Чем уникален поворотный привод гусеничного крана среди всех типов кранов?
Гусеничный кран — единственный мобильный кран, работающий без опорных стоек. Машина опирается на две широкие гусеничные колеи, которые распределяют вес и обеспечивают устойчивость. Это означает, что планетарный редуктор поворотного привода Необходимо обеспечить вращение верхней конструкции в пределах зоны устойчивости, определяемой геометрией гусеничного шасси, — и эта зона изменяется в зависимости от ориентации гусеницы относительно стрелы.
Кроме того, гусеничные краны могут выполнять операции подъема и перемещения — поднимать груз, а затем перемещать его в подвешенном состоянии, сохраняя при этом возможность поворота. Ни один другой тип крана не допускает поворота во время движения. Привод поворота должен работать во время движения ходовой части, что вносит динамические реакции грунта, колебания тангажа гусеницы и переменный уклон местности в расчет момента поворота.
Зона устойчивости не круглая, а прямоугольная, соответствующая схеме гусеничного хода. Линия опрокидывания спереди (между гусеницами) проходит по переднему краю гусениц, обеспечивая больший радиус опрокидывания. Линия опрокидывания сбоку (перпендикулярно гусеницам) проходит по внешнему краю одной из гусениц, обеспечивая меньший радиус. В таблице грузоподъемности указано, что грузоподъемность крана сбоку на 20–301 тонн меньше, чем спереди. Привод поворота должен иметь плавную регулировку скорости, которая обеспечивает замедление по мере приближения стрелы к боковому положению, предотвращая тем самым увеличение опрокидывающего момента в точке минимальной устойчивости из-за динамических сил поворота.
Многоприводная конфигурация на тяжелых гусеничных кранах вносит дополнительную сложность. Краны весом более 200 тонн обычно используют от 2 до 4 поворотных приводов, зацепляющихся с одной зубчатой передачей — аналогично конструкции режущей головки тоннелепроходческого комплекса, но с меньшим количеством приводов и большим крутящим моментом на каждый привод. Приводы должны быть синхронизированы для равномерного распределения общего крутящего момента. В гидравлических системах синхронизация достигается за счет согласованных рабочих объемов двигателей и общего коллектора питания. В электрических системах каждый двигатель имеет свой собственный частотно-регулируемый привод с программным обеспечением для согласования тока. Неравномерное распределение нагрузки — вызванное различным люфтом шестерни, различным износом двигателя или различной температурой масла между приводами — приводит к несбалансированному износу зубьев зубчатой передачи и ускоряет износ наиболее нагруженного привода. Ежегодное измерение люфта каждой шестерни и регулировка выравнивания являются стандартной практикой на многоприводных гусеничных кранах.
Процесс сборки и разборки гусеничного крана предъявляет особые требования к поворотному приводу. Крупные гусеничные краны транспортируются в разобранном виде и собираются на месте — верхняя конструкция поднимается на нижнюю и соединяется через поворотное кольцо. Во время этого соединения шестерни поворотного привода должны быть выровнены с зубьями кольцевой шестерни до того, как верхняя и нижняя конструкции будут скреплены болтами. Любое смещение во время сборки приводит к начальным ошибкам контакта шестерен, которые сохраняются на протяжении всего срока службы крана. Процедура сборки должна включать в себя полное испытание поворота при минимальной нагрузке перед началом любой номинальной грузоподъемности — проверку плавного зацепления шестерни и кольца, правильного включения и выключения тормоза, а также калибровку энкодера для индикатора момента нагрузки.
Инерция верхней части конструкции — наибольшая вращающаяся масса в мобильном оборудовании.
Момент инерции верхней конструкции гусеничного крана определяется тремя основными компонентами: решетчатой стрелой (простирающейся на 30–120 метров от центра поворота), противовесом (расположенным на расстоянии 5–15 метров позади центра поворота) и подвешенным грузом (на радиусе конца стрелы). Вместе они создают моменты инерции от 5 000 000 до 50 000 000 кг·м² — на несколько порядков больше, чем у экскаватора (8 000–250 000 кг·м²) или стрелы башенного крана (200 000–4 000 000 кг·м²).
| Сорт | Вместимость (т) | Бум (м) | Инерция (М кг·м2) | Приводы | Крутящий момент/Привод |
|---|---|---|---|---|---|
| Легкий (50–150 т) | 50–150 | 30–60 | 5–15 | 1 | 20–50 кНм |
| Средний (200–600 т) | 200–600 | 50–90 | 15–35 | 2 | 40–80 кНм |
| Тяжелые (600–3500 т) | 600–3500 | 80–120 | 30–50+ | 3–4 | 60–150 кНм |
Положение противовеса важнее, чем его масса: Противовес весом 200 тонн, расположенный на расстоянии 10 метров, обеспечивает вклад в 200 000 x 100 = 20 000 000 кг·м². Перемещение того же противовеса на 12 метров увеличивает вклад до 28 800 000 кг·м² — увеличение на 441 тонну по сравнению с изменением положения на 2 метра. Привод поворота должен быть рассчитан на максимальный радиус противовеса, а не на средний.
