Руководящий документ РД 24.090.120-07 Проектирование и расчет транспортно-технологических грузоподъемных кранов для обслуживания предприятий металлургической промышленности. Справочное руководство.

РД 24.090.120-07

 СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО

 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Утверждаю:

Генеральный директор ООО "Северсталь-Проект" Самойлов В.И. 2007 г.

Утверждаю:

Генеральный директор ОАО "ВНИИПТМАШ" Ващилло А.А. 2007 г.

Рассмотрено на заседании секции кранового оборудования НТС ОАО НПО "ВНИИПТМАШ" и рекомендовано для использования при проектировании транспортно-технологических кранов для обслуживания предприятий металлургической промышленности

Протокол N 13 от 23 апреля 2007 г.

Разработчики - к.т.н. Абрамович И.И., Лалаянц Р.А., Модин Н.В., к.т.н. Певзнер Е.М.

Приведены сведения по условиям применения грузоподъемных кранов, обслуживающих основные технологические процессы предприятий черной металлургии. Изложена информация по специфике конструктивного устройства и расчетов элементов этих кранов. Даны рекомендации по выбору кранов применительно к особенностям их эксплуатации.

Содержащийся в настоящем "Руководстве" материал ориентирован на создание кранов, обладающих повышенной надежностью в условиях интенсивной эксплуатации.

Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, изготовлением, ремонтом и модернизацией грузоподъемных кранов, а также выбором кранов и надзором за их безопасной эксплуатацией.

 Введение

На предприятиях черной металлургии России для обслуживания основных технологических транспортно-складских процессов в настоящее время используются 6-8 тыс.кранов различных типов грузоподъемностью от 5 до 500 т, главным образом мостовых, изготовленных преимущественно в период 1940-1992 г.г. Несмотря на то, что по паспортным характеристикам изготовителей краны должны быть рассчитаны на интенсивное использование (группы режима А6-А8), фактически очень часто надежность и безопасность их работы оказывается недостаточной.

Практически все серийные электрические мостовые краны выпускались по одной схеме, разработанной еще в середине 40-х годов. Так как в то время первоочередной являлась задача оснащения металлургической промышленности грузоподъемными средствами, за основу были первоначально приняты краны производства предприятий США, характеризующиеся повышенными требованиями к надежности и ремонтопригодности. В частности, это обеспечивалось установкой подвергнутых объемной термообработке ходовых колес в легкосъёмных угловых буксах, выполнением всех зубчатых передач в виде редукторов, применением обладающих повышенной выносливостью коробчатых крановых мостов со сменными подтележечными рельсами и другими конструктивными особенностями.

Однако с течением времени основное внимание отечественных краностроителей было переключено на уменьшение как трудоемкости изготовления, так и металлоемкости кранов.

Так как краны всех групп режима изготавливались преимущественно по одним и тем же техническим условиям и однотипной технологии, надежность их в различных условиях эксплуатации оказалась разной. Претензии к надежности кранов групп А1-А4 практически отсутствуют, число претензий к кранам режимных группы А5 относительно невелико, а надежность кранов групп А6-А8 в условиях интенсивной эксплуатации металлургического производства оказывается зачастую совершенно недостаточной, что сопряжено со значительными материальными потерями, в том числе и от простоев основного технологического оборудования.

Например, на надежность механизмов кранов отрицательно сказывается выполнение корпусов редукторов, канатных блоков и барабанов из серого чугуна и применение зубчатых муфт с прямолинейными образующими зубьев. Недостаточная твердость рабочих поверхностей зубчатых и ходовых колес снижает долговечность этих элементов.

У мостов площадку обслуживания часто предусматривают только с одной стороны, что затрудняет обслуживание механизмов и электрооборудования кранов. Крепление площадок к балкам не надежно. Толщины листов пролетных и концевых балок уменьшают до минимума, определяемого несущей способностью при действии статических нагрузок.

Подтележечные рельсы крепят при помощи приварных ребер-петушков, удаление которых при замене рельсов приводит к повреждению поясных листов. Недостаточна прочность надбуксовых участков концевых балок, неудовлетворительна защита электрооборудования от воздействия среды и т.д.

Следует одновременно отметить, что перечисленных выше недостатков в значительной мере лишены специальные металлургические краны производства ПО Ленподъемтрансмаш, ПО Сибтяжмаш, завода Вторчермета в г.Горьком, а также некоторых зарубежных фирм, например, Krupp, MAN и др.

Пути и средства к обеспечению необходимого уровня качества кранов, в общем, известны. Однако реализации их в существовавших прежде условиях препятствовало сопряженное с повышением надежности кранов существенное увеличение как их металлоемкости, так и стоимости.

В настоящее время, в связи с изменением хозяйственных отношений, ряд предприятий оказался реально заинтересованным в оснащении производства кранами, лишенными отмеченных выше недостатков.

Поэтому актуальным является создание руководства по расчету и проектированию кранов для предприятий черной металлургии, учитывающего специфические особенности их устройства и направленного на обеспечение их высокой эксплуатационной надежности.

Специальные металлургические краны по характеру выполняемой работы являются, по существу, технологическим оборудованием металлургического производства, эксплуатирующимся в интенсивном режиме. Остановки этих кранов на внеплановый ремонт приводят к простоям или снижению производительности основного технологического оборудования и значительным убыткам. Поэтому к надёжности специальных металлургических кранов предъявляются повышенные требования. Металлургические краны являются весьма дорогостоящим оборудованием. Замена этих кранов в условиях действующего производства сопряжена с существенными убытками, связанными с необходимостью остановки или ограничения производительности металлургических агрегатов на период демонтажа существующего крана и монтажа нового крана. В связи с этим специальные металлургические краны нередко эксплуатируются по 30-50 лет.

В процессе работы металлургические краны подвергаются воздействиям от технологического оборудования: воздействиям температуры, агрессивной среды, технологической пыли и т.д. При проектировании крана необходимо учитывать режимы и условия его эксплуатации применительно к конкретному металлургическому оборудованию. Для этого изготовителю крана следует разработать опросный лист, в котором для заказчика предусматривается возможность выбора (в определенных переделах) вариантов скоростных показателей крана, форм конструктивного выполнения отдельных элементов крана (например, ребордных и безребордных ходовых колес, приводов переменного или постоянного тока и т.д.). Примерный перечень сведений, рекомендуемых к включению в опросный лист, приведен в приложении А.

При составлении "Руководства" учтен опыт "ВНИИПТМАШ" расчета и проектирования кранов для условий интенсивной эксплуатации, а также подразделений комбината "Северсталь" по эксплуатации и модернизации кранов, материалы отечественных предприятий, в особенности ОАО "Сибтяжмаш", сведения об эксплуатации кранов на ведущих металлургических предприятиях и предложения этих предприятий по усовершенствованию кранов. Использованы рекомендации норм проектирования кранов для предприятий черной металлургии США ASEA N 6, некоторых зарубежных стандартов и материалы ряда зарубежных предприятий.

Недостаточное внимание в настоящее время уделяется взаимодействию кранов с подкрановыми конструкциями. Поэтому в руководство включен раздел, посвященный определению нагрузок на крановые пути, а также рекомендации по установке крановых рельсов. Здесь использованы нормы США на сооружения металлургических предприятий ASEA N 13, а также материалы фирмы Gantry (ФРГ) по установке крановых рельсов.

Содержащиеся в "Руководстве" указания разработаны применительно к особенностям кранов, предназначенных для поставки на предприятия Российской Федерации. При поставке кранов в другие страны следует в установленном порядке учитывать действующие в этих странах требования.

Указания и требования "Руководства" составлены, в основном, применительно к особенностям конструкций мостовых кранов металлургических предприятий. Они могут быть также в значительной мере применены и к кранам других типов, например, консольным, и мостовым перегружателям. Эти материалы рекомендуется также учитывать при проектировании кранов, обслуживающих другие производства и работающих в условиях повышенной интенсивности.

В "Руководство" включены только общие указания, характерные для всех типов грузоподъемных кранов, предназначенных для обслуживания транспортно-технологических процессов металлургических предприятий. Оно не учитывает специфические требования к кранам, предназначенным для эксплуатации во взрывоопасных и пожароопасных средах.

Для ознакомления заинтересованных специалистов с вопросами, относящимся как к конструкциям менее интенсивно эксплуатируемых кранов, так и строительными и другими конструкциями, которые могут представить интерес применительно к рассматриваемым машинам, приведены ссылки на соответствующие документы и литературные источники, в том числе и зарубежные.

"Руководство" основывается на нормативных материалах, действующих в Российской Федерации в 2006 г., как общегосударственных, так и отраслевых. При этом следует учитывать, что в соответствии с Федеральным законом о техническом регулировании N 184, принятым в 2002 г., система стандартизации Российской Федерации должна претерпеть существенные изменения [67].

Авторы выражают благодарность специалистам краностроительных и металлургических предприятий, проектных организаций и высших учебных заведений, приславших свои замечания по первоначальной редакции этой работы.

      1 ТЕРМИНОЛОГИЯ

В дополнение к терминам и определениям, приведенным в действующей в настоящее время нормативной документации, в Руководстве используется следующая терминология:

Транспортно-технологические процессы - процессы, предусматривающие в рамках технологического процесса предприятия погрузку и выгрузку, перемещение и установку изделий, оборудования, заготовок, полуфабрикатов и материалов всех основных видов, используемых при производстве продукции предприятий черной металлургии.

Срок службы расчетный (установленный) - определенный проектом календарный срок службы крана до списания, соответствующий установленным паспортом условиям использования крана.

Цикл работы крана - цикл перемещения груза при работе крана, включающий в себя, как правило, опускание грузозахватного органа, захват и подъем груза, перемещение его к месту разгрузки, опускание груза и его освобождение, подъем грузозахватного органа и возвратное его перемещение.

Цикл погружения элемента стальной конструкции - цикл изменения напряжений, действующих в элементе конструкции за цикл работы крана.

Нагрузка подвижная - суммарная нагрузка от масс номинального груза и грузовой тележки с грузозахватным устройством.

Перегрузки коэффициент - коэффициент, относимый к весовым нагрузкам, и учитывающий увеличение веса, возможное вследствие действия случайных факторов, которые могут возникать при эксплуатации, монтаже или транспортировке крана; вводится при проверке металлической конструкции по критерию статических прочностных характеристик материала.

Строительный подъем - отклонение пролетных балок моста вверх, обеспечивающее компенсацию упругого прогиба балок от подвижной нагрузки.

Торможение аварийное - торможение, обеспечивающее срочную остановку механизма по сигналу предохранительного устройства или возникновению аварийной ситуации.

Торможение стопорное - торможение, обеспечивающее стопорение механизма после полной остановки (или существенного уменьшения скорости движения) механизма.

Торможение служебное - торможение, обеспечивающее остановку (снижение скорости) рабочих движений механическим путем, без участия (или только с частичным участием), электрического привода.

      2 УСЛОВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ КРАНОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

      2.1 Общие условия на месте установки крана

Климатические условия.

Климатические исполнения кранов регламентируются ГОСТ 15150 [10].

Грузоподъемные краны, в зависимости от особенностей обслуживаемого ими технологического процесса, могут размещаться на открытом воздухе, под навесом, в неотапливаемом помещении и в отапливаемом помещении. Находят применение климатические исполнения У; УХЛ, ТУ, а также ХЛ, категорий размещения от 1 до 4.

При размещении на открытом воздухе применяют краны категории 1.1; под навесом - 2.1.

Размещению в неотапливаемых и нерегулярно отапливаемых помещениях, соответствует категория 3.1, а в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (отопление, вентиляция и т.п.) - 4.1.

Для кранов исполнений У1-У3, при отсутствии дополнительных требований диапазон рабочих температур обычно принимают от минус 40 до плюс 40 °С, а исполнений У; ТУ - от 0 до плюс 40 °С.

Для кранов исполнений У3-У4, находящихся в зоне действия источников интенсивного теплоизлучения, верхний предел температуры часто устанавливают 60 °С.

Следует, однако, иметь в виду, что иногда требуемый заказчиками указанный высокий предел температуры обусловлен нежелательными особенностями производственного технологического процесса или недостаточной вентиляцией помещения.

Создание кранов, рассчитанных на эксплуатацию при температурах выше 60 °С, как правило, затруднено - сложности в подборе электрооборудования, обеспечения необходимой эффективности действия климатической установки кабины и др. Поэтому рекомендуется рассмотреть возможности устранения причин перегрева (изменение размещения технологического оборудования, усовершенствования вентиляции и т.д.).

Краны для работы в холодном климате (ХЛ, УХЛ) разрабатывают по специальным техническим условиям.

Состав атмосферы.

Требования к составу атмосферы (влажность, газы, механические примеси) должны быть определены в техническом задании на кран.

При отсутствии дополнительных требований и атмосфере не агрессивной или слабоагрессивной (по СНиП 2.03.11-85 [30]) влажность принимают в 95% при температуре плюс 20

°

С, постоянная концентрация графитовой пыли и взвешенной окалины до 100 мг/м

.

Размещение кранов в помещениях с пожароопасными и взрывоопасными средами.

Такие требования, как правило, редко предъявляют к кранам, обслуживающим предприятия черной металлургии. Взрывозащищенные краны и пожаробезопасные краны характеризуются более сложной конструкцией, в особенности, если следует обеспечить их эксплуатацию в условиях группы режима А6 и выше.

Требования к устройству таких кранов изложены в нормах [50, 51]. Для оценки критериев взрыво- и пожароопасности объектов размещения кранов следует пользоваться указаниями норм МЧС России [39].

Ветровые нагрузки.

Ветровые нагрузки определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 1451* [1].

Для кранов, установленных на открытом воздухе и под навесом (при отсутствии сооружений или конструкций полностью или частично защищающих кран от воздействия ветра), динамическое давление ветра нерабочего состояния на кран, в зависимости от места его установки, принимают в соответствии с требованиями этого стандарта.

Предусмотренная этим стандартом величина динамического давления ветра рабочего состояния в 125 Па не всегда может обеспечить надежное действие кранов. Поэтому рекомендуется это давление принимать в 250 Па, как это регламентировано, например, стандартом ИСО 4302:81* [55].

