книги / Расчеты металлургических кранов
..pdfРАСЧЕТЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
КРАНОВ
М о с к в а
«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И
1973
Р 24
УДК 621.87:669.1.001.24
Расчеты металлургических кранов. М., «Машиностроение», 1973, 264 с. Авт.: С. А. Казак, В. И. Котов, П. 3. Петухов, В. Н. Суторихин.
В книге обобщена теория металлургических кранов и на ее ос нове методы их расчета. Изложены требования, предъявляемые к металлургическим кранам с учетом условий их эксплуатации, основные конструктивные особенное™ и специальные расчеты исполнительных органов и механизмов этих машин, даны основы выбора параметров привода механизмов, методы расчета динами ческих нагрузок в механизмах и расчета их На прочность и долго вечность.
Определены силы, действующие на металлоконструкции кра нов, имеющих жесткую подвеску грузов, изложены методы расчета нагрузок в металлоконструкциях таких кранов. Нагрузки опре делены при наличии раздельной и совместной работы механизмов, динамические усилия вычислены с учетом податливости элементов механизмов и металлоконструкций колонн и-шахт тележек, а также мостов кранов.
Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, занимающихся конструированием и расчетом метал лургических кранов, а также их эксплуатацией и модернизацией. Может быть полезна студентам втузов.
Табл. 33, ил. 81, список лит. 49 назв.
Рецензент канд. техн. наук Л. В. Коновалов
3137—242 |
242—73 |
|
|
038(01)—73 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
© Издательство «Машиностроение», 1973 |
|
Павел Захарович П е т у х о в , |
Сергей Антонович К а з а к , |
||
Владимир Иванович |
К о т о в , |
Владимир Николаевич С у т о р и х н н |
|
РАСЧЕТЫ |
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ КРАНОВ |
||
Редактор издательства С. И. Булатов Технический редактор Б. И. Модель. Корректор 3. М. Пивоварова
Художник Е. Н. Волков
Сдано в набор 15/ХП 1972 г. |
Подписано к |
печати |
26/VI 1973 г. |
Т-10360 |
||
Формат 60Х 907|в- |
Бумага JVe 3. |
Печ. л. |
16,5. |
Уч.-изд. л. 17,3. |
Тираж 6000 экз. |
|
|
Заказ |
№ 2230. |
Цена |
1 р. 01 |
к. |
|
Издательство «Машиностроение». Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 193144, Ленинград, ул. Моисеенко, 10
ПРЕДИСЛОВИЕ
Металлургические краны, помимо подъемно-транс портных работ, выполняют другие весьма разнообраз ные технологические операции. В связи с этим условия их работы оказываются значительно тяжелее, чем обыч ных мостовых кранов. Проектирование металлургиче ских кранов несомненно ведется с учетом этих условий. Заводы-изготовители металлургических кранов нако
пили богатый |
опыт |
их проектирования, |
изложенный |
в ряде работ |
[1, 3, |
4, 13]. Однако в этих |
работах не |
достаточно освещены методы расчета,таких кранов. Бурное развитие отечественного краностроения вы
зывает необходимость обобщения опыта конструирова ния и расчета металлургических кранов, освещения теории работы специальных крановых механизмов и рабочих органов с учетом выполнения ими технологи ческих и подъемно-транспортных операций. В данном труде изложена методика расчета основных механизмов и металлоконструкций металлургических кранов с уче том условий их работы, рассмотрены конструктивные особенности, вызванные технологическими условиями работы, освещены кинематические схемы механизмов.
Для лучшего понимания изложенных методов расчета в гл. II дана теория работы наиболее сложных ме ханизмов и узлов кранов.
В книге систематизированы расчетные материалы по выбору параметров приводных механизмов (гл.Ш), определению внешних нагрузок, основам динамических
расчетов механизмов (гл. |
IV), расчетов на прочность |
и долговечность (гл. V), |
расчета металлоконструкций |
металлургических кранов |
(гл. VI). |
3
Главы I и V (за исключением § 6) написаны канд. техн. наук доц. В. И. Котовым, глава II — д-ром техн. наук проф. П. 3. Петуховым, главы III, IV
и§ 6 главы V — д-ром техн. наук проф. С. А. Казаком
иглава VI — д-ром техн. наук проф В. Н. Суторихи-
ным.
