Концевой Е.М. - Ремонт крановых металлоконструкций

Концевой Е. M., Розеншейн Б. М. К 64 Ремонт крановых металлоконструкций. — М-: Машиностроение, 1979. -- 206 с.т ил.
В книге рассмотрены основные вопросы по ремонту металлоконструкций кранов различного типа, применяемых на машиностроительных предприятиях. Приведены примеры аварий кранов и причины их возникновения, виды дефектов и повреждений. Освещены технологические и конструктивные приемы ремонта и модернизации металлоконструкций кранов; даны рекомендации по обеспечению качества и надежности ремонта; приведены проверочные прочностные расчеты при ремонте крановых металлоконструкций.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся эксплуатацией и ремонтом грузоподъемных кранов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Бесперебойная работа кранового оборудования имеет важное значение на всех стадиях производственного процесса. Выход из строя кранов может полностью нарушить цикл производства. Своевременный ремонт и модернизация кранового оборудования во многом зависят от правильной организации и технологии ремонта. Большинство предприятий производят ремонт и модернизацию кранового оборудования своими силами. Данные по типовым конструктивным решениям ремонта и модернизации отдельных узлов и элементов крановых металлоконструкций не находят должного отражения в литературе.
В настоящей книге обобщен многолетний опыт, накопленный но Всесоюзном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте подъемно-транспортного машиностроения погрузочно-разгрузочного и складского оборудования и контейнеров (ВНИИПТмаш) и на отечественных заводах по ремонту и восстановлению металлических конструкций кранов, эксплуатирующихся на машиностроительных заводах. На основе анализа различных видов ремонтов и наблюдений за работоспособностью отремонтированных кранов в книге приведены типовые, наиболее удачные конструктивные решения. Так как большое число повреждений кранов возникает - из-за наличия концентраций напряжений, в книге подробно описаны мероприятия по снижению коэффициента концентрации.
Поскольку в эксплуатации находится большое число старых ферменных конструкций, рассмотрены вопросы их модернизации. Особое внимание уделено специфическим требованиям применения сварки в клепаных конструкциях. Даны рекомендации по выбору размеров и геометрической формы швов, электродов и порядка наложения сварных швов, обеспечивающих минимальные послесварочные деформации; приведено описание технологических приемов обработки и контроля сварных швов. Разработаны рекомендации по технологии заварки и ограничению распространения трещин. Авторы при этом исходили из принципа, что своевременно обнаруженные при периодических осмотрах трещины, при условии ограничения их распространения, не влияют на прочность и работоспособность крановых конструкций.
В книге приведены конструкции гасителей, резко снижающих время затуханий вертикальных колебаний кранов. Конструкции эти просты, что позволяет изготовлять гасители в условиях ремонтных мастерских. Гасители разработаны во ВНИИПТмаше и прошли практическую проверку на мостовых кранах общего назначения. Книга содержит данные, необходимые для выполнения ремонта типовых кранов различного назначения на неспециализированных машиностроительных предприятиях. Использование методов ремонта, указанных в книге, будет способствовать улучшению качества и эффективности ремонта крановых конструкций.
Главы книги написаны: гл. I, II, III, VII — Е. М. Концевым, гл. IV, V, VI — Б. М. Розеншейном.
I лава I
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
I. ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КРАНОВЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Срок службы металлоконструкций кранов, с точки зрения их физического износа, исчисляется несколькими десятками лет. Демонтаж крана производят главным образом из-за несоответствия его технических показателей требованиям постоянно растущего производства: малая грузоподъемность, завышенные габаритные размеры, увеличение числа повреждений (дефектов), повышение расходов на содержание и ремонт. Парк грузоподъемных машин машиностроительных предприятий исключает конструкции, изготовленные за длительный период времени. Несмотря на продолжительный срок службы, металлические конструкции, особенно эксплуатирующиеся в легком режиме, работают удовлетворительно. Службы заводов, осуществляющие технический надзор за кранами, поставлены в трудные условия обслуживания и ремонта машин. Металлоконструкции отечественных и зарубежных кранов, изготовленные в разный период времени из сталей различных марок, имеют специфические конструктивные особенности, заключающиеся, например, в разнообразных методах соединения элементов. Поэтому обслуживающий персонал должен четко представлять назначение отдельных элементов, их особенности работы в системе всей конструкции.
Металлические конструкции мостовых кранов, применяемых на машиностроительных заводах, по конструктивному исполнению могут быть двух видов: ферменные и балочные листовые. Оба вида конструкций выполняют клепаными или сварными.
Ферменные конструкции состоят из двух главных несущих ферм (рис. 1, а), которые непосредственно воспринимают катковую вертикальную нагрузку, двух вспомогательных вертикальных ферм и четырех горизонтальных, обеспечивающих горизонтальную жесткость.
Пространственную жесткость и монолитность конструкции обеспечивают установкой поперечных связей и соответствующим креплением ферм к концевым балкам (рис. 1,6). Вспомогательные фермы, включая горизонтальные, не следует рассматривать как второстепенные, малонагруженные. Название их условное. Нарушение целостности отдельных элементов вспомогательных ферм, потеря жесткости их узлов соединения ведут к нарушению нормальной эксплуатации всей конструкции; увеличению прогиба, искажению геометрических размеров поперечного сечения, наличию долго незатухающих колебаний и т. п.
У ферменных конструкций наиболее напряженными элементами мостов являются опорные раскосы (рис. 1,а) и узлы их прикрепления, панели нижнего и верхнего поясов главных ферм в средней части пролета. Раскосы ферм воспринимают сжимающие и растягивающие усилия и, кроме того, изгибные, возникающие вследствие жесткости узловых соединений. Стойки воспринимают сжимающие и растягивающие усилия при любом положении подвижной нагрузки. Пояса главных ферм работа ют в сложных условиях при одновременном действии продольных растягивающих (сжимающих) усилий от вертикальных и горизонтальных нагрузок и местной катковой нагрузки на верхний пояс. Элементы ферменных конструкций состоят из набора профилей (рис. 1, в).
