CC BY
26
Features of an assessment of a technical condition of foundry cranes Kuzminov A.1, Golubev A.2, Zelenkov N.3, Glazunov A.4 (Russian Federation)
Особенности оценки технического состояния литейных кранов Кузьминов А. Л.1, Голубев А. В.2, Зеленков Н. Н.3, Глазунов А. Е.4 (Российская
Федерация)
1 Кузьминов Александр Леонидович / Kuzminov Aleksandr - доктор технических наук,
генеральный директор;
2Голубев Александр Викторович / Golubev Aleksandr - технический директор,
Общество с ограниченной ответственностью «ПТМ Северо-Запад»;
3Зеленков Николай Николаевич / Zelenkov Nikolay - заместитель начальника отдела
ЭПБ ГПМ иКП, эксперт;
4Глазунов Алексей Евгеньевич / Glazunov Aleksey - инженер-механик,
Общество с ограниченной ответственностью «Промышленная экспертиза», г. Череповец
Аннотация: рассмотрены вопросы надежности литейного крана, обеспечивающего завалку
металлического лома и заливку чугуна в конвертер. Проведена тепловизионная съемка траверсы, которая показала, что температура нижнего пояса траверсы крана после заливки чугуна в конвертер достигает 460°С. В результате анализа совместного теплового и силового воздействия на траверсу литейного крана методами конечно-элементного моделирования получили зависимость напряжения на металлоконструкции траверсы от ее температуры, а также желательный рабочий диапазон температур поверхности металлоконструкции траверсы. Приведены наиболее эффективные меры по снижению температуры траверсы до допустимых значений.
Abstract: questions are Considered of reliability of casting faucet, providing heaping up of metallic loma and inundation of cast-iron in a converter. A тепловизионная survey is conducted traverses that showed, that temperature of lower belt traverses offaucet after the inundation of cast-iron in a converter 460°arrives at С. As a result of analysis of the joint thermal and power affecting to the traverse of casting faucet the methods of certainly-element design were get dependence of tension on металлоконструкции traverses from her temperature, and also desirable working range of temperatures of surface of металлоконструкции traverses. The most effective measures over are brought on the decline of temperature traverses to possible.
Ключевые слова: надежность, безопасность, конвертер, литейный кран, траверса, тепловое воздействие, моделирование, напряжения.
Keywords: reliability, safety, converter, casting faucet, traverse, thermal influence, design, tensions.
УДК 62-97-98
Надежность литейного крана, обеспечивающего завалку металлического лома и заливку чугуна в конвертер, обеспечивается надежностью в первую очередь канатов и траверсы крана. Исходя из требований безопасности эксплуатации траверсы крана, задаемся безотказностью ее металлической конструкции, которая должна быть не ниже 0,99. Именно она определяет, прежде всего, безопасную эксплуатацию крана в целом [1].
Рассмотрим указанную проблему в части анализа и расчета совместного теплового и силового воздействия на траверсу со стороны ванны жидкого металла в ковше, поднимаемом грузоподъемной машиной. На рис. 1 представлена схема к расчету воздействий на траверсу литейного крана.
Рис. 1. Схема к расчету воздействий на траверсу литейного крана
Как известно, тепловое воздействие ведет к тепловому расширению металла, следствием которого являются температурные напряжения в статически неопределимых системах. Наиболее подвержен термическому воздействию нижний пояс траверсы, поэтому данный участок представляет наибольший интерес.
Из технологии подготовки конвертерной плавки и ее проведения следует, что время работы литейного крана в различных режимах, при которых происходит тепловое воздействие на траверсу, составляет от 3 до 43 мин. Технологические перерывы составляют от 2 до 10 мин. При этом происходит равномерное прогревание всей поверхности нижнего пояса траверсы. Тепловизионная съемка показала, что температура нижнего пояса траверсы после заливки чугуна в конвертер достигает 460°С.