Создание руководства по расчетам металлургиче ских кранов— задача достаточно трудная, поэтому авторы с благодарностью примут критические замеча ния о недостатках их труда и учтут их в своей дальней шей работе.
ГЛАВА l
УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМ КРАНАМ
УСТАНОВКА КРАНОВ И ИХ РОЛЬ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ
Современные заводы и комбинаты черной металлургии проек тируются и строятся мощностью 6,0—6,5 млн. т стали в год. В дальнейшем развитии их мощность может быть доведена до 12— 13 млн. т в год. Для выплавки 6 млн. т стали требуется около 9 млн. т железной руды, 5 млн. т коксующегося угля и 2,2 млн. т известняка. С учетом других вспомогательных материалов общее количество грузов составляет примерно 30—35 млн. т в год. Доставка исходных материалов производства и вывоз готовой про дукции осуществляются средствами внешнего транспорта, в основ ном по железной дороге широкой колеи. Объем межцеховых пере возок для завода указанной производительности составляет около 65—75 млн. т в год. Внутрицеховые перевозки по объему в 3—4 раза болыиё межцеховых. Затраты на транспортирование и пере работку грузов составляют 35—45% всех издержек производства; здесь занято до половины всех работающих на предприятии.
Металлургические заводы и комбинаты имеют, как правило, полный металлургический цикл, т. е. производят чугун, сталь и прокат. Они включают в свой состав, кроме основных металлурги ческих агрегатов, коксохимические цеха, агломерационные фаб рики и огнеупорные заводы, трубные и кузнечно-прессовые цеха и др. Внутрицеховой транспорт основных производственных объек тов и рудной базы в значительной степени обеспечивается крано вым оборудованием различного типа. Если на обогатительных и агломерационных фабриках, в коксохимическом и доменном цехах наряду t кранами широко применяется конвейерный, гидро- и пневмотранспорт, то в цехах сталеплавильных, прокатных и кузнечно-прёссовых преобладает крановое оборудование.
В условиях непрерывного производства с высокой интенсив ностью ведения технологических процессов металлургические
5
краны — основное средство внутрицехового транспорта, решаю щее задачу механизации наиболее трудоемких работ. Произво дительность основных металлургических агрегатов, таких как сталеплавильные, прокатные, кузнечно-прессовые, во многом за висит от производительности и надежности кранового оборудова ния. Специализация металлургических кранов на определенных операциях все больше приводит к тому, что кран становится не отъемлемой частью основного агрегата или частью технологиче ского комплекса, выполняющей основные операции процесса.
Интенсивность грузопотоков основных производств на пред
приятиях черной металлургии весьма высока. Так: |
кокса |
||||
коксохимический цех производительностью |
3 |
млн. т |
|||
в год потребляет 11— 12 тыс. т угля в сутки, |
при |
этом часовая |
|||
потребность угля может достигать 1000 т; |
|
|
|
||
при мощности агломерационных машин 5,5 млн. т агломерата |
|||||
в год суточная потребность фабрики в сырье |
составляет |
около |
|||
17 тыс. т; |
|
|
|
|
|
доменная печь с полезным объемом 2700 м3 и производитель |
|||||
ностью 2,2 |
млн. т |
чугуна в год нуждается в |
поставках |
около |
|
20 тыс. т |
сырья в |
сутки; |
|
|
|
в сталеплавильных цехах поставки сырых материалов опреде ляются типом и емкостью сталеплавильных агрегатов; например, для мартеновских цехов с завалкой шихты напольными машинами при производительности 5 млн. т стали в год необходимо подать около 19 тыс. т сырья и обеспечить отгрузку до 17 тыс. т готовой продукций и отходов в сутки; грузопотоки в конверторном цехе производительностью 3,2 млн. т стали в год составляют примерно 12 тыс. т по сырым материалам и 11 тыс. т по готовой продукции и отходам за сутки;
для прокатных цехов по производству полупродуктов (блюмов,
слябов) |
производительностью 6—8 млн. т в год суточная подача |
сырья и |
вывоз готовой продукции и отходов составляют 1&— |
24 тыс. т. |
|
По физико-механическим свойствам грузы разделяются на на |
|
сыпные, |
штучные и жидкие. |
Основными характеристиками насыпных грузов являются на сыпная масса, кусковатость и гранулометрический состав, взаим ная подвижность частиц, угол естественного откоса, истирающая способность, а также особые свойства, такие как влажность, смерзаемость, способность к слеживанию, ядовитость, взрывоопас ность и др. Насыпные грузы составляют 90—95% общего объема грузов, поступающих на металлургический завод (железная руда, каменный уголь, известняк, огнеупорные порошки).
