CC BY
79
сывают возможное развитие в металлоконструкциях грузоподъемных кранов коррозионной усталости.
Список литературы
1. Горюнов Ю.В., Перцов Н.В., Сумм Б.Д. Эффект Ребиндера. М. : Наука, 1966. 128 с.
2. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов. Киев. : Наукова Думка, 1976. 128 с.
3. Селиверстов Г.В., Данилов А.С. Влияние атмосферной коррозии на металлоконструкции машин // Изв. ТулГУ. Сер. Технические науки. Вып. 3. 2007. С. 81-88.
4. Сорокин П.А., ДроновВ.С., Селиверстов Г.В. Метод оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины. 2001. С. 164-166.
G. Seliverstov, A. Danilov
The researching of corrosion fatigue of the hoisting machines metalwares The scheme of fatigue damageability accumulation of the hoisting machines metalwares interacting with hostile environments is offered.
Получено 07.04.09
УДК 621.873
В.В. Суглобов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (38-0629) 44-65-88, [email protected] (Украина, Мариуполь, ПГТУ),
В.А. Михеев, доц., (38-0629) 44-65-47, (Украина, Мариуполь, ПГТУ),
И.А. Нефедов, ст. преп., (38-0629) 44-66-84 (Украина, Мариуполь, ПГТУ), П.В. Шиков, инж.-конструктор 1 кат.
(Украина, Мариуполь, ОАО «ГСКТИ»)
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ МАШИН МОРСКИХ ПОРТОВ
Рассмотрены разработки кафедры подъемно-транспортных машин и деталей машин ПГТУ, направленные на повышение эксплуатационной надежности и расширение технологических возможностей перегрузочной техники Мариупольского морского торгового порта.
Ключевые слова: морской порт, перегрузочная машина, надежность, технологические возможности.
Особая роль в морских и речных портах отводится организации погрузочно-разгрузочных операций и перемещению грузов, поскольку доля таких операций в общей себестоимости выполняемых работ весьма значи-
тельна. Поэтому любые исследования и разработки, направленные на повышение производительности и эффективности погрузочно-разгрузочных работ, на увеличение надежности и долговечности перегрузочной техники всегда будут востребованы и актуальны.
Рассмотрим результаты исследований и разработок, выполненных для Мариупольского морского торгового порта и направленных на повышение эксплуатационной надежности портальных кранов, а также расширение технологических возможностей козлового крана.
Так, при исследовании механизмов поворота портальных кранов установлено, что их работа сопровождается частыми отказами, связанными с разрушениями узлов крепления из-за значительных динамических нагрузок. Разработаны технические решения по повышению надежности и долговечности механизма поворота портального крана, в том числе принципиально нова конструкция жесткого крепления механизма к колонне с регулированием зазора за счет эксцентрикового стакана, а также новая конструкция жесткого крепления с регулированием зазора за счет прокладок во фланцевом соединении. Выявлено, что одной из причин отказов являются амортизирующие устройства, к недостаткам которых относятся нестабильность величины энергоемкости из-за старения и износа резиновых элементов; неточность регулировки; разная энергоемкость из-за неточной регулировки, что приводит к разной величине хода и перегрузке одного из двух амортизаторов; громоздкость конструкции.
Выполнен расчет и предложена новая конструкци амортизирующих устройств с использованием тарельчатых пружин. Такие амортизаторы обладают стабильной характеристикой, их нагрузочные параметры поддаются точному расчету и точной регулировке. Предложенные конструкции узлов креплени механизма к колонне и амортизаторов могут быть использованы на существующих кранах “Сокол” в Мариупольском морском торговом порту и других морских и речных портах.
Условия работы портальных кранов при выполнении погрузочноразгрузочных работ на судах таковы, что поворот крана осуществляется в одну сторону в груженом состоянии, а в другую - без груза. При этом шарниры стреловой системы, находящиеся на разных сторонах крана испытывают разные нагружени. Кроме того, пи работе с грейфером и совмещении рабочих операций (подъем, поворот, изменение вылета) наблюдаются случаи, когда грейфер еще не поднят на необходимую высоту, а поворот крана уже начал осуществляться. Волочение грейфера по сыпучему грузу создает при этом дополнительные нагрузки в одном из шарниров каждого сопряжени стреловой системы.
