Башенные строительные краны, классификация, индексация, характеристики, область применения

Изучение конструкций и определение технико-эксплуатационных показателей строительных кранов

1. Цель работы. В процессе работы ознакомиться с назначением, устройством и работой строительных кранов, определением их устойчивости, основных параметров и технико-эксплуатационных показателей.

Башенные строительные краны, классификация, индексация, характеристики, область применения

Строительные башенные краны являются ведущими грузоподъемными машинами в строительстве и предназначены для механизации строительно-монтажных работ при возведении жилых, гражданских и промышленных зданий и сооружений, а также для выполнения различных погрузочно-разгрузочных работ на складах, полигонах и перегрузочных площадках. Они обеспечивают вертикальное и горизонтальное транспортирование строительных конструкций, элементов зданий и строительных материалов непосредственно к рабочему месту в любой точке строящегося объекта. Темп строительства определяется производительностью башенного крана, существенно зависящей от скоростей рабочих движений.

Рабочими движениями башенных кранов являются подъем опускание груза, изменение вылета стрелы (крюка) с грузом, поворот стрелы в плане на 360°, передвижение самоходного крана. Отдельные движения могут быть совмещены, например, подъем груза с поворотом стрелы в плане.

В общем случае башенный кран - поворотный кран с подъемной (рис. 1, а)или балочной (рис. 1. б) стрелой, шарнирно закрепленной в верхней части вертикально расположенной башни.

Башенные краны классифицируют по назначению, конструкции башен, типу стрел, способу установки и типу ходового устройства.

По назначению различают краны для строительно-монтажных работ в жилищном, гражданском и промышленном строительстве, для обслуживания складов и полигонов заводов железобетонных изделий и конструкций, для подачи бетона на гидротехническом строительстве.

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 (за исключением кранов 8-й размерной группы) поворотную платформу 2, на которой размещены грузовая 12 и стреловая 3 лебедки, механизм поворота, противовес 4, башня 11 с оголовком 7, распоркой 6 и стрелой 9.

У кранов с неповоротной башней (рис. 1, 6) опорно-поворотное устройство 1 расположено в верхней части башни. Поворотная часть таких кранов включает поворотный 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.

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 17 с подвешенной крюковой подвеской. Перемещение грузовой тележки осуществляется с помощь тележечной лебедки 16 и каната. Краны, оснащенные шарнирно сочлененной стрелой, имеют стрелу, состоящую из шарнирно соединенных подъемной и головной (гуська) частей, которые, в свою очередь, могут быть в виде подъемной или балочной стрелы. Подъем и опускание груза осуществляются с помощью грузовой лебедки 12, грузового каната и крюковой подвески.

По способу установки краны разделяют на передвижные (рис. 2, в), стационарные (рис. 2, а) и самоподъемные (рис. 2, б).

Передвижные башенные краны по типу ходового устройства подразделяют 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.

К основным параметрам относятся (см. рис. 1): вылет - расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части крана до вертикальной оси крюковой подвески; грузоподъемность - наибольшая допустимая для соответствующего вылета масса груза, на подъем которого рассчитан кран; грузовой момент М - произведение грузоподъемности на соответствующий вылет , (часто используется в качестве главного обобщающего параметра крана); высота подъема и глубина опускания - соответственно расстояние по вертикали от уровня стоянки крана (головки рельса длярельсовых 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 -сумма высоты подъема и глубины опускания ; 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 - наибольший радиус поворотной части (поворотной платформы или противовесной консоли) со стороны противоположной стреле; скорость подъема и опускания груза, равного максимальной грузоподъемности крана (при установке на кране многоскоростных лебедок указываются все скорости и массы грузов, соответствующей каждой скорости подъема и опускания); скорость посадки груза ~ наименьшая скорость плавной посадки груза при его наводке и монтаже; частота вращения поворотной части крана при максимальном вылете с грузом на крюке; скорость передвижения крана - рабочая скорость передвижения с грузом по горизонтальному пути; скорость передвижения грузовой тележки с наибольшим рабочим грузом по балочной стреле; скорость изменения вылета стрелы (у кранов с подъемной стрелой) от наибольшего до наименьшего; установленная мощность (суммарная мощность одновременно включаемых механизмов крана); наименьший радиус закругления оси внутреннего рельса на криволинейном участке подкранового пути; радиус поворота - наименьший радиус окружности, описываемой внешним передним колесом автомобильных или пневмоколесных кранов при изменении направления движения; конструктивная масса - масса крана без балласта, противовеса и съемных устройств в незаправленном состоянии; общая (полная) масса крана в рабочем состоянии; нагрузка на колесо - наибольшая вертикальная нагрузка на ходовое колесо при работе крана в наиболее неблагоприятном е положении; допустимая скорость ветра на высоте 10 м от земли для рабочего и нерабочего состояний, при которой кран сохраняет прочность и устойчивость в процессе эксплуатации.

