Принцип работы и основы устойчивости башенного крана.
Основные элементы конструкции
Устойчивая и безопасная работа башенного крана обеспечивается объединением в единой конструкции нескольких базовых элементов (рис. 1):
Рис. 1. Слева — кран с поворотной башней и подъёмной стрелой; справа — кран с неповоротной башней и балочной стрелой
1 – рама – самоходная или транспортируемая тягачом платформа на колёсном или гусеничном ходу, на которой крепится вся конструкция крана.
Для передвижения башенного крана чаще всего применяются рельсы. Иногда на стройплощадках встречаются модификации, установленные на автомобильную платформу.
2 – опорно-поворотное устройство, с помощью которого кран может поворачиваться вокруг своей оси.
В кранах с поворотной башней оно расположено прямо на раме, в кранах с неповоротной башней – на вершине башни;
3 – платформа для установки башни и противовеса.
4 – противовес, представляющий собой набор бетонных плит, цель которых – уравновесить груз, висящий под стрелой.
Чаще всего противовес устанавливают внизу крановой конструкции, связывая его тросами со стрелой. Но он может быть установлен и на специальной консоли напротив стреловой части, уравновешивая ее.
5 – башня – элемент крана, придающий ему высоту и воспринимающий основную нагрузку.
Башня крана общего назначения имеет либо телескопическую конструкцию, либо решётчатую. Именно башня делает крановую технику механизмом, способным поднимать тяжести на большую высоту. По способу сборки башня может быть неразбираемой, разбираемой на земле (телескопическая и складывающаяся), подращиваемая снизу и наращиваемая сверху.
|
|
|
6 – кабина – помещение оператора с механизмом управления краном.
Кабина расположена на уровне стрелы для полноценного обзора крановщиком фронта работ.
7 – рабочая стрела – элемент крана, обеспечивающий горизонтальное перемещение груза и подвод грузозахватного механизма.
Различают краны с подъёмной и балочной стрелой. Стрела балочного типа обычно устанавливается горизонтально, вылет её изменяется путём перемещения тележки с подвешенным грузом по направляющим балкам. Подъёмная (маневровая) стрела прикреплена при помощи опорного шарнира к башне. Она устанавливается наклонно к горизонту. Путём её перемещения изменяется её вылет на допустимый угол наклона.
Стрелы кранов изготавливаются секционными, что упрощает сборку и транспортировку, а также обеспечивает универсальность исполнения.
8 – ходовая тележка – конструкция, содержащая ходовую часть рамы башенного крана.
9 – консоль – конструкция, необходимая для балансировки и компенсации опрокидывающих усилий.
|
|
|
У консоли есть второе название – контрстрела. Она нужна, чтобы создать рычаг, который уравновесит рабочий вес стреловой части.
10 – оголовок – специальная секция, позволяющая управлять стрелой крана и изменять её положение в вертикальной плоскости.
Оголовок устанавливается на башню выше стреловых элементов. Через него перекинуты тросы, которые поднимают и опускают стреловую конструкцию. Некоторые виды кранов с балочной стрелой могут не иметь оголовка.
11 – грузовая тележка – элемент крана со стрелой балочного типа, который служит для горизонтального перемещения груза.
Подъём грузов осуществляют при помощи грузовой лебёдки, грузового каната и крюковой обоймы.
Башенные краны перевозят в разобранном виде и собирают непосредственно на стройке. Их комплектация может сильно отличаться, так как модели подъёмного спецтранспорта бывают перемещаемыми и неперемещаемыми, приставными и самоподъёмными и могут иметь разную грузоподъёмность. Есть у башенных кранов особенность: они способны сами себя строить. Когда высоты этого гиганта начинает не хватать, он сам поднимает наверх очередной пролёт для своей башни, рабочие устанавливают его, и крановая конструкция как чулок наползает на новый пролёт, поднимая стрелу выше.
|
|
|
Принцип работы и основы устойчивости башенного крана.