Различные нагружения шарниров в сопряжених стреловой системы могут приводить к перекашиванию перегруженного шарнира относительно общей оси. Неточности сборки и монтажа при раздельном выполнении шарниров могут приводить к нагрузкам, превышающим расчетные.
Стреловая система портальных кранов «Сокол» и «Альбатрос» включает в себя семь шарнирных соединений: стрела - колонна; стрела
- хобот; хобот - оттяжка; оттяжка - колонна; коромысло - колонна; коромысло - тяга; тяга - стрела. Указанные шарнирные соединения кранов «Сокол» и «Альбатрос» выполнены как подшипники скольжения со стальными пальцами и бронзовыми втулками и имеют незначительные отличия в конструкции пальцев и втулок.
Установлено, что основной причиной отказов шарнирных соединений является малая контактная поверхность пары щека - палец, что приодет к возникновению больших напряжений смятия в щеке, а также большим контактным давлениям на втулке. Первоначально начинает вырабатываться втулка, а образующийся зазор создает подвижность в шарнире, что приводит к перекосам в шарнире и неравномерному распределению реакций между опорами шарнира (щеками). Динамические знакопеременные нагрузки экстремальных величин «разбивают» щеку, выполненную из более мягкой стали, чем закаленный палец, что интенсифицирует процесс образования зазоров.
Неравномерный износ пальцев и втулок, а также выработка контактирующих с пальцами проушин в щеках влекут за собой нарушения кинематической точности (собираемости) стреловой системы и появление значительных инерционных си непрогнозируемого направления, что может стать одной из основных причин возникновения трещи в сварных швах и основном металле колонны и металоконструкциях стреловой системы.
Замена двух пальцев в каждом шарнире одной осью, предварительно сопряженной с втулками и проушинами, позволит обеспечить соосность опорных участков, устранить консольные нагружения и уменьшить неравномерность выработки цилиндрических шарниров, снизить динамические нагрузки на шарниры и металлоконструкции. С учетом конструктивных сложностей для реализации такого предложения в шарнирах стрела - колонна, рекомендовано использование одной оси вместо двух пальцев для всех других шарниров. Така конструкция шарнирных узлов позволит значительно увеличить жесткость стреловой системы, более равномерно распределить нагрузки на опорные участки шарниров и за счет этого повысить долговечность шарниров. Представляется, что применение общей оси даже в нескольких шарнирах улучшит кинематику и работоспособность стреловой системы. В частности, предлагаемое решение достаточно просто может быть реализовано в сопряжении стрела - хобот.
Применяемую для изготовления втулок бронзу Бр.АЖ 9-4Л по ГОСТ 18175-78 можно считать оптимальным материалом в условиях работы портальных кранов. Грузоподъемность втулок, связанна с равномерностью распределения контактных давлений, существенно зависит от соотношения длины втулки l и ее диаметра d. Рекомендуемые значения l/d =
0,5...1,0 в существующих конструкцих шарниров кранов «Сокол», «Альбатрос» выдерживаются. Вместе с тем, для уменьшения кромочных давлений у торцов втулки пи расточке цилиндрической внутренней поверхности следует выполнить скос кромки на глубину 0,03.0,05 мм по дине до5 мм.
С целью повышения равномерности выработки бронзовых втулок предложено сопряжение втулок со стальными участками элеменов стреловой системы выполнть по переходной посадке, например, Н7/g6 (по аналогии с посадками наружных колец подшипников качения в корпусных деталях). Возможность проворачивания втулок при работе снизит неравномерность и идeнcивнocть изнашивания ж контактных поверхностей. Для этого наружный диаметр втулок необходимо выполнить с допуском g6 вместо s7.
В шарнирных соединениях кранов «Сокол» и «Альбатрос» смака подается через отверти в осях за счет давления колпачковой масленки. Для распре деления смазки по дине шарнира на осях выполнены продольные канавки. На коротких осях выполнена одна продольна канавка, на длинных - три канавки. Все три канавки расположены в одном секторе, угол в между канавками в разном исполнении составляет 30, 45, 900.