Дополнительные указания по определению ветровых нагрузок (аэродинамические сопротивления конструкций отдельных видов, влияние затенения, учет особенности местности установки крана) можно, при необходимости, найти в СНиП 2.01.07-85* [28] и в работах [70, 83, 89].

Сейсмостойкость кранов.

При расчетной сейсмичности площадки размещения крана до 6 баллов включительно по СНиП II-7-81* [31] проверку кранов на сейсмостойкость не производят.

При более высокой сейсмичности необходимо проверить элементы крана на действие сейсмических нагрузок.

Так как краны, как правило, устанавливают не непосредственно на грунт, а на сооружения, для оценки действующих на кран сейсмических нагрузок следовало бы знать закономерности перемещений крановых путей (спектр отклика несущей конструкции), см. например, [64]. Если такие данные отсутствуют, ограничиваются указаниями ГОСТ 30546.1 [19], где учтено влияние высоты расположения крана над уровнем земли.

Для кранов групп режима до А5 включительно оценку действующих на кран вертикальных сейсмических нагрузок при работе механизма подъема допускается производить без учета подвешенного на крюке груза, а горизонтальные нагрузки определять в предположении, что смещению моста и тележки препятствуют силы трения между заторможенными колесами и рельсами.

Для более высоких групп режима исходные условия для определения нагрузок должны быть оговорены в техническом задании на кран.

Расчет сейсмических нагрузок целесообразно производить на основании требований [19, 31], причем для динамического анализа протекающих в несущей конструкции процессов рекомендуется применять метод конечных элементов.

Дополнительные указания по сейсмическому расчету кранов (показатели поглощения энергии в конструкции крана, учет распределения масс и т.д.) - см. [85].

Для ориентировочной, предварительной оценки можно принять, что сейсмические нагрузки на массы элементов конструкции кран равны для любого из направлений 25; 50 и 100% от веса элемента при уровне сейсмичности соответственно в 7; 8 и 9 баллов.

Для ограничения сейсмических нагрузок краны оборудуют демпфирующими устройствами различного рода, получившими широкое распространение в строительных и машиностроительных конструкциях [62, 67]. В последнее время начинают внедряться электронные устройства активного гашения вибраций крановых конструкций [99].

      2.2 Классификация кранов и их элементов по группам режима работы

Основные положения классификации.

Применительно к грузоподъемным кранам находят применение следующие системы классификации:

- кранов в целом;

- механизмов кранов;

- элементов несущих стальных конструкций.

Система классификации кранов в целом учитывает только выработку крана за срок его службы до списания, т.е. количество перемещенного краном груза.

Система классификации механизмов крана учитывает длительность действия механизма за срок его службы (или за период до капитального ремонта механизма) и совокупность спектральных распределений действующих на выходное звено механизма за этот период нагрузок (крутящих моментов).

Система классификации элементов стальных несущих конструкций учитывает совокупность спектральных распределений действующих в элементах напряжений за срок службы стальной конструкции, который обычно принимают равным сроку службы крана.

Для электрооборудования, включая и приводные двигатели, используют систему классификации механизмов.

Классификация кранов в целом и их механизмов регламентирована стандартом ИСО 4301/1 [54].

Классификация кранов в целом.

Эта система классификации применяется для оценки соответствия крана величине заданной выработки; ее показатели используют также в качестве исходной базы при отнесении элементов крана к соответствующим классификационным группам. В отдельных случаях, когда нагрузочные условия определятся только весом груза и числом циклов работы крана (например, при расчете грузовых крюков), данная система может быть для непосредственного расчета элементов крана.

Классификационная группа режима кранов в целом определяется по таблице 2.1 в зависимости от сочетания класса использования (U

...U

), характеризующегося величиной максимального числа циклов работы крана за срок его службы, и класса нагружения (Q1-Q4).

Таблица 2.1 - Группы классификации (режима) крана в целом

Класс спектра	Коэффициент распределения нагрузок,	Класс использования и соответствующее ему число тысяч циклов нагружения
		U	U	U	U	U	U	U	U	U	U
		16	32	63	125	250	500	1000	2000	4000	более 4000
Q1 - легкий	0,125			А1	А2	A3	А4	А5	А6	А7	А8
Q2 - умеренный	0,25		А1	А2	A3	А4	А5	А6	А7	А8
Q3 - тяжелый	0,5	А1	А2	A3	А4	А5	А6	А7	А8
Q4 - весьма тяжелый	1,0	А2	A3	А4	А5	А6	А7	А8

Класс нагружения крана определяется величиной коэффициента спектрального распределения перемещаемых краном грузов

, определяемого по формуле (2.1):

,                                                      (2.1)

где

- среднее число рабочих циклов с частным уровнем массы груза

    

- суммарное расчетное число циклов работы крана за расчетный срок его службы;     

- значения частных масс отдельных уровней при типичном применении крана;     

- масса наибольшего груза (номинальный груз), который разрешается поднимать краном;     

- число уровней значений частных масс груза;     

- показатель наклона графика усталости (кривая Велера); который принимают

3.

Учитываются грузы, перемещаемые краном, включая грузоподъемные магниты, грейферы и другие сменные грузозахватные органы.

Расчетный (установленный) срок службы крана назначается по согласованию с заказчиком; его рекомендуется принимать не менее 20 лет и не более 50 лет. В обоснованных случаях этот срок может быть уменьшен - например, до 10 лет.

Рекомендации по назначению групп режима работы кранов, включающие ориентировочные сведения по группам режима для кранов наиболее распространенных типов, по соотношению между группами режимами работы кранов и механизмов, по использованию различных кранов во времени, а также и пример расчетного определения группы режима крана, приведены в Приложении Б.

Необходимо иметь в виду, что для кранов, транспортирующих расплавленный или нагретый до температуры свыше 400 °С металл, вне зависимости от интенсивности их использования, группу режима работы не следует принимать ниже А6.

Таблица 2.1 построена таким образом, что для каждой из групп режима произведение числа циклов работы на коэффициент распределения нагрузок является величиной постоянной:

                                                             (2.2)

Используя эту зависимость можно при заданном одном из показателей определять величину другого показателя.

Например, для группы режима А5 это произведение равно 1,23х10

. При числе циклов работы

3x10

, предельно допускаемая величина коэффициента

составит 0,41. Если известны соотношения между частными значениями

, то можно рассчитать и их абсолютные значения.

Классификация механизмов кранов.

Классификационная группа режима работы механизмов кранов определяется по таблице 2.2 в зависимости от сочетания класса использования механизма (Т

...Т

), характеризующегося общей продолжительностью использования механизма за срок его службы (в часах) и класса нагружения (L1-L2).

Таблица 2.2 - Группы классификации (режима) механизмов

Режим нагружения	Коэффициент распределения нагрузок,	Класс использования и соответствующее ему число тысяч часов работы механизмов
		Т	Т	Т	Т	Т	т	Т	Т	Т	Т
		0,2	0,4	0,8	1,6	3,2	6,3	12,5	25	50	100
L1 - легкий	0,125			M1	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8
L2 - умеренный	0,25		M1	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8
L3 - тяжелый	0,5	M1	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8
L4 - весьма тяжелый	1,0	М2	М3	М4	М5	М6	М7	М8

В общую продолжительность использования включают время как рабочих, так и холостых ходов механизмов.

Класс нагружения механизма определяется величиной коэффициента спектрального распределения испытываемых механизмом нагрузок (включая также и нагрузки периодов неустановившегося движения)

, определяемого по формуле (2.3):

,                                                     (2.3)

где

- средняя продолжительность использования механизма при частных уровнях нагрузки

;     

- общая суммарная продолжительность при всех частных уровнях нагрузки;     

- значения частных нагрузок отдельных уровней при типичном применении крана;     

- значение наибольшей нагрузки, которое испытывает механизм;     

- число уровней значений частных нагрузок;     

- показатель наклона графика усталости (кривая Велера); который принимают

3.

Для кранов легких групп режима (А1-А2) проведение капитального ремонта обычно не предусматривают. В этом случае расчетную продолжительность работы механизма назначают исходя из срока службы крана.

Для остальных кранов расчетную продолжительность работы механизма принимают равной длительности межремонтного цикла. При отсутствии дополнительных требований она может быть принята 1600 ч; 9000 ч; 11000 ч и 16000 ч для кранов групп режима соответственно A3; А4-А5; А6-А7 и А8.

Данная классификационная система может быть также использована для оценки интенсивности использования отдельных элементов механизма, которые могут иметь сроки длительности эксплуатации, отличные от приведенного выше.

Классификация режима работы электрооборудования.

Для классификации режима работы электрического оборудования, включая и приводные двигатели, используют систему режимной классификации механизмов, для привода которых используют соответствующие элементы электрооборудования.

Классификация элементов несущих стальных конструкций крана.

Для классификации элементов стальных конструкций рекомендуется использовать за основу методику, учитывающую особенности их нагружения и регламентированную Правилами FЕМ [59].

Показатели групп (Е1-Е8) режима работы (нагружения) элемента стальной конструкции определяются на основании классификационной группы режима работы крана по стандарту ИСО 4301/1, с учетом особенностей нагружения элемента в процессе работы крана - в зависимости от показателей классов нагружения (Р1-Р4) и использования (В1-В8) (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Группы режима элементов стальной конструкции

Класс спектра

Класс использования и соответствующее ему число тысяч циклов нагружения

В0

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8

B9

B10

До 16

Св. 16 до 32

Св. 32 до 63

Св. 63 до 125

Св. 125 до 250

Св. 250 до 500

Св. 500 до 1000

Св. 1000 до 2000

Св. 2000 до 4000

Св. 4000 до 8000

Св. 8000

Р1

до 0,125

E1

E1

E1

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

Р2

св.0,125 до 0,25

E1

Е1

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

E8

Р3

св.0,25 до 0,5

E1

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

E8

E8

Р4

Св.0,5 до 1,0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8

E8

E8

E8

Примечание - Для предварительных расчетов допускается принимать группу режима стальной конструкции соответствующей группе режима работы крана в целом.

Класс нагружения элемента конструкции характеризуется величиной коэффициента спектрального распределения действующих в элементе напряжений

, определяемого по формуле (2.4):

,                                                  (2.4)

где

- расчетное число циклов нагружения с частным уровнем

величины напряжений;     

- суммарное расчетное число циклов нагружения за срок службы элемента;     

- значения напряжений частных уровней;     

- значение наибольшего расчетного напряжения, действующего за срок службы элемента;     

- число уровней частных расчетных напряжений;     

- показатель наклона графика усталости (кривая Велера); для категорий концентрации напряжений элементов 8; 7-3 и 2-1 принимают соответственно

3, 4 и 6.

Пример определения группы режима элемента стальной конструкции - см. приложение В.

Другие системы классификации режимов.

В Российской Федерации до настоящего времени формально действуют стандарты, регламентирующие группы режима работы кранов (ГОСТ 25546 [15]) и их механизмов (ГОСТ 25835 [16]).

В действующей с 1993 г. редакции Правил Госгортехнадзора [25] начато внедрение стандарта ИСО 4301/1. При этом принято следующее соответствие стандартов, регламентирующих группы режимов механизмов:

В стандартах, регламентирующих группы режима работы кранов, имеет место следующее соответствие:

Следует иметь в виду, что в ГОСТ 25546 включен дополнительный класс нагружения Q0, соответствующий коэффициенту нагружения

0,063, и не предусмотренный стандартом ИСО 4301/1.

В редакцию Правил Госгортехнадзора 2000 г. [26] включены только стандарты ИСО.

Действующими до 1993 г. Правилами устройства и эксплуатации грузоподъемных кранов (см. например [24]) регламентированы только режимы работы механизмов - ручной (Р), легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т) и весьма тяжелый (ВТ). При этом режим работы крана в целом устанавливается по механизму главного подъема.

Для мостовых кранов могут быть приняты следующие соотношения между режимами работы по Госгортехнадзору и ИСО:

Более точное отнесение крана к той или иной группе режима требует расчетной проверки по показателям работы крана.

При отсутствии дополнительных данных за основу можно принимать записи в паспорте крана. В этом случае для режимов легкого, среднего и тяжелого рекомендуется принимать соответственно группы режима А2; А5 и А7.

Для механизмов кранов могут быть приняты следующие ориентировочные соотношения между режимами работы по Госгортехнадзору и ИСО:

      3 ОСНОВНЫЕ ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КРАНАМ

      3.1 Особенности технической и эксплуатационной документации

Основные нормативные документы, подлежащие учету при разработке проектов кранов.

Краны должны соответствовать требованиям действующих Правил Госгортехнадзора [25] и Правилам Устройства Электроустановок [27].

Конструкция крана должна также отвечать требованиям ГОСТ Р 51333-99* [21], включая также и требования, регламентированные нормами на условия хранения и транспортировки [23].

Следует учитывать также требования других действующих в РФ нормативных документов, ссылки на которые приведены в соответствующих разделах "Руководства".

Особенности технического задания на кран.

Минимальный объём сведений, указываемых в техническом задании, должен соответствовать объёму сведений, содержащемуся в приложении А. Кроме того, техническое задание должно содержать данные, поясняющие работу технологического комплекса производственного объекта в целом (чертежи, текстовые документы и т.д.) и требования, предъявляемые технологией выполняемых работ к конструкции крана, в том числе:

- производительность;

- характеристики транспортируемого материала и изделий;

- требования к сохранности транспортируемого материала;

- расположение органов управления краном;

- требования к грузозахватному органу и особенности его конструкции;

- предоставленные габариты в плане и по высоте для размещения крана;

- требования к автоматизации выполняемых работ.

Опросный лист.

Изготовителю крана следует разработать опросный лист, в котором для заказчика предусматривается возможность выбора (в определенных пределах) вариантов скоростных показателей крана, форм конструктивного выполнения отдельных элементов крана (например, ребордных и безребордных ходовых колес, приводов переменного или постоянного тока и т.д.). Примерный перечень сведений, рекомендуемых к включению в опросный лист, приведен в приложении А.

