Ermüdungslebensdauer von Gießkranen: Betriebsklassen- und Lebensdaueranalyse

Übersicht für Gießkran

Moderne Schmelztechnologien stellen höhere Anforderungen an die Dauerfestigkeit, Hub- und Fahrgeschwindigkeiten sowie die Belastbarkeit von Gießkranen. Sie bringen zudem neue Konstruktionsanforderungen für Antriebssysteme, elektrische Steuerungen, Getriebe und andere Komponenten mit sich. Mit steigender Belastbarkeit des Gießkrans wird die Vermeidung von Materialermüdung an den tragenden Bauteilen unerlässlich für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb.

Ein Gießkran handhabt flüssiges Metall oder Schlacke in der Eisen- und Nichteisenmetallproduktion. Typische Anwendungen umfassen das Befüllen eines Konverters mit flüssigem Eisen, das Überführen einer Gießpfanne in einen Stranggießturm und das Bewegen einer Gießpfanne zu einem Raffinationsofen. Da diese Vorgänge anspruchsvoll sind, weisen Gießkrane in der Regel die Betriebsklasse A6–A8 auf.

Berechnung der Ermüdungslebensdauer und Nutzungsdauer von Gießkranen

Der zuverlässige Betrieb eines Gießkrans hängt von mehreren Faktoren ab, darunter Konstruktion, Fertigungsqualität, Montagegenauigkeit, Betriebsbedingungen, Arbeitspraktiken und Wartung.

Nach den chinesischen Konstruktionsregeln für Krane GB/T 3811-2008 wird die Einsatzklasse eines Krans durch seine Lastspektrumklasse und Nutzungsklasse bestimmt. Die Lastspektrumklasse gibt das Verhältnis zwischen der gehobenen Last und der Nenntragfähigkeit an. Die Nutzungsklasse gibt die Gesamtzahl der Betriebszyklen von der Inbetriebnahme bis zur Außerbetriebnahme an. Tabelle 1 zeigt die Lastspektrumklassen und den Lastspektrumkoeffizienten Kp der Krane, während Tabelle 2 die Nutzungsklassen der Krane darstellt.

Die Kranbelastungsklassen reichen von A1 bis A8. Tabelle 3 zeigt, wie die Belastungsklasse mit der Lastspektrumklasse und der Nutzungsklasse zusammenhängt.

Diese Tabellen zeigen, dass die Lebensdauer eines Krans als Gesamtzahl der Betriebszyklen angegeben wird. Sie hängt von der Belastungsklasse und dem Verhältnis der typischen Hublast zur Nenntragfähigkeit ab. Ein Gießkran hebt üblicherweise Lasten nahe der Nenntragfähigkeit, daher ist seine Lastspektrumklasse im Allgemeinen Q4 und seine Belastungsklasse üblicherweise A7. Für Q4 und A7 ergibt sich laut Tabelle 3 die Nutzungsklasse U5. Tabelle 2 gibt dann einen Gesamtbetriebszyklusbereich von 2,5 × 10⁶ an.⁵ < CT ≤ 5 x 10⁵.

Gelegentliche oder häufige Überlastung kann die Gesamtzahl der Betriebszyklen erheblich reduzieren.

Ein Beispiel: Ein A7-Gießkran, der zum Befüllen von Konvertern eingesetzt wird, ist 24 Stunden am Tag und 330 Tage im Jahr im Dauerbetrieb. Die restlichen 35 Tage entfallen auf die jährliche Generalüberholung und Ofeninspektion, die routinemäßige Wartung und gelegentliche Reparaturen.

Gemäß der Norm sind die beiden höchsten anwendbaren Klassifizierungen U6, Q3, A7 für den kompletten Kran (T6, L3, M7 für den Haupthubmechanismus) und U5, Q4, A7 für den kompletten Kran (T5, L4, M7 für den Haupthubmechanismus).

Die entsprechenden Gesamtbetriebszyklen betragen 500.000–1.000.000 für U6 und 250.000–500.000 für U5.

Bei sechs Betriebszyklen pro Stunde beträgt die geschätzte Lebensdauer 12 Jahre.

Cr = 6 × 24 × 330 × 12 = 570.240 Zyklen.

Dieses Ergebnis liegt innerhalb der Auslegungslebensdauer für die eine Klassifizierung und überschreitet sie für die andere, wobei beide Klassifizierungen die Auslegungsnorm erfüllen. In der Praxis arbeiteten viele Konverterbeschickungskräne während Phasen intensiver Stahlproduktion nahe der Belastungsklasse A8. Die angegebenen Belastungsklassenkombinationen konnten diese Bedingungen nicht vollständig abdecken, und es traten gelegentlich Ermüdungsbrüche auf.

Die geplante Lebensdauer eines Krans hängt eng mit Betriebshäufigkeit, Belastung, Produktionsprozess und Wartung zusammen. Sachgemäßer Betrieb und Wartung verlängern die Lebensdauer, während unsachgemäße Praktiken sie verkürzen. Konstrukteure sollten daher die tatsächlichen Betriebsbedingungen berücksichtigen und diese bereits in der Planungsphase ausführlich mit den Anwendern besprechen.

Zora Zhao

Experte für Lösungen für Laufkrane/Portalkrane/Auslegerkrane/Kranteile

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