Система индексации строительных башенных кранов представлена на рис. 3.

В индекс крана входят буквенные и цифровые обозначения. Буквы перед цифрами обозначают: КБ - кран башенный, КБМ - кран башенный модульной системы, КБР - кран башенный да ремонта зданий, КБГ - кран башенный для гидротехнического строительства.

Цифры индекса последовательно обозначают: первая цифра - номер размерной группы, в том числе соответствующий номинальному грузовому моменту (1-я - до 30 т·м, 2-я - 75, 3-я - 125, 4-я - 175, 5-я - 300, 6-я - 550, 7-я - 800, 8-я - 1200, 9-я - более 1200 т·м), последующие две цифры - порядковый номер базовой модели (01...69 для кранов с поворотной и 71...99 - с неповоротной башнями). После точки указывается порядковый, номер исполнения крана (0-9), который может отличаться от базовой модели длиной стрелы, высотой подъема, грузоподъемностью. В обозначении базовых моделей номер исполнения «0» обычно не ставится. Буквы (А, Б, В, ...), стоящие в индексе после цифр, обозначают очередную модернизацию (изменение конструкции без изменения основных параметров) и климатическое исполнение крана (ХЛ - для холодного, Т- тропического и ТВ - тропического влажного климата; для умеренного климата соответствующего буквенного обозначения нет).

Например, индекс крана КБ-405.1А расшифровывается так: кран башенный, четвертой размерной группы, с поворотной башней, первое исполнение, первая модернизация, для умеренного климата.

Параметры основных моделей башенных кранов регламентированы ГОСТ 13556-89. Краны серии КБ имеют единую конструктивную схему, комплектуются ограниченным числом унифицированных узлов и деталей, что облегчает их серийное производство, техническую эксплуатацию и ремонт. Краны серии КБ являются наиболее массовыми в нашей стране. Объем их производства превышает 80 % всего выпуска башенных кранов.

Все краны серии КБ (кроме приставных) выполнены передвижными преимущественно на рельсовом ходу. Передвижные краны выпускают с поворотной и неповоротной башней, нижним и верхним расположением противовеса с подъемной и балочной стрелой. К унифицированным узлам и механизмам кранов относятся грузовые и стреловые лебедки, механизмы поворота и передвижения, опорно-поворотные устройства кабины, крюковые подвески и электрооборудование. Металлоконструкции башен и стрел кранов серии КБ выполняют сплошными трубчатыми или решетчатыми.

В настоящее время промышленность серийно выпускает башенные строительные краны серии КБ 3...6-й размерных групп с грузовым моментом от 100 до 400 т·м.

Краны 3-й размерной группы максимальной грузоподъемностью 8 т снабжены подъемной и балочной с грузовой тележкой стрелами и применяются при возведении жилых, административных и промышленных зданий высотой до 9 этажей.

Краны 4-й размерной группы максимальной грузоподъемностью 8...10 т оборудованы подъемными стрелами (прямыми и с гуськом), балочными стрелами с грузовой тележкой и предназначены для выполнения строительно-монтажных работ на строительстве жилых, гражданских и промышленных зданий высотой до 12...16 этажей.

Краны 5-й размерной группы грузоподъемностью 10 т предназначены для механизации строительства крупнопанельных жилых зданий, а также уникальных зданий культурно-бытового назначения высотой до 75 м. Они оборудуются балочной стрелой, устанавливаемой горизонтально и под углом 30°.

Краны 6-й размерной группы оборудуются балочной стрелой с грузовой тележкой и предназначены для возведения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений высотой от 12 до 40 м из объемных и тяжелых элементов массой от 2,5 до 25 т.

Стрела- основной рабочий орган крана. В зависимости от конструкции может быть выполнена подъемной - маневровой (рис. 4, а), у которой вылет изменяется путем перемещения самой стрелы с подвешенным к ее концу грузом на допускаемый угол, либо балочной горизонтальной (рис. 4, б), по которой перемещается грузовая тележка, несущая грузовой полиспаст с крюковой подвеской.

