VDI 3575-2000 Path limiters for cranes - Mechanical and electromechanical components.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREWegbegrenzer fr KraneMechanische und elektromechanische EinrichtungenPath limiters for cranesMechanical and electromechanical componentsVDI 3575Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialflu LogistikFachbereich B1 KraneVDI-Handbuch Mater

2、ialfluss und Frdertechnik, Band 1VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal

3、 use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 53.020.20Oktober 2000October 2000No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt Seite1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . .

4、. . . 22 Einfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Komponenten von Wegbegrenzungs-systemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.1 Mechanische Komponenten . . . . . . . . . 23.2 Elektrische Komponenten . . . . . . . . . . 64 Systeme zur Wegbegrenzung . . . . . . . . . 115Berechnung

5、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.1 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . 145.2 Dimensionierung der Puffer . . . . . . . . . 155.3 Wechselwirkung zwischen Puffer und Tragkonstruktion. . . . . . . . . . . . . . . 196 Zustzliche Gesichtspunkte zur Komponentenverwendung . . . . . . . . .

6、 . . 207 Vorschriften, Normen und Richtlinien. . . . . 217.1 Rechtsverordnungen . . . . . . . . . . . . . 217.2 Unfallverhtungsvorschriften . . . . . . . . 217.3 Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217.4 Sonstige Quellen. . . . . . . . . . . . . . . 22Contents Page1Scope . . . . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . 22 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Components of path-limiting systems . . . . . 23.1 Mechanical components . . . . . . . . . . . 23.2 Electrical components . . . . . . . . . . . . 64 Path-limiting systems . . . . . . . . . . . . . . 115 Calculation

8、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.1 Basic physical principles . . . . . . . . . . . 145.2 Dimensioning of buffers . . . . . . . . . . . 155.3 Interaction between buffer and supportingstructure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Additional aspects regarding the use of components . .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Rules and regulations, standards, and guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217.1 Legal regulations . . . . . . . . . . . . . . . 217.2 Accident Prevention Regulations. . . . . . . 217.3 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217.4 Other liter

10、ature . . . . . . . . . . . . . . . . 22Frhere Ausgabe: 2.99 Entwurf,deutschFormer edition: 2/99 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 2 VDI 35751 AnwendungsbereichDie Richtlinie gilt f

11、r die Begrenzung horizontalerBewegungen schienengebundener Hebezeuge undFrdermittel, d.h. der Erkennung des Schienenbahn-endes und der Ausstattung krperhafter Grenzen derSchienenbahn (Pufferung/Anschlag).2EinfhrungDie mglichen Fahrwege von Gesamtanlagen undAnlagenteilen sind stets begrenzt durch:die

12、 endliche Lnge der Fahrbahnen (Ausnahme:kreisfrmige Bahn)die Stellung von Einrichtungen, die auf gleicherBahn fahren oder von einer benachbarten Bahnaus in das Umgrenzungsprofil hineinragen.Die planmige Begrenzung eines Fahrweges wirdletztlich immer durch mechanische Teile verkrpert,an denen eine da

13、gegen bewegte Anlage zwangslufigzum Stillstand kommt.Derartige Wegbegrenzer mssen gewhrleisten, dassdie bei einer bestimmungsgemen Verwendung derAnlage mglichen Anprallkrfte zu keiner Gefhr-dung von Personen oder Anlagenteilen fhren. Siehaben somit sicherheitstechnische Bedeutung. IhreAnordnung und

14、Bemessung ist deshalb in einigenFllen durch Vorschriften geregelt.Wegbegrenzer sind Systeme aus nur mechanischenoder aus mechanischen und elektrischen Komponen-ten. Es gibt dafr zahlreiche Ausfhrungsmglich-keiten, die hinsichtlich technischer Wertigkeit undAufwand innerhalb weiter Grenzen variieren.

15、 DieseRichtlinie soll Hinweise zur zweckmigen Auswahlgeben.Systeme, die eine Einhaltung von nicht krperhaftenGrenzen bewirken, beispielsweise Krandistanzierun-gen, Fahrprogramme oder Systeme zur Unterbre-chung der Fahrbewegung auf dem Fahrweg, sindnicht Gegenstand dieser Richtlinie.3 Komponenten von

16、 Wegbegrenzungssystemen3.1 Mechanische Komponenten3.1.1 Starre Wegbegrenzer Starre Wegbegrenzer sind nicht gefederte Anschlgean der verfahrbaren Anlage, den Schienen, den Fahr-bahntrgern oder dem Gebude, meist aus Stahl, evtl.aus Holz, in fester Verbindung mit dem zugeordnetenAnlagen- oder Gebudetei

17、l.Der Energieumsatz beim Anprall erfolgt praktischnur durch Verformung der Konstruktionsteile. DieGre der Anprallkrfte ist kaum bestimmbar. Es1ScopeThis guideline deals with the limitation of the hori-zontal movements of rail-bound cranes, material,handling and equipment, i.e. identification of thet

18、rack ends and the fitting of physical limits (buffer/end stop).2 IntroductionThe possible travelling paths of entire installationsand their components must always be limited at:the finite length of the tracks (exception: circulartrack)the position of equipment running on the sametrack or protruding

