Обоснование необходимости рихтовки рельсовых путей кранов мостового типа

Обоснование необходимости рихтовки рельсовых путей кранов мостового типа

Кузнецов Е.С., канд. тех. наук,
главный инженер ООО «ТЕХТРАНСГРЭС» (г. Екатеринбург)

Одним из «больных» вопросов на большинстве предприятий, эксплуатирующих краны мостового типа, является ремонт или замена ходовых колес и замена рельсов вследствие их износа. Выделим две основные причины, из-за которых происходит износ колес и рельсов: неправильное положение направляющих (рельсов) и движение крана с перекосом, в частности при неточной установке его ходовых колес.
Второй причине посвящена статья [1]. Рассмотрим первую причину.
Допуски на отклонения направляющих путей кранов мостового типа, приведенные в действующих нормативных документах, имеют расхождения, содержат ряд неточностей и ошибок [2]. Это затрудняет принятие правильного решения о необходимости рихтовки направляющих. Отсутствуют указания о том, что при оценке значимости отклонений направляющих следует учитывать их взаимодействие с ходовыми колесами крана (задевают или нет реборды колес за головки рельсов, наблюдается или нет буксование в начале движения грузовой тележки или крана).
Встречаются случаи, когда отклонения направляющих выходят за пределы допусков, но рихтовка не обязательна (иногда даже противопоказана), и наоборот: отклонения направляющих не превышают допуски, но рихтовка явно необходима.

Смещение пятна контакта на поверхности катания ходового колеса крана и касание реборды колеса к головке рельса
Отметим, в частности, что нормы отклонений направляющих путей опорных мостовых кранов, приведенные в Правилах ПБ 10-382-00, не учитывают ряд факторов, от которых зависит нормальная работа крана, а именно:
- ширину колеи кранового пути;
- расстояние между колоннами;
- фактический пролет крана;
Не регламентированы отклонения от прямолинейности путей мостовых кранов.
Ниже использованы нормы отклонений направляющих, взятые из документов, утвержденных Ростехнадзором или согласованных с ним. Кроме того, использованы рекомендации из «Справочника по кранам» [8] и нормы из ISO 12488-1:2005(Е) [9].
Условные обозначения:
L - пролет крана;
Lф - фактический пролет крана;
Lб – длина подкрановой балки;
К - ширина колеи кранового пути (расстояние между осями направляющих);
Δк - уширение (сужение) колеи;
S - расстояние между осями колонн (шаг колонн);
Δhп.с. - разность отметок направляющих в одном поперечном сечении;
Δhс.к. - разность отметок направляющих на соседних колоннах;
iв – продольный уклон пути (тангенс угла наклона в вертикальной плоскости);
iп.с. – поперечный уклон пути (тангенс угла наклона) в одном поперечном сечении.

Обоснование рихтовки по критерию «Разность отметок рельсов в одном поперечном сечении (поперечный уклон пути)»

