Устройство козлового крана
В данной статье описаны основные узлы и механизмы козловых кранов.
Козловой кран представляет собой специальное устройство, помещенное на опоры, в котором движение всей конструкции происходит по рельсам. Рельсы устанавливаются на прочный фундамент. Такие конструкции используются для перемещения тяжелых грузов. Применяются в разных отраслях промышленности (морской, речной, железнодорожной, добывающей и пр.).
Козловые краны разделяют на следующие виды:
- общего использования;
- строительно-монтажные;
- специальные.
Конструктивно различают модели одно- и двухбалочные. Также бывают версии с одно- и двухстоечными опорами.
Устройство козлового крана общего пользования, как правило, предполагает его оснащение крюками для подвеса и зацепления грузов. Такие краны используют на открытых площадках. Они могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур (от -50С до +50С). Также эти установки, помимо крюков, могут оборудоваться другими устройствами для зацепления (грейфер, траверса и пр.).
Строительно-монтажные модели используются для поднятия и перемещения разнообразных элементов на большую высоту. Могут быть по длине до 50 метров, с совершением подъема груза на 18 метров.
Специальные краны, как правило, применяются для перемещения тяжелых грузов (до 200 тонн). Применяются в портах, на деревообрабатывающих предприятиях, для перемещения контейнеров и сходных сферах деятельности.
Схема козлового крана
Кран козловой состоит из следующих элементов:
- опоры;
- мост;
- электрооборудование;
- кабина оператора;
- тележка с лебедкой;
- рельсы.
Мост представляет собой пространственную конструкцию разнообразной формы в зависимости от варианта исполнения. Пролет моста может иметь одну или две консоли или не иметь их совсем.
Опоры могут быть одно- или двухстоечными. Они устанавливаются на рельсы, по которым происходит перемещение крана. Также рельсы имеют небольшие зазоры для теплового расширения при длительной работе установки.
Кабина оператора размещается в консоли вместе с подъемно-силовыми установками, редукторами и другим оборудованием.
Тележка в козловом кране предназначается для непосредственного перемещения грузов. Она имеет прочную конструкцию. Снабжается редукторами и двигателями.
В качестве устройства подъема применяется крюк, грейфер иди сходное оборудование в зависимости от типа захватываемого груза. Для повышения тяговых характеристик оснащается полиспастом. Также может использоваться магнитный захват в металлообрабатывающих предприятиях.
Механизм передвижения козлового крана
Механизм передвижения козлового крана представляет собой сложную конструкцию. Как правило, он состоит:
- из подкрановых путей;
- системы перемещения крана (двигатель, тормозная система).
Подкрановые пути
Подкрановые пути представляют собой прочную бетонную конструкцию, на которой установлены рельсы. Поскольку козловой кран имеет большой вес, то фундамент под ним должен обладать повышенным показателем надежности. Зачастую в качестве основы применяют бетонные или деревянные шпалы.
Железо-бетонные шпалы дороже деревянных. Но их легче устанавливать и обслуживать, они надежнее и долговечнее. Благодаря этому бетонные конструкции получили широкое распространение. Деревянные шпалы, как правило, используют в течение двух-трех лет и заменяют.
Поскольку на подкрановые пути приходится большая нагрузка, то они имеют сложное устройство. Основным элементом, помимо рельс и шпал, является балластная призма. Она представляет собой специальную насыпь, которая служит своеобразным амортизатором.
Рельсовые пути имеют тупиковые упоры, которые устанавливают во избежание схода крана. Кроме того, каждый подкрановый путь оборудуется выключающей линейкой. Это устройство, приводящее в действие концевые выключатели.
Механизм перемещения крана
В качестве основного движителя козлового крана выступает электродвигатель. Он применяется для перемещения крана по рельсам и тележки по балке. Поскольку веса грузов значительные и сам козловой кран весит порядка 30 тонн, то электрических двигателей применяется несколько. Для поднятия грузов используются различные редукторы, которые увеличивают тяговое усилие.
Кроме того, различают краны с раздельным и центральным приводом. В раздельном приводе каждое колесо имеет отдельный привод. Это сделано для того, чтобы снизить нагрузку при транспортировке тяжелых грузов. В моделях с центральным приводом колеса работают синхронно.