19、from an adjacent track into theboundary profile.Basically, the intended limitation of a travelling pathis always achieved by means of mechanical partswhich force any equipment making contact to stop.Such path limiters shall ensure that the impact forceswhich may occur during the intended use of the

20、in-stallation do not involve the risk of personal injuriesor damage to any components of the installation.They are therefore relevant to safety, and their ar-rangement and dimensioning is, in some cases, regu-lated.Path limiters are systems consisting of only mechan-ical, or of mechanical and electr

21、ically, components.There is a large variety of possible designs which dif-fer widely with regard to safety ranking and the ex-pense involved. This guideline is intended to provideguidance in the selection of appropriate solutions.This guideline does not deal with systems that recog-nise non-physical

22、 limits, such as crane anti-collisionsystems, travel programs, or systems for interruptingthe travelling motion on the path.3 Components of path-limiting systems3.1 Mechanical components3.1.1 Rigid path limitersRigid path limiters are unsprung stops provided onthe travelling equipment, the rails, th

23、e track supports,or the building. Mostly made of steel, sometimes ofwood, they are rigidly attached to the associated partof the installation or building.Almost all of the impact energy is dissipated by de-formation of the structural parts. The magnitude ofthe impact forces cannot be easily determin

24、ed. TheB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI 3575 3 knnen Schden an der verfahrbaren Anlage und demBauwerk auftreten. Die alleinige Anwendung starrer Wegbegrenzer istdeshalb nur bei geringen Bewegun

25、gsenergien und be-sonders elastischen Konstruktionen mglich.3.1.2 Nachgiebige WegbegrenzerNachgiebige Wegbegrenzer mit ausreichendem Ener-gieaufnahmevermgen begrenzen die Anprallkrfteauf im voraus berechenbare Gren. Sie sind deshalbeine wichtige Voraussetzung fr die betriebssichereAuslegung von Trag

26、- und Triebwerken. Ihr Einsatzist aus diesem Grund immer zweckmig und in denweitaus meisten Fllen auch notwendig. Dmpfungseigenschaften sind bei Wegbegrenzernerwnscht, besonders bei Einrichtungen fr hhereFahrgeschwindigkeiten, um Schwingungsvorgngenach dem Anprall zu reduzieren. Die blichen Ausfhrun

27、gen nachgiebiger Wegbe-grenzer lassen sich unter den Begriffen Stahlfeder-,Gummi- und Zellkunststoffpuffer“ sowie Elasto-mer- und Hydraulikpuffer“ einordnen. Deren kon-struktive Merkmale und wesentliche Eigenschaftensind in Tabelle 1 zusammengestellt.Als notwendige Angaben des Herstellers sind diewi

28、chtigsten Kenngren von Puffern: Pufferkennlinie: Verlauf der Pufferkraft als Funk-tion des Pufferwegs Energieaufnahmevermgen in kNmDmpfungPufferendkraft in kNPufferweg in mmHauptabmessungen des Puffers (Durchmesser undLnge)Einsatzbereich bezglich der zulssigen Betriebs-temperaturen3.1.3 Sonderlsunge

29、nUnter diesen Begriff fallen beispielsweise:AuflaufkurvenDurch Aufwrtskrmmen der Fahrbahnen wirdBewegungsenergie in potentielle Energie umge-setzt.ReibungsbremsenEnergieumsatz durch Verschieben von auf derSchiene geklemmten Anschlgen gegen den Rei-bungswiderstand; vorzugsweise fr Montagezu-stndeBrec

30、h- oder VerformungselementeEnergieaufnahme erfolgt durch besonders ge-formte Bauteile, die bis zur plastischen Verfor-mung oder bis zum Bruch beansprucht werden.travelling equipment and the building may be dam-aged.Consequently, using rigid path limiters alone is onlypossible with very small kinetic

31、 energies and particu-larly elastic constructions.3.1.2 Compliant path limitersCompliant path limiters having a sufficient energyabsorption capacity limit the impact forces to predict-able magnitudes. They are therefore an importantprerequisite to the operationally reliable design ofsupporting struc

32、tures and drives. For this reason, theiruse is always advisable and, in the vast majority ofcases, also necessary.Path limiters should be capable of absorbing thevibrations following an impact, particularly in instal-lations designed for higher travelling speeds.Common designs of compliant path limi

33、ters can beclassified as ”steel-spring, rubber and foam-plasticbuffers“, or as ”elastomer and hydraulic buffers“.Their design features and essential properties arecompiled in Table 1.The most important parameters of buffers to be spec-ified by the manufacturer are:Buffer characteristic: Buffer force

34、 as a function ofthe buffering distanceEnergy absorption capacity, in kNmVibration damping characteristicsBuffer end force, in kNBuffering distance, in mmPrincipal dimensions of the buffer (diameter andlength)Admissible operating temperatures3.1.3 Special designsExamples of special designs are:Run o

35、ut bendsWhere the track bends upwards, kinetic energy isconverted to potential energy.Friction brakesEnergy is converted by shifting stops clampedonto the rail against the frictional resistance; pre-ferably for assembly conditionsBreak or deformation elementsEnergy is absorbed by specially shaped el