На многометровый кран, «пытаясь его уронить», действует множество сил, создающих опрокидывающий момент. Основные действующие силы – это вес поднимаемого груза и грузозахватного устройства. Дополнительными силами являются:
– Инерция, возникающая во время спуска, подъёма, торможения или изменения скорости работы различных механизмов, таких, как передвижение крана или груза по стреле, а также изменение вылета стрелы. От сил инерции избавляются, избегая резких остановок грузового троса и крановых механизмов.
– Центробежная сила, возникающая во время изменения наклона стрелы или вращения поворотной части крана. Центробежные силы конструкторы ограничивают скоростью вращения узлов машины.
– Атмосферные факторы – давление ветра на конструкцию крана и на подвешенный груз, а также вес снега или наледи при работе в условиях отрицательных температур. Для каждого башенного крана есть ограничения по скорости ветра. В штормовой ветер все работы прекращаются. Кроме того кран конструируют так, чтобы он обладал минимально возможной парусностью.
|
|
|
Все эти факторы учитываются при проектировании крана.
С учётом всех обстоятельств задачу по удержанию крана в равновесии можно сравнить с выполнением стойки на руках акробатом или гимнастом. С грузом или без, в спокойную или ветреную погоду центр тяжести всей конструкции башенного гиганта должен находиться в пределах небольшого в сравнении с рабочими габаритами прямоугольника, ограниченного шириной подкрановых путей и расстоянием между осями ходовых колёс.
В основе конструкции любого крана лежит идея уравновесить вес груза, который тому предстоит поднимать. Эту задачу выполняет противовес, который сдвигает центр тяжести крановой конструкции в свою сторону, создавая запас устойчивости. Когда крюк цепляет груз, центр тяжести смещается в сторону груза, но с учетом противовеса остаётся в допустимых пределах. Конструкция башенного крана рассчитывается таким образом, чтобы при его установке и эксплуатации запас устойчивости был достаточным для двух случаев: опрокидывания в сторону груза (грузовая устойчивость) и опрокидывания в сторону противовеса (собственная устойчивость крана при нерабочем состоянии).
К устройствам, обеспечивающим безопасную работу крана, относятся предохранительные устройства, указатели, ограничители рабочих положений механизмов и ограничители грузоподъёмности:
– рельсовые захваты, удерживающие кран в нерабочем состоянии от перемещения вдоль кранового пути под действием ветра;
– предохранительные опоры, служащие для опоры крана в случае поломки ходовых колес или их осей;
– тупиковые упоры, ограничивающие перемещение крана вдоль рельсового пути;
– сбрасывающие щитки, предотвращающие попадание под ходовые колеса посторонних предметов;
– ограничители угла наклона и вылета стрелы, высоты подъёма груза, грузоподъёмности, поворота башни и т. д.;
– указатели силы ветра (анемометры).
В случае выхода каких-либо значений за указанные пределы, назначенные заводом-изготовителем на основании теоретических расчётов и проведённых испытаний, система отключает или блокирует те или иные части грузоподъёмной машины. В иных случаях система безопасности предупреждает крановщика об аварийной ситуации путём использования световых или звуковых сигналов на панели приборов, а также, при наличии информационного монитора, выводит на экран предупреждающие сообщения.
4. Технические характеристики башенного крана
Эксплуатационные возможности и области применения башенного крана определяются следующими характеристиками:
1. Грузоподъёмность (в среднем от 5 до 25 тонн, может доходить и до 200 тонн).
Максимально допустимый вес груза – главный показатель мощности подъёмного оборудования.
2. Вылет стрелы (размер увеличения стрелы составляет 25-40 м).
Этот параметр определяет радиус действия крана и является важным показателем эффективности его работы.
3. Высота подъёма груза. Для передвижных моделей – до 90 м. Для приставных – 150-200 м.
От этой характеристики зависит высота здания, которое можно построить. Отдельные краны могут поднимать груз на высоту 220 м, но встречается техника, для которой и эта высота не предел. Без неё не обойтись при строительстве небоскрёбов.
4. Скорость подъёма груза (крайние пределы возможностей – 2-200 м/мин, но чаще – 10-100 м/мин).
5. Скорость (частота) вращения башни (составляет 0,2-1,0 об/мин).
6. Скорость перемещения ходовой части (минимальная и максимальная скорости передвижения крана составляют 10 м/мин и 30 м/мин).