Штучные грузы подразделяются на единичные и массовые. Еди ничные грузы, транспортируемые без тары для предприятий чер ной металлургии, главным образом узлы оборудования, изделия готовой продукции. Массовые грузы транспортируются в таре (ящики, мешки, кипы). Основными характеристиками штучных
%
грузов являются масса одной штуки, габаритные размеры, удоб ство подвески и укладки и особые свойства (пожаро- и взрывоопас ность, температура и др.).
Жидкие грузы подразделяются на жидкие при нормальной температуре окружающей среды (горючие и смазочные материалы, растворы) и жидкие при высоких температурах (расплавленные чугун, шлак, сталь). Характеристиками жидких грузов являются объемная масса, температура застывания, химический состав и др.
Физико-механические свойства грузов определяют конструкцию грузозахватного устройства и, в значительной степени, конструк цию крана и его отдельных узлов. Параметры технической харак теристики металлургических кранов зависят от места последних в общей цепи технологического процесса и увязаны с конструк цией и параметрами основного оборудования.
Грузоподъемность металлургических кранов определяется ем костью, производительностью, рабочими усилиями технологиче ских агрегатов (печей, прокатных станов, прессов) развивающегося металлургического производства.
В СССР для металлургических кранов установлены следующие грузоподъемности (в тс) 1:
Мульдомагнитные |
|
1,5/10; |
10/5; |
12/7,5; |
20/10 |
8/20 |
||||
Завалочные |
заливочные, |
1,5/20; |
3/10; |
3/20; |
5/20; |
|||||
Литейные (миксерные; |
75+15; |
125+30; |
180+50; |
300+75/15; |
||||||
разливочные) |
|
|||||||||
|
|
385+75/15; |
450+90/16; |
560+90/16; |
||||||
Завалочные напольные машины |
|
|
7,5; |
630+90/16 |
|
|||||
|
|
|
10; |
15 |
|
|
||||
Краны для раздевания |
мартеновских |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
слитков: |
|
|
|
|
50; |
75 |
|
|
||
грузоподъемность |
|
|
|
|
|
|
||||
сила выталкивания |
|
10/10; |
250; |
400 |
|
|
||||
Колодцевые |
|
|
20/50; 30/50 |
|
||||||
Посадочные |
|
|
|
|
2/ |
10; |
3 |
|
|
|
Краны с лапами |
|
75/30; |
7,5; |
|
15 . |
300/100 |
||||
Ковочные |
|
150/50; |
|
250/75; |
||||||
Закалочные |
|
|
|
30/5; |
60/10 |
|
|
|||
Ряд кранов имеет по две тележки, например литейные. Грузо подъемность вспомогательных тележек приписывается со знаком плюс к грузоподъемности главных тележек.
Сравнительно небольшая грузоподъемность мульдомагнитных и завалочных кранов обусловлена относительно небольшой ем костью мартеновских печей машиностроительных заводов, где эти машины используются. Грузоподъемность литейных кранов определяется весом ковшей с жидким металлом, которые они под нимают. Так, миксерные краны для подъема чугуновозных ковшей вместимостью 80—100 т имеют грузоподъемность 125 + 30 тс; для
* В числителе — основная грузоподъемность, в знаменателе — грузоподъем ность вспомогательного подъема.
