クラスノダール港の厳しい冬向けにカスタマイズされた超低温ガントリークレーン：高度な設計ソリューション

当社のクライアントは、シベリアの高緯度地域にあるため冬が厳しいロシア南部のクラスノダール港向けに超低温ガントリークレーンを購入しました。クレーンが 40°C という低温でも動作するように、鋼構造、機械部品、電気システムの設計と選択には特別な配慮が払われました。経験豊富な設計者とエンジニアの専門チームが結成され、特定の環境課題に対応するプロセス設計と機器の選択についてロシアのカウンターパートと緊密に連携しました。

高緯度地域の寒冷環境は、 ガントリークレーン、極寒の気候がガントリークレーンの操作効果と信頼性に与える影響を含め、低温環境に対処するために必要な対策を講じる必要があります。従来の構造タイプでは、ガントリークレーンの設計と製造は高緯度地域での使用の特殊な要件を満たすことができず、新しい特殊な設計構造、新しい設計理論、およびプロセス方法を模索する必要があります。

超低温ガントリークレーンの問題

周囲温度が-20℃を下回ると、通常使用される鋼材の強度は大幅に低下し、脆さが増します。これにより、鋼材の正常な機械的性質が著しく弱まり、鋼材構造の収縮と変形により構造破損が発生する可能性があります。

低温環境では、ワイヤーやケーブルも硬くなり、破損することもあります。潤滑油は濃くなり、ブレーキホイール、ワイヤーロープ、車輪、レールは氷や雪による侵食を受けます。さらに、電気部品や各種保護装置は異常動作をしたり完全に故障したりしやすく、ガントリークレーンの正常な動作を妨げることがあります。

そのため、超低温ガントリークレーンの開発と研究が必須となります。

極低温ガントリークレーンの設計特性

ガントリークレーンが低温環境で正常に動作することを保証するには、4つの問題を解決する必要があります。1つは低温環境での材料の脆性の設計です。2つ目は低温環境での伝達機構の信頼性保護です。3つ目は低温環境での電気部品の加熱と保温対策です。4つ目は広範囲の温度変化によって引き起こされるガントリークレーンの内部応力の解放です。低温環境がガントリークレーンに与える主な影響に応じて、設計では次の5つの側面を十分に考慮する必要があります。

1. 低温環境下における鋼構造物の耐脆性に関する研究

門型クレーンの構造は、典型的な箱形梁またはトラス梁の鋼構造に属し、実験により、周囲温度が -20℃ 未満の場合、鋼構造の脆性抵抗は作業温度の低下に比例して急速に低下することが証明されているため、低温環境では鋼構造の脆性抵抗設計と強度設計が同様に重要です。

多くの破壊事例を研究した結果、低温環境下で脆性損傷を受ける鋼構造の部分は、溶接交差部、鋭角部、開口部、断面の変形など、不適切な設計や加工技術による応力集中によって発生することが証明されています。これらの大きな応力を受ける部分は脆性亀裂を引き起こしやすく、鋼構造の機械的性質の破壊につながります。このため、河南広山クレーンは鋼構造の設計において、低温環境が鋼構造に与える影響に対処するために、以下の対策を講じました。

（１）Q345E構造用鋼などの耐低温材料の使用、低温安定性、脆性割れが少ない。

（２）構造設計では、丸みを帯びた遷移を使用するように努めるべきである。構造を開ける必要がある場合は、穴の角が鋭角であったり曲面であったりしてはならず、穴の周囲の強度を強化する措置を講じるべきであり、すなわち、「リング」タイプの構造設計を採用するべきである。

（３）箱型梁部材の断面形状は急激に変化させず、応力が緩やかに変化するように一定長さの遷移部を残す必要がある。

（4）配置は重ね合わせたりずらしたりせず、適度に分散させる必要があります。溶接部と溶接構造が変形しないように努めます。応力集中が深刻な非対称片側重ね溶接は使用せず、可能な限り突合せ継手を使用します。

2. 低温環境における伝達機構の保護

超低温ガントリークレーンの伝動機構は、主に巻上機構と操作機構の2つの部分から成り、モーター、減速機、カップリング、駆動軸、ブレーキ、ホイールセットなど、さまざまな材料で作られた一連の部品で構成されています。これらの部品は低温環境でさまざまな破壊傾向があり、河南広山クレーンは次の対策を講じて対処しています。

（１）一体型伝送構造を採用して伝送リンクを減らし、必要な伝送部品を減らすように努める。一体型構造は占有スペースが小さく、設置が容易で、さまざまな保護機能を実行する。