36、ementsstressed until plastic deformation or failureoccurs.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 4 VDI 3575Tabelle 1. Nachgiebige Wegbegrenzer*) Kunststoffmit gummielast. Eigenschaften*) Explosionsfhige Atmo

37、sphre beachtenBennen- nungPrinzipbildFunktionsprinzip,bauliche MerkmalePufferkennwerteArbeitsaufnah-mevermgen, Endkrfte(bliche Werte)zu beachtende Umwelteinflsse*)Wartungs-/Inspektions-aufwand (ber regel-mige Sichtkontrolle hinaus)BesonderheitenKennlinie (K)Dmpfung (D)Kraft-Weg-Diagramm (idealisiert

38、)Stahlfeder-PufferZusammendrckenvonmeist vorgespannten Schrauben-, Teller-, Ring- oder KegelfedernK = linear D = gering20 kNm400 kNKorrodierendeMedienSchmierungProgressiveoder degressive Kennlinien durch Sonderkonstruk-tionen mglichKa)= linearKb)= geknicktD = mittelverstrkteAusfhrung100 kNm 850 kNGu

39、mmi- PufferKompression eines zylin-drischen Voll- oder Hohl-krpers aus GummiK = progressivD = mittel bis hochbis ca. 25 kNm630 kNTemperaturen unter 25C und ber +80C,Strahlungswrme,l, Seeklima, chem. EinflssewartungsfreiBei Puffer gegen Puffer“Knickgefahr beachten, l- und seewasserbestndige Ausfhrung

40、Zell- kunststoff- PufferKompression eines zylin-drischen Voll- oder Hohl-krpers aus hochpoly-merem Kunststoff, z.B.Polyurethan oder Zell-polyurethanK = progressiv,geschwindig- keitsabhngigD = hochbis ca.250 kNm1500 kNTemperaturen unter 25C und ber +80C,Strahlungswrme,Seeklima, chem. Einflssewartungs

41、freiBei Puffer gegen Puffer“Knickgefahr beachten, wrme-strahlungsgeschtzte AusfhrungElastomer- PufferHydrostat. Verdichtung eines Elastomers*) inner-halb eines geschlossenen Zylinders durch einen Ver-drngerK = linear bis ange-nhert recht-eckig, geschwindig- keitsabhngigD = sehr hochbis ca.500 kNm 65

42、0 kNTemperaturen unter 15C und ber +60C,korrodierende MedienKontrolle von DichtheitTemperaturgrenzen von 65C und +200C sind realisier-barHydraulik-PufferVerdrngen eines Hydrau-likmediums aus einem Zylinderraum gegen einen durch Drosselstellen bewirkten Widerstand, Rckstellung durch Gas oder Feder mg

43、lichK = variabel, ange-nhert recht-eckig mglich,geschwindig- keitsabhngigD = sehr hochbis ca.400 kNm 700 kNTemperaturen ber +80C,korrodierende MedienKontrolle von Dichtheit, RckstellkontrolleRckstellkraft bis auf den zum Ausschieben der Kolbenstange not-wendigen Betrag redu-zierbarB55EB1B3E14C22109E

44、918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2000 VDI 3575 5 Table 1. Compliant path limiters*) Synthetic material with rubber-elastic properties*) Consider explosive atmosphereDesignationSchematicWorking principle,design featuresBu

45、ffer parametersEnergyabsorp-tion capacity, end forces(typical values)Environmental influences to be considered*)Maintenance/inspection required (beyond regular visual inspection)RemarksCharacteristic (K)Damping (D)Force vs. path diagram (ideal)Steel-spring bufferCompression of coil, cup,collar, or c

46、onical springs (prestressed in most cases)K = linear D = low20 kNm400 kNCorroding mediaLubricationProgressiveor degres-sivecharacteristics possible with special designsKa) = linearKb) = bentD = mediumRein-forceddesign100 kNm 850 kNRubber bufferCompression of a solid or hollow rubber cylinderK = prog

47、ressiveD = medium to highup to approx.25 kNm630 kNTemperatures below25C and above+80C,radiant heat, oil, maritime climate,chem. influencesmaintenance-freeConsider risk of buck-ling in ”buffer-against-buffer“collisions, oil-resistant and saltwater-resistant designsFoam-plastic bufferCompression of a

48、solid or hollow cylinder of high-poly-mer plastic,such as poly-urethane or polyurethane foamK = progressive, speed- dependentD = highup to approx.250 kNm1500 kNTemperatures below25C and above+80C,radiant heat, maritime climate,chem. influencesmaintenance-freeConsider risk of buck-ling in ”buffer-aga

49、inst-buffer“collisions,radiant-heat-resistant designElastomer bufferHydrostatic compression of an elastomer*) inside a closed cylinder bymeans of a displacerK = linear toapproximatelyrectangular,speed- dependentD = veryhighup to approx.500 kNm 650 kNTemperatures below15C and above+60C,cor-roding mediaLeak testsTemperature limits of 65C and +200C are possible.Hydraulic bufferDisplacement of a hydraulic fluid