О крановых колесах и рельсах
А. В. Терехов, академик ПТАН Украины, г. Никополь
Действующий в Украине стандарт ГОСТ 28648 [1] регламентирующий основные размеры всех крановых колес, которые устанавливаются на всех типах кранов, передвигающихся по наземным или надземным рельсовым подкрановым путям. Далее будем рассматривать диаметр дорожки качения двухребордного колеса и ширину этой дорожки качения, как основные параметры необходимые для выбора колес и рельсов.
Как определяется, какое колесо необходимо в том или ином случае в том числе с точечным контактом? На примере ОСТ 24.090.44 [2] рассмотрим последовательность действий:
- определяется максимальная статическая нагрузка на колесо;
- по полученному значению статической нагрузки предварительно выбираем диаметр дорожки качения колеса и тип рельса используя апробированные рекомендации [2, 3, 5]. Предварительный выбор означает, что для одного значения статической нагрузки можно выбрать колеса с разным значением диаметра катания, а также различные типы рельсов. Например, выбор можно произвести с учетом режима работы механизма передвижения, а также с учетом скорости качения [4,14];
- далее производится расчет колеса [3], а именно определение напряжения в контакте обода колеса и рельса и сравнение значения этого напряжения с допускаемым нормативным. Расчет производится с учетом всех необходимых сопутствующих параметров, в том числе марки материала и вида термообработки колеса.
Для устройства подкрановых путей применяются рельсы крановые [8], рельсы обычные для железных дорог широкой колеи [7], рельсы железнодорожные узкой колеи [9], рельсы железнодорожные типа Р43 [10].
Требования по устройству подкрановых путей оговариваются Правилами [13], согласно которым устанавливаются допуски на колею подкрановых путей. Для мостовых, башенных и козловых кранов устанавливаются следующие значения допусков (отклонений величины колеи в плане) подкрановых путей ±15, ±10 и ±15 мм соответственно. Нормативные допуски на размер колеи мостового крана ±5 мм для пролета менее 22,5 м и ±8 мм для пролета более 22,5 м. Допуск на колею подтележечного пути мостового крана составляет ±5 мм, и на колею тележки ±3 мм.
Для подкрановых путей башенных кранов вводится дополнительное требование на прямолинейность рельсового пути на длине 10 м. Для кранов с жесткими ходовыми рамами не более 20 мм, а для кранов с балансирными тележками не более 25 мм. Отдельный интересный вопрос, касающийся колеи подкранового пути и разницы между шириной головки подкранового рельса и шириной дорожки катания колеса, возникает при необходимости перемещения башенного крана по криволинейным подкрановым путям [6].
Если проанализировать размеры дорожек катания крановых колес и ширину дорожек катания [1], а также ширину головок соответствующих этим колесам типов рельсов [7, 8, 9,10] мы увидим, что суммарные зазоры находятся в пределах 9-30 мм. Причем разделить колеса на ходовые передвижения крана и передвижения грузовых тележек будет не совсем правильным. По каким критериям их делить? Колеса диаметрами 250, 320, 400 мм используются на грузовых тележках и в тоже время эти размеры используются для передвижения легких кранов, кран-балок и пр. А скажем, ходовые колеса диаметром от 500 до 800 мм используются так же на грузовых тележках тяжелых мостовых кранов. Это в европейских нормах присутствуют легкие серии крановых колес, предназначенные в основном для грузовых тележек.
Можно привести еще такой пример. Никопольский краностроительный завод комплектовал свои краны унифицированными ходовыми тележками У2260.28Б (Рис. 1) и обеспечивал краностроительные предприятия отрасли и другие заинтересованные организации этими тележками.Диаметр дорожек катания колес 500 мм, ширина дорожек катания 90 мм, применяемый рельс Р50. Ширина головки рельса Р50-72 мм.Суммарный зазор между шириной дорожки катания колеса и шириной головки рельса составляет 18 мм. Эти тележки устанавливались практически на все советские башенные строительные краны, и не только.
Можно констатировать, что суммарный зазор между шириной дорожки катания колеса и шириной головки рельса стандартами в Украине не регламентируется и назначается конструктивно. Обязательное требование обеспечение беспрепятственного качения колеса или группы колес по рельсу.
