Конструкция. Основным рабочим органом крана является стрела

Основным рабочим органом крана является стрела. В зависимости от конструкции она может быть выполнена подъемной – маневровой, у которой вылет изменяется путем перемещения самой стрелы с подвешенным к ее концу грузом на допускаемый угол, либо балочной горизонтальной, по которой перемещается грузовая тележка, несущая грузовой полиспаст с крюковой подвеской.

Балочные стрелы выполняются в основном жестко закрепленными и поддерживаются в рабочем состоянии одной или несколькими подвесками, состоящими из канатов большого диаметра или металлических тяг, соединенных с верхним поясом стрелы в одной или нескольких точках. Также имеются конструктивные решения балочной стрелы, которая при необходимости может устанавливаться под углом до 30^о к горизонту. При этом в одних случаях грузовая тележка закрепляется на конце стрелы, а в других имеет возможность перемещаться с грузом вдоль наклонной стрелы. Поперечные сечения подъемных и балочных стрел могут быть треугольными, прямоугольными и квадратными. Балочные стрелы различаются между собой также местом установки грузовой тележки, которая может перемещаться по двутавровой балке, закрепленной вдоль оси нижнего пояса стрелы, либо по направляющим, расположенным по сторонам нижней грани стрелы, или по двум верхним поясам стрелы прямоугольного сечения.

Краны с подъемной стрелой при одних и тех же параметрах (вылете, высоте подъема, грузоподъемности) на 15…20% легче кранов, оборудованных балочной стрелой, а также имеют более высокую грузоподъемность, возможность увеличения высоты подъема груза при уменьшении его вылета, хорошую маневренность в стесненных условиях строительной площадки, более технологичны в изготовлении, удобнее в монтаже и перевозке.

В отличие от кранов с балочными стрелами подъемные стрелы имеют и недостатки: отсутствие строго горизонтального перемещения груза при изменении вылета крюка (с применением при этом специальной запасовки канатов и дополнительных устройств); незначительную и неравномерную горизонтальную скорость перемещения груза при изменении вылета; незначительную зону обслуживания с одной стоянки, так как груз не может подводиться близко к башне крана (а грузовая тележка может перемещаться по всей длине балочной стрелы).

Подъемные и балочные стрелы применяют в кранах 3-й и 4-й размерных групп с поворотной башней. Краны 5-й и 6-й размерных групп оборудуются только балочными стрелами. У кранов 5-й размерной группы балочная стрела может устанавливаться горизонтально и под углом 30⁰ к горизонту, а у кранов 6-й размерной группы – только горизонтально.

Для увеличения высоты подъема груза применяют различные виды комбинированных стрел ломаной формы. На подъемных стрелах устанавливают дополнительные стрелы различной длины, так называемые «гуськи». В балочных стрелах головная секция по отношению к корневой может быть установлена во время работы горизонтально или наклонно под углом до 45⁰, а грузовая тележка может перемещаться по ним с грузом. Применение шарнирно сочлененных стрел позволяет крану работать в больших диапазонах по вылету и высоте подъема крюка.

Башни кранов в зависимости от места расположения опорно-поворотного устройства подразделяют на поворотные и неповоротные. Оба типа башен могут бытьвыполнены сплошностенчатыми, изготовленными из металлического листа или из труб, решетчатыми – из уголков, труб малого диаметра, гнутых профилей и комбинированными – из металла разных профилей. Различают башни с постоянным и переменным сечением по высоте, при этом последние могут быть с жестким и подвижным (телескопическим) соединением. Наиболее распространены решетчатые из труб башни с квадратным сечением.

По виду крепления различают башни с жестким креплением к опорной части и с шарнирным (когда удержание башни в вертикальном положении осуществляется подкосами).

Краны как с поворотной, так и с неповоротной башней выпускают с постоянной и изменяемой высотой башни. Так как это тесно связано со способом монтажа крана, то следует отметить, что краны с постоянной высотой башни (независимо от того, разбирается или не разбирается башня крана при его перевозке с объекта на объект) монтируют сразу на полную высоту собственными лебедками или с помощью монтажной мачты и лебедок со стягивающими полиспастами. Краны с изменяемой высотой башни подразделяют, в свою очередь, на краны со складывающейся башней методом «на себя» в сторону, и телескопической, выдвигаемой одна из другой. Однако у большинства современных кранов увеличение высоты башни осуществляется методом подращивания снизу или наращиванием ее сверху. Увеличение высоты башни в этих случаях осуществляется в основном на одну секцию, длина которой в разных кранах составляет от 2, 5 до 7, 5 м.