Принимая во внимание, что смазка подается через среднюю канавку, а углы качания шарниров малы (25 .. .45°), крайние канавки при углах в, равных 45 и 90°, не перекрывают друг друга. Следовательно, имеется вероятность непоступения смазки в крайние канавки, что влечет за собой недостаточное смазывание шарниров.
Предложено несколько варианов конструкции осей, обеспечивающих подачу смазочных материалов во все канавки. Так как центральна кольцева проточка является концентратором напряжений, предложена конструкция оси, у которой кольцевые проточки для смазки выполнены у торцов оси, где изгибающие моменты значительно ниже. Такое конструктивное решение обеспечивает также возможность подвода смлки через одну из кольцевых проточек и удления отработанной смлки через другую, чем достиается полное заполнение новой смазкой всех продольных канавок. Рекомендуема частота прокачки смазки 1 рл в 5 - 7 суток. Смазка прокачивается через пресс-масленку с помощью компрессора. Выпускное отверстие предпочтительно закрывать заглушками, а не наглухо. В качестве смлочного материала целесообразно применять дисульфид молибдена МоБ2, который способствует обраованию на поверхностях трения твердой смазочной пенки.
Весьма эффективным приемом для равномерного распределения смазки по всей трущейся поверхности является выполнение виновых (наклонных) канавок на одной из трущихся поверхностей. Смазка, находя-щася в таких канавках, благодаря силе трения между поверхностными слоями смлки и смлываемой поверхностью, перемещается не только по
окружности, но и вдоль оси шарнира. Давление смазки по ход виновой лини при поворотах шарнира повышается. Это способствует выдавливанию смлки из канавок и лучшему смлыванию рабочих поверхностей.
Смлочные канавки можно располагать как в ненагруженных, так и в нагруженных зонах оси. Рекомендуема суммарна площадь см л очных канавок не должна превышать 10 % рабочей поверхности оси. Канавки не только выполняют полезную роль накопиельных резервуаров, обеспечивающих смлывание шарнира при непрерывной подаче смлки, но и служат местом локализации продуктов изнашивани втулки.
Применение подшипников качени в шарнирных сопряжених рассматриваемых кранов связано с большой доработкой металлоконструкций и значиельными материальными затратами, но при этом резко снижаются эксплуатационные расходы. В результате анализа установлено, что отечественные подшипники качения (роликовые сферические двухрядные) имеют большие радиальные рлмеры и размещение их в шарнирных соединениях стреловых систем кранов «Сокол» и «Альбатрос» невозможно. Габариты и нагрузочна способность зарубежных подшипников позволяют их использование в шарнирных соединениях данных кранов.
Использование подшипников фирмы “БКР’ можно счиать наиболее оптимальным решением, так как подшипники по ГОСТ 5721 имеют большие габариты и конструктивно не вписываются в существующие металлоконструкции рассматриваемых кранов. Подшипники сколь женя с полимерной вставкой, облада приемлемыми габаритами, являются более дорогостоящими, а их эксплуатационные характеристики недостаточно изучены.
Принима во внимание, что рассматриваемые краны работают в зонах с повышенным содержанием влаги и сернистых веществ, для защиы поверхностей трения рекомендуется рлместать в полости подшипника, войлочные уплотнени для удержания серы, а между щекой и креплением колонны установиь текстолитовые кольца для защиты от влаги.
Реконструкция механизма передвижения козлового крана грузоподъемностью 12,5 т, пролетом 32 м заключалась в демонтаже существующего механизма передвижения козлового крана, имеющего 4 колеса диаметром 800 мм с установкой механизма передвижени портального крана «Ганц», состоящего из четырех ходовых тележек с колесами диаметром 500 мм. При этом две тележки являются приводными, а две - холостыми. Приводные тележки укомплектованы электродвиателями мощностью 13,2 кВт-с частотой вращения 945 мин-1, редукторами горизонтального исполнения с общим передаточным числом и = 20, а также тормозами с диаметром тормозного шкива 250 мм и тормозным моментом 250 Н-м.
При этом высота подъема крюка крана увеличивается с 8 до 9 м за счет большей высоты ходовых тележек крана «Ганц» без изменения грузоподъемности крана. Расчетная дина грузовых канатов главного и вспомогательного подъемов допускает опускание крюков в крайнее нижнее положение с сохранением на барабанах грузовых лебедок более 1,5 витков каната.
