Оптимизация грузозахватных органов для переработки скрапа

Для перегрузки металлолома применяются в основном два типа грузозахватных органов: грузоподъемные электромагниты и многочелюстные грейферы (полипы).  У каждого из указанных органов свои преимущества и недостатки. Канатный грейфер, как правило, обладает более высокой грузоподъемностью на скрапе  по сравнению с распространенными электромагнитами типа М42 и М62, захваченный им груз не отрывается при внезапном отключениии электроэнергии, канатному грейферу не требуется отдельного электропитания. Однако грейфером крайне затруднительно полностью очистить вагон или кузов автомашины, он нуждается в большем пространстве для захвата груза из-за разведения челюстей в стороны перед захватом, а также грейфер больше изнашивается в процессе работы, чем электромагнит. И электромагнит, и грейфер хороши по-своему, поэтому очень часто на мостовых кранах используют комбинированные  тележки, оборудованные одновременно и грейфером, и магнитом.

Для разгрузки вагонов со скрапом грейфер, как указано выше, имеет ограничение из-за того, что его размер в раскрытом состоянии не может превышать ширину вагона. Электромагнит свободен от этого недостатка, так как его размеры в процессе работы не меняются, поэтому для увеличения производительности перегрузки скрапа есть смысл увеличивать диаметр и мощность грузозахватных электромагнитов. В этом случае электромагнит будет более произодителен, чем грейфер.

По теории, магнитный поток электромагнита [1] определяется магнитной проницаемостью цепи, состоящей из сердечника электромагнита и поднимаемого груза, а также намагничивающей силой (ампервитки) F, А

F=Iw, где 
I — ток, проходящий через катушку, А;
w — число витков катушки 
подъемная сила электромагнита, равная максимальной массе поднимаемого груза (плиты), составляет, тс:
P=40,6Ф2104/S, где 
S — площадь соприкосновения между полюсами магнита и поднимаемой плитой, см2;
Ф — магнитный поток, Вб, равный:
Ф=F/Rm, где
Rm — магнитное сопротивление цепи электромагнита.

Указанные формулы справедливы для сплошного груза в  виде толстой плиты. Однако, чем больше пустот в поднимаемом грузе, тем меньше грузоподъемность электромагнита по сравнению с плитой см. табл. 1.

Таблица 1. Относительная грузоподъемность

ТИП ГРУЗА %
Стальные плиты и болванки 100
Рельсы и бруски 50<
Копровый шар 40—60
Чугунные чушки 4—6
Скрап стальной 2—7
Скрап чугунный 3
Стружка 1,5—2,5

Указанные соотношения справедливы для правильно спроектированных магнитов ,в которых соотношение массы провода к общей массе близко к 1/3 для магнита с медной катушкой, и 1/6 – для магнита с алюминиевой катушкой. Уменьшение указанных соотношений ведет к уменьшению относительной грузоподъемности по скрапу, увеличение—к некоторому росту.

В принципе можно сказать, что грузоподъемность электромагнита по скрапу зависит от следующего:

Чем больше расстояние между полюсами магнита, тем больше грузоподъемность по скрапу. В правильно спроектированнном магните объем захватываемого скрапа  примерно равен  объему полусферы с диаметром D, равным диаметру магнита . Зная насыпную плотность металлолома (от 0,6 до 3,2 т/м3), потребитель легко может определить, сколько и какого скрапа (стружки) в состоянии поднять правильно спроектированный электромагнит заданного диаметра.

Чем больше напряженность магнитного поля, определяемая ампервитками, тем больше грузоподъемность по скрапу. Если напряженность магнитного поля слишком мала, металлолом не заполнит объем нижней полусферы, а сгруппируется у центрального полюса. Если напряженность слишком велика, грузоподъемность увеличится непропорционально из-за того, что железо магнита и скрапа войдут в насыщение. При этом напряженность магнитного поля, как правило, пропорциональна количеству  и качеству провода (меди или алюминия) и заданной плотности тока.

Чем меньше магнитное сопротивление магнитопровода, тем больше грузоподъемность электромагнита. При этом магнитное сопротивление, как правило, пропорционально массе железа. Однако, при заданных размерах и массе электромагнита, нельзя увеличивать массу железа, не уменьшая массу провода. Провод и железо должны быть сбалансированы.