В состав опросного листа целесообразно также включать, в качестве приложения, изложенные выше, в разделе 2, сведения, необходимые для оценки режима (групп режима) работы крана, включая и пример определения группы режима.

Состав и содержание документации, подлежащих предоставлению совместно с краном.

Совместно с краном изготовитель крана предоставляет заказчику результаты проверок, полученные при приемо-сдаточных испытаниях, которым должен подвергаться каждый кран.

Рекомендуемый перечень показателей, регистрируемых при испытаниях, для передачи изготовителем заказчику приведен в приложении Г.

В состав Инструкции по эксплуатации крана рекомендуется включать сведения, способствующие повышению безопасности работы крана (Приложение Д).

В состав поставляемой с краном документации рекомендуется также включать форму хранящегося при паспорте крана журнала для регистрации показателей, характеризующих фактическое состояние крана, для последующей передачи этих сведений изготовителю крана.

Примерный перечень подлежащих регистрации показателей приведен в приложении Е.

Установка кранов и установочный чертеж крана.

Изготовителю крана рекомендуется, с использованием исходных материалов заказчика, разработать установочный чертеж крана, который должен быть приложен к паспорту крана при пуске последнего в эксплуатацию. Пример установочного чертежа и указания по установке кранов в производственных зданиях - см. Приложение Ж

      3.2 Требования к монтажу крана.

Конструкция крана должна обеспечить как минимальную трудоемкость монтажа как крана при его установке, так и монтажа и демонтажа его отдельных узлов и элементов при ремонтах (том числе и при использовании для этих целей стреловых самоходных кранов).

Монтаж крана и его частей (сборка и разборка) должен проводиться с помощью стандартного инструмента и приспособлений. В случае использования нестандартных инструмента и приспособлений они должны поставляться совместно с краном по требованию заказчика.

Соединение монтажных марок рекомендуется выполнять с помощью болтовых соединений или на закладных пальцах.

В соединениях следует предусматривать дополнительные элементы (устанавливаемые с напряженной посадкой болты, заточки у фланцевых соединений, приварные упоры и т.п.), точно фиксирующие взаимное положение частей и узлов конструкций при сборке крана.

На элементах конструкций следует предусматривать марки, позволяющие при сборке (и при последующих ремонтах) контролировать взаимное положение частей конструкций.

      3.3 Лестницы, площадки, средства защиты

Лестницы и площадки, защитные кожухи и ограждения.

Обе пролетные балки моста и концевые балки крана должны быть по всей длине оборудованы площадками обслуживания, снабженными с внешних сторон ограждениями.

Ширину свободного прохода по площадкам рекомендуется предусматривать не менее 600 мм.

Лестницы, устанавливаемые на кране, рекомендуется выполнять с шириной ступеней не менее 600 мм.

Защита от запыления и перегрева.

На кранах, работающих в условиях повышенного запыления, следует предусматривать установку обдувочных компрессоров со шлангами. У ходовых колес крана и тележки следует устанавливать щетки для удаления пыли с рельсов.

Конструктивное выполнение элементов металлоконструкций и механизмов, а также их сопряжений, должно исключать образование карманов и других открытых полостей, в которых могут скапливаться частицы пыли.

Для предотвращения попадания в полости конструкций пыли, предусматриваемые в элементах конструкции, окна рекомендуется закрывать съемными крышками, снабженными уплотнительными прокладками.

Элементы стальных конструкций, находящиеся в зоне интенсивного теплового облучения, должны быть защищены легкосъемными экранами. Последние рекомендуется располагать с зазорами не менее 60 мм от конструкций.

      4 ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И РАСЧЕТА НЕСУЩИХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

      4.1 Общие положения

При проектировании, выполнении и расчете стальных конструкций грузоподъемных кранов металлургических предприятий рекомендуется использовать нормативы и литературные источники, в которых содержатся материалы, распространяющиеся на крановые конструкции, а также и на строительные и т.п. конструкции (см. [29, 32, 51, 84, 90-92]).

В настоящем "Руководстве" излагаются основные указания и требования, которые рекомендуется учитывать при разработке и расчете несущих стальных конструкций кранов интенсивного использования, предназначенных для использования в металлургической промышленности, и дополняющие сведения, известные из перечисленных выше источников.

Проект стальной конструкции должен разрабатываться, исходя из требований технологического процесса изготовления крана, обеспечивающего заданные механические качества сварных соединений для ожидаемых условий использования крана, в сочетании с минимально возможными уровнями сварочных деформаций конструкции и возникающих в элементах конструкции сварочных напряжений.

      4.2 Соединения

Сварные соединения

Рекомендации по выполнению сварных соединений и по контролю их качества - см. [29, 33, 43, 79, 103].

Сварные швы основных несущих элементов конструкций, эксплуатируемых в условиях группы режима А8, рекомендуется подвергать дополнительной обработке (механическая обработка, заглаживание шва механическим инструментом, поверхностным наклепом, или, что более целесообразно, аргонно-дуговой обработке, и т.п.).

Указания по механической обработке сварных швов - см. [48]. Выбор конкретного метода дополнительной обработки определяется при разработке технологического процесса изготовления конструкции [90, 91].

Применение прерывистых швов допускается только в соединениях слабонагруженных, нерасчетных элементов.

Болтовые соединения.

В несущих конструкциях кранов для скрепления сдвигающихся один относительно другого элементов применяют сдвигоустойчивые соединения фрикционные на высокопрочных болтах, или на болтах, устанавливаемых в отверстия из-под развертки.

Примечание. Фрикционно-срезные соединения, с восприятием части действующих нагрузок за счет сил трения, и другой части - за счет непосредственного контакта стержня болта с поверхностью гнезда, для использования в несущих конструкциях не рекомендуются.

Для фрикционных соединений применяют высокопрочные болты, устанавливаемые с обязательным контролем натяжения. Должна быть обеспечена возможность доступа к болтам для контроля их натяжения в процессе эксплуатации.

Соединения с болтами, устанавливаемыми из-под развертки, часто применяют для точной фиксации соединяемых элементов конструкции.

Для слабо нагруженных элементов допускается применять болты по ГОСТ 7817 класса точности А [5], устанавливаемые с радиальным зазором в 0,2-0,5 мм. Однако, для ответственных соединений рекомендуется устанавливать болты с посадкой, исключающей возникновение таких зазоров (например, Н7/р6).

Проверку соединяемых элементов на прочность производят по их ослабленному отверстиями сечению.

Указания по выполнению и расчету соединений - см. [29, 32, 82, 91].

      4.3 Материалы

Для изготовления несущих элементов стальных конструкций следует применять стали, пригодные для сварки промышленными методами, и обладающие следующими механическими характеристиками в диапазоне рабочих температур крана:

- предел текучести не ниже 240 МПа;

- относительное удлинение

5 не ниже 18%;

- ударная вязкость не ниже 29 Дж/см

.

В грузоподъемных кранах предусмотрено использование сталей и сварочных материалов марок, включенных в РД 24.090.52-90 [42].

В соответствии с действующим положением, применение материалов других марок (или тех же материалов, но для не предусмотренных этим РД условий), по действующему в настоящее время положению, должно быть согласовано с головной краностроительной организацией.

В случае использования материалов, не предусмотренных указанным РД, а также при поставке кранов за рубеж, для предварительной оценки возможности применения материала при различных температурах окружающей среды можно воспользоваться методиками, принятыми в ряде зарубежных и международных норм, например, в Правилах FЕМ 1.001 [59].

Должна быть обеспечена нормированная работа удара материала J (проба с V-образным надрезом) в 27 Дж в диапазоне температур от плюс 20 до минус 40

°

С при определенном числе суммы баллов

, устанавливаемых в зависимости от температуры эксплуатации, а также показателей материала и концентрации напряжений в соединении (таблицы 4.1 и 4.2).

Таблица 4.1 - Значения баллов для выбора материала

N п.п.	Показатели
1	Температура, ( ° С) при эксплуатации крана	0	0
		-20 0	1
		-40 -20	2
		-50 -40	4
2	Предел текучести , МПа	300	0
		300 460	1
		460 700	2
		700 1000	3
		1000	4
3	Толщина материала, мм	10	0
	Эквивалентная толщина для сплошных элементов	10 20	1
		20 50	2
		50 100	3
	, для ;	100	4
4	Группа сварного соединения по степени концентрации, см. приложение К.	1-2	0
		3-4	1
		5-6	2
		7-8	3

Таблица 4.2 - Температура проверки ударной вязкости, устанавливаемая в зависимости от суммы баллов

Сумма баллов по таблице 4.1	3	4 6	7 9	10
Температура проверки ударной вязкости, ° С	+20	0	-20	-40

Не сварные элементы, в том числе крепежные изделия, должны изготавливаться из материалов, обладающих следующими механическими характеристиками в диапазоне рабочих температур крана:

- относительное удлинение

не ниже 12%

- ударная вязкость не ниже 29 Дж/см

.

Применяемые для изготовления сварных элементов конструкций материалы должны в обязательном порядке проходить входной контроль в соответствии с требованиями РД 24.090.100-99 [44].

      4.4 Сортамент

Вне зависимости от величины расчетных напряжений, толщины несущих элементов стальных конструкций не должны быть менее следующих значений:

- пояса пролетных балок - 12 мм;

- стенки пролетных балок - 6 мм; для кранов режимной группы А6-А8, а также для балок, подвергающихся при работе крана интенсивному нагреву - не менее 8 мм;

- пояса и стенки концевых балок - 10 мм;

- диафрагмы и продольные и поперечные ребра жесткости - по толщине стенок, но не менее 6 мм.

Несущие конструкции из профильного проката (например, шахты кабин) - угловые профили 125x25x10, швеллеры N 16.

Элементы ограждений, лестницы и другие вспомогательные элементы не следует выполнять из элементов с толщиной стенок менее 4 мм.

Несущие элементы конструкции не следует выполнять из элементов, изготовленных способом холодной гибки (гнутых профилей).

Для настилов площадок, галерей, и ступеней лестниц кранов, эксплуатируемых в помещениях с высоким уровнем запыленности, рекомендуется применять перфорированные листы. При этом не следует использовать листы из просечно-вытяжной стали, не обладающие необходимой механической прочностью при действии характерных для кранов вибрации и динамических нагрузок.

      4.5 Рекомендации по проектированию и выполнению элементов стальных конструкций

Основные размерные соотношения.

Отношение высоты сечения пролетной балки моста

к пролету

не должно быть менее 1:18 в соответствии с рисунком 4.1.

Рисунок 4.1 - Основные размеры пролетной балки

Отношение длины балки к ее ширине должно приниматься в пределах

60

, но не более:

;

где

- напряжение в поясе балки от действия собственного веса и вертикальной подвижной нагрузки;     

- то же, от действия горизонтальной нагрузки.

Для пролетных балок кранов пролетом более 12 м должен быть предусмотрен строительный подъем, равный в сумме 100% прогиба балки от ее собственного веса и 50% прогиба от подвижной нагрузки.

Размеры опорной базы (для 4-колесных кранов по осям колес, для многоколесных кранов по осям крайних балансиров) не должны быть менее 1/6 пролета крана.

Рекомендуется, в особенности при скоростях передвижения кранов свыше 1,5 м/с, увеличивать размеры опорной базы до 1/5 пролета.

Выполнение отдельных элементов коробчатых балок мостов.

Верхние кромки диафрагм и поперечных ребер должны быть обработаны механически или с помощью плазменной резки для плотного примыкания к верхнему поясу пролетной балки. Диафрагмы и ребра должны быть приварены к поясам и стенкам двухсторонними швами, за исключением участка верхнего пояса протяженностью:

,

где

- ширина подошвы рельса;     

- толщина пояса, на котором приварка не предусматривается в соответствии с рисунком 4.2.

Рисунок 4.2 - Схема опирания рельса на диафрагму

При этом достаточность толщины верхних кромок должна быть подтверждена расчетом; в случае необходимости диафрагмы и ребра должны быть усилены приваркой двухсторонних или односторонних накладок, толщину каждой из которых следует принимать не менее 6 мм.

Продольные ребра жесткости должны быть проведены без перерывов через предусмотренные в диафрагмах окна.

Нижние кромки коротких (промежуточных) поперечных диафрагм (ребер) следует приваривать к продольным ребрам.

Высокие поперечные диафрагмы и поперечные ребра жесткости не следует доводить до растянутого пояса на расстояние от 4 до 6 толщин пояса.

Для кранов режимных групп А7-А8 продольные ребра рекомендуется выполнять из швеллеров или угловых профилей, приваренных к стенкам кромками полок.

Для кранов группы режима А8 рекомендуется нижние кромки диафрагм и поперечных ребер жесткости выполнять с переходными участками в соответствии с рисунком 4.3, что должно снизить уровень концентрации напряжений в зоне обрыва диафрагм.

     Рисунок 4.3 - Пример выполнения нижних кромок диафрагмы

У кранов групп режима А7-А8 подтележечные рельсы следует устанавливать на подкладочные полосы толщиной не менее 10 мм, приваренные к верхнему поясу по всей его длине сплошными швами. Скрепление отрезков рельсов между собой - при помощи сварки, или разъемное, посредством типовых болтовых накладок.

К поясу балки (подкладочной полосе) рельсы должны крепиться с помощью закрепляемых на болтах прижимов.

Концевые балки мостов кранов рекомендуется выполнять неразрезными, с креплением к пролетным балкам при помощи болтовых монтажных соединений.

Это требование не распространяется на мосты, у которых концевые балки опираются непосредственно на балансирные тележки. При этом балки соединяют между собой посредством шарнирных тяг.

При ступенчатых концах пролетных балок их следует очерчивать в соответствии с рисунком 4.4, причем должны быть выдержаны указанные на рисунке соотношения.

    ;

.

     Рисунок 4.4 - Концевой участок пролетной балки

Не допускается выполнение вырезов (переходов угловых элементов) с острыми входящими углами, вне зависимости от величины и вида действующих в элементе напряжений. В том случае, если не предусмотрены специальные накладные усиления, эти углы следует скруглять радиусами

не менее 0,1В, где В - ширина выреза в свету в соответствии с рисунком 4.5. Это же относится и к вырезам с окантованными приварными полосами кромками.

