Лекции по строительным машинам

По конструкции  башен различают краны с поворотной и неповоротной башнями. Башни кранов могут быть постоянной длины и  раздвижными (телескопическими).

У кранов с поворотной башней (рис. 1, а) опорно-поворотное устройство 1, на которое опирается поворотная часть крана, расположено внизу на ходовой раме крана или на портале. Поворотная часть кранов включает (кроме кранов 8-й размерной группы) поворотную платформу 2, на которой размещены грузовая 12 и стреловая 3 лебедки, механизм поворота, плиты противовеса 4, башня 11 с оголовком 7, распоркой 6 и стрелой 9. У кранов с неповоротной башней (рис. 1, б) опорно-поворотное устройство 1 расположено в верхней части башни.

Поворотная  часть таких кранов включает поворотных оголовок 7, механизм поворота, стрелу 9 и противовесную консоль 15, на которой размещены лебедки и противовес 4, служащий для уменьшения изгибающего момента, действующего на башню крана. На ходовой раме 13 кранов с неповоротной башней уложены плиты балласта 19, а с боковой стороны башни расположены монтажная стойка 18 с лебедкой и полиспастом, предназначенная для поднятия и опускания верхней части крана при его монтаже и демонтаже. Ходовые рамы опираются на ходовые тележки 14, которые обеспечивают передвижение кранов по подкрановым путям.

Рис. 1. Типы и  параметры башенных кранов: а –  с поворотной башней; б – с  неповоротной башней

По типу стрел  различают краны с подъемной (маневровой), балочной и шарнирно сочлененной стрелами. У кранов с подъемной стрелой (см. рис.1,а), к головным блокам которой подвешена крюковая подвеска 10 (грузозахватный орган крана), вылет изменяется поворотом стрелы в вертикальной плоскости относительно опорного шарнира с помощью стреловой лебедки 3,стрелового полиспаста 5 и стрелового расчала 8. У кранов с балочной стрелой (см. рис. 1, б) вылет изменяется при перемещении по нижним ездовым поясам стрелы грузовой тележки 17с подвешенной крюковой подвеской 10. Перемещение грузовой тележки осуществляется с помощью тележечной лебедки 16 и каната. У кранов с шарнирно сочлененной стрелой стрела состоит из шарнирно соединенных основной и головной (гуська) частей, которые могут быть выполнены в виде подъемной или балочной стрелы. В первом случае вылет изменяется поворотом (подъемом) всей шарнирно сочлененной стрелы с крюковой подвеской на головных блоках, во втором - сочетанием подъема всей стрелы с последующим перемещением грузовой тележки по балкам головной секции стрелы. Подъем и опускание груза осуществляются с помощью грузовой лебедки 12, грузового каната и крюковой подвески.

По способу  установки краны разделяют на стационарные (рис. 2,а), самоподъемные (рис. 2, б) и передвижные (рис. 2, в). Передвижные башенные краны по типу ходового устройства подразделяются на рельсовые, автомобильные, на специальном шасси автомобильного типа, пневмоколесные и гусеничные. Рельсовые краны наиболее распространены. Стационарные краны не имеют ходового устройства и устанавливаются вблизи строящегося здания или сооружения на фундаменте. При возведении зданий большой высоты передвижные и стационарные краны для повышения их прочности и устойчивости прикрепляют к возводимому зданию. Прикрепляемые к зданию стационарные краны называют приставными; прикрепляемые к зданию передвижные краны, работающие как приставные, называют универсальными. Самоподъемные краны применяют в основном на строительстве зданий и сооружений большой высоты, имеющих металлический или мощный железобетонный монолитный каркас, который служит их опорой. Перемещение самоподъемных кранов вверх осуществляется с помощью собственных механизмов по мере возведения здания.

