Металургические краны

     ВВЕДЕНИЕ 

     История развития ПТМ.

     Устройства для подъема или перемещения грузов были известны в глубокой древности. Уже на ранних ступенях развития человеческого общества возникла необходимость в устройствах для подъема тяжелых грузов (упавших деревьев, тяжелых каменных глыб). Подъем и перемещение очень больших по весу грузов при постройках в древнем мире, например, сооружение пирамид Хеопса более чем за 2000 лет до н. э., гидротехнические сооружения в древнем Китае, в долине Желтой реки, постройки в древнем Риме, были невозможны без простейших грузоподъемных приспособлений.

     Наиболее ранними грузоподъемными средствами, по-видимому, были рычаги, катки и наклонная плоскость, позволявшие поднимать и перемещать грузы без применения промежуточных деталей (цепей, канатов), связывающих подъемное устройство с грузом. Катки, рычаги, наклонные плоскости (рампы) применялись, по-видимому, еще при сооружении древнейших каменных построек - дольменов. С их помощью осуществлялись доставка и установка колоссальных скульптур для ассирийских дворцов и храмов и громадных каменных плит при возведении пирамид в древнем Египте.

     Значительно позже появились устройства, которыми груз поднимали и перемещали при помощи промежуточного элемента (веревки, гибкой ветви дерева); к этим устройствам относятся ворот, блок.

     Древние греки применяли для подъема грузов приспособление "журавль" (по гречески - "геранос"). "Журавль" обозначает по-немецки "краних", откуда и произошло русское название "кран" для различных грузоподъемных устройств. Подъемник "геранос" с ручным приводом использовался в V в. до н. э. для возведения крепостных стен, а также при театральных зрелищах для подъема по ходу пьесы действующих лиц и театральной бутафории.

     Рычажные подъемники (прообразы стреловых кранов) использовались для подъема воды в древнем Китае, Индии и "странах Востока. Задолго до начала нашего летоисчисления в Китае применялись горизонтальные и вертикальные вороты с ручным приводом.

Позднее древними греками были введены в  практику рудо-подъема, транспорта и строительства конные вороты, полиспасты и сложные подъемные установки, состоявшие из раскрепленных канатами наклонных столбов с постоянными или переменными углами наклона к горизонту и из подвешенных к столбам полиспастов с простейшими захватными устройствами для штучных грузов.

     Дальнейшее совершенствование этих установок римлянами привело к созданию поворотных подъемных кранов. По описанию Витрувия, относящемуся к I веку до нашей эры, краны эти укреплялись на прочных деревянных брусьях, которые могли поворачиваться на катках в любую сторону. Подъем груза такими кранами мог осуществляться на высоту до 12 м; приводились они в действие с помощью ручных воротов или посредством топчаков. В древнем Риме впервые появились также клетевые подъемники - прототипы современных лифтов. 

    Специальные краны (классификация и особенности).

    Специальные краны предназначены для выполнения подъемно-транспортных или технологических операций, например, перегрузки крупнотоннажных контейнеров, установки грузов в ячейки стеллажного склада, для транспортирования расплавленного или раскаленного металла, взрывчатых или огнеопасных веществ, раздевания мартеновских слитков      и т.д.

    Специальные краны по конструкции можно условно разделить на краны мостового и стрелового типов.

     К специальным кранам мостового типа относят мостовые, козловые, полукозловые, с несущими канатами, кабельные и мосто-кабельные краны, краны-штабелеры, мостовые перегружатели.

     К специальным кранам стрелового типа относят стреловые, башенные, портальные, полупортальные, мачтовые, вантовые, жестконогие, консольные и плавучие краны.

     По конструкции грузозахватного устройства и назначению различают крюковые, грейферные, магнитные, магнитно-грейферные, траверсные, с лапами, мульдомагнитные, мульдогрейферные, мульдозавалочные, штыревые, копровые, закалочные, литейные, посадочные, для раздевания слитков, колодцевые, ковочные и контейнерные краны.

