Механизм подъёма мостового крана: барабан, полиспаст и материалы

Механизм подъёма мостового крана (Hoisting Mechanism) — это основная исполнительная система, обеспечивающая подъём и перемещение груза. В его состав входят барабан в сборе, полиспаст, редуктор и тормоз. Колёсный блок, в свою очередь, является несущей базой для передвижения крана. В данной статье на основе стандарта ISO 4301 / FEM 1.001 (ISO 4301 / FEM 1.001) системно рассматриваются расчёт диаметра барабана и проверка толщины стенки, выбор шкива и нормы износа, материалы колёс и технология термической обработки, приводятся полные проектные параметры и инженерные данные.

Расчёт диаметра барабана механизма подъёма

Барабан — это основной вращающийся элемент механизма подъёма, на который наматывается канат стальной и через который передаётся приводное усилие. Диаметр барабана рассчитывается по формуле D ≥ (h₁×h₂)×d согласно стандарту ISO 4301 / FEM 1.001 (ISO 4301 / FEM 1.001), где h₁ — коэффициент, зависящий от режима работы (для уровня A5 принимается 16, для уровня A7 — 20), h₂ — коэффициент, учитывающий конструкцию каната (для крестовой свивки — 1,0), d — диаметр каната. Чем больше диаметр барабана, тем меньше изгибное напряжение каната и тем дольше срок его службы, однако при этом увеличиваются габариты и масса барабана. В инженерной практике при соблюдении требуемых коэффициентов обычно выбирают минимально допустимое значение, чтобы снизить собственный вес крана.

Режим работы	h₁Коэффициент	рекомендуемыйD/dсоотношение
A3~A4(лёгкий режим)	14	≥14×d
A5(средний режим)	16	≥16×d
A6(тяжёлый режим)	18	≥18×d
A7~A8(весьма тяжёлый режим)	20	≥20×d

Ниже приведена таблица быстрого подбора барабана в зависимости от диаметра каната, включая рекомендуемую толщину стенки:

Диаметр каната, мм	Толщина стенки барабана, мм
10	12
12	14
14	16
16	18
18	20
20	22
22	24
24	26
26	28
28	30
30	32
32	34
34	36
36	38
38	40
40	42
42	44
44	46
46	48
48	50
50	52

диаметр каната	A5диаметр барабана	A7диаметр барабана	толщина стенки чугуна	Стальное Литьетолщина стенки чугуна
∅14mm	∅224mm	∅280mm	16mm	12mm
∅18mm	∅280mm	∅355mm	18mm	14mm
∅22mm	∅355mm	∅450mm	22mm	16mm
∅28mm	∅450mm	∅560mm	28mm	20mm
∅32mm	∅500mm	∅630mm	32mm	24mm
∅36mm	∅560mm	∅710mm	36mm	26mm

Основным критерием прочности барабана является напряжение сжатия в стенке. Для мостового крана грузоподъёмностью 50 т (канат ∅28 мм, барабан ∅560 мм, толщина стенки 20 мм, материал — стальное литьё ZG270-500, максимальное натяжение 130 кН) напряжение сжатия составляет ≈92,5 МПа при допускаемом напряжении 125 МПа (коэффициент запаса прочности 4), что обеспечивает запас прочности 26 %. Параметры канавки — по стандарту ISO 4301 / FEM 1.001: радиус дна канавки R = (0,53...0,56) × d, глубина канавки h ≥ 0,35 × d, шаг навивки s = d + (2...4) мм.

---

Расчёт и подбор полиспаста

Диаметр шкива D_шкива ≥ (h₃ × h₂) × d, где коэффициент h₃ принимается: для групп режима A3...A4 — 16, для A5 — 18, для A6 — 20, для A7...A8 — 22,4. Примеры быстрого подбора: канат ∅14 мм — шкив ∅280 мм (группа режима A5), канат ∅28 мм — шкив ∅560 мм, канат ∅32 мм — шкив ∅630 мм.

