книги / Расчеты металлургических кранов

качание рамы 13 вокруг оси ее подвеса, совпадающей с осью подшипников шестерни 12.

С другой стороны крутящий момент электродвигателя 7 в не­ сколько раз меньше крутящего момента на червячном колесе 11. При работе механизма появляется реактивный момент на корпусе червячного редуктора, который вызывает раскачивание рамы 13. Вследствие воздействия пресса, с одной стороны, и реактивных моментов червячного редуктора и зубчатой передачи 12 и 14 — с другой, корпус 6 кантователя во время ковки покачивается, совершая сложное колебательное движение в вертикальной пло­ скости. Это движение передается и на крюковую обойму 1.

СХЕМЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ КРАНОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ

К рабочим исполнительным органам кранов относятся их грузозахватные устройства. Последние зависят от размеров и формы захватываемых грузов и технологических условий работы

сними. Поскольку металлургические краны в основном работают

снагретыми грузами и с расплавленным металлом, то их испол­

нительные рабочие органы выполняют повышенной прочности, с учетом высокой температуры в зоне работы. В ряде случаев исполнительные рабочие органы делают из жаростойких сталей, например хоботы завалочных кранов и машин.

Рассмотрим конструктивные схемы исполнительных рабочих органов основных металлургических кранов.

Рис. 20. Траверса литейного крана

*60

Литейный кран

Исполнительный орган литейных кранов выполняется в виде траверсы с широко расставленными пластинчатыми крюками. 1 (рис. 20). Крюки подвешиваются к осям 2. По краям траверсы располагаются канатные блоки 5, закрепляемые на осях 6. Пос­ ледние расположены перпендикулярно осям 2 и также закреп­ лены на траверсе 3. Для защиты конструкции траверсы от теплоты расплавленного металла в ковше, подвешенном на крюках /, снизу ее закрепляется предохранительный лист 4. Расстояние между крюками 1 назначается в зависимости от размеров ковша для жидкого металла.

В некоторых траверсах, помимо основных крюков, устанавли­ вают обычные кованые крюки в центре или по краям для подъема различных грузов, кроме ковшей. Основные крюки 1 делают удлиненной формы с целью размещения верхней части ковша между их зевами и траверсой 3.

Завалочный кран и напольно-завалочная машина

Исполнительные органы этих машин выполняются в виде хобота, который берет мульду с шихтой (рис. 21). Конец хобота 2 с наружной торцевой стороны имеет скошенные под некоторым

углом к вертикали грани а. При опускании конца хобота в замок мульды 3 при помощи механизма качания грань а входит в сопри­ косновение с аналогичной гранью на внутренней поверхности замка мульды 3.

Вес мульды с шихтой создает грузовой момент относительно замка. Этот момент уравновешивается парой сил Р, создающихся на поверхности а и верхней части вертикальной грани конца хобота. Замок мульды имеет выступы Ь, через которые передается верхняя реакция Р от конца хобота 2 на замок мульды.

61

Надежное удержание хоботом мульды 3 обеспечивается сто­ порной планкой 1, закрепленной на конце стопора 4. Во время введения конца хобота в замок мульды стопорная планка 1 на­ ходится во впадине с в теле хобота. После того, как конец хобота войдет в замок мульды, стопорная планка 1 отодвигается сто­ пором 4 назад, к началу хобота, и попадает своими концами в прорези г на задней стороне мульды 3. В результате мульда надежно закрепляется на конце хобота и не может упасть даже в случае поворота его на 180° вокруг горизонтальной оси. Правда, при повороте мульда может* качнуться вниз за счет зазоров между удерживающими элементами конца хобота и замка мульды.

В процессе эксплуатации конец хобота постепенно обгорает, часто под действием мульды с грузом отгибается в сторону, осо­ бенно во время операции планирования шихты в мартеновской печи. В целях усиления конца хобота по его наружной поверх­ ности отливают продольные выступы 5.