     По виду перемещения краны бывают стационарными, приставными, самоподъемными, радиальными, передвижными, самоходными и прицепными. 

     К особенностям специальных кранов, отличающим их от кранов общего назначения, можно отнести следующие: большее число механизмов, а следовательно, возможность выполнения значительного числа рабочих движений, которое составляет в основном от четырех до семи; ограниченное применение в зависимости от вида перемещаемого груза и технологического процесса, оснащение специальными грузозахватными устройствами, лебедками и другими механизмами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Металлургические  краны 

Металлу́рги́че́ский кран — особый тип кранов, применяемых  в технологическом процессе металлургических и машиностроительных заводов для  выполнения подъёмно-транспортных и  различных технологических операций. 

Общее описание 

В отличие  от обычного мостового крана, обслуживаемого крановщиком и стропальщиком, металлургический кран обычно управляется только машинистом. Отсутствие стропальщика требует полной механизации захватных органов  металлургического крана. Чтобы  осуществить захват груза, захватные органы большинства металлургических кранов имеют жёсткую подвеску, благодаря которой облегчается механизация управления подъёмно-транспортными операциями крана из кабины машиниста. 

К металлургическим кранам, используемым в мартеновских цехах металлургических заводов, относятся:

Литейные  краны (миксерные, заливочные и разливочные).

Напольно-завалочные машины.

Краны для раздевания мартеновских слитков. 

В сталеплавильных  цехах машиностроительных заводов  находят применение:

Мульдо-транспортные краны.

Завалочные  и разливочные краны. 

В кузнечно-прессовых  цехах используются:

Ковочные  краны.

Кузнечные напольные манипуляторы.

Посадочные  краны.

В термических  цехах используют закалочные краны. 

С помощью  колодцевых кранов, обслуживающих отделения нагревательных колодцев прокатных цехов, осуществляют очистку подин от шлака при помощи специальных лопат. Напольно-завалочные машины и завалочные краны используют для «планирования» шихты в пламенном строительстве мартеновской печи. 

Металлургические краны, работая в тяжёлых производственных условиях, испытывают четыре основных вида нагрузок:

Статические нагрузки. Воздействуют от собственного веса и веса поднимаемых грузов.

Динамические  нагрузки. Возникают при разгоне  и торможении механизмов и частей кранов.

Ударные нагрузки. Имеют разные причины возникновения. Достаточно часто возникают соударения кранов, работающих в одном пролёте. Имеются случаи ударов хоботов завалочных кранов о колонны или печи при  повороте их кабин вокруг вертикальной оси. Возникают удары колонн колодцевых кранов о стенки вертикальных нагревательных колодцев, нередки удары клещей кранов для раздевания мартеновских слитков об изложницы.

Технологические нагрузки. Возникают во время «планирования» шихты завалочными машинами и  кранами в мартеновских печах. Кроме того, они возникают в ковочных кранах и кузнечных манипуляторах при ковке изделий прессами и молотами, а также колодцевых кранов при чистке подин колодцев от шлака. 

Поскольку металлургические краны обычно работают в закрытых помещениях, ветровые нагрузки на них не передаются. 

Технические характеристики 

В обозначении  грузоподъёмности (обозначается буквой Q) в виде дроби, например, 10/5 в числителе  указывается грузоподъёмность (в  т) главной лебёдки, в знаменателе  — грузоподъёмность вспомогательной лебёдки, установленных на одной тележке. В обозначениях грузоподъёмности в виде суммы (например, 100+20) слагаемые означают грузоподъёмности лебёдок, установленных на разных тележках. 

В соответствии с ГОСТ 25546-82, большинство металлургических кранов отнесено к тяжёлому (Т) и весьма тяжёлому (ВТ) режимам работы. 