Конечно, с учетом допусков на колею подкранового пути.
Естественно вследствие трения реборды колеса о боковую поверхность головки рельса происходит износ этих поверхностей. Браковочным признаком возможности эксплуатации колес по [1] является износ реборд не более 50% первоначальной толщины и (или) поверхности катания не более 1,15% первоначального диаметра. Срок службы колес в общем случае зависит от режима работы механизма передвижения и от машинного времени работы колеса в часах за срок его службы. При этом большое значение на увеличение машинного времени имеет норма точности установки колеса (угол перекоса его оси в горизонтальной плоскости не более 0,0005) и состояние подкрановых путей, отвечающих требованиям Правил [13]. При этих условиях срок службы колеса по ребордам будет приблизительно равным сроку службы по ободу.
Крановые колеса, изготовленные из стали марок 75 или 65 Г должны иметь твердость дорожек катания и реборд в пределах 320...390 НВ с глубиной закаленного слоя по [1]. Также хороший результат в плане увеличения износостойкости дает смазка поверхностей реборд и рельсов, в том числе и твердой смазкой. Срок службы колес по ребордам может быть увеличен до 30%.
Какие крановые колеса и как они используются в европейских странах рассмотрим на примере Германии, которая имеет национальные стандарты на крановые колеса и рельсы.
DIN536-1[12] предусматривает линейку из семи типов рельсов с шириной головки: 45; 55; 65; 75;100; 120 и 150 мм.
DIN 15049[11] предусматривает линейку из 13 диаметров колес. Каждый диаметр предусматривает по два размера ширины дорожки катания, узкую и широкую. Имеется таблица для выбора крановых рельсов для узкой и широкой серий колес.
Выбор диаметра колес производится по методике отличной от нашей. Она основывается на ряде коэффициентов: материала колеса, скорости и режима работы. Для расчета предлагаются предварительные усилия на колесо, называемые характерными, соответствующие материалу колеса и рельса с пределом прочности 590 Мпа, режиму работы 25.40 % и скорости вращения колеса 32 об/мин. Имеются ИНСТРУКЦИИ, по которым с учетом уже фактических параметров эксплуатации и производится выбор пары колесо-рельс, с помощью различных коэффициентов.
ISO 12488-1 [15] предусматривает требования, согласно которым устанавливаются допуски на колею подкрановых путей кранов и тележек в зависимости от класса допусков и величины пролета. Существует 4 класса допусков, каждый допуск учитывает суммарный путь, проходимый краном или тележкой за срок службы в километрах. Класс 1-50000 км; класс 2-меньше 50000 но больше 10000 км; класс 3-меньше 10000 км; класс 4-для временных путей (для выполнения строительных или монтажных работ).
Таким образом, величина допуска на колею подкранового пути S для всех типов кранов на рельсовом ходу, в зависимости от класса допуска, при величине пролета до 16 м включительно составляет при проектировании от ±3 до ±12,5 мм. При величине пролета более 16 м от ±10 до ±25 мм max. В эксплуатации от ±10 до ±40 мм при колее менее 16 м. При колее более 16 м величина допуска вычисляется по формуле: ± [Aw +(S-16)] мм, где Aw-значение величины допуска для этого класса допуска при колее менее 16 м.
Допуски на колею грузовой тележки в зависимости от класса допуска для колеи менее 16 м конструктивные от ±3 до ±12,5 мм, а эксплуатационные от ±6 до ±25 мм.
Суммарный зазор между шириной дорожки катания колес по DIN 15049 [11] и шириной головок рельсов по DIN536-1 [12] находится в пределах 10-25 мм для колес узкой серии и 10-85 мм для колес широкой серии.
И в завершение необходимо сказать о европейских, а также американских производителях крановых колес то, что они не признают сорбитизацию, а выполняют поверхностную закалку на глубину 4...6 мм. Согласно их источникам метод поверхностной закалки, формирует высокие остаточные напряжения сжатия на поверхности колеса, что увеличивает его диапазон упругих деформаций под нагрузкой и уменьшает склонность к пластической деформации.
Источник: Журнал Подъемные сооружения. Специальная техника № 06/2020