Проектирование размеров подтележечного рельса по DIN 15022
Обзор стандарта: DIN 15022 «Краны — принципы проектирования размеров подтележечных рельсов» устанавливает требования к выбору профиля, допуску ширины колеи, обработке стыков и приёмке монтажа подтележечных рельсов мостовых и козловых кранов. Стандарт применяется совместно с DIN 15070 (согласование ходовых колёс крана с рельсами), обеспечивая плавность передвижения тележки и нахождение контактных напряжений в системе «колесо–рельс» в допустимых пределах.
Точность размеров подтележечного рельса мостового крана напрямую влияет на плавность передвижения тележки и ресурс ходовых колёс: отклонение ширины колеи на 5 мм приводит к постоянному трению реборды колеса о боковую поверхность рельса (набегание реборды), сокращая срок службы колеса более чем на 50%. DIN 15022 формирует комплексный подход к проектированию по четырём ключевым направлениям: выбор профиля рельса, прямолинейность, перепады высот и обработка стыков.
Выбор профиля подтележечного рельса
В качестве подтележечных рельсов применяются специальные крановые квадратные профили (A55, A65, A75, A100, A120) либо рельсы лёгкого типа (15кг/м, 22кг/м). Типоразмер рельса выбирается по максимальной нагрузке на колесо Pmax: Pmax≤50кН — A55, ≤100кН — A65, ≤160кН — A75, ≤250кН — A100, ≤400кН — A120. Нагрузка Pmax определяется для наиболее неблагоприятного режима — момент отрыва груза при полностью загруженной тележке, расположенной в середине пролёта главной балки: собственный вес тележки + грузоподъемность + коэффициент динамической нагрузки φ₂ формируют суммарное усилие, создающее максимальное давление на колесо.
Допуск ширины колеи и прямолинейность
DIN 15022 устанавливает допуск ширины колеи в зависимости от пролёта S: при S≤15м допуск составляет ±3мм, при S＞15м — ±5мм. Замеры колеи производятся при ненагруженной главной балке (в состоянии собственного веса). Прямолинейность верхней поверхности рельса по всей длине: боковое отклонение (в горизонтальной плоскости) ≤L/1500, вертикальное отклонение ≤L/2000. В месте стыка соседних рельсов перепад по высоте не должен превышать 1мм, боковое смещение — также ≤1мм. Стыки рельсов выполняются под углом 45° вместо прямого стыка: косой стык обеспечивает плавный переход колеса вместо ударного воздействия, снижая ударную нагрузку на стыке более чем на 70%.
Крепление рельса и прижимные пластины
Подтележечный рельс крепится к верхнему поясному листу главной балки посредством прижимных пластин. DIN 15022 регламентирует шаг установки пластин: для рельсов QU70~QU100 — ≤700мм; для QU120 — ≤600мм. Крепёжные болты пластин — класса прочности 8.8 (предел прочности на растяжение 800МПа, предел текучести 0.8), момент затяжки: M16=120Н·м, M20=240Н·м. Контактная поверхность пластины и подошвы рельса должна быть ровной: неплоскостность вызывает локальную концентрацию напряжений, что при значительной величине может привести к усталостному растрескиванию сварного шва. Болтовые соединения пластин подлежат повторной подтяжке через 30 дней после первичного монтажа для компенсации начальной релаксации; в дальнейшем контроль выполняется один раз в полгода.
| РельсМодель | ширина сечения×высота(mm) | допускаемыйДавление колеса(kN) | прижимная пластинашаг(mm) | Допуск ширины колеи ±3мм(mm) | применимый пролёт |
|---|---|---|---|---|---|
| A55 | 55×55 | ≤50 | 600 | ±3 | ≤15m |
| A75 | 75×75 | ≤160 | 700 | ±3/±5 | весь диапазон |
| A100 | 100×100 | ≤250 | 700 | ±5 | весь диапазон |
| A120 | 120×120 | ≤400 | 600 | ±5 | весь диапазон |
Часто задаваемые вопросы
В: Нужно ли сваривать рельсовые стыки?
О: DIN 15022 рекомендует схему сварки с косым стыком под 45° с последующей зачисткой. Перед сваркой необходимо произвести предварительный подогрев стыка до 150~200°C, использовать низководородные электроды (E5016). После сварки — немедленное замедленное охлаждение и зачистка заподлицо с поверхностью рельса (контроль твердости: твердость зачищенной поверхности ≥ 90% твердости основного металла рельса). Усталостная долговечность сварного соединения в 2~3 раза выше, чем у соединения на болтовых накладках, что делает его предпочтительным решением для подтележечных рельсов, воспринимающих частые знакопеременные давления колеса. Температурные швы (устраиваемые на главных балках большого пролёта через каждые 30~40 м) должны выполняться с помощью мостиковых медных шин, а не сварки — это допускает свободное телескопирование рельса при тепловом расширении главной балки.
В: При какой степени износа рельса требуется его замена?
О: При износе поверхности катания головки рельса (уменьшении высоты) на 10% от первоначальной следует рассмотреть замену — в этом случае момент сопротивления сечения рельса снижается примерно на 20%, а изгибные напряжения соответственно возрастают. Боковой износ головки рельса (вызванный трением реборды) считается предельным при достижении 15% ширины головки — такой износ приводит к увеличению зазора между ребордой колеса и рельсом и снижению устойчивости передвижения тележки. При появлении на поверхности катания вмятин или оспин глубиной ≥2 мм допускается восстановление наплавкой с последующей зачисткой (твердость после восстановления должна быть ≥HB260); длина единичного участка наплавки ≤200 мм, суммарная длина участков наплавки на одном рельсе ≤5% его полной длины.
В: Обязательна ли опорная плита под подошвой рельса?
О: DIN 15022 предписывает установку между подошвой рельса и верхней полкой главной балки резиновой или стальной опорной плиты толщиной 3~6 мм. Назначение плиты — выравнивание контактного напряжения и гашение высокочастотных вибраций при передвижении тележки, а также предотвращение фреттинг-коррозии в зоне прямого контакта подошвы рельса и полки балки. Резиновая плита должна изготавливаться из маслостойкой нитрильной резины (NBR) твердостью по Шору A 70~80. Стыки опорных плит должны быть смещены относительно рельсовых стыков не менее чем на 200 мм во избежание концентрации напряжений.
В: Что делать при несоответствии колеи тележки и колеи рельсового пути?
О: Внутреннее расстояние между ребордами колес должно быть на 8~12 мм больше колеи рельсового пути (ширины головки рельса), что обеспечивает необходимый боковой зазор при прохождении криволинейных участков. Недостаточный зазор (15 мм) вызывает чрезмерное поперечное раскачивание тележки при движении и снижение точности позиционирования. Наиболее экономичный способ регулировки — изменение толщины прокладок между корпусом подшипника колеса и концевой балкой: изменение толщины прокладки на 1 мм корректирует зазор реборды примерно на 0,8 мм (эффект рычага). После регулировки необходимо выполнить контроль колеи по всей длине рельса не менее чем в 5 точках (на концах и в 1/4, 1/2, 3/4 пролёта) с помощью шаблона; только после положительных результатов всех замеров возможна приемка.