Конструкция козлового крана предусматривает перемещение тяжелых грузов. Поэтому он должен быть оборудован качественной системой торможения во избежание аварийных ситуаций.
В качестве тормозов на козловых кранах применяется гидравлическая или колодочная тормозная система.
Колодочный тормоз эффективен при центральном приводе колес. Механизм распределяет тормозные усилия равномерно. Износ колодок одинаков на каждом колесе.
Однако применение такой системы торможения в козловых кранах с раздельным приводом не целесообразно. Поскольку каждое колесо обладает различной скоростью, то тормозная колодка получает индивидуальный износ, что может привести к перекосу крана во время торможения и сходу его с рельс.
Чтобы этого избежать, активно используются объемные гидромашины. Такая система торможения сложна. В нее входят гидронасос, гидрораспределитель, редуктор, гидроаккумулятор и прочее. Позволяет делать торможение плавным и мягким.
Механизм подъема козлового крана
Механизм подъема козлового крана представляет собой систему из лебедки, тележки и вспомогательного оборудования. Благодаря этим устройствам кран способен поднимать и перемещать тяжелые грузы.
Тележки для перемещения
Грузовые подвесные тележки разделяют на:
Монорельсовая (слева) и двухрельсовая (справа) грузовые тележки.
Монорельсовые модели используют для движения один рельс. Подвеска конструкции имеет сферические опорные элементы. Это необходимо для уменьшения изгибающего момента, который воздействует на монорельс.
Однако такая конструкция имеет ряд недостатков. Монорельс обладает небольшим сроком службы, такая конструкция делает кабину неустойчивой в поперечном сечении. Поскольку консоль раскачивается при движении, это негативно влияет на работающего оператора. Зачастую чтобы избавиться от этого эффекта устанавливают дополнительный монорельс, что ведет к утяжелению конструкции.
Двухрельсовая модель перемещается по направляющим, которые уложены на нижние пояса балок. Рама такой тележки во избежание перекосов имеет три опоры.
Грузовые тележки используют совместно с лебедками. В этих случаях шарнир для соединения закрепляется на поперечной балке с колесами. Это позволяет снизить высоту тележки. Для оптимизации компоновки оборудования на раме используют специальные редукторы.
Лебедки для подъема груза
Лебедки для поднятия грузов, как правило, изготавливают с нарезным барабаном или канатоведущим шкивом. Нарезные модели отличаются повышенными показателями надежности, но имеют достаточно большие габариты и вес.
Для усиления тягового усилия применяют полиспаст. Его кратность зависит от заданного параметра поднимаемого веса.
Изготавливают лебедки из прочного металлического каната или цепи.
Управление краном
Управление козловым краном, конструкция которого сложна, осуществляется при помощи кнопочного пульта. Пульт управления может располагаться внизу на земле и иметь проводное сообщение с движущимися агрегатами. Пульт дистанционного управления с радиосигналом используется только в моделях, которые обладают небольшой грузоподъемностью.
Также управление возможно из кабины, которая установлена на самом кране. Такие модели позволяют осуществлять поднятие груза значительного веса. В кабине оператора установлены манипулятор и рычаги для управления.
Электрооборудование крана
Электрооборудование козлового крана представляет собой сложное оборудование. Разделяется на основное и вспомогательное.
Основным принято называть те агрегаты, которые непосредственно участвуют в подъеме и перемещении груза. Сюда относят электродвигатели, реле, проводку, выключатели, пускатели, тормозные механизмы, устройства управления и другое.
К вспомогательным устройствам причисляют аппараты, которые предназначены для освещения, измерения данных и прочего.
Некоторая часть аппаратного электрического обеспечения располагается в специальном закрытом шкафу. Также стоит помнить, что все оборудование должно быть защищено от влаги и конденсата при использовании на улице.
Эффективное управление козловым краном осуществляется при помощи нескольких видов электроаппаратных устройств:
- релейно-контактная установка;
- дроссельно-пусковое оборудование;
- частотный механизм.
Релейно-контактная аппаратура является одной из распространенных. Такой метод управления применим при достаточно низких температурах. Однако он приводит к быстрому износу реборд колес, так как при движении возникают перекосы тележки.
