Эксплуатация грузоподъемных машин
Эксплуатация грузоподъемных машин в строительстве регламентируется требованиями СНиПов и правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, контроль за соблюдением которых возложен на органы Госгортехнадзора. Эти требования направлены на обеспечение длительной работы грузоподъемных машин с максимально возможной производительностью и обязательное выполнение правил техники безопасности - обеспечение устойчивости кранов, оборудование их устройствами безопасности, систематическое проведение технического освидетельствования кранов и грузозахватных органов и др.
Производительность строительных кранов. Среднечасовая эксплуатационная производительность (т/ч) строительных кранов характеризуется массой поднятых грузов за один машино-час:
Пэч = 60 Q · kг · kв / tц;
где Q - грузоподъемность, т; kг - коэффициент использования крана по грузоподъемности; kв - то же, по времени (значения kг и kв принимают в зависимости от типа рабочего оборудования: при крюковом оборудовании kг=0,8...0,9, kв = =0,75...0,9; при грейферном kг =0,8...0,9, kв =0,85...0,95); tц ‑продолжительность рабочего цикла, мин; tц= tм + tро, где tм - средняя продолжительность машинного времени цикла, приведенная к конкретным условиям эксплуатации (высота подъема груза, угол поворота крана, длина горизонтального перемещения проекции груза при изменении вылета, расстояние передвижения крана в течение цикла и др.), определяемая с учетом совмещенных движений механизмов, мин; tро - средняя продолжительность ручных операций по строповке, наводке и установке груза в проектное положение, определяемая видом грузозахватных устройств, типом монтажных элементов и квалификацией монтажников, мин.
В общем случае (рис.97) tц =2 · [Н / υг+l1 / υ1+ l2 / υ2+α / (360n)] · k + tро,
 Рис.97. Схема к определению среднего машинного времени |
где Н=Н1+h - высота подъема груза, м; Н1 ‑ высота монтируемого здания, м; h ‑ расстояние от верхней отметки здания до низа груза, м; υг - скорость подъема (опускания) груза, м/мин; l1 - средний путь каретки, стрелы (при изменении вылета), м; l2-средний путь крана, м; υ1- скорость изменения вылета, м/мин; υ2- скорость передвижения крана, м; α - угол поворота крана (стрелы), град; k -коэффициент, учитывающий совмещение операций; п ‑ частота вращения крана (стрелы), мин-1.
Годовую эксплуатационную производительность можно определить через среднечасовую по формуле
Пэг = Пэч Т kв
где Т - рабочее время крана в году, ч; kв ‑ коэффициент использования внутрисменного времени, принимаемый на основании статистических данных; усредненное значение kв =0,86.
Для определения эффективности использования для всего списочного парка кранов установлены директивные нормы выработки кранов, исчисляемые в тоннах на 1т грузоподъемности крана. Например, для стреловых самоходных кранов грузоподъемностью 25т годовая директивная норма выработки при монтаже металлоконструкций составляет 155т на 1т грузоподъемности.
Устойчивость кранов. Степень устойчивости свободно стоящих кранов, определяемая коэффициентами устойчивости, представляет собой отношение удерживающего момента к опрокидывающему. Нагрузки, создающие опрокидывающий момент в этих кранах, как правило, приложены за пределами опорного контура, а сила тяжести крана, приложенная внутри опорного контура, создает соответственно удерживающий момент. При разных положениях рабочего оборудования изменяются координаты его центра тяжести, значения действующих сил и их плечи, а, следовательно, значения опрокидывающих и удерживающих моментов. Коэффициенты устойчивости и методика их определения регламентированы правилами Госгортехнадзора, а для башенных кранов - ГОСТ 13994-81.