Рисунок 4.5 - Выполнение вырезов в листовых элементах

В месте обрыва листов усиления балочных элементов должен быть предусмотрен плавный переход к основному металлу. Планки и др. т.п. элементы следует крепить к основному элементу с помощью швов, расположенных перпендикулярно действующим на основной элемент усилиям, а при необходимости - также и фланговыми швами. Поперечные фланговые швы рекомендуется не доводить до краев основных элементов.

Кронштейны, поддерживающие площадки обслуживания, кабины управления, механизмы передвижения, площадки, несущие аппаратные помещения, должны крепиться непосредственно к поясам балок, или к соединяющим верхний и нижний пояса внешним вертикальным стойкам или ребрам. Крепление кронштейнов непосредственно к стенкам допускается только в тех случаях, когда гарантируется точное, в пределах ±3 мм, совпадение оси кронштейна с осью диафрагмы балки.

При толщине соединительных фланцев

, превышающей в 2 и более раз толщину

примыкающих к ним элементов, должны быть предусмотрены проставки с пологим (порядка 1:5) переходным скосом в соответствии с рисунком 4.6.

Рисунок 4.6 - Узел примыкания фланца

Контактирующие между собой поверхности фланцев должны быть механически обработаны.

Для фланцев соединений, работающих на изгиб или растяжение, следует применять материал с гарантированным механическими качествами в направлении, перпендикулярном направлению прокатки [52, 91].

Установка ходовых колес.

Предусматриваются 3 возможных варианта установки ходовых колес моста крана и грузовой тележки: на съемных угловых буксах, на вварных косых буксах со съемными крышками и на цилиндрических буксах с фланцевым болтовым креплением корпуса буксы к стенке балки.

Для мостов кранов группы режима А8 рекомендуется применять установку колес на косых буксах со съемными крышками; допускается применять установку на угловых буксах.

Недостатком последних является невозможность расточки посадочных мест концевой балки.

Цилиндрические буксы следует применять на кранах режимных групп не выше А5, когда нет необходимости относительно частой замены ходовых колес.

Шарнирные соединения.

В шарнирных соединениях элементов и узлов металлических конструкций, включая и узлы подсоединения балансиров ходовых частей, следует предусматривать возможность их разборки и сборки в процессе эксплуатации для ревизии и ремонта, в том числе и для замены втулок и других подвергающихся в процессе эксплуатации износу элементов.

Для защиты соединений от их загрязнения в процессе эксплуатации следует предусматривать установку защитных уплотнений.

В узлах с регулярным взаимным проворотом на ограниченный угол (например, подсоединения балансиров ходовой части к концевым балкам), рекомендуется предусматривать смазку подшипников (пар трения) дисульфитомолибденовыми смазками [94, 95].

Следует предусматривать возможность разборки и сборки соединений в процессе эксплуатации для ревизии и ремонта. Рекомендуется в этих узлах устанавливать подшипники сухого трения из синтетических материалов.

При расчете шарнирных соединений величину расчетного удельного давления определяют без учета коэффициентов перегрузки и динамических воздействий.

Для обычно применяемых соединений "сталь по стали" рекомендуется значение допускаемого давления принимать:

    ,                                                                    (4.1)

где

- расчетное сопротивление местного смятия в цилиндрических шарнирах (цапфы), см. ниже, табл.4.4.     

- коэффициент, учитывающий подвижность соединения.

При полном исключении взаимного проворота соединяемых элемента

1,0; при возможности эпизодического проворота

0,50 и при регулярном провороте - 0,20.

Допустимые отклонения несущих элементов.

Предельно допустимые отклонения формы и геометрических размеров несущих элементов стальных конструкций не должны превосходить значений, приведенных в приложении И.

Рекомендуется, чтобы без нагрузки все ходовые колеса грузовой тележки взаимодействовали с подтележечными рельсами. Допускаемый зазор между поверхностью катания колес и головками рельсов не должен превосходить 1/3000 колеи тележки, но не более 1 мм.

      4.6 Основные положения расчета элементов стальных конструкций

Метод расчета.

Расчет стальных конструкций следует производить по методу предельных состояний.

Предусматриваются два основных предельных состояния.

Первое предельное состояние - исчерпание несущей способности элементов конструкции по критериям статической прочности материала, сопротивления усталости, устойчивости против выпучивания.

Соответствующее условие в обобщенной форме:

    ,                                                                     (4.1)

где

- действующее в элементе конструкции напряжение;     

- расчетное сопротивление материала;     

- коэффициент условий работы, учитывающий возможные отклонения расчетной модели от реальной конструкции; рекомендуемые значения коэффициента

приведены ниже в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Рекомендуемые значения коэффициентов условий работы

Наименование узла, элемента	Конструктивные особенности узла	Части узла, элемента
Коробчатые пролетные балки	Расположение рельса по оси верхнего пояса	Стенки, пояса, диафрагмы	0,85-0,95
		Элементы примыкания к концевой балке	0,75-0,85
Коробчатые концевые балки	Центральная часть балки	Стенки, пояса	0,80-0,90
	Концевые части и надбуксовые участки	Стенки, пояса, надбуксовые участки	0,60-0,80
Рамы грузовых тележек	Четырехопорная рама	Пояса, стенки, несущий настил	0,70-0,90
Кронштейны галерей и площадок пролетных и концевых балок, грузовых тележек	Консольные кронштейны	Кронштейны	0,70-0,80
Примечание - Меньшие значения принимают при использовании "традиционных" методов расчета, большие - машинного расчета с использованием МКЭ (метода конечных элементов), или результатов экспериментов.

Второе предельное состояние - возникновение статических и динамических деформаций, препятствующих нормальной работе крана (в том числе вибрационных перемещений, неблагоприятно влияющих на обслуживающий персонал).

Соответствующее условие в обобщенной форме:

    ,                                                                  (4.2)

где

- расчетная деформация;     

- допускаемая деформация (исходя из требований точности работы крана, недопущения чрезмерных динамических перемещений элементов конструкции и т.д.).

Условия расчета.

Не допускается работа элементов конструкций в пластической стадии, а также при потере ими устойчивости.

При расчетах предполагается, что несущая стальная конструкция крана выполнена в соответствии с требованиями, изложенными в п.4.3 настоящего документа.

Расчетные сопротивления материала

При расчетах по первому предельному состоянию, по критерию статической прочности материала, расчетные сопротивления принимают в соответствии с таблицей 4.4.

Таблица 4.4 - Расчетные сопротивления проката и труб

Напряженное состояние		Расчетное сопротивление
Растяжение, сжатие и изгиб	По пределу текучести
	По временному сопротивлению
Сдвиг
Растяжение в направлении толщины проката (до толщины 60 мм)
Смятие местное в цилиндрических шарнирах (цапфах) при плотном касании*
Смятие торцевой поверхности (при наличии пригонки)
Примечание - - нормативное сопротивление материала по пределу прочности;         - нормативное сопротивление материала по пределу текучести;         - коэффициент надежности по материалу; обычно 1,025-1,10.        Эти величины принимают по нормам проектирования и расчета строительных стальных конструкций.

Способы выполнения расчетов.

Соответствующие расчеты в общем случае выполняются с использованием методов строительной механики и сопротивления материалов; при необходимости могут быть использованы методы теории упругости (в том числе и машинные расчеты, базирующиеся на применении метода конечных элементов), а также экспериментальные методы.

Указания по расчету элементов балок на устойчивость, элементов стальных конструкций на сопротивление усталости и подтележечных рельсов, учитывающие особенности интенсивно эксплуатируемых кранов для предприятий металлургии, приведены в Приложении К.

Расчеты в соответствии с указаниями этого приложения не исключают целесообразности выполнения в необходимых случаях уточненных расчетов, а также проведения экспериментальных исследований.

      4.7 Классификация учитываемых в расчетах нагрузок и воздействий

Подлежат учету следующие нагрузки:

а) собственный вес конструкции крана и веса находящихся на кране людей и оборудования;

б) вес транспортируемого краном груза;

в) вертикальные динамические нагрузки от работы механизма подъема груза;

г) динамические вертикальные нагрузки, возникающие при проходе колес крана по неровностям путей;

д) горизонтальные динамические нагрузки, возникающие при пуске-торможении механизма передвижения крана и грузовой тележки;

е) горизонтальные динамические нагрузки, возникающие при взаимодействии крана с тупиковыми упорами или с буферами смежного крана (буферный удар);

ж) горизонтальные нагрузки на ходовые колеса крана, действующие вдоль оси колеса (осевые нагрузки), и возникающие преимущественно вследствие отклонения направления движения крана от оси кранового рельса;

з) ветровые нагрузки нерабочего состояния.

В случаях, предусмотренных техническим заданием на кран, учитывают нагрузки, возникающие при испытаниях крана, технологические, транспортные, монтажные и сейсмические. Если техническим заданием на кран предусмотрена возможность существенного местного нагрева отдельных элементов несущей конструкции от теплового воздействия технологического оборудования, рекомендуется выполнить соответствующую проверку на возникающие при этом, как следствие тепловых деформаций, напряжения [91]. При этом в необходимых случаях учитывают возникающую при действии тепловых воздействий статическую неопределимость конструкции.

При расчетах обычно не учитывают неравномерность распределения нагрузок на ходовые колеса кранов, возникающую вследствие высотных отклонений в укладке крановых рельсов и неравномерной осадки подкрановых балок, а также погрешностей при изготовлении крана. Однако, при сверхнормативных отклонениях в точности укладки путей и отклонений от расположения осей ходовых колес крана в одной плоскости, эту неравномерность следует учитывать [75, 83]. По данным к.т.н. Банных Г.М., отклонения от равномерного распределения нагрузок могут достигать 25-30%. Очевидно, что краны с относительно малыми пролетами (до 12,5-19,5 м) более чувствительны к влиянию отклонений. В то же самое время, для кранов с опиранием пролетных балок мостов непосредственно на балансирные ходовые тележки, характерна весьма малая чувствительность к указанным выше неблагоприятным факторам. При этом связь между торцами пролетных балок осуществляют посредством шарнирных тяг, или жестко прикрепленных податливых на изгиб соединительных балок.

Примечание.

Нагрузка от веса груза считается приложенной к центру тяжести последнего; нагрузки на другие элементы прикладываются к указанным элементам с учетом характера распределения масс в этих элементах.

      4.8 Значения расчетных нагрузок и их сочетания

Весовые нагрузки.

Весовые нагрузки учитывают с коэффициентами перегрузки, относимыми к весу элемента крана (

) или груза (

). Значения коэффициентов перегрузки определяют на основании статистических данных, а при их отсутствии или неполноте допускается использовать приведенные ниже указания.

Для нагрузок от собственного веса конструкции, людей и ремонтного оборудования допускается принимать

1, за исключением случаев монтажа и транспортировки, когда следует принимать

1,2.

Значения нагрузок от находящихся на кране людей принимают по данным таблицы 4.5.

Таблица 4.5 - Весовые нагрузки от людей и носимого ремонтного оборудования

Элементы конструкции	Величина и характер приложения нагрузки	Примечание
Площадки, проходные галереи	3 кН, распределяющаяся на площадке 0,2х0,2 м	Может быть приложена в любом месте
Ограждения площадок	Вертикальная сосредоточенная нагрузка - 1,5 кН; горизонтальная - 0,6 кН	То же
Ступени лестниц, монтажные скобы, элементы крепления лестницы	Вертикальная сосредоточенная 1,2 кН	При высоте лестниц более 3 м - две нагрузки по 1,0 кН, действующие на расстоянии 1,5 м друг от друга
Кабины управления	1 кН - в кресле крановщика плюс распределенная нагрузка в 4 кН/м по площади пола

Коэффициенты перегрузки по весу груза.

Коэффициенты перегрузки по весу груза

, соответствующие номинальной грузоподъемности крана, для крюковых кранов принимают по таблице 4.6.

Для испытательного груза следует принимать

1,0.

Таблица 4.6 - Значения коэффициентов перегрузки по весу

груза для крюковых кранов.

Для кранов с механизированными захватными приспособлениями, в том числе с грейферами и грузоподъемными магнитами, коэффициенты перегрузки

назначают с учетом особенностей условий их действия; при отсутствии необходимых данных допускается использовать приведенные в таблице 4.6 значения.

Динамические нагрузки, возникающие при работе механизма подъема груза крана.

Эти нагрузки (

) допускается определять по эмпирической формуле (4.3):

,                                                          (4.3)

где

- вес груза;     

- вес грузовой подвески и других элементов, перемещающихся совместно с грузом;     

- динамический коэффициент, определяется по графику в соответствии с рисунком 4.7 в зависимости от скорости подъема груза

, м/с и особенностей привода механизма подъема;     

- корректирующий коэффициент, учитывающий особенности выполнения операций с грузами некоторых видов; значения

принимают по таблице 4.7.

1 - короткозамкнутый привод без регулирования; 2 - привод с ограниченными пределами регулирования (~1:4); 3 - привод с глубоким регулированием.

Рисунок 4.7 - Расчетные динамические коэффициенты при работе механизма подъема груза

Таблица 4.7 - Примерные значения корректирующего коэффициента

Захватный орган	Характер изменения нагрузки на механизм подъема груза	Перемещаемый груз (пример)
Крюк (в т.ч. и с навесным захватом)	Весьма плавное нарастание вследствие высокой податливости груза	Металлическая стружка	0,60
	Постепенное увеличение вследствие неодновременного отрыва всей опорной поверхности груза от основания	Металлопрокат	0,80
	Резкое нарастание в результате одновременного отрыва груза от основания	Литейные изложницы при подъеме с металлического пола	1,5
Грейфер канатный или моторный	Относительно плавное нарастание (отсутствие резких толчков и защемления грейфера)	Насыпные грузы; уложенный в штабель лес	1,2
	Возможность резкого увеличения вследствие толчков при работе, защемления грейфера или груза	Груз, находящийся в воде или в колодце	1,6
Грузоподъемный магнит	Постепенное нарастание в условиях, исключающих притягивание груза к основанию или сцепление частей между собой	Стальные детали, уложенные на неметаллическое основание; разделанный металлом	1,2
	Ограниченное увеличение вследствие частичного притягивания груза к основанию или сцепления частей груза между собой	Стальные детали, уложенные на металлическую решетку; пачки листового материала	1,6
	Резкое увеличение нагрузки в результате интенсивного притягивания груза к основанию или при сцеплении частей груза между собой	Стальные детали, уложенные на массивное сплошное стальное основание; пачки листов при отсутствии регулирования магнитного поля	1,9
Примечание - Для остальных грузов и видов операций величину допускается принимать равной 1,0, если не имеется каких-либо других экспериментальных или расчетных данных.