Рекомендации по материалу шкивов: для групп режима до A5 включительно применяется чугун HT200 (низкая стоимость), для групп A6 и выше — стальное литьё ZG270-500 (высокая прочность, ударная вязкость). Для быстроходных мостовых кранов целесообразно использовать шкивы из проката (облегчённая конструкция). В качестве подшипников шкивов рекомендуются сферические роликоподшипники — они обладают способностью к самоустановке и устойчивы к перекосам. Периодичность смазки — один раз в месяц, ресурс — 5000...10000 ч. Критерии износа канавки каната шкива: замена требуется при износе радиуса дна канавки или толщины стенки более чем на 20 % от первоначального размера; при радиальном биении канавки свыше 1 мм допускается восстановление точением.

---

Колёсный блок: конструкция и материалы

Колёсный блок мостового крана состоит из колеса, корпуса подшипника углового типа и оси колеса. Выбор материала колеса напрямую определяет несущую способность и срок службы, а ключевым фактором износостойкости является термическая обработка.

деталь	рекомендуемый материал	Термическая обработкаспособ	Твердостьтребование	глубина закалённого слоя
Поверхность катания колеса	ZG50Mn2/ZG50MnMo	Поверхностная Закалка(среднечастотный/пламенный)	HB 350~450	10~20mm
Реборда колеса	ZG50Mn2/ZG50MnMo	Поверхностная Закалка	HB 300~380	8~15mm
Шестерняповерхность зуба	40Cr/42CrMo	поверхность зубаЗакалка/цементация	HRC 50~58	1~2mm
Шестернясердцевина	40Cr/42CrMo	улучшение	HB 250~300	по всей поверхности
Барабан	ZG270-500	нормализация+Отпуск	HB 160~220	по всей поверхности
Шкив	HT200/ZG270-500	снятие напряженийОтжиг	—	—

Поверхность катания колёс подвергается поверхностной закалке токами средней частоты до твёрдости HB 350~450 при глубине упрочнённого слоя 10~20 мм, что обеспечивает восприятие контактных напряжений между колесом и рельсом. Твёрдость реборды составляет HB 300~380, что несколько ниже твёрдости поверхности катания для снижения риска распространения трещин при износе. Зубья шестерён подвергаются цементации и закалке до высокой твёрдости HRC 50~58, при этом сердцевина подвергается улучшению до HB 250~300 для сохранения вязкости. Контроль износа колёс может выполняться по опыту технологии онлайн-дефектоскопии каната мостового крана (подробнее см. технология дефектоскопии каната мостового крана).

Конфигурация тормозов механизма подъёма

Безопасное торможение механизма подъёма является обязательным требованием стандарта ISO 4301 / FEM 1.001. Механизм подъёма должен быть оснащён двумя независимыми тормозами — один на быстроходном валу (со стороны вала двигателя), второй на тихоходном валу (со стороны барабана). Тормоз на быстроходном валу предназначен для рабочего торможения в нормальном режиме, аварийный тормоз на тихоходном валу служит для экстренной остановки и является второй линией защиты от падения груза. Для механизмов подъёма с режимом работы A6 и выше рекомендуется применение гидравлического толкательного тормоза с тормозным моментом, рассчитанным на 1,5-кратную номинальную нагрузку.

Регулярное техническое обслуживание и контроль тормозов могут выполняться с использованием платформы удаленного мониторинга мостовых кранов в режиме реального времени (подробнее см. решение по цифровизации удаленного мониторинга мостовых кранов). Прогнозируемое техобслуживание обеспечивается путём контроля таких параметров, как количество срабатываний тормоза, время торможения и температура нагрева тормоза.

Комплектующие для мостовых кранов от Келуде Тяжёлая Промышленность

Келуде Тяжёлая Промышленность поставляет полный спектр механических компонентов для мостовых кранов: барабан в сборе (сварной барабан из HT200/ZG270-500/Q345B), полиспаст (HT200/ZG270-500/штампованные стальные шкивы), колёсный блок (ZG50Mn2/ZG50MnMo с поверхностной закалкой), редукторы, муфты и тормоза. Все компоненты изготавливаются в соответствии со стандартами ISO 4301 / FEM 1.001 и GB/T 10051, предоставляется полный расчёт прочности и технологическая документация по термической обработке. Келуде Тяжёлая Промышленность предлагает бесплатную техническую консультацию и помощь в подборе компонентов.

Часто задаваемые вопросы