Безперекосна робота мостових кранів

Вступ

       Мостові крани є одним з найбільш розповсюджених видів підйомно-транспортного устаткування промислових підприємств. Безперебійна робота кранів може бути забезпечена  лише за умови високої довговічності, правильної роботи (руху) і надійності їхніх основних вузлів і деталей.

       Проблема  забезпечення безперервного руху мостових кранів не нова. Вона нараховує більш 150 років з моменту появи кранів мостового типу. В даний час стосовно до кранів мостового типу можна виділити такі її аспекти: знос ходових коліс і підкранових колій; додаткові опори руху; бічні навантаження на підкранові спорудження; навантаження на кістяк крана; робота кістяка при перекосах; недосконалі конструкції.

         Аналіз результатів роботи механізмів  пересування кранів і особливо  його ходової частини  свідчить про недостатню довговічність окремих механізмів, деталей і кранів в експлуатації, що і не забезпечує безперекосного руху мостових кранів.

       Найбільш  часто виходять з ладу ходові колеса, термін служби яких коливається від  декількох місяців до декількох років.

       Тривале функціонування (безперекосний рух  мостових кранів) й економічність  крана залежить від правильної виставки його ходових коліс і рейок  підкранової колії. Занадто великий  знос цих конструктивних елементів  спричиняє безпосереднє підвищення наступних витрат:

         a) виробничі витрати;

         б) витрати на технічний догляд  і обслуговування крана;

       в) витрати, зв'язані з простоєм крана.

       Мостові крани є дуже розповсюдженим типом  вантажопідйомних машин. Їм і присвячена найбільша кількість досліджень. Наприклад, дослідженням величини надбавки до опору руху (т.зв. «коефіцієнта реборди») займалася група німецьких учених: Эрнст (1899), Гільбрандт (1908), Штокман (1926) і вітчизняні вчені: Абрамович(1939), Кікін (1946), Балашов (1958). Знос ходових коліс досліджували: Ковальський (1938), Миколаївський (1946).

       Роботою, присвяченої питанню перекосів  ходових коліс, є дослідження  Степочкина Л.М. [1], де розглядаються  причини перекосів ходових коліс  і описуються різні методи виміру відхилень коліс.

       Однієї з останніх публікацій по даному питанню є робота            Ліпатова А.С. [2], у якій проаналізовані різні випадки впливу погрішності установки ходових коліс на процес руху крана.

       Отже  забезпечення бесперекосного руху мостових кранів є дуже нагальною потребою.

 

Приклади  запатентованих розробок

       Встановлення  на механізм пересування крана такого вузла (рисунок 1, [3]) дозволяє знизити опір пересуванню і відповідно зменшити необхідну потужність привода. Це дозволяє знизити опір пересуванню крана в 5 раз.  

Рисунок 1. Варіант ходової частини мостового крана4 

       На  рисунках 2, 3 показано варіант конструкції механізму пересування мостового крана [4, 5].

       При початку руху з місту або гальмуванні  крана (рисунок 2), а також при зміні напряму руху, корпус редуктора 2 діє на один із стержнів 5 або 6, при цьому інший вступає в роботу через з'єднувальний елемент 10. 

Рисунок 2. 

         Таким чином, навантаження від  редуктора передаються одночасно  на обидва кутника, і редуктор  може зміщуватися тільки в вертикальному напрямі на величину, що визначається биттям вала ходового колеса. 

       В даній конструкції (рисунок 3) завдяки установці С-образних пластин 4 втулки стаканів 5, що спираються на дві стінки, що забезпечують високу жорсткість їх установки і не потребують потужного фланця 6 для кріплення до балки 1. Це, в свою чергу, дозволяє виконати стакан 5 із з’ємним фланцем 6, який слугує лиш, як елемент, що дозволяє прикріпити стакан 5 до балки 1. в результаті цього дотичні з фланцем 6 поверхні стінки балки 1 не потребують додаткової механічної обробки.

Рисунок 3.  

       Ходова  частина частина мостового крана (рисунок 4, [6]) складається з циліндричних ходових коліс 1 із ребордами, що встановленні на кінцевих балках 2 моста крана та пересувається по підкранових рейкам 3.

Рисунок 4. Ходова частина мостового крана з ходовими циліндричними колесами, що встановленні з монтажним кутом перекосу

=0,007-0,01 рад  

       Ходова  частина працює таким чином. При котінні ходового колеса 1 по підкрановим рейкам 3 має місце явище поперечне проковзування, що викликане монтажним перекосом коліс відносно кінцевих балок 2. Це приводе до виникнення бокових зусиль, величина та напрям, яких означенні величиною та напрямком монтажного кута перекосу коліс. Так як кути перекосу совісних коліс направлені в протилежні сторони, то результуюча бокових зусиль, що діють на кран, близька до нуля, що забезпечує прямолінійність його руху по підкранових рейках.

       Величина  монтажного кута перекосу колеса =0,007…0,01 вибрана із умови стабілізації прямолінійного руху крана, так як встановлено, що відхилення в межах 0,004 від цього діапазону не приводе до значної зміни величини бокової сили. Тому поява пружних деформацій металоконструкції моста не змінить результуючу бокових сил і тим самим надійність роботи ходових коліс крана буде більшою.

       Всі ці конструктивні рішення зменшують  перекосні навантаження та сприяють безперекосному рухові мостового крана.

 

Кран  мостового типу з  безребордними колесами

       Осьові  навантаження безребордних ходових коліс сприймають бічні ролики [7].

Рисунок 5. Схема мостового крана з безребордними колесами

 

       Конічні ведучі ходові колеса стабілізують рух  моста, сприяють зменшенню бічних навантажень, продовжують термін служби підкранових колій; посилено рекомендуються останнім часом; значно знижують сили перекосу, збільшують термін служби ходових коліс.