Вертикальные динамические нагрузки вследствие прохода крана по неровностям пути.

Нагрузки

, действующие на элемент конструкции весом

, вследствие прохода колес крана по местным неровностям кранового рельсового пути определяют по формуле (4.4):

,                                                                    (4.4)

где

- коэффициент толчков, определяется по таблице 4.8.

Таблица 4.8 - Значения коэффициента толчков

Выполнение стыков рельсов	Стыки на болтовых накладках и не скрепленные	Сварные механические обработанные стыки
Скорость передвижения, м/с	До 0,33 вкл.	До 0,50 вкл.	0,1
	Св.0,33 до 1,0 вкл.	Св. 0,50 до 1,60 вкл.	0,2
	Св.1,0 до 1,25 вкл.	Св. 1,60 до 2,5 вкл.	0,3
	Св.1,25 до 2,0 вкл.	Св.2,5	0,4

Примечания.

1) При определении

веса элементов, поддерживаемых канатами (груз, грузовая подвеска и др.) не учитывают.

2) Рекомендации относятся к путям, выполненным в соответствии с требованиями ПБ 10-382-00. Если отклонения (зазоры в стыках, разница в высоте торцов стыков) могут превысить значения предусмотренных этими нормами предельных отклонений, допускается определять динамические нагрузки в соответствии с методикой стандарта ФРГ DIN EN 13001-2 [57], см. также Приложение К.

Горизонтальные динамические нагрузки, возникающие при пуске-торможении механизма передвижения крана и грузовой тележки.

Нагрузку (

), действующую на элемент конструкции и груз массой

, определяют по формуле (4.5):

,                                                                 (4.5)

где

- расчетное замедление крана (тележки) при торможении или ускорение при пуске; величина

определяется в соответствии с приведенными ниже, в разделе 6, указаниями.

При расчете несущей конструкции моста (пролетных и концевых балок) на действие горизонтальных динамических нагрузок следует принимать, что осевые реакции

на ходовых колесах, возникающие от действия динамических нагрузок

воспринимаются ходовыми колесами только одной (любой) из сторон крана в соответствии с рисунком 4.8.

При этом, для случая передвижения крана осевые реакции считаются по формуле (4.6):

,                                 (4.6)

где

- база крана, для 4-колесных кранов по осям ходовых колес, для многоколесных кранов - по осям крайних балансиров;     

- пролет крана;     

- вес элемента

;     

- количество колес в балансире.

Для случая пуска - торможения механизма передвижения тележки принимают, что все осевые нагрузки (реакции) поровну распределяются между колесами одной из сторон крана.

Рисунок 4.8 - Примерная схема к расчету моста на горизонтальные нагрузки

Горизонтальные буферные нагрузки.

Горизонтальные динамические нагрузки (

), возникающие при взаимодействии крана с буфером тупикового упора, или с буферами смежного крана (буферный удар).

При скорости движения крана до 0,63 м/с включительно эти нагрузки допускается не учитывать.

При скоростях передвижения крана более 0,63 м/с горизонтальные динамические нагрузки определяют в зависимости от скорости взаимодействия буферов с препятствием и с учетом упругой характеристики буферов; определение величины нагрузки - см. Приложение Л.

Горизонтальные нагрузки на консольные части концевых балок и балансиры.

Для проверки консольных частей концевых балок и элементов балансиров ходовых частей осевую нагрузку на ходовые колеса

допускается определять по эмпирической формуле (4.7);

,                                                  (4.7)

где

- нормативная вертикальная нагрузка на ходовое колесо;     

- скорость передвижения крана, м/с.

Принимаемые в расчет значения осевых нагрузок (реакций), определенные по формулам (4.6 и 4.7) не должны превосходить 20% от наибольшей вертикальной нагрузки на ходовое колесо крана, а для кранов с жестким подвесом груза - 30%.

Нагрузку

учитывают только при проверке консольных частей концевых балок и элементов ходовых частей, включая балансиры многоколесных кранов.

При существенных отклонениях в точности укладки крановых путей или погрешностях изготовления кранов возможно возникновение весьма больших значений осевых нагрузок [83]. Такие нагрузки при расчете кранов учету не подлежат. Вместе с тем, необходимо отметить, что при точно установленных ходовых колесах, например, в соответствии с принятой в Европе практикой [96], нагрузки могут быть ниже. Анализ нагрузок, возникающих при движении кранов, приведен в работе Лобова Н.А. [80]. В последнее время разработаны и реализованы системы регулирования действия механизмов передвижения крана, позволяющие практически исключить перекосы при движении кранов. Эти системы включают в себя датчики поперечного смещения крановых колес относительно путей, или датчики продольного положения ходовых частей крана. Путем сопоставления смещения противоположных сторон крана вырабатывается разностный сигнал, после преобразования поступающий к аппаратам управления двигателями механизма передвижения. Таким образом, осуществляется непрерывное выравнивание положения крана относительно рельсовых путей.

Ветровые и сейсмические нагрузки.

Ветровые и сейсмические нагрузки учитывают в соответствии с указаниями раздела 2.1.

Расчетные сочетания нагрузок.

Основные сочетания нагрузок, которые учитывают при расчете стальных конструкций кранов, приведены в таблице 4.9. Конкретные сочетания нагрузок для расчета назначаются с учетом особенностей конструкции крана и условий его эксплуатации.

Таблица 4.9 - Основные расчетные сочетания нагрузок

Вид проверки	N сочетания	Обозначение вида нагрузки, расчетного коэффициента.
Определение прогиба моста	1	1	1	-	-	-	-	-	-
Проверка на прочность по статическим характеристикам материала	2	1	1	1	1	-	-	-	-
	3	1	1	1	-	1	1	-	-
	4	1	1	1	1	-	-		1
	5	1	1	-	1	-	-	1	1
Проверка на сопротивление усталости	6	1	1	-	0,5	-	-	-	-
	7	1	1	-	-	0,5	-	-	-
	8	1	1	-	-	-	-	-	0,5
Примечания.     1. Для концевых участков концевых балок и ходовых частей - .   2. При каждом сочетании грузовая тележка должна устанавливаться в наиболее неблагоприятное для рассматриваемого элемента положение (положения); обязательное минимальное число положений - два, одно в центре пролета и одно в крайнем положении у концевой балки.     3. Принятые обозначения: 1 - учитывается полностью; 0,5 - учитывается на 50%; - не учитывается.

      5 ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И РАСЧЕТА МЕХАНИЗМОВ КРАНА

      5.1 Группы режима работы механизмов.

Классификационные группы режима работы механизмов принимают по стандарту ИСО 4301/1.

Эта же классификация используется и при расчетах и выборе узлов и элементов механизмов.

При отнесении механизма к классу нагружения следует учитывать как статические, так и динамические нагрузки.

Класс использования механизма назначают, исходя из числа циклов его работы за срок службы механизма до замены или до капитального ремонта.

При отсутствии дополнительных требований группы режимов механизмов могут приниматься в соответствии с таблицей Б.2 Приложения Б.

Примечание - Справочные данные по оценке числа часов работы в год для кранов некоторых типов приведены в приложении Б.

      5.2 Общие требования к устройству механизмов, действующих при выполнении транспортно-технологических операций

Основания, на которые устанавливают узлы механизмов, должны иметь механически обработанные поверхности. Должны быть предусмотрены элементы (упоры, установленные по напряженной посадке болты и т.п.), надежно фиксирующие эти узлы в горизонтальном направлении. Допускается установка узлов механизмов на приварные платики (плиты, подкладки) с механически обработанной поверхностью, и последующей приваркой этих платиков (плит) к основной конструкции. При этом регулировочные подкладки должны располагаться под приваренными платиками.

Крепление навесных редукторов должно обеспечивать компенсацию возможных погрешностей валов (эксцентриситеты, несоосности), на которых они установлены. Крепления редукторов должны быть рассчитаны на наибольшие нагрузки, возникающие при эксплуатации, в том числе возникающие вследствие толчков при движении кранов по неровностям путей, а также при пуске и остановке механизма передвижения, включая аварийную остановку.

Все узлы и элементы механизмов должны быть доступны для их осмотра и обслуживания без демонтажа с крана. Защитные кожухи должны открываться (разворачиваться, удаляться) для доступа к механизмам без применения каких либо инструментов или дополнительных приспособлений.

Валы и оси должны выполняться двухопорными (включая и части валов и осей, соединенные жесткими муфтами). Исключение допускается только в случае установки валов и осей на обладающие весьма большой жесткостью основания, и механической обработки за один проход посадочных поверхностей (гнезд осей, опорных поверхностей корпусов подшипников).

Болтовые соединения должны быть надежно защищены от самоотвинчивания. У соединений, размещаемых на вращающихся элементах (шкивы, зубчатые колеса и т.п.) следует применять стопорные приспособления с деформируемыми элементами (отгибные пластинки, корончатые гайки с разводными шплинтами и т.п.).

      5.3 Особенности выполнения отдельных элементов

Зубчатые передачи.

Зубчатые передачи рекомендуется выполнять в виде редукторов. Открытые передачи, в случае их применения, должны быть снабжены кожухами.

У механизмов групп режима М7-М8 корпусы редукторов должны быть изготовлены из стали - сварными, литыми или комбинированными, сварно-литыми.

Соединительные муфты.

Конструкция соединительных муфт должна обеспечивать в пределах, установленных соответствующими стандартами и техническими условиями на муфты, компенсацию как несоосности, так и взаимных перекосов соединяемых валов.

Применение муфт, компенсирующих погрешности только одного из этих видов (крестово-кулисные, зубчатые, шлицевые и т.п.) с одним подвижным сопряжением, допускается только при условии, что будет обеспечена необходимая точность и стабильность взаимного положения соединяемых валов, в том числе и при действии механизма.

Зубчатые муфты должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50895 [20]. Их ступицы должны изготавливаться с бочкообразными зубьями (переменной по длине зуба толщины).

При значительных перекосах соединяемых валов рекомендуется применять шарнирные (карданные) сочленения, например, по стандарту ФРГ DIN 15451 [56] (см. также Приложение М).

Втулочно-пальцевые упругие муфты (в том числе и по ГОСТ 21424 [13]) допускается применять только в механизмах групп режима не выше М3-М4.

Канатно-блочные системы.

При подвеске груза на нескольких раздельных ветвях канатов (или полиспастов) и отсутствии уравнительных балансиров должны быть предусмотрены средства для выравнивания натяжения в этих ветвях (полиспастах). В случае использования для этого винтовых или других регулируемых натяжек следует в каждую ветвь каната встраивать датчики, регистрирующие натяжения ветвей. Сигналы от датчиков поступают как к суммирующему аппарату, выдающему общее натяжение всех ветвей (полиспастов), так и должны использоваться для защиты отдельных ветвей от перегрузки.

Датчики также используются для предварительного выравнивания натяжения канатов.

В случае применения уравнительных балансиров (коромысел) должны быть предусмотрены средства, сигнализирующие о достижении балансирами предельного положения, вследствие неравномерной вытяжки канатов.

Диаметры барабанов и блоков механизмов групп режима М6-М8 рекомендуется выбирать в соответствии с таблицей 5.1, где

- отношение диаметра барабана, блока, замеренное по средней линии каната к диаметру каната. По сравнению с действующими нормами (ПБ 10-382-00) эти отношения увеличены, что имеет своей целью повысить долговечность и уровень безопасности канатов.

Таблица 5.1 - Рекомендуемые диаметры барабанов и блоков

Классификационная группа механизма	Коэффициенты выбора диаметров
	Барабанов	Блоков	Уравнительных блоков
М6	22,4	25,0	18
М7	25,0	28,0	18
М8	30,0	30,0	20

Должны применяться только нарезные канатные барабаны с навивкой канатов в один слой.

В тех случаях, когда при работе возможно ослабление канатов (например, у грейферных кранов), канавки барабана рекомендуется выполнять с увеличенной глубиной, а также предусматривать ролики для поджатия каната к барабану.

Барабаны должны изготавливаться только из стали. Для обечаек барабанов механизмов групп режима М7, М8 рекомендуется применять сталь повышенной износостойкости, термообработанную до твердости поверхности порядка 400 Н

.

В случае, когда в процессе эксплуатации крана возможен нагрев канатов на температуру свыше 100 °С (транспортировка расплавленного металла и т.п.) следует применять канаты с металлическим, асбестовым или другим устойчивым против нагрева сердечником.

При выборе канатов с металлическим сердечником, в случае отсутствия дополнительных сведений от производителя каната, разрывное усилие каната последнего рекомендуется снижать на 10% по сравнению с приведенным в каталоге (стандарте) усилием, подсчитанным, исходя из полного участия в работе каната металлического сердечника.

Канаты следует защищать от лучевого нагрева кожухами и экранами. Конструкция кожухов и экранов должна быть легкосъемной, для возможности регулярной проверки состояния канатов.

В том случае, если по условиям эксплуатации возможен нагрев канатов на температуру свыше 100 °С, на грузовой подвеске, в зоне действия нагрева, следует предусматривать размещение "свидетелей" - сменных отрезков канатов, изменение состояния которых под воздействием нагрева периодически контролируется службой эксплуатации производства.

Отклонения направления канатов от оси канавки барабана или ручья блока при нормальной эксплуатации механизма не должны превышать для механизмов групп режима соответственно М4-М6 - 3,5°; М7 и М8 - 2,5°. В предельных случаях значения углов могут быть увеличены на 1°, что, однако, отрицательно скажется на долговечности как каната, так и блоков.