При подращивании снизу добавляемая объемная секция соединяется с нижним концом башни, а затем вся башня со стрелой, противовесной консолью и распоркой выдвигается из опорной части и закрепляется в ней. Выдвижение башни в кранах как с поворотной, так и с неповоротной башней осуществляется с помощью системы канатных полиспастов, гидравлических и реечных механизмов.

Наращивание башни методом сверху ведется, в основном, в кранах со значительной высотой подъема крюка (80…150 м) и с неповоротной башней.

Опорная часть башенных кранов имеет различные конструктивные решения, реализуемые в зависимости от типа башни (поворотная или неповоротная), от вида ходового устройства (на рельсовом или другом ходу) и от возможности перемещения крана относительно строящегося здания (стационарные и самоподъемные). Опорная часть кранов на рельсовом ходу воспринимает все действующие на кран нагрузки и передает их через ходовые колеса на подкрановые пути. По количеству точек опирания на рельс опорные части делятся на трех- и четырехопорные. По конструкции их выполняют в виде различной формы плоских рам, а также в виде портала шатровой или прямоугольной формы. По возможности изменения конструкции в плане опорные части подразделяют на неизменяемые, а также с выдвижными или поворотными кронштейнами.

Опорные части стационарных кранов, представляющие собой рамную конструкцию, крепятся к анкерным болтам монолитного или сборного железобетонного фундамента и пригружаются балластом. Самоподъемные краны в рабочем положении также опираются на плоскую раму, установленную на межэтажном перекрытии, и дополнительно крепятся в одном или в двух ярусах между этажами строящегося здания.

Опорно-поворотные устройства башенных кранов предназначены для соединения и обеспечения вращения поворотной части крана относительно неповоротной. В кранах с большим грузовым моментом используются однорядные и двухрядные роликовые и шариковые круги, а также комбинированные шарико-роликовые круги.

Поворотная платформа, расположенная в нижней части башенного крана, через опорно-поворотное устройство соединяется с рамой ходовой части крана. На поворотной платформе устанавливаются башня и стойка, к которым крепятся удерживающие башню подкосы, механизмы крана, электроаппаратура и противовес. Поворотная платформа, расположенная в верхней части современных кранов с неповоротной башней, представляет собой плоскую раму, соединенную через опорно-поворотное устройство с башней. На платформе установлен оголовок, удерживающий на тягах стрелу и противовесную консоль, которые шарнирно закреплены по двум противоположным сторонам поворотной платформы.

Противовес обычно состоит из маркированных по массе железобетонных плит, которые укладывают на поворотную платформу и закрепляют на ней.

Противовесные консоли и распорки, предназначенные для снижения изгибающих нагрузок на башню, выполняются в виде плоской рамы или фермы в кранах с балочной стрелой и неповоротной башней. Пространственные противовесные консоли по конструкции аналогичны стрелам. Консоли одной стороной крепятся на шарнирах к нижней части поворотного оголовка с противоположной от стрелы стороны, а верхняя их часть с помощью тяг подвешена к оголовку. На конце консоли расположены грузовая и, если необходимо по конструкции, стреловая лебедка, а также бетонные блоки противовеса, которые могут устанавливаться на консоль сверху, крепиться на торце или подвешиваться снизу. Противовес может выполняться подвижным, по типу грузовой тележки на стреле. В этом случае на консоли устанавливается и механизм передвижения противовеса. Для горизонтального перемещения груза в кранах с балочными стрелами применяют грузовые тележки с жесткими или балансирными катками. Рабочие движения кранов выполняются с помощью грузовых и стреловых лебедок, механизмов изменения вылета, поворота и передвижения.

Большинство моделей башенных кранов выполняются по единой конструктивной схеме с максимальным использованием унифицированных узлов и механизмов, а также устройствами для плавного пуска и торможения механизмов и посадки грузов с малой скоростью.

В последние годы получило развитие наиболее прогрессивное направление производства башенных кранов — модульная система, включающая проектирование, изготовление и эксплуатацию кранов. Сущность модульной системы состоит в создании семейства башенных кранов разнообразных исполнений на базе узкого ряда базовых унифицированных узлов — модулей (как механизмов, так и металлоконструкций). Модульная система спо­собствует снижению затрат на проектиро­вание, развитию специализации производ­ства и, как следствие, снижению себе­стоимости изготовления и повышению на­дежности модулей, уменьшению эксплуа­тационных расходов на техническое об­служивание и ремонт.