За последние 10 лет предложение на рынке грузоподъемного оборудования, предназначенного для транспортировки металлолома, выросло в несколько раз. В дополнение к трем основным типам круглых магнитов с медным проводом, выпускаемых ранее в СССР (М22 диаметром 780 мм, М42 Æ1170 мм, М62 Æ1650 мм), на рынке предлагаются электромагниты диаметров 1300, 1400, 1550, 1800 и 2000 мм. Магниты выпускаются с медными и алюминиевыми катушками. При этом предлагаются различные характеристики по току и массе магнитов, позволяющие  внутри каждой группы диаметров выбрать электромагнит с подходящими для потребителя свойствами.

В 2005 году предприятие «Димет-М» первым в России начало производство тяжелых электромагнитов серии ЭМГ230 диаметром 2300 мм, массой до 7,5 т (см. табл. 2), которые превосходят по грузоподъемности популярные электромагниты типа М62 в 3-4 раза.

Таблица 2. Технические данные электромагнитов серии ЭМГ-230, ООО «Димет-М» (Россия)

ПАРАМЕТРЫ

ЭМГ230-46/А

 
Диаметр, мм 2300 2300
Масса с цепями, кг 7500 6100
Ток при 20°С, А 145 145
Отрывное усилие на плите, кг 85 000 85 000
Грузоподъёмность на скрапе 3А, по ГОСТ 2787-75, кг 2400 2400
Грузоподъёмность на стружке 15А, по ГОСТ 2787-75, кг 2100 2000
Высота магнита с цепью, мм 1600 1600

Почему был выбран именно диаметр 2300 мм? Это было сделано исходя из ширины кузова большегрузного автомобиля (2400 мм), то есть для возможности транспортировки данного магнита автотранспортом.

При увеличении диаметра и мощности  растет и цена электромагнита. Приближенно можно сказать, что цена электромагнита увеличивается пропорционально росту его производительности и массы. При сравнении цен с зарубежными аналогами (Германия, Италия, Испания) следует отметить, что их цены примерно в 2–4 раза выше российских. В связи с этим возникает вопрос о наличии потребительского спроса на более дорогой продукт.

Ранее в пользу импортного товара говорила его более высокое качество, в первую очередь надежность, но это было раньше. В последнее время уровень качества электромагнитов некоторых российских производителей достиг качества зарубежных электромагнитов, срок гарантийного обслуживания достиг 2-х лет. ООО "ДИМЕТ-М" уже на протяжении трех лет успешно экспортируют электромагниты в страны с жарким климатом (Иордания, Вьетнам, Монголия, Китай), а также в траны Евросоюза, такие как Германия, Болгария, Хорватия, что говорит о высокой надежности электромагнитов. Поэтому при нынешних ценах импортным магнитам в целом трудно составлять конкуренцию российским производителям не только на  рынке СНГ, но и в дальнем зарубежье.

При этом по грузоподъемности на единицу массы магнита между импортными и российским аналогами больших различий нет (см. табл. 3–5).

Таблица 3. Технические данные электромагнитов фирмы «Woko» (Германия)

ПАРАМЕТРЫ

RHBL 22

RHBL 25

RHBL 30

RHB 22

 
Диаметр, мм 2200 2200 2510 3050 2200
Собственная масса, кг 7500 10000 12500 14800 14000
Мощность, кВт 30,5 36 40/48 59 34
Грузоподъёмность на слябе,  кг 44850 65000 77500 102000 87000
Грузоподъёмность на скрапе, кг 3000 3750 4570 6280 4600
Грузоподъёмность на стружке, кг 1500 1950 2320 3160 2020

Таблица 4. Технические данные электромагнитов фирмы «Felemamg» (Испания)

ПАРАМЕТРЫ

FC-200-SC

FC-215-S

FC-215-SC

 

Диаметр, мм 2200 2200 2510 3050
Собственная масса, кг 7500 10000 12500 14800
Мощность , кВт 30,5 36 40/48 59
Грузоподъёмность на слябе,  кг 44850 65000 77500 102000
Грузоподъёмность на скрапе, кг 3000 3750 4570 6280
Грузоподъёмность на стружке, кг 1500 1950 2320 3160

Таблица 5. Технические данные электромагнитов фирмы «Gauss Magneti s.r.l.» (Италия)

ПАРАМЕТРЫ

HMR-220-S

MRL 220

 
Диаметр, мм 2100 2200 2200
Собственная масса, кг 10500 12500 6000
Мощность, кВт 32 35 34
Грузоподъёмность на слябе,  кг 62000 74000 45000
Грузоподъёмность на ломе 3А, кг 3850 4150 2700
Грузоподъёмность на ломе 40, кг 1650 1700 1200

Хочется заметить, что цену грузозахватного органа нельзя рассматривать в отрыве от цены, эксплуатационных расходов и грузоподъемности подъемного крана, на который он устанавливается. Оптимальный вариант электромагнита должен выбираться в первую очередь в зависимости от класса использования и коэффициента нагружения крана и лишь во вторую — от его цены.