Канатные блоки следует изготавливать из стали; для групп режима М7-М8; рекомендуется применять сталь повышенной прочности, и с поверхностной термообработкой.

Блоки рекомендуется изготавливать с профилем обода в соответствии с рисунком 5.1. Ориентировочные размеры профиля для некоторых диаметров канатов и соотношений

приведены в таблицах 5.2; 5.3.

Рисунок 5.1 - Рекомендуемый профиль канатного блока

Таблица 5.2 - Профиль ручья блока для отношения

25:1

Таблица 5.3 - Профиль ручья блока для отношения

30:1

Примечания.

1. Для других отношений

размеры элементов профилей блоков определяются путем интерполяции.

2. При использовании блоков по таблицам 5.2; 5.3 предельно допустимые значения углов отклонений каната, приведенные в п.5.2, следует уменьшать на 30%.

На грузовых тележках литейных и других кранов с основным и вспомогательными подъемами рекомендуется предусмотрены* элементы (гнезда, упоры и т.п.) для предотвращения свободного раскачивания поднятой в верхнее положение подвески главного подъема. Такое раскачивание имеет место при движении крана и тележки при обычно более частой работе механизма вспомогательного подъема, и неблагоприятно сказывается на долговечности каната главного подъема.

Тормозные системы.

Механические тормоза, как правило, должны использоваться для фиксации элементов механизмов после их остановки (или значительного снижения скорости движения) за счет тормозящего действия электрических приводов (стопорное торможение).

Для тормозов механизмов подъема груза значение запаса торможения следует принимать не менее 1,5, предусмотренного требованиями ПБ 10-382-00.

При этом, для служебных тормозов, в случае оснащения механизма только одним тормозным устройством, запасы торможения для групп режима М5-М6; М7 и М8 должны приниматься не менее 1,75; 2,0 и 2,5 соответственно.

Служебные тормоза всех механизмов подъема групп режима М6-М8 следует проверять на нагрев (см. [63]).

При установке шкива тормоза на вал редуктора диаметр вала редуктора следует принимать равным или большим диаметру вала двигателя, взаимодействующего с данным редуктором.

Тормозное устройство механизма передвижения тележки (механическое или электрическое) должно быть рассчитано на момент, равный 40% номинального момента приводного электродвигателя этого механизма.

При отсутствии дополнительных требований служебные тормоза механизма передвижения крана должны обеспечивать остановку крана на пути, длина которого в метрах численно равна 10% скорости передвижения крана с номинальным грузом в м/мин.

Действие тормозов механизмов передвижения тележки и крана не должно приводить к проскальзыванию ходовых колес.

Привод тормозов - от электромагнитов постоянного тока; катушки тормозов должны выбираться с запасом по току (при 40% ПВ) не менее 1,3. По согласованию с заказчиком допускается применение тормозов с электрогидротолкателями.

Тормозные шкивы должны изготавливаться из сталей с характеристиками не ниже марки Сталь 45, коваными, сварными или литыми. Поверхностная твердость шкивов - не ниже 35 - 45HRC.

В шарнирных сочленениях тормозов следует применять пальцы (оси) из закаленной стали в сочетаниями с антифрикционными втулками или вкладышами.

На тормозах рекомендуется предусматривать устройства (датчики), сигнализирующие о достижении износом фрикционных обкладок предельно допустимого значения.

Ходовые колеса.

В кранах групп режима А6-А8 и их грузовых тележках должны применяться двухребордные колеса, или, по требованию заказчика, безребордные в сочетании с горизонтальными направляющими роликами, взаимодействующими с боковыми поверхностями головок крановых рельсов [66, 77]. Применения роликов, взаимодействующих непосредственно с направляющей, закрепленной на балке крановых путей, следует избегать.

В кранах и их грузовых тележках должны применяться колеса по ГОСТ 28648-90 [18].

Ширина поверхности катания

двухребордных ходовых колес крана должна на 25-30 мм превышать ширину головки рельса

в соответствии с рисунком 5.2. Для колес грузовой тележки эта разница может быть уменьшена до 20 мм. Для безребордных колес ширину поверхности обода следует принимать равной ширине двухребордного колеса.

Рисунок 5.2 - Установка ходового колеса на рельс

Смазка.

Все подшипниковые узлы, включая и узлы шарнирных соединений, должны быть доступны для разборки и очистки при замене смазки.

К каждому из установленных вне редукторов подшипников качения должна подводиться смазка от индивидуального подающего устройства (шариковая масленка, клапан смазочной установки и т.д.).

У механизмов группы режима М8 следует предусматривать централизованную смазку (с ручным или приводным нагнетателем); для механизмов групп режима М7 и ниже, централизованную смазку предусматривают по согласованию с заказчиком.

По согласованию с заказчиком и при соответствующем конструктивном исполнении подшипникового узла и выборе марки смазки, допускается выполнять подшипниковые узлы без дополнительного подвода смазки (годовая смазка).

По запросу заказчика ходовая часть крана должна быть оборудована устройствами для нанесения смазки на реборды ходовых колес, например, брикетированной смазки марки МЭ-22.

Примечание. По данным некоторых металлургических предприятий, регулярная смазка реборд повышает долговечность ходовых колес кранов в два раза [105].

Стандартные подшипники качения закрытого типа (с защитными шайбами) могут применяться только при оснащении узла дополнительными уплотнениями.

При этом у кранов, устанавливаемых в помещениях с запыленной атмосферой, контактные уплотнения (войлочные сальники, манжетные уплотнения и пр.) должны быть дополнительно защищены внешними бесконтактными уплотнениями (щелевыми, лабиринтными).

      5.4 Расчет механизмов

Расчеты механизмов рекомендуется выполнять с использованием методики, изложенной в [88]; при этом показатели групп режима механизмов принимают в соответствии с указаниями настоящего руководства.

Для механизмов с двумя и более приводами (механизмы подъема литейных кранов, механизмы передвижения кранов и пр.) должна быть предусмотрена возможность кратковременного действия механизма для завершения краном рабочей операции при внезапном выходе одного из приводов из строя.

Для предварительных расчетов могут быть приведены указания, приведенные в Приложении Н (нагрузки, допускаемые напряжения) и Приложении О (зубчатые передачи). Более точные, проверочные расчеты зубчатых передач следует выполнять с использованием методики, изложенной в [88] и базирующейся на ГОСТ 21354 [12]. Целесообразно также использовать разработанную в Научно-техническом центре г.Королева Автоматизированную систему проектирования машин АРМ Win Machine [97].

Справочные данные по выбору ходовых колес, с учетом интенсивности их нагружения (по нормам AISE, [60]), приведены в Приложении П. Эти данные могут быть использованы для предварительного выбора колес.

      6 ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

      6.1 Общие требования

Условия работы электрооборудования.

Условия работы электрооборудования должны быть оговорены заказчиком и согласованы с изготовителем крана.

При выборе и расчете электрооборудования должны* следует иметь в виду следующие типовые условия:

- интервал температур окружающего воздуха от минус 10 до плюс 60 °С (в особых случаях - до минус 40 и до плюс 80 °С);

- относительная влажность до 95% при температуре окружающей среды плюс 20 °С с периодическим выпадением росы (при выпадении росы на изоляционных поверхностях и на металле появляется пленка слабых кислот);

- наличие в атмосфере взвешенных твердых частиц графитовой пыли, паров кислот, углекислого газа, взвешенных частиц стальной окалины - постоянная концентрация 100 мг/м

, единовременная концентрация 1000 мг/м

;

- вибрационные ускорения - 0,5 м/с

;

- одиночные толчки и удары частотой до 30 ударов в минуту с ускорением

;

- степень защиты электрооборудования IP 44 по ГОСТ 14524* [7]*.

Двигатели переменного тока должны быть рассчитаны на 15% падение напряжения, что должно обеспечить надежность их действия.

      6.2 Требования производительности

Электропривод (двигатели и аппаратура управления) должен обеспечивать требуемую производительность крана - выполнение заданного числа циклов работы в единицу времени (час).

При отсутствии дополнительных требований скорости рабочих движений отдельных механизмов должны назначаться таким образом, чтобы обеспечить минимум суммарных затрат на электроэнергию, изготовление и эксплуатацию электропривода.

При расчете производительности крана следует учитывать изменение скорости передвижения в периоды разгона и замедления. Для ориентировочной оценки величины средней фактической скорости передвижения крана или тележки в зависимости от протяженности пути и номинальной скорости передвижения могут быть использованы графики в соответствии с рисунком 6.1.

     Рисунок 6.1 - Ориентировочная зависимость средней фактической скорости передвижения

крана или тележки от величины пройденного пути

, м.

Электроприводы автоматизированных кранов должны, при наличии соответствующих требований, обеспечивать заданную точность позиционирования грузозахватного органа крана.

При отсутствии дополнительных требований расчетные средние ускорения (замедления) кранов и грузовых тележек, установленных в помещениях, рекомендуется принимать по данным таблицы 6.1.

Таблица 6.1 - Ориентировочные значения расчетных средних ускорений (замедлений)

, м/с

и продолжительность разгона крана,

, с

Скорость передвижения, м/с	Величина пробега за средний цикл работы, м
	До 50 м		Св.50 до 100 м		Св.100 м
3,3	-	-	7,0	0,45	5,5	0,60
2,5	-	-	6,3	0,40	5,0	0,50
2,0	-	-	5,5	0,35	4,2	0,45
1,6	8,0	0,20	5,0	0,32	3,5	0,40
1,0	6,5	0,15	4,0	0,25	3,0	0,35
0,63	5,0	0,12	3,2	0,20	-	-
0,40	4,0	0,10	2,5	0,15	-	-
0,25	3,2	0,08	-	-	-	-
Допускается только при подтверждении работоспособности двигателя тепловым расчетом.

Данные, относящиеся к величине пробега до 50 м, могут быть использованы также и для приводов механизмов передвижения грузовых тележек.

Для механизмов кранов, транспортирующих расплавленный металл и другие опасные грузы величины ускорения и замедления не должны превышать 0,1 м/с

, как для вертикального, так и для горизонтального перемещений.

Исходя из условия недопущения пробуксовки ходовых колес при разгоне, величину ускорения в любом случае следует ограничивать предельным значением:

м/с

;                                                   (6.1)

где

- полное число ходовых колес крана (тележки);     

- число приводных ходовых колес крана (тележки).

Посадочные (установочные) скорости для механизмов подъема кранов различного технологического назначения не должны превосходить следующих значений, в м/с:

- транспортировка и кантовка ковшей с расплавленным металлом - 0,01;

- перемещение штучных грузов, в том числе пакетированных - 0,03;

- монтажные операции - 0,005-0,01.

      6.3 Показатели режима и условия работы электродвигателей

Показатели режима работы принимают по данным таблицы 6.2.

Таблица 6.2 - Показатели режима работы электродвигателей

Группа режима работы механизма	Относительная продолжительность включения, ПВ%	Нормированное число включений в час	Расчетное время работы в год не более, ч	Число включений за период 600 с наиболее интенсивного использования
М1-М3	15	60	250	50
М4	15	60	250	50
М5	25	90	500	60
М6	40	120	1000	90
М7	60	300	3000	110
М8	60	360	4000	120

При определении числа включений

и значений продолжительности включений следует учитывать как пуски, заканчивающиеся разгоном до полной скорости, так и промежуточные пуски (включения), необходимые для обеспечения точности позиционирования груза.

В зависимости от технологического назначения, вида механизма (подъем, горизонтальное передвижение), величины скорости и особенностей системы управления за один цикл может выполняться число пусков (включений)

от 2,0 до 10,0.

При оценке тепловых потерь учитывают эквивалентное число циклов:

,                                                              (6.2)

где

- коэффициент приведения, определяется по формуле (6.3).

,                                              (6.3)

где

- число включений, при которых непосредственно достигается номинальная скорость перемещения

;     

- число включений, после которых достигается промежуточная скорость

.

Для предварительных расчетов допускается принимать

0,60.

Срок службы электрооборудования до ремонта определяется заводом-изготовителем оборудования. При отсутствии таких данных, срок службы, при отсутствии дополнительных требований, до капитального ремонта допускается принимать в 7 лет.

При этом межремонтный период принимают для текущих ремонтов в 3 месяца; профилактический осмотр - еженедельный, с проверкой действия защиты и необходимой подрегулировкой.

      6.4 Выбор и расчет приводных электродвигателей

В рабочих механизмах транспортно-технологических кранов применяют электроприводы переменного тока следующих основных видов:

- с фазными двигателями, управляемыми магнитными контроллерами, в том числе с динамическим торможением (серий ТСД и КСДБ) и импульсно-ключевым регулированием (серии ТН);

- с фазными электродвигателями и тиристорными преобразователями переменного напряжения;

- с короткозамкнутыми двигателями и тиристорными преобразователями частоты.

При двигателях постоянного тока наиболее часто применяют привод постоянного возбуждения и магнитными контроллерами серий П и ПС.

Двигатели должны выполняться с изоляцией классов Н или С.

Для выбора и расчета электродвигателей рекомендуется пользоваться указаниями работы [88], а также методикой, изложенной в ОСТ 24.090.85-88 [40].

При этом для предварительного определения мощности двигателей

могут быть использованы рекомендации приложения Р.

Двигатели всех рабочих механизмов должны быть оборудованы устройствами термической защиты.

Для многодвигательных приводов должна быть предусмотрена возможность аварийной работы с одним вышедшим из строя двигателем.

У многодвигательных приводов должно быть обеспечено равномерное распределение нагрузки между двигателями, например, путем выравнивания сопротивлений роторных цепей двигателей переменного тока.

      6.5 Аппаратура управления

Величину номинального тока аппаратов

следует определять по формуле (6.4):

,                                                                 (6.4)

где

- расчетный ток в цепи статора или ротора выбранного электродвигателя, соответствующий расчетной мощности номинального режима;

- коэффициент использования по условиям коммутационной устойчивости,

0,75-0,65 для магнитных контроллеров с обычной коммутацией и 1,0 - с бездуговой коммутацией;     

0,80-0,85 - коэффициент запаса по условиям эксплуатации.

Номинальный ток линейного контактора, независимо от мощности двигателя, принимают не менее 100 А, а остальных аппаратов в силовых цепях - не менее 63 А.