Устойчивость проверяют для следующих состояний крана: грузовую - при работе крана с грузом (рис.98,а); собственную - для рабочего состояния крана без груза с предельно поднятой стрелой (рис.25,б); для нерабочего состояния (рис.98,в и г). Состояние (рис.98,в) является расчетным в случае, если у кранов в нерабочем состоянии допускается свободное вращение поворотной части, которая под действием ветра займет положение, показанное на рис.98, в. Кроме того, устойчивость проверяют для случая внезапного обрыва груза (рис.98,д), когда кран может опрокинуться в сторону, противоположную рабочему оборудованию, вследствие преобразования накопленной в предшествующем расчетному случаю нагруженном состоянии потенциальной энергии в кинетическую энергию опрокидывания крана. Устойчивость проверяют также при монтаже (демонтаже) крана - в начале монтажа или в конце демонтажа в момент отрыва монтируемого блока от земли (рис.98,е) и при
 Рис.98. Схемы для расчета устойчивости свободно стоящих кранов |
вертикально установленном, но не полностью смонтированном блоке (рис.98ж).
Устойчивость проверяют для наиболее неблагоприятных условий состояния крана: при наиболее неблагоприятном в отношении опрокидывания сочетании действующих на кран нагрузок при расположении крана на наклонной в сторону возможного опрокидывания поверхности. При расчете учитывают упругую деформацию элементов крана под действием приложенных к нему сил, деформацию кранового пути (для рельсоколесных кранов), а также просадку основания под опорными элементами крана.
Во всех случаях, кроме начального монтажного состояния (рис.98,е), удерживающий момент формируется силами тяжести элементов крана, а для случая (рис.98,е) - только силой тяжести ее нижней части GП. Опрокидывающий момент создается силой тяжести груза (только при проверке грузовой устойчивости), ветровой и инерционными нагрузками при подъеме груза и передвижении крана, а для случая (рис.98,е) -силой тяжести поднимаемого блока GП. Расчетную массу груза принимают равной грузоподъемности крана. Ветровую нагрузку для случаев (рис.98,а, б и д) принимают по нормам рабочего состояния, для всех других случаев - по нормам нерабочего состояния. Последняя примерно в 3,6 раз больше ветровой нагрузки рабочего состояния. Расчетное направление ветровой нагрузки - в сторону возможного опрокидывания. Инерционные нагрузки определяют в соответствии с инерционными параметрами (массами и моментами инерции, жесткостью связей) движущихся элементов привода, груза и крана в целом, а также динамическими характеристиками привода.
Грузовую устойчивость проверяют расчетом и испытанием изготовленного крана по Правилам Госгортехнадзора при приемочных испытаниях на предприятии-изготовителе и при техническом освидетельствовании на строительной площадке. Остальные виды устойчивости проверяют только расчетом. Параметры устойчивости рассчитывают в соответствии с нормативной документацией головных научно-исследовательских организаций, согласованной с Госгортехнадзором РФ.
ПРИМЕР
При проверке грузовой устойчивости считают, что кран стоит на наклонной площадке, подвержен действию ветра, поворачивается, одновременно тормозится опускаемый груз и движущийся кран (рис.99,а).
Коэффициент грузовой устойчивости Кг = (МG - ΣМин - Мв) / МQ ≥ 1,15,
где МG = G g [(b+c) cos α-H1 sin α] - момент, создаваемый силой тяжести частей крана относительно ребра опрокидывания; ΣМин = Мин.гр + Мин.кр.гр + Мц - суммарный момент сил инерции и груза, возникающих в процессе торможения крана и груза, и центробежной силы при вращении крана с грузом; Мв = Wкр a + Wгр L-момент, создаваемый ветровой нагрузкой рабочего состояния на кран и груз, действующий параллельно плоскости, на которой установлен кран; МQ = Q g (A - b) - момент создаваемый номинальным весом груза относительно ребра опрокидывания.
Сила инерции при торможении опускающегося груза Fин.гр = Q υ / t (υ -скорость установившегося движения груза; t - время торможения) совпадает с силой тяжести груза и приложена к оси головных блоков. Опрокидывающий момент от этой силы Mин.гр = Fин.гр (A - b).
При торможении движущегося крана силы инерции возникают от массы крана и груза, которые направлены горизонтально вдоль пути перемещения крана. Опрокидывающий момент от этих сил Мин.кр.гр = G υ h / t + Q υ L / t,
где υ и t - скорость передвижения и время торможения крана.