Поперечные сечения подъемных и балочных стрел могут быть треугольными, прямоугольными и квадратными. Балочные стрелы отличаются 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 стесненны 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); незначительная и неравномерная горизонтальная скорость перемещения груза при изменении вылета; незначительная зона обслуживания с одной стоянки, так как груз не может подводиться близко к башне крана (а грузовая тележка может перемещаться по всей балочной стрелы).

Башни кранов в зависимости от места расположения опорно-поворотного устройства подразделяют на поворотные и неповоротные. Оба типа башен могут быть выполнены сплошностенчатыми, изготовленными из металлического листа или из труб, и решетчатыми из уголков, труб малого диаметра, гнутых профилей и комбинированными из разных профилей металла.

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 (рис. 5, а).

Краны с изменяемой высотой башни подразделяют, в свою очередь, на краны со складывающейся башней методом «на себя» в сторону (рис. 5, б), и телескопической, выдвигаемой одна из другой (рис. 5, в). Однако у большинства современных кранов увеличение высоты башни осуществляется методом подращивания снизу (рис. 5, г) или наращиванием ее сверху (рис. 5, д).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 и 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. При этом методе выдвигается только верхняя часть крана с оголовком, стрелой и противовесной консолью, а вся ранее) выставленная башня остается неподвижной, В образовавшийся проем вводятся отдельные, сдвоенные и строенные (рис. 5, е) плоские панели башни с последующим соединением их между собой или объемные секции. Затем монтируемую секцию соединяют с башней и с верхней частью крана, опуская ее вниз. В некоторых кранах монтаж ведут путем установки дополнительных секций на верхнюю часть башни крана с помощью собственной стрелы (рис. 5, ж). Возможность периодического посекционного увеличения высоты башни крана создает определенные удобства, так как высота крана может увеличиваться по мере возведения зданий или сооружений, а кабина машиниста будет всегда расположена в незначительном удалении от места монтажа.

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 строительных башенных 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 двух ярусах между этажами строящегося здания.

Опорно-поворотные устройства(ОПУ) 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.

Противовесобычно 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, выполняют в виде плоской рамы или фермы в кранах с балочной стрелой и неповоротной башней.

Для горизонтального перемещения груза в кранах с балочными стрелами применяют грузовые тележки, представляющие собой сварную раму,в нижней части которой расположены два блока для грузового каната, а в верхней - опорные катки.

Для строповки груза служит грузозахватный орган, представляющий собой крюковые подвескиразличных конструкций. Они состоят из двух щек, между которыми закреплены одна или несколько осей с установленными на них одним или несколькими блокамии траверсас закрепленным на ней крюком.

Грузовые лебедкибашенных кранов в большинстве случаев выполнены с электрическим приводом, реже с гидравлическим. По числу рабочих скоростей лебедки делят на одно- и многоскоростные. Регулирование их скорости может быть ступенчатое, бесступенчатое и комбинированное. Изменение скорости осуществляется за счет применения нескольких двигателей, изменения передаточного числа редуктора и частоты вращения вала двигателя.

Стреловые лебедкибашенных кранов с подъемной стрелой, выполнены аналогично односкоростным грузовым лебедкам. Различие только в конструкции барабана. В кранах с запасовкой по схеме соединенных, полиспастов барабан разделен перегородкой на две секции разных диаметров: для наматывания стрелового каната - цилиндрическая и для наматывания грузового каната - цилиндрическая или коническая. Тележечные лебедки, предназначенные для перемещения грузовой тележки по балочной стреле или контргруза по противовесной консоли, изготовляют по схеме, подобно обычной стреловой лебедке с применением цилиндрического или червячного редуктора.

Механизмы передвижениябашенных кранов имеют различные исполнения в зависимости от конструкции ходового оборудования. Опирание кранов на рельсы осуществляется через ходовые колеса, число которых может быть от 4 до 32 в кранах с различными параметрами.

Кабины, из которых ведется управление башенными кранами, делят на встроенные (обычно внутри верхней части башни) и выносные (расположенные снаружи башни на портале или в верхней части крана).

В кранах с поворотной башней их подвешивают под стрелой на правой от нее боковой поверхности башни, а в кранах с поворотным оголовком устанавливают на поворотную раму или подвешивают к ней.

Кабина может быть подвешена и к нижнему поясу балочной стрелы у места ее крепления, а также переставляться по высоте башни. Для кранов серии КБ выпускают унифицированные навесные кабины, разработанные с учетом максимальных удобств для машинистов во время работы.