Все эти характеристики влияют на производительность работ на стройплощадке.
5. Классификация башенных кранов
Башенные краны классифицируются по следующим показателям:
1. По возможности перемещения крана (рис. 2):
– стационарные краны – закреплены на фундаменте.
К ним относятся также приставные краны, башня у которых крепится к возводимому сооружению, и универсальные. В приставном исполнении выполняются краны для высотного строительства. Конструкция такого крана опирается на землю и на каркас возводимого здания.
– передвижные краны – самоходные и прицепные.
Самоходные имеют собственный механизм передвижения, прицепные перемещаются с помощью внешней тяги.
Судостроительные самоходные краны обеспечивают сборку судов на судостроительных заводах или достройку их после спуска на воду.
– самоподъёмные (ползучие) краны – устанавливаются на конструкциях возводимого сооружения и перемещаются вверх с помощью собственных механизмов на один или несколько этажей.
Рис. 2. Классификация кранов по возможности перемещения.
2. По типу ходового устройства:
– на рельсовом ходу;
– на шасси автомобиля;
– шагающие;
– пневмоколесные;
– гусеничные.
Наличие пневмоколесного и гусеничного хода повышает мобильность крана. Эти краны отличаются более сложной конструкцией ходовой части и большей массой. Рельсовые башенные краны наиболее распространены в силу простоты эксплуатации и повышенной безопасности работы крана. Шагающее ходовое устройство используется в тяжёлых башенных кранах, работающих на слабых грунтах. Перемещение шагающего крана заключается в попеременной перестановке опорных частей в направлении движения.
3. По конструкции башен:
– с поворотной платформой.
В таких кранах башня с закреплённой на ней стрелой и противовесом вращается вокруг своей вертикальной оси. Противовес в таких кранах может иметь верхнее или нижнее расположение.
– с неповоротной платформой.
В этом случае стрела и противовес закрепляются на особом механизме, вращающемся вокруг неподвижной башни.
4. По расположению противовеса:
– краны с нижним противовесом при поворотной башне;
– с верхним противовесом при поворотной или неповоротной башнях.
5. По типу стреловой конструкции:
– с подъёмными стрелами.
У подъёмной стрелы подъёмно-грузовое устройство расположено на конце. Стреловая часть может подниматься под углом к башне, или опускаться вниз. Такие краны имеют оголовок для возможности изменения угла наклона стрелы.
– с балочными стрелами.
Балочная стрела неподвижна. На ней установлена грузовая тележка, которая перемещается по всей длине стреловой части, меняя положение грузоподъёмного механизма.
Кроме того, по конструктивным особенностям выделяют такие группы кранов: быстро монтируемые, классические с оголовком и безоголовочные, и высотные. Первые сконструированы таким образом, чтобы их можно было собрать на стройплощадке в минимально короткие сроки, без верхолазных работ и вспомогательной техники. В конструкциях без оголовка стреловой элемент удерживается в горизонтальном положении не тросами, а с помощью других механических устройств. И, наконец, высотное подъёмное оборудование рассчитано на строительство небоскрёбов.
Транспортировка кранов осуществляется:
– автотранспортом.
Может производиться отдельными узлами стандартным автотранспортом, в зависимости от местных условий, характеристики транспортных средств и требований ГИБДД. При этом руководствуются «Правилами дорожного движения» и инструкцией по монтажу.
– водным транспортом.
При этом руководствуются «Правилами техники безопасности и производственной санитарии на погрузочно-разгрузочных работах в портах и на пристанях» Министерства Речного флота России.
– железнодорожным транспортом.
При перевозке по железной дороге кран должен быть разобран на отдельные укрупнённые узлы, размещение и крепление которых на железнодорожных платформах должно производиться в соответствии с чертежами и расчётами крепления, утверждёнными в установленном порядке. При этом руководствуются «Техническими условиями погрузки и крепления грузов».
6. Технические характеристики башенных кранов отечественных и зарубежных производителей
Сегодня рынок башенных кранов переполнен самыми разными предложениями. Среди них техника от российских, китайских и европейских производителей. Все модели имеют свои особенности эксплуатации. Широкий диапазон показателей грузоподъёмности и других характеристик позволяет выбрать определённый башенный кран для выполнения тех или иных манипуляций. Сегодня на российском рынке башенных кранов присутствуют и европейские, и российские производители.
