Технические условия и выбор приводных устройств крана по ГОСТ
ГОСТ Р 22411-2008 «Краны. Требования к приводным устройствам» — специализированный стандарт для проектирования и выбора приводных устройств кранов. Стандарт устанавливает классификацию, технические требования, параметры выбора и методы испытаний приводных устройств всех механизмов крана, охватывая полную конфигурацию приводной цепи: двигатель, редуктор, муфта и тормоз.
ГОСТ Р 22411-2008 гармонизирован с ISO 12100-1:2003 и является системным стандартом для приводных устройств кранов. Приводное устройство — источник мощности всех механизмов крана, состоящий из электродвигателя, редуктора, тормоза, муфты и трансмиссионного вала. Рациональность его конфигурации напрямую определяет эксплуатационные характеристики и срок службы крана. Стандарт применим к проектированию и выбору приводных устройств механизмов подъёма, передвижения, поворота и изменения вылета стрелы для кранов мостового, козлового, башенного и мобильного типов. Компания «Келуде Тяжёлая Промышленность» выполняет конфигурацию приводной системы в соответствии с настоящим стандартом, обеспечивая надёжное согласование передачи мощности всех механизмов.
Требования к выбору двигателя
Стандарт устанавливает системные требования к выбору электродвигателей для кранов. Для механизма подъёма следует применять крановые электродвигатели специального исполнения (серии YZ или YZR), обладающие повышенной перегрузочной способностью и высоким коэффициентом пускового момента. Мощность двигателя рассчитывается по номинальной грузоподъёмности, скорости механизма и КПД, с учётом коэффициента запаса мощности 1,2–1,4. Мощность двигателя механизма передвижения определяется суммой сопротивления движению при полной нагрузке и сопротивления разгона; двигатель должен обеспечивать пуск при полной нагрузке, ускоренное движение и преодоление уклона. Степень защиты (IP) двигателя: для кранов внутри помещений — не ниже IP44, для наружной установки или пылезащищённого исполнения — не ниже IP54. Класс изоляции: для двигателя механизма подъёма — не ниже класса F (155°C), для двигателя механизма передвижения — не ниже класса F. Способ монтажа двигателя выбирается по варианту B3 (монтаж на лапах) или B5 (фланцевый монтаж) в зависимости от способа соединения с редуктором.
Условия эксплуатации двигателя на кране существенно отличаются от общепромышленных — характерны частые пуски и остановы, реверсирование, значительные ударные нагрузки. Стандарт требует, чтобы двигатель соответствовал режиму работы S3 (повторно-кратковременный режим); продолжительность включения (ПВ) определяется классом работы механизма — стандарт приводит конкретные рекомендуемые значения: для классов M1–M2 — 25%, для M3–M4 — 40%, для M5–M6 — 60%. Коэффициент пускового момента двигателя должен быть не менее 2,0 номинального крутящего момента, коэффициент максимального момента — не менее 2,5 номинального крутящего момента. Частотно-регулируемый двигатель должен обеспечивать постоянный крутящий момент на низких частотах, с пусковым моментом не менее 1,5 номинального крутящего момента. Двигатель оснащается независимым устройством тепловой защиты (термистор PTC или температурное реле), обеспечивающим автоматическое отключение при превышении допустимой температуры обмотки.
Выбор редуктора и муфты
Стандарт устанавливает требования к выбору редуктора. Для механизма подъёма следует применять редуктор с закалёнными зубьями; предел выносливости зубьев при контактной нагрузке — не ниже класса 10 по AGMA. Номинальное передаточное число редуктора определяется по скорости подъёма и частоте вращения барабана; отклонение фактического передаточного числа от расчётного значения не должно превышать ±3%. Номинальная входная мощность редуктора должна быть не менее 1,25 номинальной мощности двигателя. Способ смазки редуктора выбирается в зависимости от мощности и частоты вращения: разбрызгивающая смазка применима для редукторов средней и малой мощности; принудительная смазка (масляный насос с системой маслопроводов) — для редукторов большой мощности или высокоскоростных. Ходовой редуктор механизма передвижения (монтаж на полый вал) должен иметь достаточный диаметр отверстия полого вала и размеры шпоночного паза; корпус редуктора должен иметь рёбра охлаждения, обеспечивающие превышение температуры не более 60 К.
Муфта — ключевой компонент приводной цепи, передающий крутящий момент и компенсирующий отклонения при монтаже. Стандарт устанавливает, что между редуктором и барабаном механизма подъёма следует применять зубчатую муфту с бочкообразными зубьями или упругую пальцевую муфту. Зубчатая муфта с бочкообразными зубьями обладает повышенной угловой компенсацией (допустимое отклонение 1°–1,5°) и применима для условий со средними требованиями к точности центровки валов. Упругая муфта при передаче крутящего момента демпфирует ударные нагрузки и вибрации; применяется для соединения двигателя с редуктором. Номинальный крутящий момент муфты выбирается с коэффициентом 2–3 от номинального крутящего момента двигателя: для механизма подъёма — коэффициент 3, для механизма передвижения — коэффициент 2. Трансмиссионный вал изготавливается из бесшовной трубы или круглого проката; для длинных валов предусматривается промежуточная опора с подшипником; критическая частота вращения трансмиссионного вала должна превышать рабочую частоту вращения не менее чем в 1,5 раза.
