Portalkräne für extrem niedrige Temperaturen, maßgeschneidert für die strengen Winter im Hafen von Krasnodar: Fortschrittliche Designlösungen

Unser Kunde kaufte Portalkräne für extrem niedrige Temperaturen für den Hafen Krasnodar im Süden Russlands, wo aufgrund der hohen geographischen Lage in Sibirien strenge Winter herrschen. Um sicherzustellen, dass der Kran auch bei Temperaturen von bis zu 40 °C funktioniert, wurden bei der Konstruktion und Auswahl der Stahlkonstruktionen, mechanischen Komponenten und elektrischen Systeme besondere Überlegungen angestellt. Es wurde ein engagiertes Team erfahrener Designer und Ingenieure zusammengestellt, das eng mit russischen Kollegen bei der Prozessgestaltung und Geräteauswahl zusammenarbeitete, um den spezifischen Umweltherausforderungen gerecht zu werden.

Die kalte Umgebung in den hohen Breitengraden hat einen enormen Einfluss auf die Leistung von Portalkräne, und es müssen die notwendigen Maßnahmen ergriffen werden, um mit der Niedrigtemperaturumgebung umzugehen, einschließlich der Auswirkungen von extrem kaltem Wetter auf die Betriebsleistung und Zuverlässigkeit von Portalkränen. Gemäß dem traditionellen Strukturtyp können die Konstruktion und Herstellung von Portalkränen die besonderen Anforderungen der Nutzung in Gebieten mit hohen Breitengraden nicht erfüllen, sodass eine neue spezielle Konstruktionsstruktur, eine neue Konstruktionstheorie und neue Prozessmethoden erforderlich sind.

Probleme mit Portalkränen bei extrem niedrigen Temperaturen

Wenn die Umgebungstemperatur unter -20 °C liegt, nimmt die Festigkeit des üblicherweise verwendeten Stahls stark ab, während die Sprödigkeit zunimmt. Dadurch werden die normalen mechanischen Eigenschaften des Stahls erheblich geschwächt, und das Schrumpfen und Deformieren der Stahlstruktur kann zu strukturellem Versagen führen.

In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen werden Drähte und Kabel außerdem steif oder brechen sogar. Das Schmieröl wird dickflüssiger und Bremsräder, Drahtseile, Räder und Schienen sind der Erosion durch Eis und Schnee ausgesetzt. Darüber hinaus neigen elektrische Komponenten und verschiedene Schutzvorrichtungen dazu, abnormal zu funktionieren oder ganz auszufallen, wodurch der normale Betrieb des Portalkrans verhindert wird.

Daher ist die Entwicklung und Erforschung von Portalkränen für extrem niedrige Temperaturen zwingend erforderlich.

Konstruktionsmerkmale von Tieftemperatur-Portalkränen

Um sicherzustellen, dass der Portalkran in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen normal funktionieren kann, müssen vier Probleme gelöst werden: Erstens die Auslegung der Sprödigkeit der Materialien in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen; zweitens der Zuverlässigkeitsschutz des Übertragungsmechanismus in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen; drittens die Erwärmungs- und Wärmeschutzmaßnahmen der elektrischen Komponenten in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen; und viertens die Freisetzung innerer Spannungen im Portalkran, die durch weitreichende Temperaturschwankungen verursacht werden. Entsprechend der Hauptauswirkung einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen auf den Portalkran sollte die Konstruktion die folgenden fünf Aspekte umfassend berücksichtigen.

1. Untersuchung der Versprödung von Stahlkonstruktionen in Niedertemperaturumgebungen

Bei der Struktur eines Portalkrans handelt es sich um eine typische Stahlkonstruktion mit Kastenträgern oder Fachwerkträgern. Experimente haben ergeben, dass bei einer Umgebungstemperatur unter -20 °C die Sprödigkeitsbeständigkeit der Stahlkonstruktion mit sinkender Betriebstemperatur quadratisch proportional abnimmt. Daher sind die Auslegung der Sprödigkeitsbeständigkeit und die Festigkeitsauslegung der Stahlkonstruktion in einer Niedrigtemperaturumgebung gleichermaßen wichtig.

Durch die Untersuchung vieler Zerstörungsfälle wurde bewiesen, dass die Teile der Stahlkonstruktion, die in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen spröde beschädigt werden, hauptsächlich an Spannungskonzentrationen auftreten, die durch unsachgemäße Konstruktion oder Verarbeitungstechnologie verursacht werden, einschließlich Schweißkreuzungen, scharfen Ecken, Öffnungen und Querschnittsveränderungen. Diese Teile mit größerer Spannung verursachen wahrscheinlich spröde Risse und führen zum Versagen der mechanischen Eigenschaften der Stahlkonstruktion. Aus diesem Grund hat Henan Kuangshan Crane bei der Konstruktion der Stahlkonstruktion die folgenden Maßnahmen ergriffen, um den Auswirkungen einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen auf die Stahlkonstruktion zu begegnen.