Исследования кафедры подъемно-транспортных машин УПИ показали, что при наезде с мульдой тележки напольно-завалочной машины на металлический лом, лежащий на поду мартеновской печи, на конец хобота через мульду передаются значительные усилия, достигающие 460 тс. Во время вращения мульды и раз­ брасывания ею шихты по поду мартеновской печи был зафикси­ рован крутящий момент на хоботе 21,2 те м. Хобот работает в очень тяжелых условиях при выполнении машиной технологи­ ческих операций. Стойкость (длительность работы без ремонта) хоботов, изготовленных из жароупорных сталей, достигает в сред­ нем 2—4 месяца, а изготовленных из углеродистых сталей — 1 месяц и менее. Правка отогнутых концов хоботов обычно про­ изводится с помощью мульды. Для этого хобот предварительно разогревают в мартеновской печи, затем берут хоботом мульду и держат ее на весу. Своей тяжестью мульда постепенно выправ­ ляет хобот.

На рис. 21 показано соединение стопора 4 с рычагом 6 и руч­ кой 7 управления стопорным механизмом. В узле 8 помещается подшипник, позволяющий стопору 4 вращаться совместно с хо­ ботом 2 и мундштуком 9.

Краны для раздевания мартеновских слитков и колодцевые краны

Рассмотрим сначала схему клещей этих кранов, производящих захват слитков. В более сложных условиях работы находятся клещи колодцевого крана, которые, кроме захвата слитка, осу­ ществляют чистку подин от шлака в рекуперативных колодцах нагревательных печей и вращение слитков вокруг вертикальной оси. На рис. 22 изображены клещи колодцевого крана. Под­ веска их 2 закрепляется при помощи болтов к колонне 1. В про­ резях 5 подвески находятся ролики 3, закрепленные на верхних

6 2

концах клещевин 4, которые соединены осью 6. На нижних кон­ цах клещевин имеются вставленные в конические отверстия керны 7, которые захватывают слитки 8. Приливами 9 клещевины 4 опираются на верхние торцевые поверхности слитков во время их захвата.

Между поверхностями кернов и слитков возникают огромные удельные давления. Керны быстро изнашиваются и сменяются через 15—20 мин интенсивной работы. Для быстрого выбива-

бочие концы кернов наплавляют­ ся сормайтом. Интенсивному из­ носу подвергаются также ролики 3 и внутренние поверхности

направляющих 4.

На рис. 22 показаны основные нагрузки, действующие на керны 7 и оси 3 «роликов. Сила трения слитка о керн Q, равная половине веса слитка G, создается нормальным усилием Р, пере­ дающимся от керна на слиток. Равнодействующая усилий Р и Q

сил S и Т — через С.

Положение клещей колодцевого крана и силы, действующие на их элементы при подъеме слитка, упавшего на под нагрева-

63

тельного колодца, изображены на рис. 23. На направляющие подвески клещей в плоскости, перпендикулярной плоскости направляющих для роликов клещевины, при этом действует пара сил Р, передающаяся от веса слитка Q через клещевины. На

показали, что при «поправке» клещами слитка, упавшего около стенки нагревательного колодца, и поднятия его в подвеске воз­ никали напряжения до 4200 кгс/см2. Эти напряжения вызывают трещины в слабых местах подвески и приводят к разрушению или изгибу клещевин, если подвеска недостаточно прочна.

Во время чистки подин лопатой, зажатой между кернами и подвеской при сухом шлакоудалении, на нижнем торце лопаты возникали усилия до 6200 кгс и крутящий момент на колонне крана — до 3570 кгс-м. Эти нагрузки вызывают в колонне и шахте значительные напряжения, особенно в месте присоедине­ ния последней к раме тележки.

Конструкция больших и малых клещей крана для раздевания слитков изображена на рис. 24. Большие клещи 1 закрепляются на осях /У, укрепленных в патроне 12. Малые клещи 7 смонти­ рованы на траверсах 6, которые могут двигаться по круглой ниж­ ней части патрона 12 вниз до имеющихся там упоров. На рисунке показано нижнее положение клещей.

Внутри нижней круглой части патрона 12 помещен наконеч­ ник 16, закрепленный на штемпеле 15. Штемпель соединен с вин­ том 14, который ввинчен в гайку-винт 13, являющуюся нижней полой частью второго квадратного вала 6 (см. рис. 12). Эта часть вала имеет внутри левую и снаружи правую резьбы.

На плоскости б выступов штемпеля расположены края на­ правляющих 3 для малых клещей (рис. 24). На рисунке изобра­ жено положение штемпеля и направляющих, при котором пло­ скость б выступа совпадает с нижней плоскостью выреза, сде­ ланного в нижней части патрона 12.