Расчетный пусковой ток электропривода не должен превышать 230% от номинального тока двигателя при ПВ 40%.

Система управления должна обеспечивать работу привода при 150% перегрузке в течение 60 с, и 200% перегрузке - в течение 3 с.

Аппаратура управления должна помещаться в закрытые шкафы или аппаратные кабины. В необходимых случаях должны предусматриваться отопление и вентиляция. В особо запыленных помещениях в шкафах или аппаратных кабинах должно поддерживаться избыточное давление не менее 0,01 Н/см

. Если это предусмотрено требованиями к условиям работы электрооборудования, в шкафах предусматривают кондиционеры, причем для особо ответственных установок предусматривают резервные кондиционеры.

В шкафах аппараты должны размещаться на расстоянии на высоте не менее 150 мм от пола. Элементы силового ввода размещают на расстоянии не менее 150 мм от стенок.

Двери шкафов должны открываться на угол не менее 170°. При двери, открытой на 90°, между ней и ограждением прохода должен оставаться зазор не менее 500 мм. Шарниры крепления должны обеспечивать возможность легкого демонтажа дверей.

Блоки резисторов должны размещаться в кожухах со степенью защиты IP22 по ГОСТ 14254 [9]

      6.6 Устройства токоподвода и электропроводки

Электропроводка должна выполняться с раздельным размещением пучков проводов и кабелей силовых цепей каждого электропривода и цепей управления, включая цепи тормоза каждого привода.

Монтаж производится только проводами с медными жилами.

Должна быть обеспечена надежная защита проводов от механических, тепловых и химических воздействий. Выбор способа защиты (прокладка проводов в стальных трубах, в коробах, полостях конструкций, и т.п.) - определяет изготовитель по согласованию с заказчиком.

При выборе сечений проводов силовых сетей должен быть запас по сечению на один размер по сравнению с нормами, установленными ПУЭ.

На кранах с троллейным питанием должен быть обеспечен надежный, бесперебойный контакт в токосъемном устройстве. При приводе переменного тока с частотным регулированием не рекомендуется размещать скользящие контакты между двигателем и блоком питания (преобразователем).

В токоподводе тележки должны предусматриваться резервные жилы, или провода, при троллейном питании - резервный троллей.

Для троллей из полосовой стали крепления должны располагаться с шагом не менее 1800 мм, уголковой - 2500 мм; максимальный шаг назначают из условия прочности троллей.

При запыленной среде должно предусматриваться нижнее или боковое расположение токосъемников относительно троллеев.

В главном токоподводе при постоянном токе должны быть предусмотрены по две троллеи для каждого полюса; при переменном токе - токосъемники с дублированными башмаками.

Расчетные характеристики системы токоподвода должны обеспечивать, при действии полной нагрузки, в том числе и в пусковые периоды, падение напряжений на клеммах статорной обмотки двигателей переменного тока не более 5% от номинального значения. Для двигателей постоянного тока - не более 10%.

      7 УСТРОЙСТВА БЕЗОПАСНОСТИ

      7.1 Ограничители грузоподъемности

Необходимость оснащения крана ограничителем грузоподъемности определяется решением заказчика; при этом, вне зависимости от этого решения, установка ограничителя обязательна в случаях, предусмотренных ПБ 10-382-00, РД-10-18-96* [46].

Ограничители грузоподъемности должны соответствовать требованиям, изложенным в [46].

Обязательно наличие электронных блоков, предотвращающих ложные срабатывания ограничителей при действии в периоды пуска динамической нагрузки. Такие блоки предусмотрены, например, в ограничителях грузоподъемности серии ПС80, выпускаемых ООО "Сила +"[87].

Краны должны быть оснащены регистраторами параметров в соответствии с требованиями ПБ 10-382-00 и РД 10-399-01 [47]. Обычно регистраторы выполняют в виде дополнительных блоков ограничителей.

      7.2 Устройства для ограничения хода механизмов

Для ограничения хода грузозахватного органа рекомендуется использовать шпиндельные выключатели, приводящиеся в действие от вала канатного барабана; выбор конкретного типа выключателя - по согласованию с заказчиком.

При применении рычажных ограничителей и подвески натяжного груза на тросике конструкция узла установки ограничителя должна исключать возможность повреждения тросика, несущего натяжной груз, или освобождения его крепления

На кранах, транспортирующих расплавленный и раскаленный металл и другие опасные грузы, рекомендуется устанавливать дублирующие ограничители.

Корпусы ограничителей должны быть защищены от воздействия технологического нагрева, например, расположены вне зоны действия открытого пламени.

У кранов и грузовых тележек, перемещающихся со скоростью свыше 1 м/с, должны быть предусмотрены электронные дистанционно действующие устройства для предотвращения выхода крана (или тележки) за пределы установленной рабочей зоны, а также для защиты от столкновений с другими кранами.

Кабина крановщика должна быть оборудована сигнальными аппаратами, действующими при подходе крана (тележки) к крайнему положению на расстояние, равное 2 м на каждый 1 м/с номинальной скорости передвижения крана (тележки).

      7.3 Буферные устройства

Для ограничения путей перемещения кранов и грузовых тележкек должны быть предусмотрены буфера с упругими элементами. Последними могут быть оборудованы как краны (тележки), так и неподвижные тупиковые упоры путей, или и краны (тележки) и неподвижные упоры.

Расположение буферов назначается по согласованию с заказчиком крана.

Буфера следует размещать по оси кранового или подтележечного рельса; однако допускается устанавливать буфера грузовых тележек в стороне от подтележечных путей. Должно быть исключено падение буферных устройств кранов и путей, или их деталей при поломке.

Типовые буфера с резиновыми упругими элементами [41] применяются на кранах грузоподъемностью до 50 т. При этом следует учитывать, что резина амортизатора буфера не обладает достаточной стойкостью против нагрева.

Этого недостатка лишены буфера с металлическими упругими элементами, которые наиболее часто применяют на крупных кранах. Наибольшей энергоемкостью обладают гидравлические и гидрогазовые буферы.

Необходимую величину энергоемкости каждого из буферов определяют из выражения:

    ,                                                               (7.1)

где

- суммарная масса крана и грузовой тележки (для кранов с жестким подвесом груза - и груза);     

- скорость движения крана в момент начала взаимодействия буфера с тупиковым упором;     

, где

- номинальная скорость передвижения крана (грузовой тележки).

Примечание - Выражение (7.1) действительно и для случая соударения двух кранов, имеющих буфера с одинаковыми характеристиками.

Величина

назначается таким образом, чтобы величина замедления

крана (тележки) вне зависимости от величины

, конструкции и размера буферов не должна превышать 2,5 м/с

.

Указания по расчету буферных устройств и определению основных показателей процесса остановки крана (тележки) с помощью этих устройств приведены в приложении Н.

      7.4 Противоугонные устройства

Все краны, установленные на открытом воздухе, должны быть оборудованы противоугонными устройствами в соответствии с требованиями ПБ 10-382-00 и РД 10-090-102-01 [45]*.

      7.5 Безопасный выход с крана

Должны быть предусмотрены средства (галереи, телескопические лестницы, и т.п.) обеспечивающие безопасное покидание крана крановщиком в аварийных ситуациях. Веревочные лестницы в качестве таких средств использоваться не должны. Устройство и расположение указанных средств должны быть согласованы с заказчиком. В соответствующих случаях средства безопасного покидания должны быть включены в состав строительного оборудования объекта и предусмотрены при его строительстве.

      8 КАБИНЫ УПРАВЛЕНИЯ

Устройство и расположение кабин управления должно соответствовать требованиям ПБ 10-382-00, ГОСТ 27584 [17], а также "Санитарным правилам по устройству и оборудованию кабин машинистов кранов" [37].

Для оснащения кранов рекомендуются закрытые кабины. Открытые кабины могут устанавливаться только на кранах, работающих в помещении и при условии соответствия параметров окружающей кран среды установленным гигиеническим требованиям.

Вне зависимости от вида кабины, ее конфигурация, расположение кресла и аппаратов управления и остекление должны обеспечивать надлежащий обзор для крановщика. При этом предусматривается, что он должен иметь возможность работать сидя; наклон корпуса вперед не должен превышать 10-15°. Детальные требования к обзорности и позе крановщика - см. [17, 62].

Кабины должны быть оборудованы средствами связи с подкрановыми рабочими. Выбор вида и характеристик средств связи согласуется с заказчиком крана.

Вибрация в кабине не должна превышать требованиям "Санитарных норм" СанПиН 2.2.4/2.1.566-96* [36]. В случае превышения предельно допустимых значений показателей вибрации кабина (или кран) должна быть оборудована виброзащитным устройством.

Часто с целью защиты кабины от вибрации в шарниры ее крепления к остову крана встраивают резино-металлические вкладыши. Таким образом удается поглотить только вибрации сравнительно высокой частоты - выше 40-50 Гц, и в определенной мере способствовать звукоизоляции кабины. Однако, для кранов характерны значительно более низкие частоты - порядка 3-12 Гц, причем амплитуда колебаний может достигать 2-5 мм. Здесь эффективной оказывается подвеска кабины с помощью виброизолирующей подпружиненной рычажно-шарнирной системы, с параметрами, обеспечивающими частоту собственных колебаний кабины в 2-3 раза (и более) ниже собственной частоты колебаний остова крана. Для эффективного действия системы, в состав ее должны входить элементы, рассеивающие энергию колебаний. В качестве их часто находят применение гидравлические демпферы автомобильного типа

Сведения по устройству и проектированию виброзащитных подвесок крановых кабин - см. [62, 67, 68, 72].

Уровень шума в кабине работающего крана при закрытом остеклении не должен превосходить значений, установленных санитарными нормами СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96 [35]. Это требование относится как к шуму работающих механизмов крана, так и к внешнему шуму, от работающего вне крана оборудования и транспортных средств.

Параметры микроклимата в кабине должны соответствовать требованиям Санитарных правил и норм СанПиН 2.2.4.548-96 [34].

При этом должна быть обеспечена часовая подача воздуха порядка 1000 м

; помимо температуры и влажности воздуха следует контролировать уровень его запыленности и наличие в атмосфере ряда газов.

В кабинах кранов горячих цехов предусматривают теплоизоляцию корпуса; окна выполняют с двойным остеклением.

Для обеспечения необходимых параметров атмосферы применяют устройства подачи внешнего воздуха. Такие устройства, например, могут быть выполнены с размещением вдоль одного из крановых путей воздуховода, в который под ограниченным давлением поступает атмосферный воздух. Одна из стенок воздуховода перекрыта резиновыми лентами, по стыку которых перемещается снабженный уплотнительным приспособлением воздухоприемный патрубок кабины. Однако, в практике обычно используют климатические устройства - кондиционеры, общие требования к которым приведены в работе [81]. Кондиционеры изготавливаются различными, как зарубежными, так и отечественными, предприятиями, например Красноярским машиностроительным заводом, Домодедовским машиностроительным заводом "Кондиционер". В необходимых случаях кондиционеры следует снабжать фильтрами, препятствующими доступу в кабину пыли и вредных для крановщика газов.

Должен быть обеспечен безопасный и удобный доступ к внутренним и внешним поверхностям окон для их очистки. Это обеспечивается как применением открывающихся окон, так и внешними площадками для выхода на них крановщиков. У кранов, работающих при отрицательных температурах, должен быть обеспечен обдув стекол, предотвращающий запотевание стекол.

      9 КРАНОВЫЕ ПУТИ

      9.1 Общие требования к путям

Несущие конструкции путей - крановые балки, колонны и т.д. должны быть изготовлены из стали. Железобетонные конструкции допускаются только для путей кранов, выполняющих вспомогательные операции (краны ремонтных цехов, машинных помещений силовых установок и т.д.).

Несущие конструкции путей должны соответствовать требованиям СНиП II-23-81* [29], СП 53-102-2004 [32], а устройство галерей, лестниц, площадок и оборудования путей - ПБ 10-380-00*.

Указания по расчету и проектированию балок крановых путей - см. [82, 92].

Сведения по конструированию и расчету путей кранов металлургических предприятий приведены также в рекомендациях AISE [61].

      9.2 Расчетные нагрузки

Расчетные нагрузки, передающиеся на пути от установленных на них кранов, не должны быть менее регламентированных СНиП 2.01.07-85* [28].

Рекомендуется расчетные нагрузки назначать в соответствии с указаниями раздела 4 настоящего "Руководства".

Результаты экспериментальных исследований нагрузок, действующих на пути мостовых кранов, достаточно подробно изложены в работе [83].

      9.3 Рельсы крановых путей

Для путей транспортно-технологических кранов металлургической промышленности следует применять железнодорожные рельсы по ГОСТ Р 51685 типов Р50, Р65 и Р75 [22] и крановые рельсы по ГОСТ 4121 [3].

Тип (размер) рельса назначает предприятие - изготовитель крана.

При отсутствии рекомендаций изготовителя, рельсы могут быть выбраны с использованием расчета, исходя из прочности рельса по статическим характеристикам материала.

При этом следует учитывать также действие поперечных нагрузок от ходовых колес.

Для более точных расчетов крановых рельсов по критерию сопротивления статическим нагрузкам могут быть использованы материалы, приведенные в работе [69]; для железнодорожных рельсов - в работе [101].

Рельсы рекомендуется проверять также по критерию усталостного износа поверхности головки (Приложение С).

Рельсы по ГОСТ Р 51685 должны применяться термоупрочненные (категории качества В, Т1 и Т2). В случае использования не термоупрочненных рельсов (категория качества Н), головки рельсов по концам следует подвергнуть термоупрочнению.

Рельсы категории Н должны быть подвергнуты копровой пробе по ГОСТ Р 51685 при температуре, соответствующей температуре их эксплуатации.

Крановые рельсы по ГОСТ 4121 должны заказываться с твердостью головки от 321 до 390 НВ.

Для кранов, устанавливаемых на существующих конструкциях, тип рельса согласовывают с владельцем крана.

      9.4 Стыки рельсов

Общие указания.