Основные иностранные производители – немецкий Liebherr, французский Potain, , испанский Jaso и Comansa, итальянский Raimondi Cranes, ALFA, San Marco, Peiner и Terex Comedil, , американский Zeppelin, японский IHI, австрийский PALFINGER AG, китайский ZOOMLION, XCMG.
Отечественные производители – ЗАО «Машстройиндустрия», ОАО «Ржевский крановый завод», Карачаровский, Санкт-Петербургский и Нязепетровский заводы. Отечественные краны составляют основную часть российского парка.
Следует отметить, что, выбирая производителя, прежде всего наши строители учитывают опыт успешной эксплуатации в «российских условиях», т. е. шансов на успех больше у проверенных и хорошо известных марок, и отечественных, и иностранных. Рассмотрим основные особенности кранов российского и зарубежного производства.
6. 1. Российские производители
ОАО «Ржевский краностроительный завод». Это один из крупнейших отечественных производителей строительной техники. Предприятие выпускает на рынок башенные краны грузоподъемностью 12, 10, 8 тонн. Среди наиболее знаменитых моделей завода – КБ-473 и КБ-474. Башенный кран КБ-473 обладает грузоподъемностью 8 тонн и, как правило, используется в строительстве монолитных железобетонных сооружений повышенной этажности (до 162 метров). Данная техника имеет неполноповоротную башню и полноповоротную стрелу балочного типа с вылетом 35–50 метров. Башенный кран КБ-474 считается самой высокой моделью отечественного производства. Высота подъема грузов достигает 222 метров. Данный башенный кран предназначен для выполнения работ при возведении зданий повышенной этажности с массой монтируемых элементов до 8 тонн. Техника этого производителя предназначена для работы в сложных климатических условиях, при температурах от -40 до +40 градусов.
ГК «Крановые технологии». Группа компаний «Крановые технологии» объединяет несколько машиностроительных предприятий России, в частности в состав Группы входит Нязепетровский завод, являющийся крупнейшим производителем башенных кранов в РФ. С 2015 года продукция компании выходит под брендом «GIRAFFE». Широкую линейку грузоподъёмной техники составляют модели башенные кранов: TDK с грузоподъёмностью от 8 до 16 тонн, SMK-10.200 с оголовком грузоподъёмностью до 10 тонн, SMK-5.66 и SMK-3.33 – краны быстрого монтажа с максимальной грузоподъёмностью до 5 тонн.
ЗАО «Машстройиндустрия». Это молодая компания, которая объединила 6 заводов по производству техники и оборудования. Среди наиболее популярных моделей – подъёмный башенный кран на рельсовом ходу КБ-515. Он обладает грузоподъёмностью 10 тонн и вылетом стрелы до 50 метров. Такая техника может поднять грузы на высоту до 96 метров. Ещё одна модель КБ-415-07, грузоподъёмность которой 15 тонн, предназначена для строительных работ нулевого цикла: кран можно использовать для разработки котлованов под фундаменты, поскольку его глубина опускания груза – до 5 метров.
Кроме отмеченных производителей башенных кранов на рынке также присутствует продукция таких компаний, как ОАО «Ухтинский механический завод» (модели КБ-411, КБ-504.08, КССМ-401УХЛ), ЗАО «Русский крановый завод» (модели РБК-5.60, КБ-415, КБ-404.4, КБ-411-04 и КБ-411-05), ОАО «Санкт-Петербургский механический завод» (модель КБ-503Б).
Башенные краны отечественных заводов соответствуют требованиям российских стандартов, норм и правил. Эксплуатационный период этих кранов максимален, поскольку проектируют их специально для работы в «российских условиях». Это в основном «тяжёлые» краны, которые отличаются массивной конструкцией и большой грузоподъёмностью. Однако, чем больше масса башенного крана, тем сложней его транспортировка. Тем не менее, краны, например, предприятия ЗАО «Машстройиндустрия» входят в габариты автомобильных прицепов, что позволяет перевозить их без специального сопровождения.
