Портальные краны. Типы конструкций и их основные параметры

Типы конструкций портальных кранов в основном зависят от устройства поворотной части, которая может вращаться на пово­ротной колонне или опираться на поворотный круг, уложенный на портале, и от типа стрелового устройства. Современные тенденции образования крановых металлических конструкций с помощью малого числа крупных элементов коробчатого сечения прояви­лись в конструкциях портальных кранов в наибольшей степени. Основными узлами .металлических конструкций портальных кра­нов являются стрелы, колонны (каркасы) и порталы (полупорталы). В связи с широким за последнее время использованием пор­тальных кранов для монтажно-сборочных работ при постройке судов и для механизации работ на крупных гидротехнических строительствах резко возросли их параметры. Перспективный ряд отечественных портальных кранов предусматривает грузоподъем­ность до 400 т на вылете, равном 48 м. Это, а также совершенство­вание технологии монтажа вызвали применение новых конструк­тивных форм (краны на колонне вместо кранов на поворотной платформе, часто прямые стрелы вместо шарнирно сочлененных) с коробчатыми и трубчатыми металлическими конструкциями и привели к снижению металлоемкости и трудоемкости изготовле­ния кранов в целом.

В зависимости от конструкции стрелового устройства стрелы могут быть прямые или шарнирно сочлененные с гибкой или жест­кой оттяжкой. Прямые стрелы легче шарнирно сочлененных. Так как масса стрелы имеет большое влияние на массу крана в целом, меньшая масса прямых стрел по сравнению с шарнирно сочле­ненными является основным преимуществом схемы поворотной части крана с прямой стрелой, применяемой в основном для ма­лых и средних грузоподъемностей. Применение легких металлов снижает массу стрел до 50 % и тем рациональнее, чем больше их длина. При этом целесообразны конструкции смешанного типа, у которых из алюминиевых сплавов выполняется лишь верхняя часть стрелы. Применение низколегированных сталей со значением предела текучести в 1,5 раза большим, чем у углеродистой стали, может дать снижение металлоемкости стрел на 15-20 %.

Рисунок 93 – Схемы стреловых систем, состоящих из шарнирно сочлененных стрелы, хобота и оттяжки

Шарнирно сочлененные стреловые устройства состоят из стре­лы, хобота и оттяжки. Оттяжка может быть жесткой (фермой) трубы или коробчатого сечения, а также гибкой (канатной). Стрела и хобот представляют собой, как правило, листовые коробчатые конструкции (рис. 93) переменного сечения по длине. Хобот позволяет иметь большие габариты груза в верхнем положении. Однако вес хобота сильно нагружает стрелу, а горизонтальная сила, приложенная к концу хобота, вызывает скручивающий стрелу момент. Поэтому следует иметь минимальную длину хобота, в особенности при гибкой оттяжке, которая не ограждает стрелу от кручения. Это более существенно для решетчатых стрел, Так как коробчатые хорошо сопротивляются кручению. Общая масса шарнирно сочлененных стрел превосходит массу прямых стрел тех же параметров, т. е. тех же вылета и грузо­подъемности. Для хоботов, а при больших вылетах и для стрел рациональна шпренгельная система.

В зависимости от конструкции поворотной части крана на­грузки на портал передаются через колонны или каркасы. Колонна обычно имеет листовую конструкцию, чаще прямоугольного сечения, а иногда круглого. Каркасы бывают раскосной и безраскосной (рамной) конструкции из элементов коробчатого сече­ния.

Схема портала (полупортала) зависит от назначения и параме­тров крана. Обычно под порталом (полупорталом) проходят железнодорожные пути, по количеству которых порталы (полупорталы) получают названия одно-, двух- и трехпутных. При этом внутренний контур портала должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9238-73 габаритов приближения строений. Полупорталы применяются значительно реже, чем порталы. База крана назна­чается из конструктивных соображений в зависимости от разме­ров поворотной части, числа ходовых колес и допустимого давле­ния на колесо и проверяется из условий устойчивости.

Высота порталов (полупорталов) определяется условиями про­изводства работ и обеспечением видимости крановщику, напри­мер, у портовых и судостроительных кранов при обслуживании крупных судов порталы снабжают надстройками башенного типа, а у полупорталов прибегают к изогнутой форме ригеля илы к над­стройкам на нем. При установке поворотной части крана на плат­форме опора для кругового рельса осуществляется в виде кольце­вой балки или системы прямолинейных балок. При установке поворотной части крана на вращающейся колонне для укрепления последней применяются ригели в двух горизонтальных плоско­стях (рис. 94, а, 6). На рис. 94, в приведена схема рамно-ба­шенного портала, у которого верхнее строение вращается на поворотном круге.

Рисунок 94 – Порталы коробчатого типа

Конструктивно порталы выполняются в настоящее время листовыми (рис. 94). Коробчатые порталы благодаря жесткости коробчатого профиля во всех направлениях не нуждаются в решет­ках в боковых гранях, а иногда и в затяжках. Это не только упро­щает конструкцию, но и не создает препятствий для проезда под порталом, что особо важно для портовых кранов. Для коробча­тых конструкций нередко используются гнутые и штампованные элементы, что дополнительно упрощает и удешевляет изготовление.

Для четырехопорных порталов неравномерность давлений на опоры, вызываемая неровностями и просадками подкранового пути, уменьшается с увеличением податливости портала в вертикальной плоскости. По данным экспериментальных исследований, наиболее жесткими являются порталы с крестообразными ригелями (рис. 94,а), а наименее жесткими, благодаря деформациям ходовых балок, - двухстоечные порталы (рис. 94, б, в). Исследования оптимальных параметров конструкций выполнялись раздельно для стреловых устройств и для порталов, чему посвящено много работ. Если оптимизируются элементы существующей конструкции при сохранении технологии ее изготовления, то критерием оптимальности служит вес конструкции; если конструкция новая – то себестоимость изготовления, а наиболее точно – приведенные затраты. При этом дополнительными критериями могут быть пологость траектории груза при изменении вылета и др.