1.1. Пути мостовых кранов

В Правилах ПБ 10-382-00 для путей мостовых кранов приведена норма
допускаемой разности отметок головок рельсов в одном поперечном сечении
[Δhп.с.] = 40 мм. Данная норма не зависит от ширины колеи пути, следовательно, не отражает условия работы кранов, имеющих разный пролет.
В РД 50:48:0075.03.05 приведена норма 0,005 К, но не более 40 мм. Соотношение 0,005 К теряет смысл для кранов, имеющих пролет более 8 м.
В ISO 12488-1:2005(Е) для путей 3 класса допуска (стационарные крановые пути при пробеге кранов до 10 000 км) приведена норма:
[Δhп.с.] = 2К, но не более 20 мм. Величина К берется в м.
В «Справочнике по кранам» приведена норма максимального уклона, рекомендуемого при проектировании механизмов передвижения грузовых тележек, [iв] = 0,002 (тангенс угла наклона направляющих тележечного пути). Данная норма предполагает сохранение сцепления ходовых колес грузовой тележки с направляющими тележечного пути.
В практике обследования крановых путей встречались следующие особые случаи:
Δhп.с. меньше 40 мм, но движение грузовой тележки затруднено. В этом случае по рекомендуемой величине уклона пути (0,002) необходимо определить рациональную норму разности высотных отметок рельсов в одном поперечном сечении кранового пути. Например, при ширине колеи 10 м она будет равна 20 мм. Рихтовка требуется.
Δhп.с. меньше 40 мм, но один рельс выше второго на всей длине пути. Сужение (расширение) колеи в пределах нормы, кран ездит без перекосов, но реборды колес крана (наружные на одной стороне и внутренние на другой) и соответствующие стороны головок рельсов изношены. Следовательно, под влиянием сил инерции, возникающих при движении грузовой тележки, кран сдвинулся в сторону более низкого рельса. Рихтовка требуется.
Δhп.с. больше 40 мм, но грузовая тележка крана и кран передвигаются нормально, износ боковых поверхностей рельсов и реборд ходовых колес не наблюдается. Этот случай относится к большепролетным кранам (пролет более 20 м). Например, при прочих благоприятных условиях кран, у которого пролет 30 м, а разность отметок рельсов одном поперечном сечении не превышает 60 мм, может работать довольно долго без замены колес и рельсов. Рихтовка не обязательна.

Вид изношенного рельса типа КР 100

1.2. Пути козловых кранов

В Правилах ПБ 10-382-00 для путей козловых кранов пролетом до 30 м приведена норма разности отметок головок рельсов в одном поперечном сечении 40 мм, а при пролетах 30 м и более – 50 мм.
В РД-10-117-95 для путей козловых кранов норма дана в зависимости от класса точности пути, отражающего режим работы механизма передвижения крана, а именно: 20, 30, 40, 50 мм. Данная норма не зависит от ширины колеи.
В ГОСТ Р 5124-99 приведена норма поперечного уклона [ iп.с.] = 0,01. Данная норма неприемлема. Кран может сдвинуться в сторону более низкого рельса.
В РД 50:48:0075.01.05 норма допускаемой разности отметок в одном поперечном сечении 0,005 К, но не более 40 мм. При таком ограничении соотношение 0,005 К теряет смысл для кранов, имеющих пролет более 8 м.
В ISO 12488-1:2005(Е) для путей 3 класса допуска [Δhп.с.] = 2К, но не более 20 мм. Величина К берется в м. Соотношение 2К теряет смысл для кранов, имеющих пролет более 10 м.
В «Справочнике по кранам» приведена норма максимального уклона, рекомендуемого при проектировании механизмов передвижения грузовых тележек, а именно 0,002. Данная норма предполагает сохранение сцепления ходовых колес грузовой тележки с направляющими, что актуально для грузовых тележек с моторным приводом механизма передвижения. Для грузовых тележек с канатным приводом механизма передвижения уклон не имеет значения для сцепления колес с направляющими. От величины уклона зависит только усилие в тяговом канате.
Выводы.
При оценке необходимости рихтовки направляющих путей мостовых и козловых кранов по критерию «Разность отметок рельсов в одном поперечном сечении (поперечный уклон пути)», когда механизм передвижения грузовой тележки расположен на ней самой, целесообразно проверить три условия:
1) (Δhп.с. / К) ≤ 0,002; при этом надо учитывать возможный уклон вследствие строительного подъема (остаточного отрицательного прогиба) пролетных балок мостового крана или верхнего пролетного строения козлового крана;
2) сцепление колес грузовой тележки с направляющими тележечного пути не нарушается, то есть колеса грузовой тележки не буксуют в начале движения;
3) кран не сдвинулся в сторону более низкой направляющей, то есть износ реборд ходовых колес (наружных реборд на более высокой стороне крана и внутренних на более низкой стороне) и соответствующих боковых поверхностей направляющих не наблюдается.
Если данные условия выполняются, рихтовка не обязательна.
Для путей козловых кранов, у которых грузовая тележка передвигается за счет канатной тяги, имеет смысл проверить только третье условие.