Дроссельно-пусковой метод применяется для ограничения тока при пуске. Устройство применяется для плавного разгона тележки и медленного торможения. Преимуществом применения данного аппаратного обеспечения стал длительный период эксплуатации оборудования и возможность исключить из работы сопротивления релейно-контактную схему и прочее.
Частотная аппаратура позволяет экономить при эксплуатации крана. Благодаря этому устройству можно контролировать разгон и скорость механизма, задавать его ускорение. Благодаря частотной аппаратуре увеличиваются ходимость оборудования и время между плановыми ТО.
Источник
Ходовая часть козлового крана
Рис. 77. Кинематические схемы механизмов передвижения крана
Типовые кинематические схемы приводов механизмов передвижения приведены на рис. 77.
На выходном валу редуктора механизма передвижения крана (рис. 77, а) посажена шестерня, сцепляющаяся с зубчатым венцом ходового колена (или с зубчатым колесом, посаженным на консольный конец вала колеса). Обычно используют зубчатый цилиндрический двухпарный горизонтальный редуктор, установленный на площадке рамы ходовой тележки. Такие схемы используют в кранах с ограниченной интенсивностью эксплуатации и преимущественно при ограниченной мощности приводного двигателя — 3 … 5 кВт.
Опыт эксплуатации показывает, что консольная реверсивная нагрузка на вал редуктора при интенсивной работе механизма передвижения быстро (в ряде случаев за 2 … 3 месяца) приводит к разбалтыванию крепления редуктора и даже к поломке его лап. Попытки усилить крепления, увеличив прочность болтов, установив упоры и др., обычно положительного результата не дают. Поэтому эксплуатирующие организации, а иногда и заводы-изготовители переделывают выходной вал редуктора, устраивая для него третью, дополнительную опору. Этим удается уменьшить нагрузку на корпус редуктора, однако выверка трехопор-ного вала трудоемка, а распределение нагрузок между его опорами неопределенно. Иногда вал ведущей шестерни одним концом опирается на выносную опору, а другим — на гнездо выходного вала редуктора, причем крутящий момент передается через муфту последнего.
В некоторых конструкциях вал ведущей шестерни монтируют на двух опорах и соединяют с редуктором зубчатой муфтой. Однако это приводит к существенному увеличению ширины ходовой тележки.
На рис. 77, б приведена схема механизма передвижения с редуктором, навешенным на конец вала колеса. В этой схеме исключена консольная нагрузка, отсутствуют быстроизнашивающиеся и требующие регулярного ухода открытые передачи. Иногда валы редуктора и колеса соединяют с помощью жесткой тарельчатой муфты.
Такие механизмы наиболее эффективны при использовании фланцевых электродвигателей и креплении тормоза непосредственно на двигатель или на навесной редуктор.
Однако следует отметить, что широкое внедрение данной схемы встречает затруднения вследствие недостаточных пока еще масштабов производства навесных редукторов.
В двухколесных балансирных тележках избежать применения открытых передач при обоих ведущих колесах тележки практически невозможно. Здесь используют преимущественно две схемы. При установке редуктора на центральный вал (рис. 77, в) улучшается работа открытой зубчатой передачи, так как вращение передается от центральной шестерни на два колеса. Однако в ряде случаев компоновка механизмов по этой схеме оказывается неудобной. Тогда привод ходовых колес выполняют по схеме, приведенной на рис. 77, г. Иногда такие тележки выполняют с венцовыми зубчатыми колесами, также связанными между собой паразитной шестерней. В этом случае один из венцов приводится с помощью шестерни, посаженной на консольный вал редуктора или на дополнительный промежуточный вал.
В схемах, приведенных на рис. 77, а—г, можно применять также и червячные редукторы, что часто уменьшает ширину ходовой части. Кинематическая схема одного из таких механизмов (фирмы Впко) показана на рис. 77, д. Наиболее компактны механизмы передвижения с мотор-редуктором, выходной вал которого несет коническую шестерню, сцепляющуюся с коническим венцом ходового колеса (рис. 77, е). В этом случае, например, фирма Аумунд часто располагает мотор-редуктор наклонно перед опорной стойкой, что сводит к минимуму ширину ходовой части.