Управление работой крана может осуществляться по силовому или слаботочному кабелю, с выносного пульта или по радио. При работе самоподъемных, стационарных и приставных кранов на строительстве высоких зданий и сооружений используют лингафонную, телефонную и радиосвязь машиниста с такелажниками и монтажниками.

Подкрановые пути,по которым перемещаются башенные краны; состоят из балластного слоя, элементов подкрановых путей (рельсы, рельсовые крепления и опорные элементы - шпалы, рамы или балки), а также отключающих линеек ограничителя передвижения крана, тупиковых упоров, устанавливаемых по обеим сторонам двухниточного пути и элементов заземления. Наибольшее распространение получили инвентарные подкрановые пути с деревянными полушпалами, деревометаллические секции, а также секции с железобетонными лежнями и балками длиной 6,25 м.

На рис. 7 показан кран 4-й размерной группы с подъемной стрелой.

Составными частями крана являются: ходовая кольцевая рама 1 коробчатого сечения, однорядное роликовое опорно-поворотное устройство 15 с внутренним зубчатым зацеплением, поворотная платформа 2, портал 14, башня 13, головка 7, стрела 9, грузовой 6 и стреловой 5 канаты, расчал 8, крюковая подвеска 10, монтажное устройство, унифицированная кабина машиниста 12 и рабочие механизмы, противовес 3, электрооборудование, приборы безопасности и кабельный барабан.

Подъемная стрела 9 крана решетчатая трехгранного сечения, выполненная из труб, подъем и опускание которой при изменении вылета осуществляется стреловой лебедкой через стрелоподъемный полиспаст 8. В корневой секции стрелы подвешена снизу распорка с канатными 11 тягами, которая предохраняет стрелу от запрокидывания при обрыве каната на минимальных вылетах.

На рис. 8 показана базовая модель кранов 6-й размерной группы. Эти краны имеют более десятка исполнений, отличающихся грузоподъемностью, высотой подъема крюка и вылетом. Базовый кран и его исполнения выполнены полноповоротными с неповоротной башней, поворотной головкой и горизонтальной балочной стрелой с грузовой тележкой.

Краны и их исполнения состоят из ходовой рамы 14 с ходовыми тележками 15, башни 10 с подкосами 12, поворотного оголовка 4, опорно-поворотного устройства 17, стрелы 7, грузовой тележки 8 с крюковой подвеской 9, противовесной консоли 2 спротивовесом 1, оттяжек 3 и 6 консоли и стрелы, кабины управления 5, подъемника 11 для машиниста, монтажной стойки 16, приспособления для заводки секций, приспособления 18 для монтажа и демонтажа настенных опор, унифицированных механизмов, электрооборудования и кабельного барабана. Ходовая рама кранов опирается на четыре сдвоенные унифицированные ходовые приводные тележки.

Стрелы кранов - балочные, треугольного сечения с основанием, опущенным вниз, состоят из корневой, головной и рядовых промежуточных секций, грузовой тележки, передвигающейся по нижним поясам стрелы, и тяговой тележечной лебедки, размещенной внутри стрелы. На основной секции стрелы смонтированы отводные блоки грузового и тягового канатов.

В зависимости от исполнения кранов применяются грузовые тележки различной грузоподъемности (12,5 и 25 т) и стрелы различной длины (35, 50 и 66 м). Грузовые тележки грузоподъемностью 12,5 т имеют два грузовых блока и четыре одиночных ходовых катка. Тележки грузоподъемностью 25 т опираются на восемь катков, соединенных попарно на балансирных подвесках, и имеют три грузовых блока. У тележки грузоподъемностью 25 т Кратность полиспаста изменяют присоединением дополнительного блока либо к грузовой тележке, либо к крюковой подвеске. Для автоматического уменьшения скорости грузовых тележек при подходе к крайним положениям, а также ограничения передвижения тележек служат два концевых выключателя.

Краны модульной системы имеют базовые унифицированные узлы-модули (механизмы, кабину, опорно-поворотное устройство, секции башен и стрел).

При этом механизмы, кабина, опорно-поворотное устройство унифицированы по всему типоразмерному ряду, а металлоконструкции кранов - по всем исполнениям внутри данного типоразмера. Варьируя число модулей секций башен и стрел, можно из одинаковых узлов-модулей получать различные исполнения крана, отличающиеся грузовыми, скоростными и высотными характеристиками, вылетом и типом стрелы.