Стрипперный механизм может опустить штемпель вниз, в результате чего плоскость б штемпеля опустится относительно плоскости г патрона на величину более 2 м. При этом направ­ ляющие 3 останутся в положении, указанном на рисунке. При вращении гайки-винта 13 в другую сторону штемпель вместе с направляющей может подняться относительно плоскости г на 1155 мм. Этот подъем при отсутствии слитка осуществляется при неподвижной траверсе 6 малых клещей. При этом клещи закры­ ваются, их раствор от максимального 1300 мм уменьшается до 400 мм. Во время захвата слитка, когда керны 8 войдут в плотное соприкосновение с его стенками и при дальнейшей работе стрипперного механизма, траверса 6 вместе со слитком и направля­ ющими 3 станет подниматься. Совместное движение малых клещей с направляющими и траверсами вверх позволяет избежать вне­ запного прекращения работы стрипперного механизма после зажа­

64

тия слитка. Машинист крана, наблюдая за работой малых клещей во время захвата слитка, своевременно отключает стрипперный механизм и включает механизм подъема.

В случае захвата слитка малого веса, когда ролики 4 по рабо­ чей поверхности а направляющих 3 отойдут к краям последних, высота подъема траверс 6 будет небольшой. Направляющие 3

Рис. 24. Большие и малые клещи крана для раздевания мартеновских слитков

при этом пройдут свой ход (1155 мм) и вместе с траверсами 6 остановятся. Винт 14 штемпеля 15 полностью войдет в нижнюю полую часть второго квадратного вала 6 (см. рис. 12), который, в свою очередь, поднимется по резьбе патрона в верхнее положе­ ние. Остановка стрипперного механизма не вызовет его поломки, поскольку в это время сработает муфта предельного момента, установленная в редукторе привода.

65

При подъеме траверс 6 вместе со слитком амортизаторы под­ вески 2 расходятся в стороны. После освобождения малых клещей от слитка (при помощи механизма подъема) траверсы 6 и малые клещи свободно опускаются (падают). В это время направляющие 3 висят на выступах штемпеля 15. С целью удержания малых кле­ щей 7 и траверс 6 на весу и снижения динамических нагрузок при их опускании применяют амортизаторы-подвески 2. Канаты их натягиваются, а пружины снижают динамическую нагрузку, возникающую при опускании малых клещей и их траверс.

Амортизаторы-подвески необходимы также в случае прокола кернами 8 стенки неостывшего слитка, при котором сталь будет выливаться, а слиток может не удержаться в малых клещах и упасть. Выпадение слитка из малых клещей ведет к падению по­ следних вместе с траверсами 6 вниз на упоры, имеющиеся на круглой нижней части патрона 12. Наличие амортизаторов-под­ весок 2 не позволяет малым клещам сбивать эти упоры.

Клещевины больших клещей 5 имеют в сечении вид швеллера. Основные рабочие части их — упоры 17, средние проушины 9, нижние проушины 10 и нижние упоры 18. Упорами 17 большие клещи опираются на края изложницы во время вытаскивания малыми клещами слитка, отлитого уширением вверх. Нижними упорами 18 большие клещи упираются в края поддона во время отрывания слитка, приварившегося к поддону. Средними 9 и нижними 10 проушинами большие клещи захватывают во время стрипперования за специальные выступы изложницы, в которых отлиты уширением вниз слитки нормальной и максимальной ши­ рины. Наконечник 16 при этом выжимает слитки из изложниц.

Кран с лапами

Исполнительный орган крана с лапами изображен на рис. 25. Он имеет верхнюю 3 и нижнюю 7 балки. На вехней балке кре­ пятся блоки 2 канатов механизма подъема, штанги 1, крюки 4

66

и б, прямоугольные электромагниты 9 и лапы 5. На нижней балке закреплены блоки 8 канатов механизма опрокидывания лап. С одной стороны балка 7 висит на блоках 8, с другой — прикреп­ лена к лапам 5.

Хотя изображенная конструкция траверсы несколько отли­ чается от ее схемы, представленной на рис. 15, однако обе тра­ версы работают одинаково во время захвата и транспортирования прокатного материала и поэтому на описании их работы останав­ ливаться не будем.

Краны с лапами обычно выполняются со сменными нижними блоками. Число лап у них 4 и 8. Крепление осей лап на верхней балке предусматривает возможность установки другой балки ■с несколько иным шагом между лапами.