В козловых кранах находят применение различные конструкции узлов установки ходовых колес. Часто используют типовые узлы мостовых кранов — кованые (штампованные) колеса на вращающихся валах, подшипники которых посажены в расточках угловых букс. Такие узлы выпускают с ходовыми колесами диаметром 320 … 800 мм на максимальные давления 100 … 600 кН. Достоинствами их являются простота демонтажа и монтажа ходовых колес, а также возможность приобретения обладающих относительно высоким качеством узлов или заготовок крупносерийного изготовления.
Однако угловые буксы трудоемки в обработке; для точной их установки нужна механическая обработка рам тележек, что далеко не всегда осуществимо. Необходимость придания соответствующей формы приводит к усложнению рам тележек; при этом размеры торцовых частей рам часто оказываются недостаточными для крепления противоугонных захватов. Для устранения этого недостатка иногда располагают ходовые тележки буксами внутри опоры; поэтому приходится размещать стяжку высоко над тележками.
В козловых кранах находят применение упрощенные буксовые узлы (с цилиндрическими буксами, сварными буксами с Косым разъемом и др.). Такие узлы наиболее целесообразны в балансир-ных тележках, так как позволяют получить необходимую точность установки ходовых колес путем расточки рам тележек.
Для кранов с ограниченной интенсивностью эксплуатации с успехом применяют значительно более простые в изготовлении и установке колеса на неподвижных осях и с венцовыми зубчатыми колесами. При изготовлении венца и ведущей шестерни из термически обработанной стали 40 … 55 (или им соответствующих) срок их службы даже в условиях среднего режима составляет 3 … 5 лет, что приемлемо в условиях эксплуатации.
Далее рассмотрим конструкции основных типов ходовых тележек и механизмов передвижения.
В ходовых приводных тележках кранов ККС-10 рама тележки выполнена из двух балок швеллерного сечения, к которым приварен кронштейн наклонного соединительного фланца. В щеках кронштейна посажена ось для крепления монтажного полиспаста. С противоположной стороны предусмотрены кронштейны с вертикальной осью для крепления противоугонного захвата.
Ось ходового колеса посажена в усиленных накладками расточках швеллеров; она несет ходовое колесо с двумя сферическими роликоподшипниками и зубчатым венцом открытой передачи.
Вал ведущего колеса открытой передачи, вращающийся в двух опорах, соединен g выходным валом редуктора зубчатой муфтой. Такое соединение удобно для сборки и ремонтов. Точность зацепления обеспечивается специальным сборочным накладным кондуктором, который базируется на расточке для оси ходового колеса. По этому кондуктору на контрольных штифтах устанавли-рают и заваривают по месту пальцы крепления корпусов подшипников вала. После установки ходового колеса и вала монтируют остальные механизмы.
До установки редуктора, двигателя и тормоза к их лапам на болтах крепят гнутые подставки; после установки и регулирования механизма эти подставки приваривают. Это значительно уменьшает трудоемкость изготовления, так как исключает разметку и сверление отверстий под крепящие болты и регулирование по высоте с помощью прокладок. Все механизмы закрыты съемными кожухами.
Ходовое колесо (рис. 78) изготовляют из углеродистой стали 75 и проводят сорбитизацию (или глубинную закалку) обода до твердости //.в 300—350. Зубчатый венец посажен на ступицу о натягом и крепится с помощью ввертных шпилек.
Ходовые части козлового крана КК.Т-5-12,5 грузоподъемностью 5 т пролетом 12,5 м имеют балки-стяжки, выполненные каждая из двух швеллеров, на которые опираются стойки опор. Ходовое колесо смонтировано на угловых буксах. Один из концов вала колеса несет ведомое зубчатое колесо. На второй конец устанавливают монтажный барабан. Ведущее зубчатое колесо прсажено на выходной вал горизонтального редуктора, установленного на консольной площадке балки. На торце последней смонтирован щит с двумя резиновыми буферными упорами и ручным клещевым противоугонным захватом.
В этой конструкции для монтажа крана приходится вывешивать ведущее ходовое колесо, что несколько усложняет проведение монтажных работ.
Для кранов, работающих в условиях частых перебазировок, используют другие системы привода монтажных барабанов. В самомонтпрующихся строительных козловых кранах с установкой ходовых колес на вращающихся валах монтажный барабан также сажают на свободный конец вала. Крутящий момент от вала передается на колесо с помощью заклиненной на валу крестовины, соединяющейся с колесом с помощью легкосъемных пальцев. При монтаже эти пальцы удаляются и вал разъединяют с колесом.