Во время поворота крана возникает горизонтально направленная центробежная сила F=Qω2r, создающая опрокидывающий момент Mц = F L, где ω = π n / 30 - угловая скорость крана; п- частота вращения крана.
Под действием центробежной силы груз отклоняется от вертикали на угол β и радиус вращения груза превысит вылет крана r = A + H tg β. Тогда центробежная сила F=Qπ2п2А / (900-n2 H). Опрокидывающий момент этой силы Mц = Q n2 H h L (900 - n2 H).
Коэффициенты грузовой устойчивости определяются для двух расчетных положений стрелы: 1) стрела направлена в сторону уклона и перпендикулярна ребру опрокидывания; 2) стрела направлена в сторону уклона, но расположена под углом 45° к ребру опрокидывания (в плане).
Правилами Госгортехнадзора допускается проверка грузовой устойчивости крана без учета дополнительных нагрузок. При этом кран считается установленным на твердой горизонтальной площадке в безветренной зоне, на крюке подвешен груз для данного вылета стрелы, а механизмы крана не совершают движений. Коэффициент грузовой устойчивости определяется как отношение момента, создаваемого весом всех частей крана, к моменту, создаваемому рабочим грузом, относительно того же ребра опрокидывания. В этом положении должно соблюдаться условие Кг = МG / МQ ≥ 1,4.
 Рис.99. Схемы к проверке устойчивости стрелового крана: а - грузовой; б – собственной |
При проверке собственной устойчивости (рис.99,б) считают, что кран стоит на наклонной площадке, стрела установлена вдоль пути, вылет - минимальный, кран подвержен действию только ветра нерабочего состояния. Коэффициент собственной устойчивости Кc = М′G / М′в ≥ 1,15,
где М′G - момент, создаваемый массой крана относительно ребра опрокидывания; М′в - момент ветровой нагрузки нерабочего состояния.
Для стреловых самоходных кранов автомобильных, пневмоколесных, гусеничных, кроме того, проверяется устойчивость при движении на участках пути с продольным и поперечным уклонами.
Устройства безопасности. Строительные краны оборудуются устройствами безопасности, к которым относятся ограничители грузоподъемности, ограничители рабочих движений, указатели наклона, анемометры, упоры, противоугонные захваты и др. В качестве устройств безопасности в строительных кранах применяют также бесконтактные переключатели (электронные, электромагнитные, ультразвуковые, фотоэлектронные и др.), обладающие повышенной надежностью, в частности, при работе в условиях пыльной или газовой среды и высокой влажности.
Козловые краны оборудуют ограничителями перекоса для отключения привода механизма передвижения крана при забегании одной стороны крана относительно другой.
В стреловых кранах применяют также ограничители грузоподъемности электромеханического типа ОГП-1. Ограничитель состоит из релейного блока с датчиками фактической и предельной нагрузок (рис.100).
 Рис.100. Ограничитель грузоподъемности электромеханического типа: а - схема включения ограничителя; б - датчик фактической нагрузки; в - установка датчика предельной нагрузки; г - схема электрического моста |
Датчик фактической нагрузки представляет собой динамометр 3 в виде упругого кольца 5, деформация которого передается на рычажный потенциометр 4. Динамометр включают в систему канатов 1 стрелового полиспаста и стержней 2, так как усилие в нем зависит от веса груза, стрелы и вылета крюка. Датчиком предельной нагрузки является потенциометр 12, положение ползуна которого устанавливается рычажной системой 6, 7, 9, 10, 11 зависимой от угла наклона стрелы 8. Зависимость электрического сигнала от угла поворота стрелы создается профилем кулачка, установленного в датчике. Потенциометры 4 и 12 и поляризованное реле нагрузки (РН) 13 соединены по схеме электрического моста, питаемой постоянным током напряжением 12 В. Работа ограничителя грузоподъемности основана на принципе сравнения усилия, измеряемого датчиком нагрузки, с предельно допустимым, задаваемым датчиком вылета (предельной нагрузки). При массе поднимаемого груза меньше допустимой мостовая схема не уравновешена и через катушку реле РН проходит ток. Если фактическая нагрузка превысит допустимую, то изменится направление тока в катушке реле, что приведет к размыканию контактов реле и отключению крана.