Обща высота крана увеличивается с 10405 до 11455 мм, а боковой габарит уменьшается с 9100 до 8140 мм. Общий вес крана увеличивается с 62100 до 66500 кг. Привод ходовых колес (электродвигатель, редуктор, тормоз, промежуточные шестерни, противоугонные захваты) монтируются без конструктивных изменений.
В связи с изменением габарита крана изменяется расчетная величина ветровой нагрузки. Расчет ветровых нагрузок выполнен доя III ветрового района с динамическим давлением ветра для рабочего состояния крана 125 Па и для нерабочего состояния с давлением 450 Па. При этом наибольшее общее усилие угона крана при распущенных тормозах достигает 76,34 кН. Два противоугонных захвата, установленные на монтируемых тележках от крана «Ганц», создают общее удерживающее усилие, равное 208 кН, коэффициент запаса составляет 2,72.
Уменьшение бокового габарита достигается укорачиванием боковых горизонтальных балок опор по крам на 1050 мм. Торцы опорных балок завариваются накладками толщиной 10 мм из стаи марки 09Г2С сплошным сварным швом, пи этом жесткость и прочность конструкции не снижаются и исключается возможность попадания атмосферной влаги в конструкцию торцовых балок. Проектом предусмотрено усиление горизонтальных несущих балок в районе ж фланцевого соединения путем приварки 16 ребер из стали марки 09Г2С.
В связи с изменением веса крана проведен расчет запаса сцепления ходовых колес крана с рельсами при разгоне на подъем против ветра и при торможении под уклон по ветру. Расчетный коэффициент запаса сцепления ходовых колес крана с рельсами ^ц при наиболее неблагоприятном сочетании действующих сил находися в пределах допускаемых значений (Лсц>1,1).
Расчетом подтверждено, что возникающие максимальные вертикальные нагрузки на ходовое колесо составляют не более 93,3 кН. Допустима нагрузка на колесо тележки крана «Ганц» составляет 190 кН.
Расчетна суммарная мощность электродвигателей механизма передвижения козлового крана составляет 13,6 кВт, а суммарная мощность электродвигателей монтируемых тележек крана «Ганц» равна 26,4 кВт, чго при ПВ = 40 % обеспечит устойчивую работу механизма передвижения.
Установленные на тележках крана «Ганц» два колодочных нор-мльно замкнутых тормоза с коэффициентом запаса торможения 1,5 и
тормозным моментом на вау 226 Нм обеспечат при скорости движения крана 0,58 м/с тормозной путь не более 0,87 м.
Проектом предусмотрено, что ролики конечных выключателей механизма передвижения крана стыкуются с линейками со стороны тупикового упора и со стороны второго крана, установленного на этом рельсовом пути. Для снижения динамической нагрузки, возникающей при столкновении крана с краном или с тупиковым упором, буфера изготовленны из резины.
Установка 2 конечных выключателей на рельсовых захватах блокирует привод механизма передвижения крана при положении «захваты опущены», а установка конечного выключателя на механизм кабельного барабана блокирует передвижение крана при полном сматывании питающего кабеля.
Диапазон измерения скорости воздушного потока цифрового сигнального анемометра составляет от 2,5 до 40,0 м/с. В рабочем состоянии крана анемометр должен быть настроен на срабатывание пи скорости ветра 15 м/с.
В проекте приведены укзания по техническому обслуживанию и безопасной эксплуатации реконструированного крана в соответствии с требованиями НПАОП 0.00-1.01-07 «Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» и КНД 31.4.002-96 «Правила технической эксплуатации подъемно-транспортного оборудования морских портов».
Результаты расчетов подтвердили допустимость реконструкции механизма передвижения козлового крана с его последующим использованием для перегрузки штучных грузов в тыловом районе Мариупольского морского торгового порта при скорости ветра для рабочего состояния до 15 м/с.
V. Suglobov, V. Miheev, I. Nefedov, P. Shikov
Rise of operating reliability and expansion of technological possibilities shifting machines of marine ports
The developments of department of lifting-transport machines and details of machines of the Priazovskij state technical university, directed on the rise of operating reliability and expansion of technological possibilities of shifting technique of Mariupol marine auction port are considered.
Получено 07.04.09
