Тормозная система механизма подъёма крана по ГОСТ 22414-2008

ГОСТ 22414-2008 эквивалентен ISO 12100-3:2002 и представляет собой специализированный стандарт на тормозные системы механизмов подъёма кранов. Тормоз механизма подъёма — один из наиболее ответственных элементов безопасности крана: он непосредственно обеспечивает торможение подвешенного груза, а отказ тормоза может привести к падению груза и тяжёлым авариям. Стандарт применим к проектированию, выбору и инспекции тормозных систем механизмов подъёма кранов мостового, козлового, башенного и мобильного типов.

Основные требования к тормозной системе

Стандарт устанавливает чёткие основные требования к тормозной системе механизма подъёма. Каждый механизм подъёма должен быть оснащён тормозом, при этом тормозной момент должен составлять не менее 1,5-кратного номинального момента подъёма (т.е. коэффициент запаса торможения — не менее 1,5). Тормоз должен устанавливаться на быстроходном валу редуктора (на валу двигателя): торможение на быстроходном валу обеспечивает высокую скорость срабатывания и меньший тормозной момент, что позволяет применять тормоз меньшего типоразмера. Тормоз должен быть нормально замкнутого типа (торможение при отключении питания), т.е. замыкание осуществляется усилием пружины, а растормаживание — электромагнитным или гидравлическим усилием, что гарантирует автоматическое торможение при пропадании электропитания. Тормозной зазор должен быть равномерным и регулируемым: зазор между каждой колодкой и тормозным шкивом должен находиться в пределах 0,5–1,0 мм.

Стандарт также регламентирует адаптивность тормоза к окружающей среде. Тормоз должен нормально функционировать при температуре окружающей среды от –20 до +50 °C. Тормоза, эксплуатируемые в высокотемпературной среде (металлургические краны), должны быть оснащены теплозащитными мерами; температура поверхности тормоза не должна превышать 150 °C. Тормоза, работающие во влажной или коррозионной среде, должны подвергаться антикоррозийной обработке. Электромагнит или гидравлический толкатель тормоза должны быть оснащены устройством ручного растормаживания: при пропадании питания или заклинивании тормоза ручное растормаживание позволяет плавно опустить подвешенный груз. Усилие срабатывания устройства ручного растормаживания не должно превышать 300 Н, а ход растормаживания должен обеспечивать полное открытие тормоза. Стальной канат или тяга ручного растормаживания должны подвергаться периодическому осмотру на предмет плавности хода и величины хода во избежание заклинивания при длительном простое. После ручного растормаживания тормоз должен быть возвращён в нормальное замкнутое состояние ручным сбросом; эксплуатация механизма подъёма при расторможенном состоянии категорически запрещена.

Расчёт и проверка тормозного момента

Стандарт детально регламентирует методику расчёта тормозного момента. Номинальный тормозной момент Tb тормоза механизма подъёма должен удовлетворять условию: Tb ≥ 1,5 × Tl, где Tl — эквивалентный момент номинальной нагрузки на валу двигателя. Tl = (Q + G0) × D / (2 × i × η), где Q — номинальная грузоподъёмность, G0 — масса спредера (грузозахватного приспособления), D — диаметр барабана, i — передаточное число редуктора, η — КПД механизма. Коэффициент запаса торможения 1,5 является усилением требований стандарта ISO 4301 / FEM 1.001: для механизмов подъёма с режимом работы выше A6 или для ответственных механизмов стандарт рекомендует повышать коэффициент запаса до 1,8–2,0. При конфигурации с двойным тормозом (рабочий тормоз + аварийный тормоз) каждый тормоз должен самостоятельно удовлетворять указанным требованиям, чтобы при отказе любого из них второй обеспечивал безопасное торможение.

Величина проскальзывания тормоза является прямым показателем эффективности торможения. Стандарт устанавливает, что при номинальной нагрузке величина проскальзывания тормоза после срабатывания не должна превышать скорость подъёма, делённую на 65 (т.е. S ≤ v/65, где v — номинальная скорость подъёма, м/мин). Например, для крана со скоростью подъёма 8 м/мин допустимое опускание груза не должно превышать 8/65 = 123 мм. Измерение величины проскальзывания тормоза должно проводиться в горячем состоянии тормоза (после выхода на тепловое равновесие в режиме непрерывной работы), поскольку коэффициент трения холодного и горячего тормоза различается. Измерение выполняется после стабилизации подвешенного груза; проводится 3 последовательных измерения, за оценочный результат принимается среднее значение. При превышении допустимого значения следует проверить регулировку тормозного зазора, состояние поверхности тормозного шкива (наличие масляных загрязнений) и настройку усилия пружины.

Типы тормозов и требования к материалам

Стандарт устанавливает рекомендации по типу тормозов для механизма подъёма. Для механизма подъёма рекомендуется применять колодочный тормоз или дисковый тормоз. Колодочный тормоз отличается простотой конструкции, высоким тормозным моментом и удобством обслуживания, что делает его наиболее распространённым типом в механизмах подъёма кранов. Дисковый тормоз обеспечивает плавность тормозного момента, хорошее рассеивание тепла и низкий уровень шума при торможении, что делает его применимым для условий, требующих высокой плавности торможения (например, при точных такелажных работах). Тормозные колодки должны изготавливаться из безасбестовых фрикционных материалов (например, полуметаллических или спечённых металлических), с коэффициентом трения в диапазоне 0,35–0,45, обладающих хорошей термической стабильностью и не выделяющих вредной пыли. Материал тормозного шкива — не ниже ZG340-640 или сталь 45, твёрдость поверхности катания HB280–320, глубина закалённого слоя — не менее 3 мм. Радиальное биение тормозного шкива не должно превышать 0,05 мм, шероховатость поверхности катания Ra — не более 1,6 мкм.

Требования стандарта к тормозной пружине: следует применять цилиндрические винтовые пружины сжатия из стали 60Si2Mn или 50CrV, подвергнутые закалке и отпуску. Отклонение свободной высоты пружины не должно превышать ±3%, отклонение деформации под рабочей нагрузкой от расчётного значения — не более ±5%. После 100 000 циклов сжатия при максимальной рабочей нагрузке пружина не должна иметь остаточной деформации или усталостного разрушения. Электромагнит или гидравлический толкатель тормоза должны обеспечивать достаточное усилие втягивания и ход для надёжного растормаживания при номинальном напряжении (в диапазоне колебаний от -15% до +10%). Марка гидравлического масла для гидравлического толкательного тормоза выбирается в зависимости от температуры окружающей среды: при низких температурах — масло с низкой температурой застывания, при высоких — масло с повышенной вязкостью. Тормоз должен быть оснащён устройством автоматической компенсации износа колодок или ручной регулировки, обеспечивающим стабильность тормозного зазора при износе колодок в пределах до 50% от первоначальной толщины.

Сравнительная таблица параметров тормозной системы

Приведённая ниже сравнительная таблица обобщает ключевые параметры тормозной системы механизма подъёма, установленные стандартом, и служит справочным материалом для выбора оборудования, приёмки монтажа и ежедневного осмотра.

Часто задаваемые вопросы