Например, при количестве рабочих циклов крана за весь срок службы 2,5х106, получим класс использования крана С8 [6]. Для группы режима 8К (магнитные мостовые краны металлургических производств при круглогодичной и круглосуточной работе) получаем допустимый коэффициент нагружения крана Q3. Это значит, что грузоподъемность крана должна составлять свыше 0,25 до 0,5 от номинальной. Электромагнит ЭМГ230-46/М имеет собственную массу 7,5 т, массу груза (скрап 3А) — 2,4 т, то есть всего 9,9 т. Таким образом, для данных условий следует прменять указанный электромагнит на кране грузоподъемностью 20-40 т.

Если расчетный класс использования крана С7, что соответствует не более 1х106 рабочих циклов за срок службы, то допускается работа крана в режиме 8К при грузоподъемности от 0,5 до 1 от номинальной. Тогда электромагнит ЭМГ230-46/М можно применять на кранах грузоподъемностью от 10 (лучше 12,5) до 20 т.

Обычно ломозаготовители применяют на кранах грузоподъемностью 16 т электромагниты типа М62 с грузоподъемностью по скрапу 3А примерно 750 кг и собственной массой 3300 кг. При этом даже в режиме С8 коэффициент нагружения крана составляет всего 0,25, то есть кран недогружен примерно в 2 раза. Если заменить магнит на ЭМГ230-46/М, то производительность погрузки возрастет в 3,2 раза, класс использования крана при неизменных объемах снизится до С7, коэффициент нагружения крана составит 0,62. При этом резко снизится время погрузки-выгрузки вагонов и автотранспорта, появится воможность оперативно реагировать на пиковые поступления металлолома, снизить эксплуатационные расходы. Применив электромагнит ЭМГ230-46/А с алюминиевой катушкой,  массой 6100 кг, грузоподъемностью по скрапу 3А 2400 кг, получим коэффициент нагружения крана 0,53, что практически допустимо даже для более интенсивного режима С8, то есть за счет установки нового  магнита можно увеличить производительность ломозаготовительного участка более чем в 3 раза.

Следует отметить, что электромагниты серии ЭМГ230 не являются чем-то особенным на фоне зарубежного опыта. Оптимальным для них, как показано выше, будет использование на кранах грузоподъемностью 16-20 т. Для кранов большей грузоподъемности, например, портальных кранов грузоподъемностью 30-40 т, требуются еще более мощные электромагниты, большего диаметра (см. табл. 3).

Выпуск электромагнитов больших диаметров массой до 20 т и грузоподъемностью на скрапе 3А до 7 т производится ООО "ДИМЕТ-М" не в серийном порядке, а уже индивидуально под конкретные нужды заказчика, так как в краны большой грузоподъемности трудно вписать серийный электромагнит, он должен изготавливаться по проект самого крана. Для того чтобы получить оптимально расчитанный электромагнит требуется встречное движение со стороны краностроителей, поскольку они часто отдают решение вопроса выбора грузоподъемного электромагнита заказчику крана. Автору представляется более правильным заказ электромагнита доверять изготовителю крана. В этом случае квалифицированные специалисты могут добиться максимальной эффективности использования крана и максимальной отдачи вложенных средств.  В то же время ломозаготовители, работающие на имеющихся у них кранах, также могут выбрать оптимальный электромагнит, соответствующий грузоподъемности крана и требуемой производительности ломопереработки.

  1.       Ю.Э. Южный, "Грузоподъемные электромагниты и их ремонт", М., Энергия, 1974
  2.       www.dimetm.ru, рекламный проспект
  3.       www.woko.de
  4.       www.felemamg.com, рекламный проспект
  5.       www.steelemotion.com
  6.       М. П. Александров. «Грузоподъемные машины», М. Машиностроение, 1986, с. 61—70


С уважением, 
главный конструктор ООО "Димет-М" А.В. Воронцов