Кинетическая энергия, запасенная в верхней части тяжелого гусеничного крана, значительна. Кран класса 500 тонн с моментом инерции 30 000 000 кг·м², вращающийся со скоростью 1 об/мин, запасает приблизительно 165 кДж — что эквивалентно кинетической энергии автомобиля, движущегося со скоростью 60 км/ч. Для замедления такой массы требуется, чтобы поворотный привод поглотил 165 кДж за счет противодавления гидравлического двигателя и трения в зубчатой передаче. Если оператор неправильно оценит тормозной путь, верхняя часть крана чрезмерно раскачивается — и при радиусе стрелы 30 метров раскачивание на 5 градусов приводит к смещению крюка на 2,6 метра. На перегруженных строительных площадках с тандемными подъемами или в условиях ограниченного пространства такое чрезмерное раскачивание может привести к столкновению грузов, удару о конструкцию или повреждению такелажа.
Зависимость между конфигурацией стрелы и тормозным путем нелинейна. Стрела длиной 120 метров с полным противовесом имеет примерно в 3 раза больший момент инерции, чем стрела длиной 60 метров с уменьшенным противовесом, но тормозной путь при этом примерно в 4-5 раз больше, поскольку более длинная стрела также смещает центр тяжести дальше от оси поворота, увеличивая эффективное плечо инерции. Операторы, прошедшие обучение работе с более короткими конфигурациями стрел, часто недооценивают тормозной путь при переконфигурации того же крана с более длинной стрелой. Планирование подъема должно включать расчет тормозного пути для каждой конфигурации стрелы, а индикатор момента нагрузки должен отображать рассчитанный тормозной путь оператору в режиме реального времени.
Поворотный кран для подъема и перемещения грузов — операция, которую могут выполнить только гусеничные краны.
Мобильный кран на опорах не может перемещаться с грузом — опоры должны быть убраны, а груз сначала установлен на землю. Гусеничный кран может поднимать груз, перемещаться с ним в подвешенном состоянии и поворачиваться во время движения. Это крайне важно для тяжелого промышленного строительства, где модули необходимо транспортировать по площадке и поворачивать на нужное место.
Во время подъема и перемещения груза поворотный привод должен функционировать, пока ходовая часть находится в движении. Гусеницы гусениц совершают вертикальные колебания при движении по неровной местности, вызывая крен и тангаж на 1–3 градуса в поворотном кольце. Эти колебания добавляют динамические составляющие к крутящему моменту поворота — подобно волновому движению на морском кране, но с меньшей частотой и резкими переходами при пересечении гусеницами препятствий.
Он планетарный редуктор поворотного привода Подшипники должны выдерживать динамические нагрузки, возникающие на поверхности земли, без люфта в подшипниках или повреждения зубчатых передач, которые могли бы возникнуть при использовании привода, предназначенного только для стационарного поворота. Технические характеристики подшипников для подъемно-транспортного механизма должны включать коэффициент динамического удара, в 1,3–1,5 раза превышающий номинальный коэффициент для стационарного положения, — с учетом переходных ударных нагрузок от препятствий на земле, которые передаются через подвеску гусеницы на поворотное кольцо.
Подготовка траектории движения является наиболее эффективной защитой поворотного привода во время подъема и перемещения груза. Выровненная, уплотненная почва с деревянными матами снижает тяжесть удара на 60–801 тонн по сравнению с неподготовленной почвой. На крупных промышленных строительных площадках (нефтеперерабатывающие заводы, электростанции, заводы СПГ) траектория движения гусеничного крана при подъеме и перемещении груза проектируется так же тщательно, как и план подъема — потому что повреждение поворотного привода на гусеничном кране грузоподъемностью 1000 тонн может задержать критически важный подъем на несколько недель, пока будет найдена, доставлена и установлена замена.
