Общая характеристика и разновидности кранов

Краны применяют на строительно-монтажных работах по возведению зданий и вертикальных промышленных сооружений, в подсобных производствах и прочих хозяйствах для выполнения технологических операций: погрузочно-разгрузочных работ, вертикального и горизонтального транспортирования строительных грузов, монтажа технологического оборудования. Краны классифицируют по нескольким признакам. По конструкции краны делятся на шесть групп: стреловые, башенные, мостовые, мачтовые, портальные и с несущими канатами.

По возможности перемещения в ходе выполнения технологических операций: самоходные, самоподъемные, переставные и стационарные краны

По конструкции ходового устройства: плавучие, рельсовые, железнодо­рожные, гусеничные, пневмоколесные, автомобильные краны и на специаль­ном шасси автомобильного типа.

По типу двигателей: с электрическими двигателями, двигателями внут­реннего сгорания и комбинированными двигателями. К последним относят­ся дизель-электрические краны с собственной силовой установкой. Краны могут быть одно- и многомоторными. В первом случае все механизмы при­водятся в

действие от одного общего двигателя (например, автокран), а во втором может быть два двигателя - для передвижения крана и отдельно для привода фузовой лебедки (краны на специальном шасси автомобильного ти­па) или многомоторный привод к механизмам передвижения, поворота баш­ни или оголовка, подъема стрелы, передвижения каретки (самоходный ба­шенный кран с балочной стрелой).

Рабочим оборудованием кранов являются основные и удлиненные (со вставками) стрелы, гуськи, передвижные каретки, а рабочим органом - крюк, к которому навешиваются различные грузозахватные устройства: стропы, траверсы, электромагниты, специальные устройства для захвата стандартных контейнеров. В отдельных случаях рабочим органом является грейферный ковш. В каждой группе краны различаются по своим рабочим характеристикам: максимальной грузоподъемности, вылету крюка, т. е. его удалению от верти­

кальной оси поворота крана, высоте подъема крюка, скорости подъема и опускания крюка, передвижения крана (с грузом или без груза), передвижения каретки, поворота вокруг вертикальной оси.

Почти у всех видов кранов грузоподъемность снижается по мере увеличе­ния вылета крюка, поскольку при этом увеличивается грузовой момент, г. е. произведение максимальной массы груза 9, подвешенного к крюку, на расстояние от крюка до вертикальной оси крана. За определенным для каждой марки крана пределом увеличение грузового момента может привести к опрокидыванию крана. Поэтому у большинства кранов (кроме мостовых) глав­ным параметром считается грузовой момент: М.

Поскольку грузовой момент башенных кранов не учитывает высоту подъ­ема крюка, для обобщенной характеристики крана можно пользоваться показателем грузоподъемность, определяемым произведением площади круга, ог­раниченной окружностью, по которой перемещается крюк при повороте кра­на на 360 °, на высоту подъема крюка и на грузоподъемность при данном вы­лете крюка. Грузовой момент измеряется в кНм, а грузоподъемность—в кНм³.

Рабочие органы кранов (грузозахватные устройства) несколько снижают высоту подъема груза по сравнению с высотой подъема крюка. Обычно эта разница составляет от 2 до 4,5 м, но при некоторых типах грузозахватных устройств, например, для подъема ферм, многоярусной подвески плит перекрытия, эта разница увеличивается до 9,5 м, что необходимо учитывать при выборе гой или иной марки крана для конкретных условий возведения зда­ний (сооружения).

В строительстве наибольшее распространение получили стреловые краны - 71 % от их общей численности, в том числе автокраны - 44 %, гусенич­ные - 11% и пневмоколесные— 10%. Доля башенных кранов составляет 16%,

остальные виды кранов -т13%. Каждая группа строительных кранов име­ет свою систему индексации, отражающую вид машины, ее основной пара­метр и исполнение. В настоящее время не существует единой индексации строительных машин. Каждое министерство, выпускающее машины, марки­рует их в соответствии с ведомственным положением об индексации.