 

Привід  ведучого ходового колеса від карданного вала або пружної муфти

       В останній час, особливо в Німеччині, спостерігається тенденція до широкого застосування карданних валів для приводу ведучих ходових коліс механізмів пересування мостових кранів [8] (рисунок 8).

Рисунок 8. Привід ведучого ходового колеса від карданного вала

       Це  дає суттєву перевагу перед звичайним приводом від трансмісійного вала з зубчастими муфтами, що дозволяє мати перекіс до 1,5—2°. У випадку з карданним валом можливий перекіс сягає 30° і більш, це дає широкий простір для вільного компонування усього механізму пересування, тобто електродвигун, редуктор, трансмісійний вал, ходове колесо.

       Для з'єднання електродвигуна з редуктором широке застосування у Німеччині мають пружні гумові муфти (рисунок 9), які мають більший резерв перекосу і тобто сприяють м'якій передачі крутного моменту від електродвигуна до редуктора [8].

Рисунок 9. Пружна муфта

 

Конструкції ходової частини  механізму пересування  крана

       В даний час у механізмах пересування  мостових кранів не застосовуються ходові колеса з зубцюватими вінцями  і всі передатні відносини реалізуються в редукторі. При цьому ходове колесо з валом являє собою єдину складальну одиницю (рисунок 10). При цьому в країнах СНД найбільше поширення одержала конструкція за схемою рисунок 6 а, тобто застосовуються букси з кутовим розташуванням у кінцевій балці та центруванням за допомогою платиків. При цьому не можна гарантувати великої точності виставки ходових коліс як у плані, так і їхній «розвал». До недоліків цієї схеми відноситься відсутність гарантії, що після розбірки або ремонту будемо мати той же самий «розвал» і сходження, що і до ремонту. Крім того, кутове розташування сприяє появі багатьох тріщин у надбуксових листах, що потребує ремонту. 

Рисунок 10. Ходове колесо з валом:

а) букса  з кутовим розташуванням у  кінцевій балці та центруванням за допомогою платиків;

б) букса  з похилим розташуванням роз’єму  та вварюванням половини корпусу  підшипника у кінцеву балку. 

       В Німеччині має широке розповсюдження схема за рисунок 6 б, тобто застосовується букса з похилим розташуванням роз'єму та вварюванням половини корпусу підшипника у кінцеву балку [9]. При цьому виставка ходових коліс проводиться за допомогою лазерного або оптичного методу з застосуванням теодолітів з великою точністю, що відповідає нормам DIN. У зв'язку з тим, що одна половина букси вварена у кінцеву балку, є повна гарантія, що після розробки або ремонту ходове колесо буде мати той же самий «розвал» і «сходження». Це все забезпечує підвищення надійності роботи ходових коліс крана.

       У швидкохідних кранових візків американських  мостових перевантажувачів вісь ходових коліс уже протягом декількох років установлюється завжди на підресорену опору (Dravo Corp., Pittsburg) з використанням циліндричних пружинних ресор.

       У такий же спосіб у багатьох випадках подресорюються і самі ходові колеса кранів, причому в цих випадках підресорювання мусить, у першу чергу, забезпечити рівномірний розподіл опорного навантаження на досить велике число ходових коліс і тим самим виконати функцію, подібну тій, котру виконують традиційні балансири ходових коліс.

       Також і швидкохідні кранові візки виробництва Shaw-Box Crane & Hoist Co, Muskegon, Michigan у багатьох випадках виготовляються з ходовими колесами, що мають підресорювання.

       Зовсім  інший шлях обрала фірма Demag, Duisburg у проведеному кілька років назад експерименті [8], установивши підресорювання, що вмонтовано в саме ходове колесо (рисунок 11).

       При цьому конструктивному виконанні  бандаж ходового колеса а спирається за допомогою двох каучукових шайб b на маточину ходового колеса с. Кожна каучукова шайба b міцно скріплена з двома бічними сталевими дисками d за допомогою процесу вулканізації. Сталеві диски, у свою чергу, входять у контакт (зачеплення) через нагвинчені штирі з відповідними отворами в бандажі ходового колеса і з обома насадженими на втулку фланцями e і с, таким чином, сприймають навантаження на колесо. Гайка f, що знаходиться на втулці, утримує разом окремі частини. Рівномірно розподілені повідкові штирі g передають обводові сили. У приводних коліс на фланець-маточину насаджується ще і зубчастий вінець. Зображене на рисунку 7 ходове колесо призначене для мостового крана вантажопідйомністю 13 т і повинне сприймати навантаження на колесо в 32 т. І при статичному навантаженні в 48 т пружна деформація сягає величини в 16 мм. У порівнянні з американськими ця конструкція має, насамперед, ту перевагу, що під час підресорювання   своє   положення стосовно крана змінює тільки бандаж колеса, таким чином, насаджений на маточину колеса зубчастий вінець може приводитися в рух звичним способом, у той час як при підресореній опорі всієї осі ходового колеса привід повинний організовуватися за допомогою хиткої навколо цієї осі несучої конструкції. Висновок про довговічність експлуатації каучукових шайб і одержуваної з їхньою допомогою амортизації може бути зроблений тільки на основі довголітнього досвіду експлуатації. 

Рисунок 11. Підпружне ходове колесо мостового  крана

 

Міст  статично визначеної конструкції

       Поперечні сили викликаються перекосами крана і цілим рядом інших факторів – не сприяють безперекосному руху мостового крана.

       Статичні  випробування натурних кранів показали, що у випадку однакової жорсткості опор, допущення про рівномірний  розподіл між ними моменту, що перекошує, може бути прийнятним.