Для кранов групп режима не выше А5 и при скоростях передвижения крана не более 1 м/с допускается применять болтовые скрепления; в остальных случаях рекомендуется использовать сварные стыки.

Для соединения железнодорожных рельсов по ГОСТ Р 51685 предназначены стандартные двухголовые накладки по ГОСТ 19128 [11] и ГОСТ 8193 [6].

Для соединения крановых рельсов КР служат специальные болтовые накладки (см. Приложение Т).

Установочные зазоры в болтовых стыках должны находиться в пределах 3 мм при температуре плюс 20 °С.

Длина отдельных отрезков рельсов не должна быть менее 3,5 м.

Стыки противоположных рельсов не должны располагаться в одном поперечном сечении крановых путей.

Сварные стыки.

При выполнении сварки следует обеспечивать твердость поверхности стыка, соответствующую твердости головок соединяемых рельсов.

Для сварных стыков используют ванную - термитную, или электродуговую сварку.

Термитная сварка основана на химической реакции, происходящей при взаимодействии перемешанных и нагретых до 1300 °С порошкообразного алюминия и окиси железа (термит).

При этом железо восстанавливается, свободный кислород и алюминий образуют окись алюминия с выделением большого количество тепла. Реакция происходит в закрытом тигле (ванне), что увеличивает тепловой эффект. Более тяжелое железо вытекает в установленную на заранее выверенном стыке форму и заполняет стыковой зазор, расплавляя одновременно рельсовые торцы. Концы рельсов перед этим очищаются и подогреваются до температуры 850-900 °С. Свариваемые рельсы стягиваются струбциной, часть расплава при этом выжимается, образуется сварной стык по всему сечению рельса. Окись алюминия выходит в шлак. Готовый стык зачищается зубилом и обрабатывается шлифовальным камнем.

При электродуговой сварке соединение рельсов происходит за счет расплавления рельсовых торцов, заполнения зазора расплавленным металлом и его сплавления с металлом рельса. В практике используют преимущественно электродуговую сварку.

В Приложении У приведены разработанные ВНИИПТМАШ указания по выполнению электродуговой сварки крановых рельсов.

Температурные стыки рельсов следует располагать в местах сопряжения температурных блоков здания.

Так как несущая способность элементов такого стыка ниже, чем у рельсов, температурные стыки рекомендуется выполнять сменными, и подсоединять их элементы к рельсам с помощью дополнительных промежуточных элементов, с использованием обычных рельсовых стыков.

Положение внешних (свободных) торцов плетей ограничивается упорами, предусмотренными на несущих балках путей. Суммарное расстояние (зазор) между торцами одной плети и упорами должно составлять 40-50 мм.

В Приложении Ф приведена типовая конструкция температурных болтовых стыков железнодорожных и крановых рельсов. При этом в месте стыка снимают боковые стороны головок рельсов и перекрывают стык фасонными накладками; в стенках рельсов предусматривают овальные отверстия.

Хорошие результаты в практике ВНИИПТМАШ дает применение косых стыков с разрезкой рельса под углом ~60° к продольной оси и креплением концов рельса прижимными планками.

      9.5 Скрепления рельсов и установка их на упругие подкладки

Скрепления рельсов должны обеспечивать надежную передачу воздействий от ходовых колес кранов на крановые балки, в том числе и при предельно возможных в эксплуатации условиях.

Скрепления рельсов с балками крановых путей должны быть разъемными (подвижными). Скрепления выбирают по стандартам, нормалям проектных организаций и предприятий - поставщиков типовых скреплений.

При необходимости проверки скреплений их следует рассчитывать, исходя из наибольших горизонтальных нагрузок на ходовые колеса кранов, в сочетании с наименьшими вертикальными нагрузками (Например, для нагрузок ходовых колес крана, с расположением их стороны моста, противоположенной расположению грузовой тележки). При этом значение коэффициента трения между подошвой рельса и балкой принимают равным 0,05.

Для путей кранов групп режима не выше А5 и фиксации железнодорожных рельсов могут быть использованы крепления с помощью попарно устанавливаемых и снабженных гайками крючьев (Приложение X). Особенностью этих захватов является возможность изменения положения рельсов в относительно широких пределах - до ±30 мм. Однако, возможность такого смещения, влияющего на напряженное состояние верхней зоны стенки крановой балки, и, в особенности, соединительных швов стенки и пояса, должна быть подтверждена расчетом.

Для крепления крановых рельсов применяют крепления с прижимными планками, размеры которых для рельсов типов КР80-КР120 регламентированы ГОСТ 24741 [14].

Для уменьшения нагруженности верхней зоны балки, повышения плавности хода крана и снижение уровня шума при его движении рекомендуется устанавливать рельсы на низкомодульные упругие подкладки из низкомодульного материала.

Установка рельсов на такие подкладки существенно (до 2-4 раз) снижает уровень фактических местных напряжений, возникающих под крановыми ходовыми колесами. Эти напряжения существенно превышают получаемые обычными расчетами, в которых не учитываются неровности контактных поверхностей подошвы рельса и поясного листа балки.

Одновременно повышение плавности хода кранов способствует увеличению долговечности конструкций крана и крановых путей.

Подкладки выполняют в виде стальных листов, на который нанесен имеющий рифленую рабочую поверхность слой натурального или синтетического каучука.

Для выбора и расчета подкладок могут быть использованы указания, изложенные в работе [53].

Наиболее эффективными следует считать скрепления, разработанные фирмой Gantry Krantechnik GmbH (ФРГ) и предусматривающие обязательное использование упругих подкладок.

Сведения по этим скреплениям - см. приложение Ц.

В практике находят место случаи установки рельсов на подкладки, изготовленные из конвейерной ленты. Обычно такие подкладки под воздействием нагрузки от рельсов быстро разрушаются. В отдельных случаях, при кранах групп режима не выше А5-А6 и нагрузке на ходовое колесо до 150 кН хорошие результаты может дать установка рельсов на размещаемые на подкрановой балке отрезки деревянных шпал [73], однако, деревянные шпалы не следует применять в горячих цехах.

      9.6 Тупиковые фланцевые упоры

Расчет упоров следует проводить на нагрузки, методика определения которых изложена в разделе 5 настоящего "Руководства". При этом они не должны быть меньше регламентированных СНиП 2.01.07-85*.

Схемы типовых конструкций упоров приведены в Приложении И.

      9.7 Точность установки путей

Допускаемые отклонения от точности установки рельсов (в соответствии с рекомендациями [60]).

Отклонения каждой нитки путей от теоретического положения в горизонтальной плоскости по размеру пролета не должны превышать ±6 мм при температуре замеров +20 °С.

Максимальное допустимое отклонение каждого рельса не должно превышать 6 мм на длине участка путей 15 м, но не более 12 мм от теоретического положения на всей протяженности путей.

Отклонения в высотных уровнях расположения головок рельсов крановых путей не должны превышать 5 мм на длине участка путей 15 м, но не более 12 мм по всей протяженности путей от теоретического положения.

Отклонения рельсов в плане от теоретического положения относительно осей колонн не должны превышать 75% от толщины поясных листов колонн.

Остальные отклонения - в соответствии с требованиями ПБ 10-382-00.

Сведения по принятым в Странах Западной Европы допускаемым отклонениям - см. [102].

      10 НАДЕЖНОСТЬ И ГАРАНТИИ

      10.1 Показатели надежности

При отсутствии дополнительных требований, наработка крана на отказ должна быть не менее 2000 циклов работы крана.

Удельная суммарная трудоемкость технических обслуживаний не должна превышать 10; 20 и 30 часов на 1000 циклов работы, для кранов грузоподъемностью до 20 т; 80 т и свыше 80 т соответственно.

      10.2 Гарантии изготовителя

Предприятие-изготовитель гарантирует исправную работу крана в течение не менее 18 месяцев со дня ввода крана в эксплуатацию, но не более 30 месяцев со дня изготовления крана при условии соблюдения условий эксплуатации, транспортирования, хранения и монтажа крана, установленных эксплуатационной документацией изготовителя крана.

Гарантии не распространяются на сменные элементы - тормозные обкладки, стальные канаты, ходовые колеса крана. Установленные сроки службы этих элементов должны быть указаны в Инструкции по эксплуатации крана.

Гарантия не распространяется на электрические лампы накаливания и плавкие вставки предохранителей.

      10.3 Информация владельца о фактических показателях надежности крана

Владельцу крана рекомендуется периодически (не реже одного раза в 3 года) направлять предприятию-изготовителю сведения о фактических значениях надежностей работы крана.

Перечень сведений приведен в Приложении Е.

 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Сведения, подлежащие включению в опросный лист мостового крана (примерное содержание опросного листа, составляемого изготовителем с учетом требований заказчика)

N п.п.	Сведения, показатели, требования.	Примечание
1	Грузоподъемность, т   главный подъем   вспомогательный подъем	Предоставляет заказчик
2	Технологическое назначение крана   Основные работы   вспомогательные работы	То же
3	Группа режима работы крана	Предоставляет заказчик; в сомнительных случаях или при затруднениях предоставляет исходные данные для определения режима (см. примечание к табл.)
4	Группы режима работы каждого из рабочих механизмов крана	То же
5	Габаритная схема крана с размерами и схемой расположения и нагрузками на ходовые колеса (вертикальными и горизонтальными)	Предоставляет изготовитель по исходным данным заказчика заказчик
6	Условия эксплуатации крана, в т.ч. установка (на открытом воздухе, в помещении):	Предоставляет заказчик
	Интервал рабочих температур, включая особенности эксплуатации крана при температурах выше 60 °С	Отмечается длительность работы при температурах выше 60 °С, влияние действия технологического оборудования.
	Агрессивность, запыленность атмосферы	Содержание пыли, паров кислот, щелочей и т.д. в г/м воздуха
	Ожидаемая температура нагрева основных элементов крана (пролетные и концевые балки, подвеска, канаты и т.д.)
7	Состояние крановых путей:   Новые или эксплуатируемые пути, фактическое состояние последних (отклонения, стыки)   Вид тупиковых упоров, буфера упоров, их высота над крановым рельсом	Предоставляет заказчик
8	Установленный срок службы крана до списания	Согласовывается изготовителем и заказчиком с учетом п.22 настоящего документа
9	Скорости каждого из рабочих механизмов крана, м/с, в т.ч.   номинальная скорость   диапазон регулирования   требования к фиксированным скоростям	Предоставляет заказчик
10	Предельно допустимые ускорения (замедления)	То же
11	Вид питающего тока	То же
12	Вид главного токоподвода: гибкий кабель, троллейный с жесткими, гибкими троллеями	То же
13	Токоподвод к тележке	То же
14	Размещение источников питания (преобразователей)	То же
15	Вид привода для каждого из рабочих механизмов (переменный ток, постоянный ток)	То же
16	Система управления приводом каждого из рабочих механизмов (частотное регулирование, релейно-контакторное и т.д.)	Представляет изготовитель по согласованию с заказчиком
17	Размещение аппаратуры   в полостях балок   в шкафах	То же
18	Особенности привода механизма подъема   Удержание груза на весу двигателем   Число и расположение тормозов   Устройства синхронизации многодвигательного привода	То же   Предоставляет изготовитель по данным заказчика
19	Особенности привода механизма передвижения тележки   Система управления тормозом	То же
20	Особенности привода механизма передвижения краном   Система управления тормозами   Система предотвращения перекоса при движении (при необходимости)	То же
21	Приборы безопасности
	Ограничитель (ограничители) грузоподъемности	Предоставляет заказчик с условием требований нормативов
	Устройство для предотвращения столкновений кранов	Предоставляет изготовитель
22	Регистратор работы крана (фиксируемые параметры, способ считывания показателей, емкость памяти и т.д.)	Предоставляет изготовитель
23	Системы и устройства автоматизации   Устройство позиционирования, точность действия   Крана   Тележки   Груза   Устройства подавления колебаний груза, характеристики действия системы   Устройство для опознавания груза   Автоматические системы управления (полуавтоматические), вид, требования	То же, по запросу заказчика
24	Кабина управления, ее расположение   Вид кабины   Открытая   Закрытая   Дополнительные посты управления (для ремонта)   Особенности планировки кабины (вспомогательные отсеки, санитарный блок, место стажера и т.п.)	Предоставляет заказчик
25	Особенности остекления   Тип стекол (стеклопакеты, тонированные и т.п.)   Способы очистки стекол	Предоставляет заказчик совместно с изготовителем
26	Климатические установки:   кабины - отопление, вентиляция, кондиционер	Предоставляет изготовитель
27	Необходимость монтажа крана силами изготовителя (или шефмонтажа)	Предоставляет заказчик
28	Оснащение крана приборами внешнего освещения	То же
29	Установка на пути при наличии уже действующих кранов   Данные действующего крана:   Тип крана   Грузоподъёмность   Скорость   Тип буферных упоров крана, их высота	То же
30	Цветовое оформление крана	То же
31	Необходимость подавления радиопомех	То же
32	Необходимость выхода крана из цеха на внешнюю эстакаду	То же
33	Оборудование крана вспомогательной площадкой и др.приспособлениями для обслуживания и ремонта	То же

 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Рекомендации по назначению классификационных групп режима работы

Б.1 Примеры классификационных групп режима работы кранов в целом.

В таблице Б.1 даны ориентировочные значения классификационных групп режима для кранов, соответствующие типовому их использованию. Эти значения соответствуют расчетному сроку службы кранов в 25 лет. Для других сроков, а также в зависимости от конкретной интенсивности использования, они подлежат соответствующей корректировке.

Таблица Б.1 - Ориентировочные группы режима работы кранов

Б.2 Предварительная оценка групп режима работы механизмов и стальных конструкций.

Для предварительной оценки групп режима работы механизмов и элементов стальных конструкций в зависимости от группы режима работы крана могут быть использованы данные таблицы Б.2.

Таблица Б.2 - Зависимость группы режима работы механизмов и элементов стальных конструкций от группы режима работы крана

Б.3 Использование кранов по времени.

Некоторые ориентировочные показатели использования различных кранов по времени (включая и специализированные краны) даны в таблице Б.3.

Таблица Б.3 - Показатели работы кранов на металлургических предприятиях