В основу действующей в машиностроении системы индексации стреловых самоходных кранов приняты следующие признаки: первые две буквы - КС. т. е. кран стреловой; первая цифра размерная группа (1 - максимальная грузоподъемность 4 т; 2 - 6,3 т; 3 - 10 т: 4 - 16 т; 5 - 25 т; 6 -40 т; 7 - 63 т: 8 100 т. 9 - 160 г; 10 -250 г); вторая цифра—тип ходового устройства (I - гусеничное нормальное; 2 —гусеничное уширенное; 3— пневмоколесное: 4 специальное шасси автомобильного типа, 5 - шасси грузового автомобиля; 6 - шасси рактора; 7 - прицеп); третья цифра -исполнение рабочего оборудования (6 - с гибкой подвеской, 7 - с жесткой подвеской; 8 - телескопическое), четвертая цифра - порядковый номер модели; пятая цифра или буква -очередная модернизация (Л, В, В и т.д.); шестой знак (буквенный) климатическое исполнение (ХЛ - северное; Т - тропическое; ТВ - для влажных тропиков)

Таким образом, марка крана КС-4561 А означает, что кран стреловой, четвертой размерной группы (то есть максимальной грузоподъемностью 16 т), автомобильный с гибкой подвеской стрелы, первой модели и первой модернизации.

Марка крана КС-5363ХЛ означает, что кран стреловой, пятой размерной группы (то есть максимальной грузоподъемностью 25 т), пневмоколесный, с гибкой подвеской стрелы, третьей модели в северном исполнении.

Для башенных кранов принята следующая индексация: первые две буквы - КБ, т. е. кран башенный; первая цифра - размерная группа (3-грузовой момент до 1000 кНм; 4-более 1000 до 2000 кНм; 5-более 2000 и до 3000 кНм и 6-более 3000 до 5000 кНм); вторая и третья цифры - от 01 до 70 - краны с поворотной башней и от 71 до 90 - с неповоротной башней; четвертая цифра --порядковый номер модели.

Так, марка КБ-674А-3 означает, что кран башенный, с грузовым моментом более 3000 кНм, неповоротной башней (то есть с поворотным оголовком), первая модель, третье исполнение.

Применяется и другая индексация кранов, марка МСК-10-20 означает: монтажный строительный кран, максимальной грузоподъемностью 10 т и вылетом крюка 20 м; МКГ-25БР - монтажный кран гусеничный, максимальной грузоподъемностью 25 т, с башенно-стреловым оборудованием.

Мостовые краны, передвигающиеся по рельсам, установленным на стационарных опорах (эстакадах), используются только на базовых складах разгрузки поступающих строительных грузов и их погрузки в транспортные средства, а также на объекты строительства. В отдельных случаях, когда эти краны являются технологическим оборудованием строящихся или

реконструируемых зданий производственного назначения (металлургии, тяжелого машиностроения и др.), они используются для монтажа крупногабаритных, тяжелых станков и другого оборудования.

Более широко используется разновидность мостовых кранов на передвиж­ных опорах, перемещающихся по рельсам, установленным на шпалах - козловые краны. Рельсы, по которым перемещаются опоры, располагаются по обе стороны возводимого объекта, а мост (ригель) находится над объектом. Вдоль моста перемещается грузовая тележка (перпендикулярно направлению рельсовых путей). Эти краны используют при строительстве наземных со­оружений, железных дорог, станций метрополитена и некоторых других объектов. Благодаря высокой устойчивости (опоры с двух сторон моста) они об­ладают большой грузоподъемностью (до 200 т). Однако небольшая высота подъема крюка (до 12 м) и необходимость в большинстве случаев держать второй стреловой кран для подачи грузов в зону действия козлового крана сокращают область его эффективного применения.

Мачтовые краны, являющиеся стационарными, представляют собой стальную

решетчатую мачту, вертикально поставленную на специальную раму и фундамент и закрепленную четырьмя тросовыми растяжками (ванта­ми) к якорям. К низу мачты шарнирно прикреплена стрела. Грузоподъем­ность таких кранов достигает 100 т и более. Однако их применение вызывает большие затраты труда, времени и средства на устройство якорей, фундамен­та, монтаж самого крана. Кроме того, мачтовый кран может быть использо­ван только при наличии больших свободных площадей для устройства яко­рей, поскольку угол наклона тросовых растяжек не должен превышать 30 ". "Гак, если высота мачты составляет 20 м, то необходима свободная площадь минимум 70 * 70м.