Посадочный кран

Конструкция исполнительного органа посадочного крана изоб­ ражена на рис. 26, а схема его основных механизмов была дана на рнс. 16. Рама 2 механизма зажима (электродвигатель 17, редуктор 15, фрикционная муфта 16, винт 4, гайки 19, серьги 5, рычаги 9 и керны 13) качается относительно оси 14, смонтирован-

67

ной на колонне <5, при помощи механизма качания, шатуны ко­ торого закреплены на осях 1.

Разрез В— В дает положение гаек 19 в момент полного рас­ крытия клещей 11. При этом пружины 7 сжаты между траверсами 6 и 18. Во время захвата заготовки винт 4 вращается в направле­ нии, при котором гайки 19 расходятся. При этом траверсы 6Л прижатые к гайкам 20, будут также раздвигаться под действием сжатых пружин 7

После встречи кернов 13 с заготовкой усилие от пружин 7 станет (от траверс 18 через траверсы 6) передаваться на серьги 5 и рычаги Р, обеспечивая надежный захват заготовки. Гайки 20 при дальнейшем вращении винта 4 отойдут от траверс 6.

Во время освобождения заготовки винт 4 вращается в направ­ лении, противоположном направлению при захвате заготовки. Гайки 20 подходят к траверсам 6, пружины 7 разжимаются и керны 13 расходятся. При упоре бронзовых шайб 21 друг в друга вращение винта 4 прекращается и срабатывает муфта предельного момента 16. Клещи в это время максимально раскрыты.

Пружины 7 смонтированы на направляющих 3. Поворот го­ ризонтальных рычагов 11 клещей осуществляется вокруг верти­ кальных осей 10. Кронштейны 12 служат опорами задней части заготовки, закрепленной в кернах 13. Центр тяжести заготовки располагается снаружи клещей, вследствие чего задним концом заготовка упирается в кронштейны 12.

Ковочный кран

Ковочные краны используют для ковки молотами и прессами валов, гидроцилиндров, колес и других поковок. Для захвата заготовок поковок применяют различные приспособления (рис. 27), подвешиваемые обычно к пластинчатой цепи кантователя ковоч­ ного крана (см. рис. 19). Одно из приспособлений — патрон (рис. 27, а) состоит из штанги 5, головки 3 и противовеса 6. Он подвешивается на цепи 4 кантователя. Заготовка 2 вставляется

впатрон ковочным краном, которым берут ее при помощи цепи 4

изаводят узким концом в головку 2. При этом подъемные канаты ковочного крана отклоняются от вертикали.

Если заготовка во время ковки прессом 1 лежит на нижнем бойке наклонно, то неизбежна передача усилия через нее и патрон на цепь 4 кантователя. Примерно то же происходит при осадке (ковке) заготовки, когда ее горизонтальная ось перемещается вниз.

Сцелью ускорения захвата заготовки используют подвесной патрон-манипулятор (рис. 27, б) со специальными клещами 10 для захвата заготовки 11. Патрон 9 подвешивается на цепи канто­ вателя 8 на крюке 7 ковочного крана. Работа клещей осуществ­ ляется посредством гидравлического или пневматического при­ вода.

68

Принципиальное устройство головки клещей изображено на рис. 27, в. Здесь на штанге 12 патрона закрепляется корпус 13 головки клещей 14. Щеками 15 клещи захватывают заготовку во времй движения ползуна 16 под действием сжатого воздуха или жидкости.

Аналогичные клещевые головки устанавливают в кузнечных напольных манипуляторах, используемых для удержания заго­ товок во время ковки.

Рнс. 27. Подвесные приспособления для захвата заготовок поковок:

а — патрон для захвата заготовки (слитка); б — подвесной патронманипулятор; в — клещевая головка

ПРИНЦИПЫ КОНСТРУКЦИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ КРАНОВ ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ

Рассмотрим основные особенности зарубежного металлурги­ ческого краностроения.

Мульдотранспортные краны

Для обслуживания сталелитейных конверторов емкостью 500 т в ФРГ построен кран грузоподъемностью 150x2 тс [44]. Собствен­ ная масса крана 500 т, пролет 24,8 м, ширина по буферам 17,4 м, высота (без шахты) 8,5 м. Скорости движения моста 80 м/мин, тележки — 27,5 м/мин, груза 7—20 м/мин, скорость опрокидыва­ ния мульды 13,4 м/мин. Мощность всех двигателей 1800 кВт. Подводимое напряжение электрического тока 5000 В понижается

69