Износ и замена крановых колес

Замена кранового колеса требуется при:

·         выработке поверхности катания уменьшающей исходный диаметр колеса на 2%;

·         появлении трещины на поверхности колеса;

·         выработке поверхности боковых выступов на 50% относительно исходной толщиной.

      Несмотря на ограничения, оговоренные в ГОСТ 27584-88 «Краны мостовые и козловые электрические», ИСО 8306 «Краны мостовые и козловые. Допуски на краны и пути» и ГОСТ 28648-90 «Колёса крановые. Технические условия», количество типов кранов и вариантов технических решений узлов, особенно колёс, насчитывает сотни наименований.

  Каждый краностроительный завод работает по собственным  нормалям. Унифицировать детали и узлы кранов не удается, поэтому каждое предприятие, эксплуатирующее краны, решает проблему запасных частей самостоятельно, восстанавливая изношенные поверхности наплавкой или изготавливая новые колёса силами ремонтных служб.

Сравнительная стоимость восстановления колеса крана по сравнению со стоимостью нового составляет:

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

 Реборды подвергаются ремонту наплавкой до 4 раз, а поверхности катания дважды, что ограничивается появлением циклических трещин в металле колёс.

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

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

Основными причинами износа подкранового пути являются:

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

 Все случаи разрушения подкранового пути можно разделить на две группы.

К первой группе относятся случаи выхода из строя подкрановых путей вследствие естественного износа в течение установленного срока службы,

ко второй группе – все виды преждевременного разрушения любого из их элементов под действием неучтённых проектом факторов.

Основные виды разрушений (износов) элементов подкранового пути:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Очень существенное влияние на износ подкранового пути и реборд колёс оказывает монтажный перекос ходовых колёс относительно друг друга и рельсов.

Наиболее часто встречающиеся сочетания перекосов следующие:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

То есть - колёса рассматриваются как запасные части к кранам.

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

Канов Г.Л.

 Изготовление запасных частей к кранам не требует оформления специальных разрешений в государственных органах, и колёса крановые выпускаемые нашим предприятием «Современная Механика» по рабочим чертежам, разработанным проектно-конструкторским бюро или по чертежам заказчика, решат Вашу проблему.