Скорость подъема и перемещения груза обычно ограничена 0,5–1,5 км/ч при подвешенном грузе — это значительно меньше максимальной скорости перемещения без груза, составляющей 1,5–3,0 км/ч. Ограничение скорости существует потому, что подвешенный груз во время движения действует как маятник, а неровности поверхности земли, вызывающие колебания гусениц, также приводят в движение маятник груза. Сочетание колебаний гусениц и качания груза создает связанную динамическую систему, в которой подшипник поворотного кольца испытывает многоосевую нагрузку (вертикальный удар от гусениц + горизонтальная сила от качания груза + вращающий момент, если оператор одновременно поворачивает погрузчик). При выборе подшипника для подъема и перемещения груза необходимо учитывать все три оси одновременной нагрузки, а не только доминирующую вертикальную нагрузку, которая определяет стационарный подъем.
Три типа отказов, характерных для поворотных приводов гусеничных кранов.
Противовес создает непрерывный опрокидывающий момент, который асимметрично нагружает болты поворотного кольца — растяжение со стороны противовеса, сжатие со стороны стрелы. Во время поворота эта схема вращается вокруг кольца, подвергая каждый болт попеременному растяжению-сжатию при каждом обороте. За 5000–10000 часов такой циклический нагружение приводит к усталости материала болта в радиусе головки и стержня. Выход из строя одного болта увеличивает нагрузку на соседние болты, потенциально вызывая каскадную реакцию. Усталость болтов — наиболее распространенная проблема, выявляемая при техническом обслуживании гусеничных кранов грузоподъемностью более 200 тонн, и наиболее опасная, если ее не обнаружить. Выход из строя обычно начинается в радиусе головки и стержня, где переход от прокатки (для болтов с накатанной резьбой) или этап механической обработки (для болтов с нарезанной резьбой) создают концентрацию напряжений. Болты с накатанной резьбой имеют на 30–501 Т3Т больший ресурс усталости, чем болты с нарезанной резьбой при том же предварительном натяжении — поэтому накатка резьбы является требованием спецификации, а не предпочтительным вариантом производства, для болтов крепления колец тяжелых гусеничных кранов. Материал болта также должен быть проверен: болты, повторно используемые из предыдущих крановых узлов, могут иметь накопленные циклы усталости от предыдущего проекта — и их необходимо проверить (магнитопорошковым или ультразвуковым методом) перед повторной установкой.
Кинетическая энергия верхней конструкции при 1 об/мин и инерции 30 М кг·м² составляет 165 кДж. Поворотный привод должен компенсировать эту энергию за счет гидравлического противодавления и трения в зубчатой передаче. Перекос на 5 градусов при радиусе стрелы 30 метров приводит к смещению крюка на 2,6 метра — критическая ошибка на перегруженных площадках. Операторам тяжелых гусеничных кранов требуется специальная подготовка для понимания взаимосвязи между конфигурацией стрелы (которая изменяет инерцию) и тормозным путем. Кран со стрелой длиной 120 метров и полным противовесом имеет примерно в 3 раза больший тормозной путь, чем тот же кран со стрелой длиной 60 метров и уменьшенным противовесом — даже при одинаковой скорости поворота.
В процессе подъема и перемещения каждый гусеничный погрузчик, пересекающий препятствие, создает вертикальный удар, передаваемый на поворотное кольцо. Если оператор одновременно поворачивает погрузчик, ударные нагрузки суммируются с нагрузками от поворота в направлении, которому подшипник не рассчитан противостоять. Повторяющиеся удары (от 50 до 200 в час на неподготовленной поверхности) накапливают повреждения Бринеллинга — постоянные вмятины на дорожке качения, которые увеличивают шум подшипника, люфт и сопротивление качению. Повреждения являются кумулятивными и необратимыми — после образования следов Бринеллинга они ускоряют дальнейший износ дорожки качения даже после улучшения траектории движения. Глубина вмятины Бринеллинга определяет, является ли повреждение косметическим (менее 0,01 мм — вызывает шум, но не приводит к заметному увеличению люфта) или структурным (более 0,05 мм — приводит к заметному люфту и ускоренному отслаиванию). Для гусеничных кранов большой грузоподъемности (более 600 тонн) даже незначительные дефекты поверхности (эффект Бринелля) могут повлиять на точность тандемных подъемов, где два крана должны координировать свои действия с жесткими допусками, поскольку люфт подшипников, возникающий из-за вмятин, приводит к непредсказуемым ошибкам углового положения на уровне крюка.
Планетарный редуктор поворотного привода для гусеничных кранов — часто задаваемые вопросы
Компания Korea Ever-Power поставляет поворотные приводы для гусеничных кранов с крутящим моментом от 20 000 до 150 000 Нм, оснащенные инерционными редукторами, подшипниками для подъема и перемещения грузов, а также многоприводными конфигурациями.
Редактор: Cxm