Наибольшее применение в строитель­стве получили башенные краны с поворот­ной башней (платформой). По сравнению с кранами с неповоротной башней они имеют меньшую массу, так как располо­жение механизмов и балласта в нижней части крана понижает положение его центра тяжести и точки приложения рав­нодействующей ветровой нагрузки. Кроме того, они отличаются малыми сроками монтажа и демонтажа, удобством транс­портирования и технического обслужива­ния.

У башенных кранов с поворотной башней, башня крана 2 (рис. 5.2) крепится к по­воротной платформе 4, которая через опорно-поворотное устройство 6 опира­ется на ходовую часть 5. Башня удерживается в рабочем положении подкосом, опирающимся на двуногую стойку. На поворотной платформе размещаются: противовес 7, грузовая 8, стреловая 9 лебедки и меха­низм вращения поворотной платформы 3. Стрела 1 шарнирно крепится к башне и удерживается канатными тягами 12, кото­рые через направляющие блоки соеди­нены с подвижной обоймой стрелового полиспаста 10. Подъем и опускание груза выполняются грузовым полиспастом 13 с помощью грузовой лебедки и крюковой подвески. Наличие поворотных консолей хода, соединенных вертикальными осями с балансирными тележками обеспечивает перемещение крана по кривым малого радиуса. Управление краном ведется из кабины 11. В башенных кранах для меха­низма подъема груза в зависимости от грузоподъемности применяют одиночные и сдвоенные полиспасты двух, трех, четы­рех и большей кратности.

Крюковые подвески состоят из грузо­вого крюка, траверсы, двух боковых щек, осей с установленными на них блоками. Грузовой крюк крепится в траверсе на упорном подшипнике, благодаря чему он может свободно поворачиваться и пре­дохранять грузовой канат от закручива­ния. Число блоков в подвеске определя­ется кратностью полиспаста, а также не­обходимостью изменения ее для повыше­ния грузоподъемности крана без увеличе­ния мощности грузовой лебедки. В неко­торых конструкциях кранов с большой высотой подъема груза применяют под­вески с разнесенными блоками (см. рис. 5.3, поз. 15) для предотвращения каната от закручивания. Изменение вы­лета груза осуществляется наклоном стрелы (рис. 5.2, а) или перемещением каретки с грузом вдоль горизонтальной стрелы (рис. 5.2, б).

Рис. 5.2. Башенный кран с поворотной башней: а - схема крана с подъемной стрелой; б - схема запасовки грузового каната при подъемной стреле и четы­рехкратном полиспасте; в - тоже, при двукратном полиспасте; г - схема крана с горизонтальной и наклон­ной с переломом балочной стрелой; д - схема запасовки тягового каната при горизонтальной стреле; е - то же, грузового каната; ж - то же, грузового и тягового канатов при наклонной с переломом балочной стреле

При оборудовании крана горизонталь­ной балочной стрелой грузовая каретка перемещается вдоль стрелы с помощью тяговой электрореверсивной лебедки 14, расположенной на стреле или на поворот­ной платформе. Тяговый канат навива­ется на барабан лебедки, а два свободных его конца огибают направляющие блоки и крепятся с разных сторон к каретке 15 (рис. 5.2, д). На каретке размещены блоки грузового каната. При перемеще­нии каретки блоки обкатываются по гру­зовому канату и груз, не изменяя поло­жения по высоте, перемещается вдоль стрелы (рис. 5.2, е). При необходимости изменения вылета груза наклоном стрелы грузовая каретка фиксируется на стреле.

Высота подъема груза при горизонталь­ной стреле ниже, чем при наклонной. Однако горизонтальное перемещение гру­за вдоль стрелы требует меньшей энергии, чем перемещение этого груза подъемом всей стрелы и одновременно упрощает операции по наводке монтажного эле­мента на место монтажа. У кранов с на­клонной стрелой при изменении вылета груз одновременно изменяет свое поло­жение и по высоте. Для устранения этого недостатка необходимо обеспечить гори­зонтальное перемещение груза при изме­нении вылета стрелы.