В кранах с гидроприводом датчик фактической нагрузки приводится в действие гидроцилиндром, соединенным трубопроводом с поршневой и штоковой полостями цилиндра подъема стрелы, давление в котором определяется величиной вылета стрелы и массой поднимаемого груза.
На современных башенных кранах применяют также микропроцессорные ограничители грузоподъемности с аналогичной описанной схемой работы. Микропроцессорный ограничитель состоит из блока обработки данных и релейного блока, работающих от датчиков усилия, вылета и скорости ветра. Ограничитель позволяет визуально по трем цифровым индикаторам оценивать основные параметры работы крана: вылет, соответствующую ему допустимую и фактическую массу груза, загрузку крана по грузовому моменту в процентах от допускаемого и скорость ветра. При 90% загрузке крана выдаются звуковой и световой сигналы, а при перегрузке - световой сигнал и сигнал на отключение приводов. Звуковой сигнал выдается также при скорости ветра, составляющей 75% от допустимой. Кроме того, микропроцессорный ограничитель блокирует перемещение груза на скоростях, превышающих допустимые для данной массы груза, а также обеспечивает автоматическую самодиагностику датчиков и элементов блока обработки данных.
Ограничители рабочих движений снабжаются автоматически действующими устройствами, концевыми выключателями для остановки механизмов подъема груза, передвижения, поворота или изменения вылета стрелы в крайних положениях (например, высоты подъема крюка или его опускания ниже установленной отметки). После срабатывания такие ограничители не препятствуют движению механизма в обратном направлении.
Краны, работающие на открытом воздухе, подвержены действию ветрового давления. Работа крана допускается при давлении ветра не более 250 Па (для некоторых районов - до 400 Па). При превышении указанных пределов кран должен прекратить работу, а его ходовая часть должна быть заторможена. В практике эксплуатации рельсоколесных кранов большой высоты имеют место случаи самопроизвольного передвижения крана под действием ветрового давления, приводящие к сходу крана с путей и опрокидыванию. Во избежание этого ходовые тележки этих кранов оборудуют противоугонными захватами в виде клещей, которыми в нерабочем состоянии крана ходовую тележку жестко соединяют с рельсами. С той же целью в конце рельсового пути устанавливают тупиковые упоры с буферными устройствами для смягчения удара при наезде крана на упор. Буферными, обычно резиновыми, упорами оборудуют также концевые участки пути грузовой тележки башенных кранов.
Захват представляет собой клещи, соединяющие тележку крана с рельсами с помощью механического привода или вручную (рис.101). Башенные краны, а также краны с несущими канатами имеют ветровую защиту в виде анемометров, которые при достижении скорости ветра нерабочего состояния включают звуковую сигнализацию, а в отдельных конструкциях кранов - противоугонные захваты с одновременным отключением крана. Стреловые краны снабжаются также прибором, включающим звуковой сигнал о приближении стрелы крана к находящимся под напряжением проводам Кабины кранов и грузопассажирских подъемников оборудуются электрической блокировкой двери, исключающей движение крана при открытой двери. Организация технического надзора за строительными кранами. Качество изготовления и контроль
 Рис.101. Клещевой захват: 1 – губки; 2 ‑ корпус; 3 ‑ гайка; 4 ‑ кожух; 5 – винт |
за состоянием и безопасной эксплуатацией строительных кранов осуществляют органы Госгортехнадзора СССР. Непосредственная ответственность за содержание грузоподъемных машин, съемных грузозахватных приспособлений в исправном состоянии и безопасные условия их работы возлагается на руководство строительной организации и ответственных по надзору за грузоподъемными машинами инженерно-технических работников, назначаемых приказом по организации. В их обязанности входит: надзор за техническим состоянием и безопасной эксплуатацией грузоподъемных машин, грузозахватных устройств, крановых путей, правильностью строповки груза; проведение технических освидетельствований кранов и выдача разрешений на их работу; контроль за соблюдением сроков осмотров и ремонта кранов и грузозахватных приспособлений, за порядком допуска к управлению кранами; участие в проведении аттестации и в проверке знаний обслуживающего и ремонтного персонала.