Но российские краны потребляют электроэнергии значительно больше, чем импортные. Например, пусковая мощность некоторых отечественных кранов составляет примерно 200 кВт, а импортных – всего 50-70 кВт. Для строителей электроэнергия – немалая проблема: она дорого стоит. Часто электроэнергии на стройке недостаточно, особенно в зимний период. Недостаток мощности может привести к тому, что кран просто не запустится или, что хуже, выйдут из строя все электронные блоки (на башенных кранах установлены защитные системы, которые при падении напряжения блокируют запуск крана или во время его работы пускают всю энергию на спуск груза и торможение).
С другой стороны, редкие модели зарубежной подъемной техники допускаются к работе при температуре ниже -25 градусов, тогда как краны российского производства адаптированы к эксплуатации при температурах до -40 градусов. Но всё же, современные технологии строительства предъявляют к грузоподъёмным механизмам повышенные требования, выполнить которые в полном объеме зачастую способна только техника зарубежного производства.
6. 2. Европейские производители
Liebherr. Машиностроительная компания из Германии на протяжении многих лет является ведущим мировым производителем спецтехники и строительного оборудования. На её площадках выпускается семь серий башенных кранов. Все они имеют разное назначение и технические характеристики, в их число также входят краны с дистанционным управлением. Наиболее популярны в России башенные краны без оголовка серии ЕС-В грузоподъёмностью до 12 тонн. Также востребованы краны с оголовком серии ЕС-Н, грузоподъёмностью до 50 тонн. Производитель предлагает мощные высотные башенные краны серии НС, отличающиеся высокими показателями грузоподъёмности – до 100 тонн и высоты подъёма крюка до 110 метров. Для эксплуатации в городских условиях компания предлагает башенные краны на автомобильных шасси серии MK.
Potain. Это французская компания, которая представлена на российском рынке кранами двух серий. В них входят фундаментные высотные краны серии MD, предназначенные для выполнения работ в пересекающихся рабочих секторах, и компактные гидравлические самомонтирующиеся краны серии HD, используемые для манипуляций в стеснённых условиях. Максимальная грузоподъёмность кранов этих серий от 6 до 40 тонн, высота – 75 метров (с пристежкой к зданию – более 200 метров), вылет стрелы – 60 метров. Продукция французской компании отличается экономичностью, лёгкостью сборки, перемещения и управления.
Linden Comansa. Эта машиностроительная компания из Испании на рынке РФ присутствует более 20 лет. Один из параметров, характеризующих башенный кран – «Flat-top» («без оголовка») – принят мировыми производителями с подачи Comansa, которая ввела этот термин в оборот в начале 80-х годов. У отечественного потребителя более распространёнными считаются башенные краны, грузоподъёмностью от 5 до 12 тонн. Это модели 5 LC-5010, 21 LC-290, 21 LC-550, которые отличаются простотой в работе, возможностью установить несколько кранов на одной площадке, безопасностью и надёжностью.
Comedil TEREX. Comedil – итальянская компания, с 1998 года стала частью крупной международной корпорации Terex Cranes. На российском рынке данная компания представляет свою последнюю модель башенного крана – CTT Flat Top. Она завоевала заслуженную популярность среди американских и европейских строительных компаний. Компания предлагает 21 модификацию данной модели кранов, поэтому она подходит для решения целого ряда задач при возведении зданий. Грузоподъёмность такой техники зависит от модификации и колеблется в диапазоне от 2,5 до 40 тонн. Высота крана составляет 18–106 метров (с пристежкой к зданию – до 285 метров), а вылет стрелы – 41–85 метров.
Европейские краны высокопроизводительные, универсальные и надёжные. При достаточном разнообразии представленных на рынке моделей эти машины, как правило, отличаются высокой скоростью подъёма и большим вылетом стрелы.
6. 3. Тенденции в развитии башенных кранов
Рост популярности безоголовочных кранов
Сегодня они все шире применяются в строительстве. При одинаковой максимальной высоте подъёма крюка безоголовочному крану требуется меньше пространства сверху по высоте, чем крану с оголовком. Это позволяет двум башенным кранам совместно выполнять подъём тяжёлых конструкций. Горизонтальная траектория действия нагрузок и отсутствие лебёдки подъёма стрелы являются экономическими преимуществами безоголовочных кранов по сравнению с кранами с подъёмной стрелой. С безоголовочными кранами проще использовать специальные укороченные стрелы.