7
ковшей вместимостью 120— 140 т — грузоподъемность 180 + |
50 тс. |
Аналогичные грузоподъемности имеют заливочные краны. |
|
Грузоподъемность главной тележки разливочного крана зави сит от садки мартеновских печей и емкости сталеразливочных ков шей (табл. 1). Сталь из мощных мартеновских печей (с садкой 380 т и более) выпускается в два ковша, а из печи с садкой 900 т — в два или три ковша.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Грузоподъемность главной тележки крана в зависимости от садки печей |
|
|||||||
|
|
|
|
|
Садка |
печи в т |
|
|
Параметры |
200 |
250 |
380 |
600 |
600 |
900 |
||
|
|
|
||||||
Вес жидкой стали |
|
|
|
|
|
|
||
и шлака |
в |
ковше |
210 |
262 |
200X2 |
262X2 |
339X2 |
480X2 |
в тс |
|
|
||||||
Вес футерованно |
|
|
|
|
|
|
||
го порожнего ковша |
55 |
67 |
55X2 |
67X2 |
84X2 |
, 135X2 |
||
(сварного) |
в тс |
|||||||
Общий вес груже |
|
|
|
|
|
|
||
ного ковша (без тра |
265 |
329 |
255X2 |
329X2 |
423X2 |
630X2 |
||
версы) в тс |
|
|||||||
Груэоподъемность |
|
|
|
|
|
|
||
разливочного |
крана |
275 |
350 |
275 |
350 |
450 |
630 |
|
в тс |
|
|
||||||
Грузоподъемность завалочных машин определяется емкостью мартеновских печей, а также размерами печных пролетов, где устанавливаются эти машины. Чем больше емкость печи, тем больше делают печные пролеты. Завалочные машины грузоподъем ностью 15 тс обслуживают печи с садкой 600 и 900 т.
Грузоподъемность и сила выталкивания кранов для «раздева ния» мартеновских слитков определяются весом слитков с излож ницами, которые они обслуживают. Поскольку вес изложницы примерно равен весу слитка (или сляба), то краны грузоподъем ностью 50 тс способны раздевать слитки весом 25 тс. Увеличение емкости печей и мощности блюмингов и слябингов ведет к увели чению веса слитков и, следовательно, к повышению грузоподъем ности этих кранов.
Сила выталкивания кранов используется для силового извле чения слитков из изложниц. При наличии дефекта изложницы, например выбоины, жидкая сталь, заполняя последнюю, не по зволяет слитку освобождаться от изложницы во время работы ме ханизма подъема. Вступает в действие механизм выталкивания и «раздевает» слиток. В связи с тем, что теоретически силу вытал кивания определить трудно, принимают ее в 10—15 раз больше веса слитка. Практически для слитков весом 20—25 тс принимают силу выталкивания 250 тс.
8
Таблица 2
Применяемые скорости главных механизмов металлургических кранов
Крапы
|
«О о |
|
|
et И |
|
|
9 « |
|
|
а° |
|
|
и х |
|
Мульдомагнит |
|
|
ный |
10 |
|
Завалочный |
3 |
|
Литейный 1 |
5 |
|
75/15 |
||
|
125/30 |
|
|
175/50 |
|
|
180/50 |
|
|
275/75 |
|
|
350/75 |
|
|
450/90 |
|
|
560/90 |
|
Завалочная на |
630/90 |
|
10 |
||
польная машина |
||
Для раздевания |
15 |
|
|
||
мартеновских |
|
|
слитков 2 |
50 |
|
Колодцевый 3 |
75 |
|
20 |
||
Посадочный 4 |
30 |
|
2 |
||
Кран с лапами 6 |
7,5 |
|
Ковочный |
15 |
|
75 |
||
|
150 |
|
|
250 |
|
Закалочный 0 |
300 |
|
30 |
||
|
60 |
Скорость, м/мин |
Число оборотов |
|
в минуту |
1подъема |
движения тележки |
движения моста |
колонны, тележки (клещей) |
8 |
60 |
100 |
4,48 |
5,35 |
39,4 |
82 |
|
5,35 |
33 |
78 |
4,48 |
7/15 |
40/45 |
80 |
_ |
,3/8,0 |
35/40 |
80 |
_ |
4/8 |
32/40 |
80 |
_ |
4/8 |
32/40 |
75 |
_ |
,7/5 |
25/40 |
60 |
_ |
2/5 |
25/40 |
60 |
_ |
,1/5,4 |
20/46,5 |
61,5 |
_ |
,9/5,4 |
18/40 |
61 |
_ |
,7/5,5 |
20/40 |
60 |
— |
