Comparison of steel materials to replace the current trolley rail of high duty class cranes
Colliander, Jaakko (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202003249102
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202003249102
Tiivistelmä
This thesis studies why flat rails on cranes with a high duty class have on a few rare occasions corrugated. The goal of this thesis is to find a suitable welding procedure for a suitable steel material that would be harder than the currently used flat rail. On railroads in has been noticed that using a harder rail removes corrugation.
This thesis begins by studying the failure log of the cranes where the rails have worn too quickly and tries to find similarities between the cranes. Some correlation is found between cranes with a short span wearing faster, but as there are only a few cases that have worn quickly and those do not have all the details available a reliable analysis cannot be conducted.
In addition to the failure log, theory of wear is studied in order to find possible root causes for the wear from literature. The hardness of the wheel when compared to the rail is discovered as the most probable reason for the corrugation.
As the hardness of the rail material is increased, welding becomes increasingly difficult to complete with an acceptable result. Therefore, the theory of welding is studied, and welding tests are conducted in order to find an acceptable welding procedure for an acceptable material.
In the end SB500 is selected as the new material, with two optional welding procedures, depending the required impact toughness class. If J0 class will suffice the rail can be welded quickly, but if J2 is required by the crane’s environment or the customer, welding with multiple passes must be conducted. Tässä diplomityössä tutkitaan miksi korkean käyttöluokan nosturien lattakiskot ovat joissain harvoissa tapauksissa kuluneet aaltomaiselle kuopalle. Tarkoituksena on löytää sopiva hitsausprosessi, jolla voidaan hitsata teräsmateriaalia, joka olisi nykyisin käytettyä kiskoa kovempaa. Rautateillä on huomattu, että vaihtamalla kisko kovempaan materiaaliin saadaan kiskon kuluminen nimismiehen kiharalle loppumaan.
Tämä diplomityö alkaa tutkimalla vikaantumishistoriaa ja pyrkii löytämään yhtäläisyyksiä nostureista, joissa kuluminen on tapahtunut liian nopeasti. Jonkin verran korrelaatiota on havaittavissa nosturin lyhyen jännevälin ja nopean kulumisen kanssa, mutta koska vikaantuneita nostureita on vain muutama ja kaikkea tarvittavaa tietoa ei ole saatavilla mittaustietojen puuttuessa luotettavaa analyysia ei voitu suorittaa.
Vikaantumishistorian lisäksi tutkitaan kulumisen teoriaa ja pyritään löytämään kirjallisuudesta mahdollisia syitä kiskon kulumiselle. Todennäköisimmäksi syyksi kulumiselle todetaan pyörän olevan liian kova verrattuna kiskoon.
Kiskomateriaalin kovuuden kasvaessa hitsaaminen hankaloituu, tämän vuoksi tutkitaan hitsaamisen teoriaa ja suoritetaan hitsauskokeita, joissa pyritään löytämään sopiva hitsausprosessi sopivalle materiaalille.
Lopulta materiaaliksi valitaan SB500 ja sopivia hitsausprosesseja on kaksi, riippuen vaadittavasta iskusitkeysluokasta. Jos J0 riittää voidaan hitsaus suorittaa nopeasti, mutta jos nosturin käyttöympäristö tai asiakas vaatii J2 luokkaa täytyy hitsaus suorittaa useammalla palolla.
This thesis begins by studying the failure log of the cranes where the rails have worn too quickly and tries to find similarities between the cranes. Some correlation is found between cranes with a short span wearing faster, but as there are only a few cases that have worn quickly and those do not have all the details available a reliable analysis cannot be conducted.
In addition to the failure log, theory of wear is studied in order to find possible root causes for the wear from literature. The hardness of the wheel when compared to the rail is discovered as the most probable reason for the corrugation.
As the hardness of the rail material is increased, welding becomes increasingly difficult to complete with an acceptable result. Therefore, the theory of welding is studied, and welding tests are conducted in order to find an acceptable welding procedure for an acceptable material.
In the end SB500 is selected as the new material, with two optional welding procedures, depending the required impact toughness class. If J0 class will suffice the rail can be welded quickly, but if J2 is required by the crane’s environment or the customer, welding with multiple passes must be conducted.
Tämä diplomityö alkaa tutkimalla vikaantumishistoriaa ja pyrkii löytämään yhtäläisyyksiä nostureista, joissa kuluminen on tapahtunut liian nopeasti. Jonkin verran korrelaatiota on havaittavissa nosturin lyhyen jännevälin ja nopean kulumisen kanssa, mutta koska vikaantuneita nostureita on vain muutama ja kaikkea tarvittavaa tietoa ei ole saatavilla mittaustietojen puuttuessa luotettavaa analyysia ei voitu suorittaa.
Vikaantumishistorian lisäksi tutkitaan kulumisen teoriaa ja pyritään löytämään kirjallisuudesta mahdollisia syitä kiskon kulumiselle. Todennäköisimmäksi syyksi kulumiselle todetaan pyörän olevan liian kova verrattuna kiskoon.
Kiskomateriaalin kovuuden kasvaessa hitsaaminen hankaloituu, tämän vuoksi tutkitaan hitsaamisen teoriaa ja suoritetaan hitsauskokeita, joissa pyritään löytämään sopiva hitsausprosessi sopivalle materiaalille.
Lopulta materiaaliksi valitaan SB500 ja sopivia hitsausprosesseja on kaksi, riippuen vaadittavasta iskusitkeysluokasta. Jos J0 riittää voidaan hitsaus suorittaa nopeasti, mutta jos nosturin käyttöympäristö tai asiakas vaatii J2 luokkaa täytyy hitsaus suorittaa useammalla palolla.