Требования к сталям для изготовления грузоподъемных кранов

Дата публикации: 
23.04.2015

грузоподъемный кран

Согласно требованиям нормативных документов материалы, применяемые в крановых конструкциях, следует выбирать с учетом нижних предельных значений температуры окружающей среды для рабочего и нерабочего состояний кранов, степени нагруженности элементов конструкции и агрессивности окружающей среды. Марочники этих материалов содержатся в руководящих документах для конкретных типов кранов:

  • РД 22-16-2005 «Машины грузоподъемные. Выбор материалов для изготовления, ремонта и реконструкции сварных стальных конструкций»
  • РД 24.090.97-98 «Оборудование подъемно-транспортное. Требования к изготовлению, ремонту и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов»
  • УК 36.24.12-100-97 «Металлоконструкции грузоподъемных машин, оборудования и подъемников. Капитальный ремонт. ТУ».

В частности, для башенных и стреловых кранов, кранов-лесопогрузчиков, кранов-манипуляторов с 1979 г. действует РД 22-16-2005, в котором присутствуют также общие сведения по сталям и сварочным материалам для этих конструкций.

Для внесения сведений о материалах в РД 22-16-2005 проводили комплексные исследования их свойств, включающие химический, металлографический и дюрометрический анализы, механические испытания (на статическое растяжение, статический и ударный изгиб, растяжение в направлении толщины проката) и испытания на свариваемость с оценкой всех показателей качества свариваемых соединений. Испытания на ударный изгиб выполняли на образцах с О- и У-образными надрезами при различной ориентации образцов: поперек и вдоль прокатки. Создание марочников сталей позволило решить задачи обеспечения краностроителей сталями, соответствующими условиям эксплуатации конструкции. Краны, созданные по рекомендациям РД 22-16-2005, продолжают успешно эксплуатировать и в настоящее время, после отработки более двух нормативных сроков службы.

В последние годы за рубежом при производстве кранов все более широко применяют высокопрочные стали с пределом текучести до 1100 МПа. Использование таких сталей для стреловых кранов позволяет существенно повысить грузоподъемность без увеличения собственной массы, снизить транспортные нагрузки, увеличить вылет стрелы. Некоторые  немецкие фирмы применяет для стреловых кранов большой грузоподъемности (100 т и более) с вылетом стрелы до 90 м листовую высокопрочную сталь марки с пределом текучести от 700 до 1100 МПа, используемую в секциях телескопической стрелы, несущих и вспомогательных элементах поворотной платформы и несущих элементах опорной рамы. Высокопрочные стали применяют для создания автомобильных подъемников, имеющих высоту подъема до 100 м, что делает их крайне необходимыми для обеспечения пожарной безопасности зданий повышенной этажности. Высокопрочные стали также используют в кранах-манипуляторах для увеличения их грузоподъемности и вылета стрелы.

Традиционный способ повышения прочности и ударной вязкости конструкционных сталей -их легирование микродобавками ванадия, ниобия и титана. В структуре таких сталей в результате термической обработки по типу нормализации и термоулучшения (закалка и высокий отпуск) формируются частицы карбонитридов ванадия, ниобия и титана. Благодаря этому в прокате образуется мелкозернистая структура.

Дальнейшее развитие технологии производства высокопрочных сталей связано с термомеханической обработкой -процессом, при котором металл окончательно деформируется в определенном температурном интервале, формируя комплекс механических свойств, не достигаемых при использовании только термической обработки. Достижения в области применения термомеханической прокатки для производства мелкозернистых свариваемых сталей в Европе закреплены в соответствующем стандарте.

Широкое использование высокопрочных сталей в краностроении за рубежом стимулировало их внедрение и в Российской Федерации. По заказам фирм - изготовителей сталей были исследованы свойства различных высокопрочных сталей в целях проверки возможности их применения в крановых конструкциях в Российской Федерации. Результаты исследований в основном подтвердили технические свойства сталей. В то же время были выявлены ограничения в возможности их использования с

определенными толщинами и технологией изготовления, а также обеспечения несущей способности в сварных соединениях, одинаковой с основным металлом.

Эксплуатация кранов, конструкции которых были изготовлены с применением рекомендуемых нормативными документами высокопрочных материалов, подтвердила эффективность и безопасность конструкций.

В связи с тем, что проведение исследований свойств материалов достаточно трудоемко, изготовители в последнее время в целях сокращения или исключения этих работ стремятся использовать аналитические модели при оценке свойств стали. Наиболее проблематична - аналитическая оценка возможности хрупкого разрушения стальных конструкций, так как оно определяется не только свойствами стали при отрицательных температурах, но и напряженным состоянием элементов и условиями эксплуатации конструкций. Подобная аналитическая модель использована в правилах проектирования и расчета кранов Европейской федерации производителей подъемно-транспортной и складской техники. В них предотвращение возможности хрупкого разрушения достигается выбором качества стали, которое оценивается показателем ударного изгиба. Установлены четыре категории качества стали, которые отличаются друг от друга значениями отрицательных температур, при которых должно подтверждаться нормативное значение ударного изгиба на продольных образцах с У-образным концентратором. Категорию качества стали определяют по показателю с помощью анализа показателей.

Выводы

1.  Применение в течение многих лет при произ­водстве кранов в СССР и Российской Федерации марок сталей, указанных в руководящих докумен­тах, разработанных по результатам исследований свойств сталей, обеспечили выпуск кранов, успеш­но эксплуатируемых и в настоящее время.

2. Переход к оценке возможности использования новых сталей на основе аналитических моделей не достаточно обоснован. Это приведет к существен­ному снижению безопасности кранов. Необходимо выполнить анализ и определить область применения аналитических моделей, допустив их использование в целях предварительной оценки при проектирова­нии конструкций с последующим подтверждением результатами исследований свойств стали.

автокран