— |
100 |
100 |
__ |
|
108 |
83 |
— |
20 |
50 |
80 |
__ |
20 |
50 |
80 |
|
20 |
100 |
130 |
10,4 |
20 |
100 |
130 |
10,4 |
4 |
30 |
100 |
3,6 |
18,5 |
52,6 |
100 |
4 |
12,7 |
60 |
156 |
4 |
5,65 |
38,4 |
70 |
__ |
3,7 |
40 |
65,2 |
|
3,16 |
31,8 |
62,5 |
_ |
2,5 |
30 |
40 |
_ |
20,2 |
44 |
77 |
_ |
7,65 |
60 |
80 |
|
хобота
21,5
14,44
—
40
40
_
_
качачислохоботанийминутув
13,1
11,5
_
—
16
15
_
_
__
8
_
_
_
_
_
_
тсле |
грузоподъемности3 75Ртс - |
|
0 з н а м е и а - |
|||
2 |
м/сек, для |
И4Я м /с е Т ^ п п грузоп°АЪемности |
50 т с - |
|||
н обоих случаях 3 м/мин. |
|
4 м/сек, |
скорость выталкивания |
слитка |
||
|
* Скорость управления клещами 25 м/мин |
|
|
|||
|
Ь £*°Р°СТЬ захвата заготовки |
3,75 |
м/мин* |
на 90° — 9 сек |
|
|
|
• & |
° Пр0КИАЫВания лап |
на 45°—5 сек, |
|
||
грузоподъемности'бОСт с - Я39Р м /м ^ Я грузоподъёмности 30 тс - 57.3 м/мин, для
9
Грузоподъемность колодцевых кранов назначается в зависи мости от веса слитков, поступающих из мартеновского цеха. Грузо подъемность посадочных кранов и машин зависит от веса блюмов, получаемых после прокатки блюмингами. Грузоподъемность кра нов с лапами назначается главным образом в зависимости от веса пакетов изделий, поступающих из прокатных цехов, которые тран спортируются этими машинами на холодильниках, складах ме талла и в местах погрузки его в железнодорожные вагоны.
Грузоподъемность ковочных кранов Q0 складывается из веса заготовок q (слитков), из которых делаются поковки, веса при способлений для захвата заготовок р (патронов, оправок, клещей и т. п.) и веса кантователей к, производящих вращение заготовок вокруг горизонтальной оси: Q0 = q + р + k. Поскольку веса крупных кованых деталей достигают 100 тс и более, максималь ная грузоподъемность этих машин определяется в настоящее время 300 тс.
Грузоподъемность закалочных кранов зависит от веса изде лий, которые закаливаются в масляных ваннах.
Скорости рабочих движений типовых механизмов (подъема груза, движения тележки, движения моста) для большинства ме таллургических кранов выбирают такими же, какие используются в мостовых кранах. Чем больше грузоподъемность, тем меньше скорость подъема.
В ряде случаев скорость подъема назначается на основе мак симальной мощности электродвигателей. Так, скорость подъема крана для раздевания мартеновских слитков при грузоподъем ности 50 тс, построенного Уралмашзаводом, взята 20 м/мин. В качестве двигателя механизма выбран электродвигатель типа МП82А мощностью 156 квт при ПВ 25%, имеющий вентилятор для обдува обмоток.
Скорости движения нетиповых механизмов (вращения, кача ния, открывания и закрывания клещей, опрокидывания лап и т. д.) определяются, с одной стороны, производственными условиями, с другой — требованиями техники безопасности и возможностями человеческого организма.
Практикой проектирования и эксплуатации металлургических кранов установлены достаточно определенные скорости механиз мов, указанные в табл. 2.
ТРЕБОВАНИЯ ГОСГОРТЕХНАДЗОРА И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ КРАНЫ
Принципиальные положения по устройству, проектированию и эксплуатации металлургических кранов базируются на общих положениях для краностроения. Специфика конструкций механиз мов, электрооборудования и металлоконструкций определяется характером технологических операций металлургического произ водства, для которых предназначен данный кран.
ю