Ранее такие краны использовались для монтажа вертикальных сооружений, главным образом предприятий черной металлургии и нефтехимии. О появлением мощных стреловых самоходных кранов грузоподъемностью 60 160 т и более область применения мачтовых кранов непрерывно уменьшается

Портальные рельсовые краны состоят из портала - четырех опор, связанных

общей рамой, на которой закреплено поворотное устройство К нему шарнирно прикреплена стрела, установлены машинное отделение и кабина машиниста Стрела маневренная, уравновешенная маятниковым противовесом В строительстве такие краны используются для погрузки и разгрузки строительных материалов в речных и морских портах.

Плавучие краны, полноповоротные, грузоподъемностью от 20 до 1,2 тыс. т. смонтированы на специальных самоходных понтонах, используются для строительства портовых сооружений, укрепления берегов морей железобетонными конструкциями и монтажа сооружений для добычи нефти

и газа в шельфах морей.

Краны с несущими канатами — кабельные — состоят из двух решетчатых мачт, закрепленных на фундаментах и расчаленных байтовыми растяжками так же, как и мачтовые краны. Несущий канат закреплен на оголовках мачт. По этому канату перемещается грузовая тележка с крюковой подвеской. Кабельные краны, как и мачтовые, в настоящее время применяются весьма редко

К строительным кранам относятся также тракторные краны поворотные и неповоротные Последние называют трубоукладчиками и используют почти исключительно на монтаже трубопроводов. Их грузоподъемность составляет от 5 до 60 т. Поворотные тракторные краны грузоподъемностью до 6,3 т применяют чаше всего при выполнении работ в условиях бездорожья, при строительстве ЛЭП, в сельском рассредоточенном строительстве.

Переставные краны грузоподъемностью 0,3...1 т относятся к средствам малой механизации и используются для вертикального транспортирования мелкоштучных и рулонных строительных материалов на строящееся или реконструируемое здание при выполнении отделочных, кровельных, санитарно-технических и электромонтажных работ.

Выбор кранов для выполнения работ по возведению здания или сооружения осуществляется в два этапа. На первом этапе, исходя из габаритов возводимого здания (сооружения), максимальной массы сборного элемента и его расположения в плане здания, размеров строительной площадки (условий

стесненности производства работ), выбирают краны (стреловой, башенный и др.), которые, но своим техническим характеристикам могут обеспечить выполнение технологических операций и процессов. На втором этапе выбирают конкретную модель крана на основе выполнения расчетов сравнительного экономического эффекта.

Принципиальное отличие всех видов кранов от других строительных машин цикличного действия: в большинстве случаев в течение рабочей смены и даже одного машино-часа они используются для выполнения трех различных

технологических процессов - монтажа сборных элементов, вертикального транспортирования материалов и погрузки или разгрузки различных материалов и конструкций. Процессы погрузки (разгрузки) и вертикального транспортирования включают технологические операции: зацепления груза (вручную), его горизонтального и вертикального перемещения (механизированным способом), отцепления груза (вручную) и возврата крюка в первоначальное положение (механизированным способом), а в процессе монтажа, кроме этого, выполняют операции посадки в проектное положение (одновременно вручную и механизированным способом), выверки и закрепления конструкции в этом положении также вручную и механизированным способом для поддержки конструкции до ее закрепления и закрепления конструкции в этом положении (также вручную и механизированным способом для поддержки конструкции до ее закрепления).

Продолжительность цикла в каждом из технологических процессов различна и зависит от объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, определяющих виды грузов, удобства их зацепления грузозахватными устройствами, высоты подъема или расстояния горизонтального перемещения грузов, необходимости поддержки груза (сборного элемента) в ходе выполнения технологических операций по его выверке и закреплению в проектном положении и меньше всего от скоростных характеристик крана (скорость подъема и опускания крюка, поворота, перемещения крана или грузовой тележки и пр.).

Так, при монтаже 12-этажных крупнопанельных зданий продолжительность

выполнения полностью механизированных операций в среднем составляет 15...20% от монтажного цикла, а для колонн и большепролетных ферм одноэтажных промышленных зданий она не превышает 10%. Увеличение скорости подъема и опускания крюка начинает влиять на монтажный и вертикальный циклы транспортирования грузов при строительстве многоэтажных зданий. Именно поэтому у кранов с большой высотой подъема крюка повышенная скорость его опускания.