（2）合理的な設計構造レイアウトにより、断熱型保護カバーを使用して主伝動装置を保護します。昇降台車を密閉構造にするための密閉設計レイアウトにより、断熱材を使用して密閉し、台車内部に温度検知装置を設置し、周囲温度が設定温度値より低い場合、加熱装置が自動的に起動します。台車の内部温度を適切な範囲に効果的に制御し、低温環境が台車の動作に与える影響を排除します。

（3）保護が難しい一部の伝動部品については、低温環境、材料の脆性力学試験の必要性に加えて、潤滑剤の選択においても、操作の影響を軽減する対策を講じる必要があります。超低温ガントリークレーンは、ソフトスタートモーターとPLC +周波数コンバータ制御を採用し、全体的な操作がスムーズで安定し、操作開始プロセスにおける衝撃負荷を軽減する必要があります。

（4）Q345E鋼などの耐低温材料を使用する場合は、使用前に低温環境（-45℃）での機械的性質のテストを行う必要があります。実施可能な企業の場合、主な原材料の低温環境テストだけでなく、溶接プロセスの評価、特に溶接部の-45℃の温度、溶接金属のプロセス評価、および機械的性質のテストも実施する必要があります。

3. 低温環境における電気部品の予熱と絶縁

電気部品の通常の動作温度は一般的に0℃～40℃ですが、温度が高すぎたり低すぎたりすると、電気部品に大きな影響を与えます。統計によると、温度が10℃の通常温度より低い場合、PLC、周波数変換器、その他の制御部品の制御部品の信頼性は25%低下します。電気制御システムが正常に動作することを保証するために、河南広山クレーンは以下の対策を講じています。

（1）超低温ガントリークレーンは、電気室を断熱するように設置し、その中に電気部品を設置し、電気室に加熱装置を設置する必要があります。周囲温度が-20℃未満の場合は、超低温ガントリークレーンは電気室で作業を開始する前に予熱し、室温環境に到達してから通常の作業を開始する必要があります。

（２）電源ケーブルは、低温環境下でもケーブルの寿命を延ばすため、PVCケーブルではなく、低温環境や紫外線に強いゴムケーブルを採用しています。

（３）巻上機構及び走行機構のモーターにはヒーターが装備されており、低温環境で作業する前に予熱し、作業後に保温する。屋外で使用される極低温ガントリークレーンの場合、モーターの保護レベルはIP66以上である。

（4）絶縁電気室に設置できない電気部品は、保護等級IP55以上の電気箱に設置し、電気箱には加熱・絶縁装置も備え付けなければならない。

4. 広範囲の温度変化によるガントリークレーン構造の内部応力の解放

高緯度地域では、冬と夏の周囲温度の大きな温度差により材料の熱膨張と収縮が発生し、大スパンのガントリークレーンの鉄骨構造に大きな影響を与えます。河南広山クレーンでは、適切な対策を講じて構造物の温度変化による内部応力の変化に対処しています。

まず、鉄骨構造は、温度変化による構造全体の変形を制御できるように、断面の変化が均一な対称構造で設計する必要があります。

第二に、鋼構造は可能な限り静的構造設計を採用し、調整可能なボールヒンジベアリングを使用して、鋼構造の変形によって引き起こされる内部応力を排除する必要があります。静的構造を使用すると、構造全体の剛性が低下し、超低温ガントリークレーンの流出、レールのかじりなどの現象が発生しやすくなるため、電気デスキュー、水平ガイドホイールの設置などの対策を使用して、超低温ガントリークレーンの安定した動作を確保する必要があります。

5. 安全設計

クレーンの巻き上げ機構は、「恒温」特性を利用した密閉構造設計を採用しています。トロリー走行機構は、モーター、減速機、ブレーキが一体となった走行機構である3in1駆動を採用し、蹄型ブレーキを使用し、低温耐性潤滑剤を選択する必要があります。

超低温ガントリークレーンは屋外で使用されるため、河南広山クレーンは、クレーンの安全な使用に影響を与える過度の積雪、軌道の凍結、滑りを防ぐために、軌道加熱装置と雪かき機構を設計しました。

要約する

極低温ガントリークレーンの設計では、新材料、新技術、新技法の採用を考慮した革新的開発が必要です。河南広山クレーンは、ロシアのクラスノダール港ガントリークレーンプロジェクトの開発と応用に成功し、極低温ガントリークレーンの革新を促進する積極的な役割を果たし、特に極低温ガントリークレーンの極低温状態における鋼構造と電気の信頼性などの技術に関するデータと経験を蓄積してきました。主な技術的成果は、他の特殊な地理的領域で使用される製品の設計にも応用できます。

クリスタル

クレーンOEMエキスパート

リフト機器のカスタマイズで 8 年の経験があり、10,000 人以上のお客様の販売前の質問や懸念に応えてきました。関連するニーズがある場合は、お気軽にお問い合わせください。

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