Высота  подъёма главных тележек изменяется от 1,2 до 36 м. Так, высота подъёма груза  мульдо-завалочного крана составляет 1,2 м, для раздевания слитков 5,5-6,45 м, колодцевого 6,51-7,88 м, литейного 18 и 36 м. Высота подъёма грузов вспомогательными тележками может быть более 7 м (колодцевый кран) и менее 40 м (литейный кран)[1]. 

Длина пролёта мостов от 16 до 34 м. 

Скорости:

Скорость  подъёма захватных органов главных  тележек 0,04-0,32 м/с. Скорость движения главных тележек от 0,4 м/с (литейный кран при Q=500 т) до 1 м/с (кран с лапами).

Так, для  литейных кранов при высоте подъёма  главных крюков 18 м скорость изменяется от 0,08 до 0,04 м/с соответственно при Q=100 т и Q=500 т, а при высоте подъёма 36 м, скорость изменяется от 0,2 до 0,125 м/с соответственно при Q=100 т и Q=500 т.

Скорость  подъёма слитков: 0,32 м/с.

Скорость  подъёма главной тележки завалочного  крана: 0,1 м/с.

Скорость  подъёма груза вспомогательной  тележкой: 0,2-0,25 м/с

Скорость  движения кранов: от 1 м/с (литейные) до 2,6 м/с (краны с лапами) 

Вертикальное  давление колеса крана на крановый рельс колеблется от 250 до 920 кН (для  литейного крана). 

Масса кранов составляет 110—705 т. 

Устройство 

Мосты кранов бывают балочными и решётчатыми. Многие из них снабжены двумя механизмами передвижения. На мостах ковочных кранов расположены по четыре раздельных механизма передвижения. 

В зависимости  от собственного веса и веса поднимаемого груза мосты могут опираться  на четыре, восемь, двенадцать или шестнадцать ходовых колёс, как например, литейные краны. 

Некоторые краны имеют по одной тележке, например, краны для раздевания слитков, посадочные, с лапами. Другие краны  снабжены двумя тележками — главной  и вспомогательной, например, мульдо-магнитные, завалочные, литейные, колодцевые, ковочные, закалочные. Некоторые из вспомогательных тележек оборудуют двумя механизмами подъёма (литейные краны). 

По конструктивному  исполнению вспомогательные тележки  мало отличаются от тележек мостовых кранов общего назначения. Конструкции главных тележек в зависимости от выполняемых краном подъёмно-транспортных операций при обслуживании технологических процессов металлургических производств весьма разнообразны. 

Мульдо-магнитный  кран 

Устройство 

Мульдо-магнитный  кран имеет мост, по которому перемещается одна или две тележки. При двух тележках одна из них должна быть магнитной, а вторая — мульдовой. Мульдовый  захват приспособлен для подъёма  специальных мульд (корыт). 

Имеются краны, имеющие одну общую магнитно-мульдовую тележку или тележки только с мульдовыми захватами. Мульдо-захватное устройство крана приводится в движение механизмом подъёма и механизмом управления мульдовыми захватами, связанные канатом с барабаном. Канат через блок направлен на среднюю нарезку подъёмного барабана. Кратность полиспаста этого каната равна двум. Рама мульдовых захватов подвешена на восьми ветвях канатов, четыре из которых навиты на четыре нарезки подъёмного барабана. Кратность полиспаста канатов подъёма равна двум. Оба механизма (подъёма и управления захватами) могут работать раздельно и совместно. Мульдовые захваты открываются при наматывании каната на барабан, а закрываются под действием собственного веса при обратном его вращении. Благодаря большой длине барабана возможно широко расставить блоки полиспаста механизма подъёма, что способствует устойчивости мульдового захвата при работе крана и меньшему раскачиванию его при разгоне и торможении тележки и моста. 

Мульдо-завалочный кран 

Устройство 

Мульдо-завалочный кран состоит из моста и двух тележек. Кран имеет обычную конструкцию моста мостового крана и один общий или два раздельных механизма передвижения. На мосту устанавливаются главная и вспомогательная тележки. 