Ферменная конструкция моста, главная ферма которой выполнена в виде сплошностенчатой двутавровой палки, показана на рис. 1,6 Балка хорошо воспринимает вертикальные нагрузки и плохо работает на кручение По ному и конструкции предусмотрена установка вспомогательной фермы, снизанной поперечными связями с главной балкой.
До 1940 г. были распространены только ферменные конструкции, которые изготовляли клепаными. Допускаемые напряжения для ферменных конструкций назначались в пределах 800—1000 кгс/см2. Мосты кранов облагали повышенной жесткостью. При проектировании стремились, чтобы отношение прогиба к пролету было не менее 1/1200—1/1500.
В 1928 г. были разработаны технические условия, в которых было предусмотрено разделение кранов по режимам работы на три группы: ] группа — краны для ненапряженной работы, предназначенные для эпизодического использования; II группа — краны для постоянной работы с весьма переменным режимом (краны сборочных мастерских машиностроительных заводов, литейных мастерских, складов и прочих предприятий, где работа крана зависит от изменяющейся потребности в перемещении грузов); III группа — краны для напряженной работы постоянного характера (краны металлургического производства).
В технических условиях (1928 г.) запасы прочности относились к пределу прочности материала, а допускаемые напряжения принимались для стали СтЗ в пределах 800—1100 кгс/см2. В требованиях к материалам были регламентированы только сопротивление разрыву и относительное удлинение.
С внедрением сварки в производство крановых конструкций совершенствуются и технические условия. Так, например, были учтены сочетания основных и случайных (дополнительных) нагрузок. Допускаемые напряжения по сравнению с техническими условиями 1928 г. были повышены на 25—50% (табл. 1). Минимальный предел текучести для стали СтЗ был принят не менее 2300 кгс/см2. Указания о химическом составе стали отсутствовали. Было введено ограничение жесткости (прогиба) конструкции. Для ручных кранов прогиб в середине пролета фермы (балки) от массы груза и тележки не должен был превышать L/600 (L — пролет крана); для электрических кранов пролетом до 20 м прогиб не должен превышать L/800; для кранов свыше 20 м L/1000.
С переходом на сварку ферменная конструкция все еще оставалась основной конструктивной формой. Соединение элементов решеток производили без косынок (рис. 2,а), что значительно ухудшало работу фермы при действии переменных нагрузок. В первых сварных ферменных конструкциях соединение элементов производили внахлестку фланговыми и лобовыми швами. Соединение встык не рекомендовалось. В связи с отсутствием автоматической сварки наиболее целесообразным видом шва считался прерывистый шов. Все указанные швы создают повышенную концентрацию напряжений.
Типичные стыковые соединения нижнего и верхнего поясов главных ферм мостового крана грузоподъемностью 30 т (изготовленного в 1940 г.) показаны на рис. 2, б. Соединение перенасыщено сваркой, накладки создают повышенную концентрацию напряжений. В стыках подобного типа могут появиться скрытые трещины. Для ферменных сварных крановых конструкций характерна значительная концентрация напряжений, вызванная большим числом прерывистых швов, применением ручной сварки. В этом отношении клепаные ферменные конструкции более надежны, так как благодаря упругой работе узлов в них происходит выравнивание напряжений. В клепаных соединениях исключены такие опасные виды дефектов, как подрезы, непровары и т. п.
Балочные листовые конструкции наиболее распространены в современных крановых конструкциях и состоят из двух независимых балок преимущественно коробчатого сечения, сопряженных с концевыми балками (рис. 1, г). Внутри балок имеется система малых и больших диафрагм и .продольных ребер жесткости.
Большие и малые диафрагмы обеспечивают жесткость и прочность верхнего листа, размеры которого выбирают из условия, что сосредоточенное давление от катковой нагрузки тележки передается на диафрагму через рельс, минуя поясной лист. Большие диафрагмы обеспечивают также неизменяемость поперечного контура сечения балок и местную устойчивость боковых стенок. Аналогичную роль выполняют продольные ребра, установка которых предусматривается при отношении высоты стенки к ее толщине более 200.
Балочные листовые конструкции кранов выгодно отличаются от ферменных надежностью и долговечностью. Конструктивное исполнение их исключает возникновение высоких концентраций, грубых дефектов. Листовые конструкции, как наиболее прогрессивные, постоянно совершенствуют.
С 1960 г. для расчета крановых металлоконструкций применен метод предельных состояний. Данные для расчета по методу предельных состояний получены на основе требований эксплуатации, статистического изучения действующих нагрузок, теории вероятностей. Метод позволяет создать наиболее надежные и экономичные крановые конструкции.
2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ И СОЕДИНЕНИЯМ
Металлические конструкции грузоподъемных машин работают в сложных эксплуатационных условиях при действии переменных нагрузок ударного характера. Поэтому к металлам, предназначенным для изготовления крановых конструкций, предъявляют ряд определенных требований, от выполнения которых значительно зависит надежность и долговечность крана в целом. Согласно этим требованиям металлы должны обладать устойчивыми прочностными характеристиками, способностью воспринимать в течение длительного времени переменные нагрузки, способностью противостоять зарождению и распространению трещин. Аналогичные требования предъявляют к металлу, используемому при ремонте крановых конструкций. Количественная оценка соответствия металла указанным требованиям устанавливается на основе следующих показателей: механических свойств, химического состава, комплекса служебных свойств, под которыми подразумевается свариваемость, склонность металла и сварных соединений к хрупкому разрушению.
...