Критерием надежной работы траверсы крана будет выбрано допускаемое напряжение, являющееся суммарным эквивалентом силовых и термических нагрузок. Металлоконструкция траверсы литейного крана изготовлена из качественной стали, допускаемое напряжение для которой составляет порядка [с]=390 МПа. Для надежной работы траверсы необходимо выполнение условия:
Ост—гр^_ [^]
где стст-гр - напряжения, возникающие в металлоконструкции траверсы при воздействии силовых и термических факторов.
При анализе траверса рассматривается балка переменного сечения, расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса «SCAD». Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем, проверку устойчивости, выбор невыгодных сочетаний усилий, проверку несущей способности стальных конструкций.
В основу расчета положен метод конечных элементов с использованием в качестве основных неизвестных перемещений и поворотов узлов расчетной схемы. В связи с этим идеализация конструкции выполнена в форме, приспособленной к использованию этого метода, а именно: система представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек и т. д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узлам. В модели использованы абсолютно жесткие вставки, что позволяет учесть эксцентриситеты узловых примыканий.
Анализ воздействий на траверсу производился для двух ситуаций: первая - кран удерживает ковш с чугуном, вторая - кран выполняет подъем с «подхватом».
Для обеспечения надежности траверсы в пределах 0,99 на протяжении длительного времени работы необходимо, чтобы напряжения, возникающие в траверсе, составляли порядка 0,75- 0,8 | о | . Это условие является граничным для зоны надежной эксплуатации.
Зона снижения надежности находится в пределах 0,8-1 | о | . Зона риска расположена выше значения | о | .
В результате анализа совместного теплового и силового воздействия на траверсу литейного крана методами моделирования получили зависимость напряжения на металлоконструкции траверсы от ее температуры траверсы, которая представлена на рис. 2.
Из данной зависимости следует, что зона надежной эксплуатации расположена в пределах до 290 МПа.
Рис. 2. Зависимость напряжений от температуры нижнего пояса траверсы
Такие нагрузки возникают в металлоконструкции траверсы при воздействии температур от 50 до 190°С при удержании краном ковша, и от 50 до 90°С при выполнении краном подъема с «подхватом». Зона снижения надежности расположена от 290 до 390 МПа. Для данных нагрузок характерен диапазон температур от 190 до 375°С при удержании краном ковша, и от 90 до 200°С при выполнении краном подъема с «подхватом».
Из анализа вышесказанного следует, что для надежной работы траверсы, при данном режиме работы, желательный рабочий диапазон температур поверхности металлоконструкции траверсы составляет 50-90°С, возможный - 50-190°С.
На сегодняшний день на траверсе используется цепная защита, которая эффективна только при условии непродолжительного термического воздействия на траверсу и длительных перерывах в работе. При продолжительных воздействиях термических нагрузок и непродолжительных перерывах в работе цепная защита становится аккумулятором тепла.
Эффекта по снижению температуры поверхности траверсы можно добиться при проведении следующих мероприятий:
1. Применение защитных экранов (материалы: Фиброгейн, Сиберал супер);
2. Удлинение пластинчатых крюков;
3. Проведение мониторинга текущего состояния траверсы.
Применение защитных экранов вместе с тем осложняет визуальный контроль состояния металлоконструкций траверсы и крана, усложняет эксплуатацию оборудования. Удлинение пластинчатых крюков выводит из зоны повышенных температур ответственные металлоконструкции крана, но при этом существенно повышает вес несъемных грузозахватных приспособлений и, как следствие, снижает полезную грузоподъемность грузоподъемной машины.
Наиболее оправданной мерой является применение эффективных методик мониторинга состояния канатов крана и траверсы, например, при помощи специально спроектированных для такого оборудования средств контроля или магнитных методов контроля деградации свойств металла.
Литература
1. Брауде В. И., Семенов Л. Н. Надежность подъемно-транспортных машин. [Текст]: - Л.: Машиностроение,
1986, 183 с.