(1) Die Verwendung von kältebeständigen Materialien, wie beispielsweise Baustahl Q345E, ist kältebeständig und weist eine geringe Sprödrissbildung auf.

(2) Bei der Strukturgestaltung sollten abgerundete Übergänge verwendet werden. Wenn die Struktur geöffnet werden muss, dürfen die Ecken der Öffnungen nicht scharfkantig oder gekrümmt sein. Es sind Maßnahmen zur Verstärkung der peripheren Festigkeit der Öffnung zu treffen, d. h. eine ringförmige Strukturgestaltung zu verwenden.

(3) Bei kastenförmigen Trägerbauteilen darf der Querschnitt nicht abrupt geändert werden. Es muss eine gewisse Übergangslänge beibehalten werden, damit die Spannung sanft geändert werden kann.

(4) Die Anordnung darf nicht überlappend oder versetzt sein, sondern muss angemessen verteilt sein. Es ist darauf zu achten, dass sich die Schweißnähte und die Schweißkonstruktion nicht verformen. Es dürfen keine asymmetrischen einseitigen Überlappschweißnähte verwendet werden, bei denen die Spannung zu stark konzentriert ist. Stumpfstöße sollten nach Möglichkeit verwendet werden.

2. Schutz des Übertragungsmechanismus in der Umgebung mit niedrigen Temperaturen

Der Übertragungsmechanismus der Portalkräne für extrem niedrige Temperaturen besteht hauptsächlich aus dem Hebemechanismus und dem Betriebsmechanismus der beiden Teile, die aus einer Reihe von Teilen aus unterschiedlichen Materialien wie Motoren, Reduzierstücken, Kupplungen, Antriebswellen, Bremsen, Radsätzen usw. bestehen. Diese Teile haben in der Umgebung mit niedrigen Temperaturen unterschiedliche zerstörerische Tendenzen. Henan Kuangshan Crane verwendet die folgenden Maßnahmen, um damit umzugehen:

(1) Versuchen Sie, durch die Verwendung einer integrierten Übertragungsstruktur die Übertragungsstrecke zu verkürzen und die Anzahl der erforderlichen Übertragungsteile zu verringern. Gleichzeitig nimmt die integrierte Struktur wenig Platz ein, ist einfach zu installieren und bietet vielfältige Schutzfunktionen.

(2) Durch eine vernünftige Konstruktionsstruktur wird die Hauptübertragungsvorrichtung durch die Verwendung einer Schutzabdeckung mit Wärmedämmung geschützt. Durch die geschlossene Konstruktion des Hubwagens in einer geschlossenen Struktur wird die Verwendung von Wärmedämmmaterialien geschlossen und dann im Wageninneren eine Temperaturerfassungsvorrichtung installiert. Wenn die Umgebungstemperatur unter einem eingestellten Temperaturwert liegt, wird die Heizvorrichtung automatisch gestartet. Die Innentemperatur des Wagens wird effektiv in einem geeigneten Bereich geregelt, wodurch die Auswirkungen einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen auf den Betrieb des Wagens eliminiert werden.

(3) Für Teile des Getriebes, die schwer zu schützen sind, müssen neben der Notwendigkeit einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen und mechanischen Tests auf Materialversprödung auch Maßnahmen zur Reduzierung der Auswirkungen des Betriebs bei der Schmierstoffauswahl getroffen werden. Portalkräne für extrem niedrige Temperaturen sollten über Sanftanlaufmotoren und eine SPS- und Frequenzumrichtersteuerung verfügen, damit der Gesamtbetrieb reibungslos und stabil ist und die Stoßbelastung beim Anlaufprozess verringert wird.

(4) Bei Verwendung von kältebeständigen Materialien wie Q345E-Stahl usw. müssen die mechanischen Eigenschaften vor der Verwendung in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen (-45 °C) getestet werden. Unternehmen, die dazu in der Lage sind, sollten die wichtigsten Rohstoffe in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen testen, aber auch den Schweißprozess bewerten, insbesondere die Schweißtemperatur von -45 °C, den Schweißprozess bewerten und die mechanischen Eigenschaften testen.

3. Vorwärmen und Isolieren elektrischer Komponenten in einer Niedertemperaturumgebung

Die normale Betriebstemperatur elektrischer Komponenten beträgt im Allgemeinen 0 °C bis 40 °C. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen wirken sich stärker auf die elektrischen Komponenten aus. Laut Statistik verringert sich die Zuverlässigkeit von SPS, Frequenzumrichter und anderen Steuerungskomponenten um 25 % bei Temperaturen unter der normalen Temperatur von 10 °C. Um sicherzustellen, dass das elektrische Steuerungssystem ordnungsgemäß funktioniert, ergreift Henan Kuangshan Crane die folgenden Maßnahmen:

(1) Portalkräne für extrem niedrige Temperaturen sollten so aufgestellt werden, dass der elektrische Raum isoliert ist. Die elektrischen Komponenten werden darin installiert und der elektrische Raum wird mit einer Heizvorrichtung ausgestattet. Wenn die Umgebungstemperatur unter -20 °C liegt, sollten die Portalkräne für extrem niedrige Temperaturen vorgewärmt werden, wenn sie im elektrischen Raum zu arbeiten beginnen. Erst wenn die Raumtemperatur erreicht ist, können sie mit der normalen Arbeit beginnen.