Рабочий захватный орган выполнен в виде хобота, который поступательно перемещается вверх и вниз вместе с колонной и раскачивается в вертикальной плоскости. Этим хоботом кран захватывает мульды с шихтой и транспортирует в мартеновскую печь. 

Тележка имеет раму с шахтой, колонну с  кабиной, раму мундштука с хоботом и стопор мульды. При помощи механизма подъёма осуществляется подъём или опускание колонны с кабиной, подвешенной через блоки на ветвях каната, концы которых крепятся на барабане. При подъёме колонна скользит по вкладышам верхней и нижней траверс. В нижней части колонны на шарнире закреплена рама. Посредством кривошипно-шатунного механизма производится качание этой рамы, и следовательно, подъём или опускание мульды. 

Вращение  вокруг горизонтальной оси мундштука  с хоботом и мульдой осуществляется механизмом вращения хобота, закреплённым на раме. На одном конце мундштука установлено тихоходное зубчатое колесо, на другом — при помощи болтового или клинового соединения закрепляется хобот. Мундштук вращается в подшипниках, установленных в раме. 

Мульда  крепится с помощью замка на конце хобота. Привод замка осуществляется посредством рукоятки, движение от которой передаётся стопору, проходящему внутри мундштука и хобота. В задней части стопор помещён в упорном шариковом подшипнике, позволяющем ему вращаться вместе с мульдой, в то время как его привод от рукоятки, осуществляющий поступательное движение стопора вдоль хобота, не вращается. Привод стопора может быть ручным или механическим с управлением из кабины машиниста, оборудованной сидением. 

Вращение  колонны осуществляется механизмом вращения, передающим движение зубчатому колесу через вертикальный вал. Зубчатое колесо выполнено разъёмным и прикреплено к вращающейся части верхней траверсы. Вращающаяся помещена в специальный кольцевой вкладыш подшипника, закреплённого в верхней траверсе. В верхней части колонны помещён упорный шарикоподшипник, который позволяет колонне с кабиной вращаться вокруг вертикальной оси. Усилие от веса колонны с кабиной передаётся через шарикоподшипник на верхнюю траверсу и её канатные блоки. 

Применение 

Мульдо-завалочный кран применяют в сталеплавильных  цехах машиностроительных заводов  для захвата хоботом мульды с  шихтой и транспортировки её в  мартеновскую печь. 

Напольно-завалочная машина 

Устройство 

Напольно-завалочные машины имеют более простую конструкцию по сравнению с мульдо-завалочными кранами. 

Машина  передвигается по напольному рельсовому пути. Она состоит из моста, перемещающегося  по рельсам, и тележки, на раме которой  закреплены механизмы и передвижения тележки и качания хобота. Рама мундштука имеет ось и качается вокруг шарнира, закреплённого на раме тележки. Устройство мундштука, хобота и стопора для закрепления мульды аналогично соответствующим механизмам для завалочного крана. Питание электрическим током механизмов машины осуществляется с помощью троллеев и токоподводов, помещаемых на мачте. 

На мосту  машины установлено два механизма  передвижения и рельсовые пути для  ведущих передних ходовых колёс  тележки, расположенные на двух главных  балках моста. На поясах этих балок с внутренних сторон помещены две пары рельсов для нижних задних неприводных колёс тележки. Если тележка не перемещает мульду, задние колёса опираются на нижние рельсы. При подъёме мульды равнодействующая веса тележки с грузом перемещается влево от приводных колёс, задние колёса на несколько мм приподнимаются и упираются в верхние рельсы. 

Напольно-завалочная машина производит несколько операций, в том числе передвижение состава  вагонеток с мульдами. Передвижение осуществляется машиной посредством  мульды. Она размещена между упорами вагонеток и через них сообщает движение составу вагонеток. Установлено, что горизонтальная нагрузка на конец хобота при передвижении состава вагонеток составляет 180 кН. При этом тележка упирается одним из скользунов в вертикальный лист главной балки моста. Рама тележки повернётся и получится перекос, в результате чего задняя сторона её через ролик будет упираться в направляющую моста. Когда передвигается состав вагонеток, мост получает перекос и на реборды диагонально расположенных колёс будут действовать реакции, нормальные относительно рельсового пути. 