На рис. 5.2, б, в представлена схема канатоведения грузового каната при че­тырех- и двукратном полиспасте. Один конец грузового каната закреплен на гру­зовом барабане, а второй — на стреловом барабане меньшего диаметра в обратном по отношению к стреловому направле­нии. При изменении вылета крюка грузо­вой канат будет сматываться (или нама­тываться) со стрелового барабана при неизменном по высоте положении крюка. Балочная стрела с грузовой кареткой может быть установлена и в наклонном с переломом в 30° положении. При этом грузовая каретка по приведенной на рис. 5.2, ж схеме может перемещаться по наклонной стреле при сохранении гори­зонтального хода груза и увеличенной высоте его подъема. Однако изготовление кранов с нижним расположением опорно-поворотного устройства, у которых вра­щается весь кран, кроме его ходовой части, при большой грузоподъемности с большой высотой подъема груза приводит к значительному увеличению всей массы крана. Поэтому башенные краны грузо­подъемностью более 10 т изготовляются с неповоротной башней и вращающейся только верхней частью крана.

У крана с неповоротной башней и гори­зонтальной стрелой (рис. 5.3) башня 1 через опорную часть (раму 2 или портал) установлена на ходовые тележки 3, которые перемещают кран по рельсовому пути. Две тележки, расположенные по диагонали, имеют по два привода, две другие – по одному. Тележки могут поворачиваться на 90⁰ при переводе крана на перпендикулярные пути. На опорной части рас­положен балласт 4, обеспечивающий ус­тойчивость крана в рабочем и нерабочем состояниях. Количество плит балласта меняется в зависимости от исполнения крана. Поворотная головка 12 опи­рается на верхнюю секцию башни через опорно-поворотное устройство 6. Механизм поворота состоит из вертикального планетарного трехступенчатого редуктора и фланцевого электродвигателя со встроенным в его корпус дисковым тормозом. Стрела 14 и противовесная консоль 7 шарнирно закреплены на поворотной головке и удерживаются растяжками 10. На противовесной консоли размещены грузовая ле­бедка 9, лебедка передвижения противо­веса 11 и противовес 8, уравновешиваю­щий верхнюю часть крана. По нижнему поясу стрелы перемещается грузовая ка­ретка 15 с помощью тяговой лебедки 13, размещенной внутри корневой секции стрелы. Наращивание башни осуществляют с помощью монтажной стойки 5.

Для подъема груза применяют двукрат­ные (рис. 5.3, д) или четырехкратные (рис. 5.3, г) грузовые полиспасты, обес­печивающие различные грузовые характе­ристики. Запасовка канатов механизмов передвижения и грузовой каретки представлена на рис. 5.3, б, в.

Кран КБ-674А с неподвижной башней имеет свыше десяти исполнений, отличающихся высотой башни, длиной стрелы и грузовой характеристикой, что обусло­вило его широкое применение для механи­зации строительно-монтажных работ при возведении высотных жилых и админи­стративных зданий, а также промышлен­ных объектов.

Рис. 5.3. Башенный кран с неповоротной баш­ней: а - схема крана; схемы запасовки канатов: б - пе­ремещения противовеса; в - перемещения каретки; г - подъема груза при четырехкратном полиспасте; д - то же, при двукратном полиспасте; е - график грузоподъемности

Приставные (стационарные) башенные краны (рис. 5.4) применяют при строительстве высотных сооружений (вы­сотой 150 м и более). Они выполняются с поворотной головкой, горизонтальной стрелой и перемещающейся по ней гру­зовой кареткой. Приставные краны мон­тируют на фундаменте, который может быть специальным или являться частью фундамента здания. Увеличение высоты башни кранов осуществляется методом подращивания снизу или методом нара­щивания ее сверху промежуточными сек­циями, длина которых составляет 2, 5...7 м. У приставных кранов и кранов с непово­ротной башней, имеющих значительную высоту подъема крюка, наращивание ведется методом сверху. При наращивании башни две крайние верхние секции крепят к монтажной стойке 2 и расстыковывают между собой. Предварительно промежу­точная секция 4 поднимается крюковой подвеской и навешивается на выдвижную раму 3.

Рис. 5.4. Приставной (стационарный) кран: а – схема крана; б – схема запасовки грузового ка­ната при двух электрореверсивных лебедках; в – крепление крана к зданию; г – запасовка каната монтажного полиспаста

Запасовка канатов монтажного полис­паста показана на рис. 5.4, г. Монтаж­ной лебедкой 7 верхняя часть крана с оголовком, стрелой и противовесной кон­солью перемещается вверх по направляющим стойки, и в образовавшееся между расстыкованными секциями прост­ранство ручной лебедкой заводится новая промежуточная секция. Башня крана крепится к зданию с помощью закладных рам 1, монтируемых между двумя сек­циями (рис. 5.4, в).