Обоснование рихтовки по критерию «Разность отметок направляющих на соседних колоннах (продольный уклон пути)»

2.1. Пути мостовых кранов

В Правилах ПБ 10-382-00 указана норма разности отметок рельсов на соседних колоннах Δhс.к. = 10 мм. Чаще всего расстояние между осями колонн (шаг колонн S) равно 6 м. Если подкрановые балки не имеют прогиба в вертикальной плоскости, то при Δhс.к. = 10 мм и S = 6 м продольный уклон пути равен 0,0017. Практика показала, что при данном уклоне кран движется нормально, без потери сцепления колес с рельсами. Следовательно, нет никакого смысла выравнивать положение направляющих по высоте, если уклон не превышает 0,0017. Этот показатель целесообразно распространить на все другие случаи, когда шаг колонн не равен 6 м. Например, при шаге колонн 24 м, прямых подкрановых балках и разности отметок на соседних колоннах, не превышающей 40 мм, рихтовка направляющих в вертикальной плоскости не обязательна.
В РД 50:48:0075.03.05 норма разности отметок направляющих в ряду вдоль пути указана 0,0015 Lб. При этом разность отметок не должна превышать 10 мм, если Lб ≤ 10 м, и 20 мм, если Lб > 10 м.
В ISO 12488-1:2005(Е) для путей 3 класса допуска норма отклонения от прямолинейности пути в вертикальной плоскости дается 4 мм на 2 м пути, что соответствует уклону iв = 0,002.
В «Справочнике по кранам» приведена норма максимального уклона, рекомендуемого при проектировании механизмов передвижения мостовых кранов, iв = 0,001. Данная норма предполагает сохранение сцепления ходовых колес крана с направляющими.
В практике обследования крановых путей мостовых кранов встречались следующие случаи:
• Разность отметок на соседних колоннах превышает норму. Шаг колонн больше 10 м. Подкрановые балки прямые. Кран передвигается без затруднений (без потери сцепления колес с рельсами). Необходимо определить продольный уклон пути. Пример: Δhс.к. = 35 мм; S = 24 м;
iв = 0,0014. Рихтовка не обязательна.
• Разность отметок направляющих на соседних колоннах не превышает норму, прогиб подкрановых балок не превышает норму, однако крановщик жалуется, что кран с трудом выезжает из «ямы». По СНиП 2.01.07-85 допускаемая величина прогиба подкрановых балок в вертикальной плоскости для групп режима работы крана 1К…6К равна 1/400 от длины балки. В частности, при S = 6 м, Δhс.к. = 10 мм и прогибе подкрановых балок в вертикальной плоскости 15 мм продольный уклон на участке такого пути между осью колонны и серединой пролета между колоннами равен 0,0067, то есть примерно в 4 раза больше значения, при котором сцепление колес с рельсами не нарушается. Рихтовка необходима.