Рама  тележки иногда имеет такой перекос  при работе машины, что одно из задних колёс её упирается в нижний рельс, а другое — в верхний. Во избежание  скольжения задних колёс по рельсам их ось выполняют разрезной с установкой на месте разреза втулки с подшипниками. При таком конструктивном исполнении задние колёса тележки при движении по мосту вращаются в разные стороны. В других конструкциях ось задних колёс делают неподвижной, а в колёсах делают подшипники. 

Исполнительный  орган мульдо-завалочного крана  и напольно-завалочной машины выполнен в виде хобота. Концевая его часть  с наружной торцовой стороны выполнена  скошенной под некоторым углом  к вертикальной плоскости грани. При опускании конец хобота входит в соприкосновение с аналогичной гранью на внутренней поверхности замка мульды. Вес мульды с шихтой создаёт грузовой момент относительно замка. Замок хобота имеет выступы. 

Надёжное  удержание хоботом мульды обеспечивается стопорной планкой, которая крепится на конце стопора. При введении конца хобота в замок мульды стопорная планка находится во впадине хобота. После того, как конец хобота войдёт в замок мульды стопорная планка отодвигается назад стопором и попадает в прорези, которые расположены на задней стороне мульды. В результате мульда надёжно фиксируется на хоботе. 

Применение 

Напольно-завалочные машины применяют в мартеновских цехах металлургических заводов. 
 

Литейный  кран 

Описание 

По назначению различают три типа литейных кранов:

1. Миксерный.

2. Заливочный.

3. Разливочный. 

Миксерный кран работает в миксерном отделении  мартеновского цеха, заливочный —  в печном и разливочный — в  разливочном пролёте. Миксерный  кран производит подъём ковшей с жидким чугуном со специальных железнодорожных  вагонов-чугуновозов и заливку  жидкого чугуна в миксер. 

Миксер  — специальный склад для жидкого  чугуна, выполненный в виде цилиндра с внутренней огнеупорной кладкой. Вместимость миксеров составляет 1500 т. Миксер поворачивается при помощи опорно-роликового устройства и может  переливать жидкий чугун в ковш, установленный на специальном электрифицированном вагоне. Этот вагон перемещает жидкий чугун в печной пролёт мартеновского цеха, где заливочный кран загружает его в мартеновские печи. Разливочный кран производит разливку жидкой мартеновской (или конверторной) стали в изложницы. Грузоподъёмность главных тележек литейных кранов 100—500 т, а вспомогательных тележек 20-100 т. 

Устройство 

На рисунке  показан литейный кран с двумя  концевыми балками, к которыми крепятся главные балки и две вспомогательные. По главным балкам перемещается главная тележка, по вспомогательным — вспомогательная. Главная тележка с помощью механизма подъёма перемещает ковш с расплавленным металлом, вспомогательная тележка поворачивает этот ковш при разгрузке. Канаты главной тележки проходят к траверсе между главными и вспомогательными балками. Вспомогательная тележка может перемещаться под главной тележкой и производить опрокидывание ковша для заливки жидкого чугуна в мартеновскую печь или освобождение сталеразливочного ковша от шлака.. 

Исполнительный (грузовой) орган литейных кранов выполнен в виде траверсы с широко расставленными пластинчатыми крюками, которые  подвешены к осям. По краям траверсы расположены канатные блоки, закреплённые на осях. Последние закреплены на траверсе перпендикулярно к осям крюков. Для защиты конструкции траверсы от воздействия расплавленного металла нижнюю поверхность ковша выполняют с предохранительным листом. Расстояние между крюками зависит от размеров ковша для жидкого металла. Каждый из двух приводов механизма подъёма имеет электродвигатель и редуктор. На каждом механизме установлено по два тормоза.. 