У башенных кранов, башня которых охвачена порталом, приме­няют метод подращивания секций башни снизу, при котором очередная промежу­точная секция заводится снизу, пристыко­вывается к башне и с помощью монтаж­ной лебедки выдвигается вверх. Метод подращивания проще, так как работы ведутся с земли, но требует более мощ­ных лебедок для подъема башни.

Самоподъемные краны изготовляют грузоподъемностью до 15 т с грузовым моментом до 3300 кНּ м. Вертикальное перемещение крана (рис. 5.5) осуществляется сле­дующим образом: башня кра­на 1 опирается на опорные балки с от­кидными упорами 3 и охвачена верти­кально подвижной обоймой 2, также снабженной откидными упорами 4, но в другой плоскости. Специальной лебедкой 5 обойма снимается с упоров и подни­мается на высоту двух этажей и вновь устанавливается на упоры. После этого башня и опорные балки снимаются со своих упоров, подтягиваются на высоту двух этажей и устанавливаются на кар­кас здания. Демонтаж крана ведется в обратной последовательности. При такой конструкции крана не требуется большая длина башни.

Рис. 5.5. Схема перемещения самоподъемного крана: а – исходное положение; б – подъем обоймы; в – подъем крана

При возведении крупных промышлен­ных объектов используется блочный метод монтажа, при котором значительная часть работ ведется на площадках укрупнительной сборки. Это позволяет при монтаже ме­таллических и сборных конструкций и оборудования перейти к схемам, близким к работе поточных линий. При блочном методе последовательно ведутся разгруз­ка и сортировка строительных конструкций, укрупнительная сборка их и уста­новка блоков и оборудования в проект­ное положение. Для выполнения монтаж­ных работ используются монтажные гусе­ничные, козловые, а также специальные монтажные башенные краны большой грузоподъемности.

Специальные монтажные башенные краны изготовляются с гру­зовым моментом 10 000...15 000 кНּ м в нескольких исполнениях, в том числе для гидротехнического строительства.

Рис. 5.6. Специальный монтажный кран с гру­зовым моментом 10 000 кНּ м: а - схема крана; б - график грузоподъемности и высоты подъема крюка, I - высота подъема вспомо­гательного крюка; II - то же, основного крюка; III - грузоподъемность при четырехкратном поли­спасте; IV - то же, при двукратном полиспасте; V - грузоподъемность вспомогательного крюка

Для выполнения монтажных операций одновременно используют два или три ба­шенных крана. Краны располагают таким образом, чтобы они могли работать раз­дельно – каждый в своей зоне, и совме­стно – при установке наиболее тяжелых блоков и технологического оборудования.

Схема башенного крана с грузовым мо­ментом 10 000 кНּ м представлена на рис. 5.6. Конструкция крана существенно отличается исполнением металло­конструкций и механизмов. Поворотная часть крана опущена внутрь портала 6. Портал состоит из цилиндра, трех опор­ных ног и опорной диафрагмы 3. На опор­ной диафрагме портала установлены под­пятник 4 и цевочное колесо механизма вращения. Башня крана 1 опирается на подпятник и на горизонтальные опорные катки 14, установленные в диафрагме сек­ции башни, обкатывающиеся по кольце­вому рельсу цилиндра. Портал опирается на ходовые тележки 5, каждая из кото­рых передвигается по двухколейному рельсовому пути. Он служит также для размещений на нем балласта и пропуска под краном железнодорожного подвиж­ного состава. Краны такого типа снаб­жаются стрелами 10 с удлинителями (гусь­ками) 11 и оборудуются механизмами с полиспастами главного 13 и вспо­могательного 12 подъема. Грузо­подъемность вспомогательного подъема постоянна на всех вылетах. У большин­ства моделей кранов вылет изменяется наклоном стрелы с помощью стреловой лебедки и стрелового полиспаста 9. Для уравновешивания стрелы и груза кран снабжен противовесной консолью 8 и противовесом 7. Лебедки крана, пускорегулирующая аппаратура и пульт управле­ния краном размещаются в машинном от­делении 2, опоясывающем башню и вращающемся вместе с ней.