2.2. Пути козловых кранов

В Правилах ПБ 10-382-00 указана допускаемая разность отметок рельсов 30 мм на 10 м длины пути. Практика показала, что, если данная норма выполняется, кран передвигается без затруднений.
В РД-10-117-95 даны допускаемые отклонения от прямой линии от 10 до 60 мм в зависимости от класса точности пути без указания длины участка пути, на котором данное отклонение измеряется. Это делает невозможной оценку продольного уклона. В этом же документе приведена норма на отклонение от прямой линии на участке пути длиной 2 м, а именно 2…5 мм в зависимости от класса точности пути, что соответствует уклону 0,001…0,0025.
В ГОСТ Р 51248-99 приведена норма продольного уклона пути 0,01. Данная норма неприемлема. При указанном уклоне кран передвигаться не сможет.
В РД 50:48:0075.01.05 приведена норма допускаемой разности отметок 0,003 В. При этом разность отметок не должна превышать 30 мм. В качестве величины В рекомендовано брать: базу крана или половину длины инвентарной секции рельса, или 5 м.
Нечеткое толкование величины В затрудняет определение нормы допуска по данному документу.
В ISO 12488-1:2005(Е) для путей 3 класса допуска норма отклонения от прямолинейности в вертикальной плоскости дается 4 мм на 2 м пути, что соответствует уклону 0,002.
В «Справочнике по кранам» приведена норма максимального уклона, рекомендуемого при проектировании механизмов передвижения козловых кранов, iв = 0,003. Данная норма предполагает сохранение сцепления ходовых колес крана с направляющими. Она совпадает с нормой в Правилах ПБ 10-382-00.
Выводы.
При оценке необходимости рихтовки по критерию «Разность отметок направляющих на соседних колоннах (продольный уклон пути)» целесообразно проверить условия:
1) iв ≤ [iв] = 0,0017 для путей мостовых кранов; определять уклон необходимо с учетом возможного прогиба подкрановых балок;
2) iв ≤ [iв] = 0,003 для путей козловых кранов;
3) сцепление колес крана с направляющими не нарушается, то есть колеса не буксуют в начале движения.
Если данные условия выполняются, рихтовка не обязательна.

Обоснование рихтовки по критерию «Сужение (расширение) колеи»

В Правилах ПБ 10-382-00, РД-10-117-95, ГОСТ Р 51248-99, РД 50:48:0075.03.05, РД 50:48:0075.01.05 приведена норма сужения (расширения) колеи: Δк = 15 мм. Для путей козловых кранов, имеющих пролет 30 м и более, в ПБ 10-382-00 и РД 50:48:0075.01.05 приведена норма Δк = 20 мм.
В ISO 12488-1:2005(Е) для путей 3 класса допуска норма сужения (расширения) колеи равна ± 8 мм для пролетов кранов L ≤ 16 м и ± [8 + 0,25 (L – 16)] мм для других пролетов, но не более 20 мм.
В практике обследования крановых путей встречались следующие особые случаи:
• Сужение (расширение) колеи значительно превышает норму, но кран ездит нормально, износа боковых поверхностей направляющих и реборд ходовых колес не наблюдается. Данный случай встречается, когда фактический пролет мостового (или козлового) крана отличается от паспортного значения (Lф ≠ L), а рельсы уложены правильно (не по паспортному значению ширины колеи кранового пути, а по фактическому пролету крана). Рихтовка в плане противопоказана.
• Сужение (расширение) колеи меньше нормы, но кран заклинивает, наблюдается интенсивный износ направляющих и ходовых колес. Это случай, противоположный рассмотренному выше, то есть путь уложен по паспортному значению ширины колеи, а требовалось уложить его по фактическому пролету крана. Рихтовка в плане необходима.
• Сужение (расширение) колеи превышает норму, кран заклинивает, наблюдается интенсивный износ направляющих и ходовых колес крана. В данной ситуации вначале следует выяснить, что является причиной заклинивания: рельсовый путь или кран. Среди причин, относящихся к крану, наиболее вероятной является неправильная установка ходовых колес. До принятия решения о рихтовке направляющих в плане необходимо произвести измерение положения ходовых колес крана и их выверку. В 90 % случаев после выверки ходовых колес кран начинает ездить нормально. Если после выверки ходовых колес их реборды не задевают за головки рельсов, то рихтовка в плане не требуется.
Из сказанного следует, что выводы о состоянии кранового рельсового пути можно делать лишь при комплексном подходе к изучению ситуации, то есть обследовать не только рельсовый путь, но и его взаимодействие с ходовыми колесами крана.