Рис. 2. Классификация  башенных кранов по способу установки: а – стационарные; б – самоподъемные; в – передвижные

Рис. 1. Типы и  параметры башенных кранов: а –  с поворотной башней; б – с  неповоротной башней

К основным параметрам кранов относятся (см. рис. 1): вылет L - расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части крана до вертикальной оси  крюковой подвески; грузоподъемность Q - наибольшая допустимая для соответствующего вылета масса груза, на подъем которого рассчитан кран; грузовой момент М - произведение грузоподъемности Q на соответствующий вылет L (часто используется в качестве главного обобщающего параметра крана); высота подъема Н и глубина опускания h - соответственно расстояние по вертикали от уровня стоянки крана (головки рельса для рельсовых кранов, нижней опоры самоподъемного крана, пути перемещения пневмоколесных и гусеничных кранов) до центра зева крюка, находящегося в верхнем или нижнем крайнем рабочем положении; диапазон подъема D - сумма высоты подъема H и глубины опускания h; колея К - расстояние между продольными осями, проходящими через середину опорных поверхностей ходового устройства крана, измеряемое по осям рельсов у рельсовых кранов и по продольным осям пневмоколес или гусениц у автомобильных, пневмоколесных и гусеничных кранов; база В - расстояние между вертикальными осями передних и задних колес (у пневмоколесных и автомобильных кранов), ведущими и ведомыми звездочками гусениц (у гусеничных кранов) или ходовых тележек, установленных на одном рельсе (у рельсовых кранов); задний габарит l - наибольший радиус поворотной части (поворотной платформы или противовесной консоли) со стороны, противоположной стреле; vп - скорость подъема и опускания груза, равного максимальной грузоподъемности крана (при установке на кране многоскоростных лебедок указываются все скорости и массы грузов, соответствующие каждой скорости подъема и опускания); скорость посадки груза vM - наименьшая скорость плавной посадки груза при его наводке и монтаже; частота вращения n поворотной части крана при максимальном вылете с грузом на крюке; скорость передвижения крана vд - рабочая скорость передвижения с грузом по горизонтальному пути; скорость передвижения грузовой тележки vт с наибольшим рабочим грузом по балочной стреле; скорость изменения вылета vг стрелы (у кранов с подъемной стрелой) от наибольшего до наименьшего; установленная мощность Р_у (суммарная мощность одновременно включаемых механизмов крана); наименьший радиус закругления R оси внутреннего рельса на криволинейном участке подкранового пути; радиус поворота R_п - наименьший радиус окружности, описываемой внешним передним колесом автомобильных или пневмоколесных кранов при изменении направления движения; конструктивная масса т_к - масса крана без балласта, противовеса и съемных устройств в не заправленном состоянии; общая (полная) масса крана тo в рабочем состоянии; нагрузка на колесо F_к - наибольшая вертикальная нагрузка на ходовое колесо при работе крана в наиболее неблагоприятном его положении; допустимая скорость ветра vв на высоте 10 м от земли для рабочего и нерабочего состояний, при которой кран сохраняет прочность и устойчивость в процессе эксплуатации.

Башенные краны  всех размерных групп оборудуются  приборами безопасности. К ним  относятся ограничители крайних положений всех видов движения, расположенные перед упорами: ограничители передвижения крана, грузовой и контргрузовой тележек, угла наклона стрелы, поворота, высоты подъема, выдвижения башни, передвижения специального подъемника и др. Для защиты кранов от перегрузки при подъеме груза на определенных вылетах применяются ограничители грузоподъемности и грузового момента. Краны также оснащаются тормозами на всех механизмах рабочих движений, нулевой и концевой электрозащитой, аварийными кнопками и рубильниками, анемометрами с автоматическим определением опасных порывов ветра и подачей звуковых и световых сигналов для предупреждения машиниста об опасности, молниеприемниками, полуавтоматическими рельсовыми захватами на ходовых тележках, указателями вылета крюка и грузоподъемности на данном вылете при соответствующей высоте подъема груза и т. д.