Рис. 78. Ходовое колесо крана ККС-10
У кранов с колесами, вращающимися на неподвижных осях, монтажный барабан устанавливают на оси колеса. На период монтажа барабан соединяют с колесом.
В ходовой тележке крана КК-12,5-32 (рис. 79) вал ходового колеса смонтирован в двух упрощенных буксовых подшипниках. Этот вал зубчатой муфтой соединен с выходным валом редуктора ВК-400, опорный фланец которого прикреплен к промежуточной подставке. В последней предусмотрены расточки для несущих пальцев, посаженных в рамы ходовой тележки.
Рис. 79. Ходовая тележка крана КК-12,5-32
Достоинством такой конструкции является отсутствие открытых зубчатых передач; существенно упрощается и облегчается рама тележки.
Балансирная двухколесная ходовая тележка упрощенной конструкции предназначена для бесконсольных кранов грузоподъемностью 32 т пролетом 32 м. Неподвижные оси колес укреплены в швеллерных балках рамы. Колеса смонтированы на подшипниках качения и несут зубчатые венцы. Между ходовыми колесами размещена промежуточная шестерня, посаженная непосредственно на ось балансира. В тележке применен двухпарный редуктор, выходной вал которого заменен на трехопорный и снабжен выносным подшипником. Тележка снабжена ручным Клещевым противоугонным захватом.
Достоинством тележки является ее относительно небольшая ширина. Однако промежуточная шестерня на оси балансира чрезвычайно затрудняет ремонт. Неудобен и трудоемок демонтаж ходовых колес. Вместе с тем гнезда под оси колес и балансира могут быть без каких-либо затруднений расточены с одной установки, что обеспечивает высокую точность расположения колес.
На рис. 80, а показана конструкция балансирной ходовой тележки, примененной производственным объединением «Кран» в козловых кранах грузоподъемностью 20/5 т оболочечным мостом. Здесь использованы ходовые колеса от крана ККС-10 (см. рис. 78). Рама тележки образована двумя боковыми листами, соединенными в верхней части продольным горизонтальным листом. В раму вварены бобышки для оси балансира, полукорпуса угловых разъемных корпусов крепления осей ходовых колес, полукорпуса подшипников навесного двухпарного редуктора и гнезда оси промежуточной шестерни. Все эти элементы могут растачиваться с одной установки, что обеспечивает необходимую точность размещения передач. Двигатель связан с редуктором удлиненной зубчатой муфтой.
Балансирная ходовая тележка (рис. 80, б), используемая Александрийским заводом ПТО в козловых кранах, представляет собой сварную из листов раму, на которой болтами прикреплены типовые угловые буксы, несущие подшипники двухребордных ходовых колес. На валу одного из колес посажен вертикальный редуктор с передаточным числом 25. Через его корпус пропущен палец, в головке которого предусмотрено гнездо для прохода тяги 1, противоположный конец которой проведен через втулку 2 рамы тележки. По концам тяга имеет гайки 3. Тяга несет распорную трубку 4. Самоустановка тяги обеспечивается сферическими шайбами 5 и 6. Тяга воспринимает реактивный крутящий момент, удерживая от проворота редуктор. Двигатель мощностью 17,5 кВт имеет фланец для крепления к корпусу редуктора; валы двигателя и редуктора соединены с помощью зубчатой муфты. Подставка для тормоза ТКГ-200 также укреплена непосредственно на корпусе редуктора. Для передачи вращения на второе колесо служат посаженные на валы ходовых колес зубчатые колеса. Колеса связаны с промежуточной шестерней, вращающейся на конце оси, которая посажена в гнезда рамы тележки.
Применением навесного редуктора в сочетании с фланцевым электродвигателем, несущим тормоз, предельно упрощены как конструкция, так и монтаж тележки, снижена ее металлоемкость.
Основной причиной, вызывающей преждевременный выход из строя ходовых колес, преимущественно их реборд, является перекос ходовых колес в горизонтальной плоскости. Регламентированный ГОСТ 23940—79 допускаемый относительный перекос ходовых колес в 1/500 следует считать верхним пределом отклонений в параллельности. Для хорошей работы ходовых частей перекос желательно снизить до 1/1000—5/10 000, что реально, например, Для колес балансирных тележек.