Обоснование рихтовки по критерию «Отклонение от прямолинейности направляющих в плане (угол отклонения)»

В Правилах ПБ 10-382-00 норма отклонения от прямолинейности направляющих в плане отсутствует. Можно было бы предположить, что данный дефект направляющих не влияет на работоспособность крана. Это глубоко ошибочно. Исследования немецких ученых [11] показали, что при тангенсе угла отклонения направляющей 0,002 и более поперечное усилие, действующее на колесо, составляет приблизительно одну пятую часть от величины вертикального давления колеса на рельс. В этом случае интенсивный износ реборд колес и рельсов неизбежен [12].
В старых Правилах норма отклонения от прямолинейности была 20 мм на участке пути длиной 40 м для путей мостовых кранов и на участке 30 м для путей козловых кранов. Тангенсы соответствующих углов отклонения равны 0,0005 и 0,0007.
В ГОСТ Р 51248-99 для козловых кранов с жесткими ходовыми рамами норма отклонения от прямолинейности дается 20 мм на длине 10 м, что соответствует тангенсу угла отклонения 0,002.
В РД-10-117-95 норма отклонения от прямолинейности направляющих на длине 2 м равна 2, 3, 4, 5 мм в зависимости от класса точности пути. Соответствующие значения тангенса угла отклонения равны 0,001, 0,0015, 0,002, 0,0025.
В РД 50:48:0075.03.05 приведена норма отклонения направляющей от прямой линии 30 мм, но не сказано, на какой длине надо определять это отклонение.
В этом же документе приведена норма допускаемой кривизны направляющей 3 мм на длине 2000 мм, что соответствует тангенсу угла отклонения 0,0015.
В РД 50:48:0075.01.05 данная норма отсутствует.
В ISO 12488-1:2005(Е) для путей 3 класса допуска норма отклонения от прямолинейности направляющих на длине 2 м дается 2 мм, что соответствует тангенсу угла отклонения 0,001.
Выводы:
1. В нормативных документах Ростехнадзора целесообразно восстановить
норму отклонения от прямолинейности направляющих путей мостовых
и козловых кранов.
2. В качестве нормы отклонения от прямолинейности направляющих целесообразно принимать:
- для путей мостовых кранов – тангенс угла отклонения 0, 001;
- для путей козловых кранов - тангенс угла отклонения 0,002.
При превышении данных значений требуется рихтовка направляющих в плане.

Приведенные рекомендации по обоснованию необходимости рихтовки рельсовых путей мостовых и козловых кранов апробированы на ряде предприятий Свердловской области. Их использование позволило предприятиям в ряде случаев сэкономить значительные средства.

Литература:

Птухин С.В., Кузнецов Е.С. Контроль положения и установка ходовых Кузнецов Е.С. Крановым путям – должное внимание// Эксперт РСП, 2009, № 2, с. 38.
ПБ 10-382-00 Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов
ГОСТ Р 51248-99 Пути наземные рельсовые крановые. Общие технические требования.
РД-10-117-95 Требования к устройству и безопасной эксплуатации рельсовых путей козловых кранов
РД 50:48:0075.03.05 Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации надземных крановых путей. – М.: ЗАО НПЦ «Путь К»
РД 50:48:0075.01.05 Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации наземных крановых путей. – М.: ЗАО НПЦ «Путь К»
Справочник по кранам: В 2 т. Т. 2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов/ М.П. Александров, М.М. Гохберг, А.А. Ковин и др.; Под общ. ред. М.М. Гохберга. – Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-ние, 1988.
ISO 12488-1:2005(Е) Краны – Допуски для колес и для продольных и поперечных крановых путей – Часть 1: Общие положения.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия.
Г. Пайер, М. Шеффлер, Х. Кильхорн и др. Грузоподъемные краны: В 2-х кН. Кн. 1/ Сокр. пер. с нем. М.М. Рунова, В.Н. Федосеева; Под ред. М.П.Александрова. – М.: Машиностроение, 1981.
Птухин С.В. Новая методика контроля положения ходовых колес грузоподъемных кранов// Эксперт РСП, 2010, № 6, с. 42.

Комментарии закрыты.