Сменная эксплуатационная производительность крана, т/см,

П_э = t_смQnk_тk_в,

где t_см - продолжительность смены, ч; Q - грузоподъемность крана, т; k_т - коэффициент использования крана по грузоподъемности; k_в - коэффициент использования крана по времени в течение смены, n = 3600/Т_ц - число циклов, совершаемых краном за один час работы.

Общее время  цикла складывается из машинного  времени tм, времени, расходуемого на выполнение ручных операций tp, и времени на вспомогательные операции tв:

T_u = t_м + t_p + t_в;Z

t_м = ((H₁/v₁) + (H₂/v₂) + (L₁/v₃) + (L₂/v₄) + (2α/360n))k;

t_p = t₃ + t_у + t₀,

где z - число  вспомогательных машинных операций (подъем, передвижение, повороте грузом, обратный поворот, опускание и т. д.); Н₁ и Н₂ - соответственно высота подъема и опускания крюка, м; L₁ и L₂ - пути передвижения грузовой тележки (или изменение вылета) и крана, м; v₁, v₂, v₃, v₄ - соответственно скорости подъема и опускания груза, передвижения грузовой тележки (или изменения вылета) и крана, м/мин; α - угол поворота стрелы (туда и обратно), град; n - частота вращения стрелы крана, мин^-1; k - коэффициент совмещения операций (зависит от технических возможностей крана и мастерства машиниста); t₃ - время строповки груза, мин; t_y - время наводки и установки груза в проектное положение, мин; t₀ - время расстроповки груза, мин.

Устойчивость  передвижных кранов опрокидыванию  обеспечивается их собственной массой и проверяется по правилам Госгортехнадзора в рабочем и нерабочем состояниях. Различают грузовую и собственную  устойчивость.

Грузовая устойчивость характеризует устойчивость крана с подвешенным грузом (и откинутым противовесом у кранов-трубоукладчиков) при возможном опрокидывании его в сторону груза.

Собственная устойчивость характеризует устойчивость крана  в нерабочем состоянии (без рабочего груза) при возможном опрокидывании его в сторону противовесной части крана (контгруза).

Показателем степени  устойчивости является коэффициент  грузовой устойчивости k1, представляющий собой отношение восстанавливающего момента Мв , создаваемого массой всех частей крана, с учетом ряда дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, инерционные силы, возникающие при пуске или торможении исполнительных механизмов, вращении поворотной части и движении крана), а также влияния наибольшего допускаемого при работе крана уклона площадки или подкранового пути (до 2° для башенных кранов, до 3° для самоходных стреловых кранов и до 7° для кранов-трубоукладчиков) к опрокидывающему моменту М₀, создаваемому массой рабочего груза.

Определение опрокидывающего  и восстанавливающего моментов производится относительно ребра опрокидывания (головки рельса подкранового пути для башенных кранов, точек касания опорных домкратов аутригеров с подпятниками опор для стреловых самоходных кранов на пневмоходу, края катка левой гусеницы для кранов-трубоукладчиков и т. д.).

Числовое значение коэффициента грузовой устойчивости крана подсчитывается при расположении стрелы в плане перпендикулярно ребру опрокидывания:

k₁ = (M_в/M_o) ≥ 1,15.

При работе крана  на горизонтальной площадке, без учета  дополнительных нагрузок и уклона пути, коэффициент грузовой устойчивости должен быть не менее 1,4.

Коэффициент собственной  устойчивости k₂ представляет собой отношение момента М '_в, создаваемого массой всех частей крана с учетом влияния наибольшего допускаемого уклона площадки (подкранового пути) в сторону опрокидывания, к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой M'_о, определяемому относительно ребра опрокидывания:

k₂ = M′_в/M′_o ≥ 1,15.

Ветровая нагрузка, действующая на кран и груз, определяется в соответствии с ГОСТ 1451-77 «Краны грузоподъемные. Нагрузка ветровая. Нормы и метод определения».

Самоходные  стреловые краны.