Сравнительная таблица параметров приводных устройств
В таблице ниже приведены основные параметры выбора приводных устройств для различных механизмов. Проектировщики могут использовать её для предварительного выбора и проверки.
| механизм | ДвигательТип | МощностьЗапас | редуктортиповое испытание | МуфтаКрутящий моментКратность |
|---|---|---|---|---|
| механизм подъёма | YZ/YZR | 1.2~1.4 | редуктор с закалёнными зубьями | ≥3Крат |
| механизм передвижения | YZ/YZR | 1.1~1.3 | Комплект/Горизонтальныйредуктор | ≥2Крат |
| механизм поворота | YZ/Частотный преобразователь | 1.2~1.5 | Планетарный редуктор/Червячное колесо | ≥2.5Крат |
Требования к тормозам и трансмиссионным валам
Стандарт устанавливает требования к проектированию и выбору тормозов и трансмиссионных валов в составе приводного устройства. Тормозной момент тормоза механизма подъёма должен быть не менее 1,5-кратного номинального момента подъёма, а тормоз механизма передвижения выбирается из расчёта 1,5–2,0-кратного номинального крутящего момента при полной нагрузке. Тормоз должен устанавливаться на быстроходном валу редуктора (со стороны двигателя) и иметь нормально замкнутый тип (пружинное торможение при отключении питания). Электромагнит или гидравлический толкатель тормоза должен быть оснащён устройством ручного освобождения, позволяющим вручную открыть тормоз при обесточивании для опускания груза. Фрикционный материал тормоза должен изготавливаться из полуметаллических или спечённых металлических композиций с коэффициентом трения, стабильноУдерживать в 0,35–0,45, и отличной стойкостью к тепловому затуханию. Твёрдость поверхности катания тормозного шкива — не ниже HB280, глубина закалённого слоя — не менее 3 мм, радиальное биение после монтажа — не более 0,05 мм.
Трансмиссионный вал является важным компонентом механизма передвижения крана с центральным приводом, соединяя мотор-редуктор с ходовыми колёсами по обеим сторонам. Стандарт устанавливает, что трансмиссионный вал должен изготавливаться из бесшовной стальной трубы или круглого проката из стали 45. Критическая частота вращения вала должна быть не менее чем в 1,5 раза выше рабочей частоты вращения во избежание резонанса при эксплуатации. Отклонение от прямолинейности вала не должно превышать 1/1000 его длины. Для длинных трансмиссионных валов (при пролёте >16,5 м) следует предусматривать промежуточные опорные подшипники с шагом не более 3 м. Соединение вала с муфтами должно выполняться посредством призматических шпонок или шлицевых соединений; напряжение смятия шпонок не должно превышать 100 МПа. После монтажа трансмиссионный вал должен пройти испытание на динамическую балансировку с классом точности не ниже G6.3. Защитное покрытие вала должно обеспечивать антикоррозионную защиту; для трансмиссионных валов кранов, эксплуатируемых на открытом воздухе, требуется периодический осмотр состояния смазки и коррозии.
Часто задаваемые вопросы
В: Почему выбран двигатель YZR, а не обычный?
О: Двигатели серии YZR с фазным ротором, предназначенные для кранового оборудования, обладают высоким пусковым моментом (не менее 2-кратного номинального), допускают частые пуски, остановки и реверсы, а также имеют высокую перегрузочную способность (выдерживают ударные нагрузки до 3-кратного номинального момента). Это специализированная конструкция для условий эксплуатации кранов, и обычные двигатели не соответствуют данным требованиям.
В: Почему муфта выбирается с запасом по крутящему моменту в 2–3 раза?
О: При работе крана пиковые ударные нагрузки на двигатель могут в несколько раз превышать номинальный крутящий момент. Выбор муфты с запасом в 2–3 раза от номинального крутящего момента гарантирует, что в самых неблагоприятных условиях эксплуатации муфта не выйдет из строя и не получит усталостных повреждений от пиковых нагрузок. Достаточный запас прочности также увеличивает срок службы.
В: Как устранить перегрев масла в редукторе?
О: Сначала проверьте уровень масла (недостаточный уровень приводит к недостаточной смазке и нагреву), затем убедитесь в правильности марки смазочного масла (как слишком высокая, так и слишком низкая вязкость вызывают аномальное превышение температуры). Если уровень и марка масла в норме, необходимо проверить редуктор на наличие постороннего шума для оценки износа шестерён.
В: Что означает продолжительность включения (ПВ) двигателя?
О: ПВ = время работы / (время работы + время паузы) × 100%. Крановые двигатели проектируются для прерывистого циклического режима работы S3. Чем выше значение ПВ, тем большую долю времени цикла двигатель находится в работе и тем сильнее его нагрев. В этом случае требуется выбирать двигатель с большей номинальной мощностью, чтобы превышение температуры не выходило за допустимые пределы.