Модульные башенные краны
Модульные башенные краны, как видно из их названия, собирают из унифицированных элементов – модулей: ходовой части, опорно-поворотного устройства, башни, стрелы и др. Изменяя количество и виды модулей при сборке, завод может выпускать несколько исполнений кранов в зависимости от запросов и условий работы конкретных заказчиков. Исполнения могут отличаться грузоподъёмностью, высотой подъёма крана, вылетом и типом стрелы и другими параметрами. К тому же унификация удешевляет производство и уменьшает затраты на ремонт кранов.
Синтетические канаты вместо стальных тросов
Использование канатов из синтетического волокна имеет целый ряд преимуществ. Синтетический канат весит в несколько раз меньше стального, равного по прочности аналога. За счёт этого грузоподъёмность крана значительно увеличивается. Синтетические волокна не нуждаются в смазке. Легкий и эластичный волоконный канат намного проще заменить, такие работы можно выполнять без применения специального оборудования, быстрее и безопаснее. Поскольку и сердечник, и оболочка каната выполнены из синтетических волокон, рабочие не смогут пораниться торчащими из каната проволочками. В процессе работы стальные канаты повреждают шкивы и блоки на кране, а волоконный канат мягче, создает намного меньшее трение и не повреждает поверхность. Волоконный канат имеет высокую износостойкость и усталостную прочность, способен выдержать множество порезов и разрывов волокон, сохраняя при этом свои рабочие характеристики. Срок его службы составляет около 10 лет, то есть, в 4 раза больше, чем аналогичного стального.
7. Вывод
Строительство высотных зданий невозможно представить без такой специальной техники, как башенный кран, который используют как одно из основных средств в механизации строительного процесса. Башенные краны успешно работают в любых условиях, являясь привычным всем символом современной стройки. Они применяются как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Становясь всё современнее, классические конструкторские решения производства кранов переплетаются с новыми технологиями. Башенные краны сегодня – неотъемлемая часть системы мирового градостроения.
Ещё в тридцатых годах двадцатого века башенные краны основательно заняли нишу в строительной индустрии и держат её до сих пор. Первые модели башенных кранов были не такие эффективные и производительные как современные аналоги, к тому же обладали сложной последовательностью операций при сборке и разборке на строительной площадке, что увеличивало трудозатраты компаний. Но, несмотря на недоработки и трудности с эксплуатацией первых серийных образцов, башенные краны давали неоспоримые преимущества в скорости и удобстве процесса строительства. Это позволило развивать и совершенствовать данный класс грузоподъёмных машин. Сейчас трудно представить себе какое-либо строительство без использования эффективной подъёмной техники, ведь многие поднимаемые материалы имеют массу несколько десятков тонн. Альтернативы башенным кранам по таким параметрам как эффективность, производительность, стоимость и время на сборку-разборку просто нет. Современный башенный кран – один из главных инструментов на любой стройплощадке, начиная со строительства небольшого детского сада и заканчивая возведением стоэтажного небоскрёба.
8. Список литературы
1. Белецкий Б. Ф., Булгакова И. Г. Строительные машины и оборудование: Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2005
2. Бортяков Д. Е., Орлов А. Н. Грузоподъемные машины: Учебное пособие. – СПб: СПбГТУ, 1995
3. Вайсон А. А. Подъёмно-транспортные машины: Учебник. – М.: Машиностроение, 2009
4. Вайсон А. А. Строительные краны. – М.: Машиностроение, 2009
5. Дукельский А. И. Справочник по кранам. – Л.: Машиностроение, 1971
6. Коган И. Я. Строительные башенные краны. – М.: Машиностроение, 1971
7. Невзоров Л. А. Башенные краны. – М.: Высшая школа, 2010
8. Невзоров Л. А., Гудков Ю. И.,Полосин М. Д. Устройство и эксплуатация грузоподъёмных кранов. – М.: Академия, 2010
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 1302; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!