При определении  грузоподъёмности литейных кранов учитывают  массу ковша с расплавленным  металлом, массу траверсы и подъёмных  канатов. Основное отличие расчёта механизма подъёма литейного крана состоит в том, что каждый механизм подъёма рассчитывают при нормальной и аварийной работе. Учитывая опасные условия при подъёме жидкого металла, на каждом механизме подъёма установлены два тормоза. Тормозной момент определяют в соответствии с правилами Госгортехнадзора.. 

Применение 

Литейные  краны применяют в мартеновских цехах металлургических заводов. 

Кран  для раздевания мартеновских слитков 

Описание 

Они выталкивают  слитки из изложниц с силой 2000, 2500, 4000 и 5000 кН. Основными рабочими органами этих кранов являются большие и малые клещи. Перед раздеванием слитков клещи сначала снимают тепловые надставки. При раздевании слитков кран иногда преодолевает силы трения, образующиеся между стенками остывающего слитка и изложницы. В некоторых случаях сталь попадает в выбоины, образующиеся на внутренних стенках изложниц. Крану приходится как бы срезать шпонки (выступы металла) в выбоинах изложницы. При этом создаются большие силы сопротивления при раздевании слитков. Поэтому краны имеют большие усилия выталкивания. 

Принцип работы 

Кран  выполняет три основные технологические  подъёмно-транспортные операции:

1. При  раздевании слитка, отлитого уширением  кверху, малые клещи захватывают  прибыльную часть слитка и  поднимают его клещевинами вверх. В это время большие клещи упорами прижимают стенки изложницы к поддону, расположенному на вагонетке, которая перемещается по рельсовому пути цеха. 

2. При  раздевании слитка, отлитого уширением  книзу, усилия действуют на  стенки изложницы и слитка, слиток остаётся на поддоне, а изложница большими клещами снимается со слитка и переносится на соседние вагонетки. Усилия передаются на винтовую систему стрипперного механизма. На мост крана усилие раздевания не передаётся. При раздевании слитка малыми клещами, имеющих усилие до 2500 кН, начинают действовать усилия на слиток, затем на стенки изложницы и далее на упоры больших клещей. Усилие не передаётся на поддон. В стрипперном механизме выталкивания усилие от больших и малых клещей передаётся только на винт штемпеля и патрон. Усилие раздевания не передаётся на подъёмный механизм крана и на его мост. 

3. Если  слиток приварился к поддону,  то его отрывают от него  малыми клещами. При этом клещи  упираются концами в поддон. При  этом усилие от малых клещей передаётся на слиток, поддон и большие клещи. Усилие раздевания не передаётся на вагонетку и мост крана. 

В мартеновских цехах машиностроительных заводов  применяют одно- и двухоперационные приспособления для раздевания слитков. Они могут быть подвешены к мостовому крану или выполнены стационарными:

Подвесные приспособления предназначены для  раздевания из изложницы слитков  с уширением вверх или снятия изложницы со слитка с уширением  книзу.

Стационарные  приспособления снимают изложницы  со слитков или выталкивают слитки с уширением вверх из изложниц. 

Устройство 

Кран  для раздевания мартеновских слитков  имеет мост и специальную тележку. Мост крана выполнен из двух мощных балок коробчатого сечения, опирающихся  на две концевые балки. Тележка крана  имеет жёсткий подвес груза, большие и малые клещи которой закреплены в специальном патроне, перемещающемся по специальным направляющим, закреплённым внутри круглой шахты. Шахта жёстко присоединена к раме тележки. На раме расположены четыре механизма: передвижения тележки, подъёма, выталкивания (стрипперования) и управления большими клещами. Последние три механизма могут работать совместно или раздельно. 

Применение 

Краны для раздевания мартеновских слитков  применяют для раздевания стальных слитков из изложниц. 
 
 
 
 

Колодцевый  кран