крана и износ выше.

Анализ разных источников информации позволяет сделать вывод о том, что интенсивность износа пары рельс-колесо преобладает от действия поперечного скольжения, а продольное качение приводит к интенсивному износу только в режимах пробуксовки и юза. Износ колес и рельсов от действия ударных нагрузок наиболее интенсивен.

Точность установки крановых колёс на осях, параллельность самих осей относительно друг друга и корпуса моста, параллельность и разновысотность рельсов, их кривизна и состояние требуют недостижимой на практике идеальности, поэтому проектные (расчётные) сроки службы кранов и их узлов значительно отличаются от реальных. В монографии А. И. Кириченко «Подкрановые пути» указано, что в случае отклонений крана от оси рельсового пути на угол более 1'43'' будет иметь место поперечное скольжение колёс по рельсам. Поэтому наиболее рациональное решение проблемы просматривается в создании и применении самоустанавливающихся относительно рельсов крановых колёс.

Допуски на установку ходовых колёс мостовых кранов регламентированы ГОСТ 24378-80 и составляют: отклонение от вертикальной плоскости торцевых поверхностей колёс и от общей плоскости торцов колёс концевой балки или балансира не более 0,002D, где D – диаметр колеса по гребням реборд; отклонение от параллельности общих плоскостей колёс при пролёте путей, не превышающем 22,5 м, не более 5 мм, при пролёте свыше 22,5 м – не более 8 мм; отклонение длины базы крана - не более 5 мм; отклонение от вертикали торцевых поверхностей колёс f = 2/1000D.

Основные размерные соотношения крановых колёс оговорены в ГОСТ 3569-74, а технические условия в ГОСТ 28648-90.

В монографии М. М. Гохберга «Металлические конструкции подъёмно-транспортных машин» приведена методика расчёта боковых сил действующих на реборды колёс при трении о боковины головок рельсов. В среднем величина боковых сил равна 0,1 от вертикального усилия на колесо, максимальная 0,15. Эти силы перпендикулярны к направлению движения реборды ходового колеса и могут быть направлены как внутрь, так и наружу пролёта.

Традиционные решения по увеличению ходимости колёс приведены в работе ЦНИИТЭИмаш «Повышение прочности и долговечности крановых ходовых колёс».

В настоящее время современным методом расчёта ходовых колёс является расчёт по ОСТ 24.090.44-82, который учитывает объёмное напряженное состояние в зоне контакта колеса с рельсом и число оборотов колеса за срок его службы (усреднено 10000 оборотов). Диаметр колеса и тип рельса выбираются в зависимости от максимальной статической нагрузки на колесо (200…1000 кН), т.е. пропорционально грузоподъёмности крана с учётом его быстроходности (1,0…3,0 м/с).

Так как рельсовый путь является более дорогостоящим сооружением, а требования к рельсам более жесткие, то колесо должно иметь более низкие служебные свойства, т.е. изготавливаться из более дешевых марок стали или из чугуна с уровнем твёрдости после термообработки в пределах 190…350 НВ и уровнем допускаемых расчётных напряжений 600…900 МПа. То есть - колёса рассматриваются как запасные части к кранам.

В странах СНГ колёса изготавливают из поковок стали 45, 50, 75 и 65Г, проката стали 75 и 65Г, отливок из стали 55 и 35ГЛ.

По зарубежным литературным источникам, в последнее время, крановые колёса изготавливают из отливок высокопрочного чугуна с шаровидным графитом с эффектом самосмазки или из легированной стали. Например, согласно экспресс информации № 5, М. 1981 г., во Франции колёса изготавливают из поковок стали 35С14 следующего химического состава: С-0,3…0,4, Мn-0,4, Si-0,35, Ni-3,2…3,7, Cr-1,2…1,5, Мо-0,2…0,3 с уровнем твёрдости 450…500 НВ. Т.е. за рубежом ходимость колёс увеличивают за счёт применения высококачественных материалов. Опыт краностроения Германии изложен в двухтомнике «Грузоподъёмные краны», перевод с немецкого под редакцией М.П.Александрова, М. Машиностроение, 1981.

Очень подробно вопросы силового воздействия крановых ходовых колёс с рельсами изложены в диссертационной работе А.С. Конопля, Л. 1969.

Статистический анализ поперечных сил, возникающих при движении мостового крана, изложен в диссертационной работе А.Н. Зубкова, М. 1967.

Кинематика и силовое взаимодействие мостовых кранов с подкрановыми путями при торможении и разгоне изложены в диссертационной работе Г.П. Ермакова, Челябинск, 1973.

Действие ударных нагрузок проанализировано в монографии Н.А. Лобова «Динамика грузоподъёмных кранов», М. Машиностроение, 1987.

В развитие вышеприведенных работ, автором выполнена НИОКР по созданию конструкций ходовых крановых колёс нового поколения - многократно повышающих надёжность и долговечность работы пары колесо – путь за счёт самоустановки по оси и поглощения динамических нагрузок, соответственно в разы снижающих расходы на эксплуатацию и ремонт кранов. Варианты конструкций колёс защищены патентами Украины № 76582 С2 от 01.08.06, № 77062 С2 от 16.10.06, № 85081 С2, МПК В66С 9/00, В60В 9/00 с подтверждением мировой новизны разработки.

В связи с появлением новых конструкций крановых колёс с более высокими служебными характеристиками, чем в ГОСТах, их производство осуществляется в соответствии с специальными техническими условиями, утверждёнными и зарегистрированными в органах Госстандарта в установленном порядке. Например, предлагаемые в патентах конструкции колёс, могут быть изготовлены по ТУ-31.7829-24439835-2000.

Все, кто заинтересован в решении вечных проблем кранового хозяйства предприятия, предлагается изготовление и опробование в промышленной эксплуатации нового поколения крановых колёс, конструкция которых обеспечивает прямолинейность хода кранов с минимизацией боковых усилий и компенсацией ударных нагрузок, что комплексно решает изложенные выше проблемы пары рельсовый путь-крановое колесо, увеличивая в несколько раз надёжность и долговечность системы с соответствующим снижением уровня эксплуатационных издержек.

Базовое технико-экономическое обоснование использования крановых колёс нового поколения может быть разработано в соответствии с техническим заданием заказчика, учитывающего специфику работы предприятия и каждого конкретного крана. Конкретная постановка задачи может быть уточнена и согласована в процессе переговоров о сотрудничестве или лицензировании.

Так как изготовление запасных частей к кранам не требует оформления специальных разрешений в государственных органах, то изготовление головных образцов колёс может быть осуществлено силами ремонтной службы завода по рабочим чертежам, разработанным проектно-конструкторским бюро предприятия заказчика с консультационным участием автора, применительно к конкретному крану с последующим его участием при монтаже колёс на кран и авторским надзором в период эксплуатации до максимально допустимого износа.

Жду комментарии к настоящей публикации с сообщением Ваших реквизитов для начала договорных отношений.

 

Канов Г.Л.


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

[email protected]

[email protected]

 г. Днепр

тел. +38 (056) 794-36-74

факс. +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Руководитель проекта - Гринев Владимир Анатольевич

Партнеры