Стреловые самоходные краны представляют собой стреловое или башенно-стреловое крановое оборудование, смонтированное на самоходном гусеничном или пневмоколесном шасси. Такие краны являются основными грузоподъемными машинами на строительных площадках и трассах строительства различных коммуникаций. Широкое распространение стреловых самоходных кранов обеспечили: автономность привода, большая грузоподъемность (до 250 т), способность передвигаться вместе с грузом, высокие маневренность и мобильность, широкий диапазон параметров, легкость перебазировки с одного объекта на другой, возможность работы с различными видами сменного рабочего оборудования (универсально) и т. д.

Различают стреловые  самоходные краны общего назначения для строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ широкого профиля и специальные для выполнения технологических операций определенного вида (краны-трубоукладчики, железнодорожные и плавучие краны и т. п.).

Стреловые самоходные краны общего назначения классифицируют следующим образом; по грузоподъемности - легкие (грузоподъемностью 10 т), средние (грузоподъемностью 10...25 т) и тяжелые (грузоподъемностью выше 25 т); по типу ходового устройства - автомобильные (на стандартных шасси грузовых автомобилей), тракторные (навесные на серийные тракторы), на шасси автомобильного типа, пневмоколесные и гусеничные, имеющие специальные шасси; по количеству и расположению силовых установок - с одной силовой установкой на ходовом устройстве (шасси), с одной силовой установкой на поворотной части и с двумя силовыми установками; по количеству приводных двигателей механизмов - с одно- и многомоторным приводами; по типу привода - с механическим, электрическим и гидравлическим приводами; по количеству и расположению кабин управления - с кабинами только на шасси, только на поворотной платформе, на шасси и на поворотной платформе; по конструкции стрелы - со стрелой неизменяемой длины, с выдвижной и телескопической стрелами; по способу подвески стрелы - с гибкой (на канатных полиспастах) и жесткой (с помощью гидроцилиндров) подвеской.

Основные типоразмеры  и параметры современных стреловых  самоходных кранов, а также технические требования к ним регламентированы ГОСТ 22827-85 «Краны стреловые самоходные общего назначения. Технические условия». В соответствии с этим стандартом предусмотрен выпуск десяти размерных групп стреловых самоходных кранов грузоподъемностью 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; и 250 т. Указанные грузоподъемности кранов - это максимально допустимая масса груза, которую может поднять кран данной размерной группы при минимальном вылете основной стрелы.

Рис. 2. Схемы  стреловых самоходных кранов: а – гусеничного с гибкой подвеской стрелового оборудования; б – пневмоколесного с жесткой подвеской стрелового оборудования

Каждый стреловой  самоходный кран (рис. 2) состоит из следующих  основных частей: ходового устройства 1, поворотной платформы 13 (с размещеными на ней силовой установкой 10, узлами привода 9, механизмами и кабиной машиниста 17 с пультом управления), опорно-поворотного устройства и сменного рабочего оборудования. Исполнительными механизмами кранов являются: механизм подъема груза, изменения вылета стрелы (крюка), вращения поворотной платформы и передвижения крана.

Стреловые самоходные краны могут осуществлять следующие  рабочие операции: подъем и опускание груза; изменение угла наклона стрелы при изменении вылета; поворот стрелы в плане на 360°; выдвижение телескопической стрелы с грузом; передвижение крана с грузом. Отдельные операции могут быть совмещены (например, подъем груза или стрелы с поворотом стрелы в плане). Шасси кранов 14 с пневмоколесным ходовым устройством (рис. 2, б), оборудуется выносными опорами-аутригерами 18 в виде поворотных (откидных) или выдвижных кронштейнов с опорными винтовыми или гидравлическими домами на концах. Аутригеры снижают нагрузки на пневмоколеса, увеличивают опорную базу и устойчивость крана. При работе без выносных опор грузоподъемность крана резко снижается и составляет 20...30 % от номинальной.