Во всех случаях конструкция ходовых частей должна обеспечивать возможность проверки положения ходовых колес как при монтаже, так и при эксплуатации. Для этого в рамах тележек должны быть предусмотрены соответствующие окна. Для возможности регулирования положения ходовых колес соединительные фланцы ходовых тележек снабжают центральными шипами, а для крепежных болтов предусматривают удлиненные отверстия. Такая возможность должна быть предусмотрена в любом случае, хотя бы ценой срезки и последующей приварки выполненных соответствующим образом элементов конструкций. Так, оси балансиров рекомендуется сажать не в расточки основных листов рамы тележки, а в приваренные к последним и поддающиеся перестановке накладные листы; это же относится й к неподвижным осям ходовых колес. Для кранов с обеими жесткими опорами целесообразно предусматривать возможность смещения (хотя бы в пределах Ю … 20 мм) ходовых колес в осевом направлении. На практике это обеспечивается соответствующим выполнением опорных стоек.
Рис. 80. Балансирные ходовые тележки:
а — крана ККО-20/5; б — крана ККЛ-32
В ходовых частях, а также при необходимости и в стяжках опор должны быть предусмотрены элементы, обеспечивающие возможность вывешивания ходовых колес и тележек для их замены и регулирования.
Чтобы исключить проскальзывание каната, блоки, поддерживающие грузовые и тяговые канаты у кранов с канатными грузовыми тележками, должны монтироваться только на подшипниках качения.
Помимо натяжения при нормальной эксплуатации следует учитывать динамические натяжения, возникающие при предельно возможных условиях.
Рис. 81. Схема к расчету натяжения тягового каната
Диаметры блоков и барабанов механизма передвижения принимают по нормам Госгортехнадзора для соответетвующих режимов работы.
Однако при стационарно установленной лебедке блоки грузового каната рекомендуют выбирать исходя из норм следующей по интенсивности режимной группы. Это обеспечивает повышение срока службы канатов, испытывающих перегибы как при подъеме груза, так и при передвижении тележки.
При барабанной лебедке механизма передвижения натяжное устройство может не быть автоматическим; оно должно обеспечивать выборку не менее 3 % полной длины каната. Надежная работа механизмов с канатоведущими шкивами возможна только при поддержании необходимого минимального натяжения, что практически возможно только при наличии автоматически действующих натяжных устройств. Здесь приходится вводить в расчет наиболее неблагоприятный случай, соответствующий началу движения тележки о грузом с консоли в пролет и уклону против ветра (рис. 81).
У самоходных грузовых тележек выносливость элементов механизмов передвижения (как g центральным, так и с раздельным приводом) рассчитывают в предположении, что тяговые усилия распределяются между всеми ведущими колесами поровну. Прочность элементов механизма передвижения тележки проверяют по статическим характеристикам материала на нагрузку, возникающую при проскальзывании (или пробуксовывании) ходовых колес по подтележечным рельсам.
Коэффициент трения между колесом и рельсом здесь принимается равным 0,25.
В механизмах передвижения кранов за расчетную нагрузку, учитываемую при проверке прочности элементов механизма по статическим характеристикам материалов, принимают наибольшую из нагрузок, соответствующих максимальному моменту, который может развивать электродвигатель, и тормозному моменту, определенному с учетом коэффициента перегрузки, равному 1,3.
Выбор ходовых колес. Механизмы передвижения козловых кранов оборудованы одно- или двухколесными (реже — трехколесными) балансирными тележками. Обычно в кранах грузоподъемностью 10 … 12,5 т применяют одноколесные ходовые тележки, а в более тяжелых — двухколесные.
При выборе типа тележки следует учитывать, что современные крановые колеса обладают высокой несущей способностью. Однако козловые краны общего назначения рассчитывают на перемещение по путям с гравийно-щебеночным балластом, что заставляет принимать нагрузку на ходовые колеса, равной 200 … 250 кН.
Вне зависимости от допускаемых нагрузок следует избегать применения ходовых колес диаметром менее 400 мм. Это объясняется тем, что с уменьшением размеров колес увеличиваются толчки при проходе через стыки наземных рельсовых путей.
Источник