(2) Für das Stromkabel wird anstelle eines PVC-Kabels ein kälte- und ultraviolettbeständiges Gummikabel verwendet, um die Lebensdauer des Kabels bei niedrigen Temperaturen zu verlängern.

(3) Die Motoren des Hebemechanismus und des Fahrmechanismus sind mit Heizgeräten ausgestattet, um sie vor dem Einsatz in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen vorzuwärmen und nach dem Einsatz warm zu halten. Bei Portalkränen mit extrem niedrigen Temperaturen, die im Freien eingesetzt werden, beträgt die Schutzstufe der Motoren nicht weniger als IP66.

(4) Elektrische Komponenten, die nicht im isolierten Elektroraum installiert werden können, sollten in einem Elektrokasten mit einem Schutzniveau von mindestens IP55 installiert werden, und der Elektrokasten sollte außerdem mit einer Heiz- und Isoliervorrichtung ausgestattet sein.

4. Interne Spannungsfreisetzung der Portalkranstruktur durch große Temperaturschwankungen

In Gebieten mit hohen Breitengraden führen große Temperaturunterschiede zwischen der Umgebungstemperatur im Winter und im Sommer zu einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion des Materials. Die Stahlkonstruktion des Portalkrans mit großer Spannweite hat enorme Auswirkungen auf den Henan-Kuangshan-Kran. Daher müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um mit den Temperaturschwankungen umzugehen, die durch interne Spannungsänderungen in der Struktur verursacht werden.

Zunächst sollte die Stahlkonstruktion symmetrisch aufgebaut sein und gleichmäßige Querschnittsänderungen aufweisen, damit die Verformung der gesamten Konstruktion bei Temperaturänderungen kontrolliert werden kann.

Zweitens sollte die Stahlkonstruktion möglichst statisch ausgelegt sein und ein einstellbares Kugelgelenklager verwenden, das die durch die Verformung der Stahlkonstruktion verursachte innere Spannung eliminieren kann. Es ist zu beachten, dass die Verwendung einer statischen Struktur die Steifigkeit der gesamten Struktur verringert, die anfällig für Abfluss, nagende Schienen und andere Phänomene ist. Daher ist es notwendig, den stabilen Betrieb der Portalkräne mit extrem niedrigen Temperaturen durch den Einsatz elektrischer Entzerrung, die Einstellung horizontaler Führungsräder und andere Maßnahmen sicherzustellen.

5. Sicherheitsdesign

Der Kranhebemechanismus muss die Eigenschaften einer geschlossenen Struktur aufweisen, die einer „konstanten Temperatur“ standhalten. Der Laufmechanismus der Laufkatze sollte einen 3-in-1-Antrieb verwenden, d. h. einen integrierten Laufmechanismus mit Motor, Untersetzungsgetriebe und Bremse. Außerdem sollte eine Hufbremse verwendet werden und ein kältebeständiges Schmiermittel ausgewählt werden.

Portalkräne mit extrem niedrigen Temperaturen werden im Außenbereich eingesetzt. Henan Kuangshan Crane hat eine Gleisheizung und einen Schneeräummechanismus entwickelt, um übermäßige Schneebildung, Vereisung der Gleise und Wegrutschen zu verhindern, da dies die Sicherheit des Kraneinsatzes beeinträchtigen könnte.

Zusammenfassen

Bei der Konstruktion von Portalkränen für extrem niedrige Temperaturen muss der Einsatz neuer Materialien, neuer Technologien und neuer Techniken für eine innovative Entwicklung berücksichtigt werden. Henan Kuangshan Crane hat bei der erfolgreichen Entwicklung und Anwendung des Portalkranprojekts im russischen Hafen Krasnodar eine positive Rolle gespielt und die Innovation von Portalkränen für extrem niedrige Temperaturen gefördert. Insbesondere wurden Daten und Erfahrungen hinsichtlich der Stahlkonstruktion und der elektrischen Zuverlässigkeit von Portalkränen für extrem niedrige Temperaturen und anderer Technologien gesammelt. Die wichtigsten technischen Errungenschaften können auch auf die Konstruktion von Produkten angewendet werden, die in anderen speziellen geografischen Gebieten verwendet werden.

krystal

Kran-OEM-Experte

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