При выполнении технологических процессов погрузки (разгрузки) строительных грузов скоростные характеристики кранов практически не оказывают влияния на время цикла в связи с его малой продолжительностью (в среднем 1,5...2 мин) и невозможностью увеличения скорости поворота крюка, т. к. это неизбежно приведет к увеличению раскачки груза, времени на его «успокоение» и тем самым увеличению продолжительности цикла погрузки (разгрузки) и снижению производительности крана.

В этой связи техническая производительность кранов определяется по каждому виду в зависимости от назначения Автомобильные краны преимущественно заняты на погрузке и разгрузке строительных грузов в среднем 70. 90% рабочего времени (в зависимости от их грузоподъемности), а остальное время на монтаже и вертикальном транспортировании г.-строительных грузов. Гусеничные и пневмоколесные краны заняты на монтаже конструкций 65. .80% рабочего времени, около 10% на вертикальном транспортировании грузов, а остальное время на выполнении погрузки и разгрузки строительных грузов. Башенные краны в зависимости от грузоподъемности и высоты подъема крюка, определяющих область их применения, от 30 до 70% заняты на монтаже конструкций, 25 ...35% - на вертикальном транспортировании грузов и от 5 до 35% - на погрузке и разгрузке строительных грузов.

Эксплуатационная производительность стреловых самоходных кранов, т/ч:

П_э =QnК_г К_В.

где Q - номинальная грузоподъемность крана на данном вылете стрелы, т; n = ЗбОО/ число циклов, совершаемых краном за один час работы (где Т_ц -

продолжительность цикла, с); К_г - коэффициент использования крала по грузоподъемности (К_г=0,.5...0,9); К_В - коэффициент использования крана по времени (К_В.= 0,7. ..0,85);.

Общее время цикла Т_ц складывается из машинного времени t_м и времени, расходуемого на выполнение ручных операций t_Р

Пути повышения производительности кранов состоят в уменьшении продолжительности цикла и увеличении средней массы грузов, перемещаемых за цикл. С этой целью в проектах зданий необходимо предусматривать выравнивание масс монтируемых элементов, применять укрупненную сборку легких элементов, контейнеры и пакеты. Продолжительность ручных операций снижают за счет применения автоматических захватов и прогрессивных технологических схем принудительного монтажа.

Башенные краны

Башенные краны выпускают самоходными на рельсовом ходу, самоподъёмными и приставными. Самоходные башенные краны подразделяют на группы: с поворотной башней (рис 8), с поворотным оголовком и неповоротной башней (рис. 9, 10), . Первые более мобильны, т с при перебазировке с одного объекта строительства на другой переводятся без разборки на отдельные узлы. Их конструкция обеспечивает возможность складывания: стрела опускается вдоль башни, которая, будучи закрепленной шарнирно на несущей раме, опускается оголовком на кузов тягача. Под несущую раму подводится транспортная ось с колесами на пневматиках («подкатная ось»), и кран готов к перевозке. Снимается с крана только балласт, выполненный в виде бетонных блоков, расположенных на несущей раме.

Самоходные башенные краны с поворотным оголовком менее мобильны. При их перебазировке необходимо распасовать грузовой канат, отстыковать и снять стрелу и противовесную консоль с контргрузом, расстыковать секции башни и ее основание, опорную ходовую раму, снять балласт (железобетонные блоки, закрепленные на ходовой раме). Перевозится такой

кран с одного объекта на другой отдельными узлами с последующей их сборкой на новом объекте, что обусловливает большую трудоемкость, стоимость и продолжительность перебазировки, чем у кранов с поворотной башней. Преимуществом башенных кранов с поворотным оголовком является большая грузоподъёмность.

Башенные краны оснащаются подъемными или балочными стрелами. Первые имеют на конце стрелы головной блок, через который проходит грузовой канат с подвешенным к нему крюком.

Для изменения положения крюка и соответственно груза (в плане) и его подачи к месту укладки необходимо или поднять стрелу и тем самым уменьшить вылет крюка, или переместить кран по рельсам с одновременным поворотом башни или оголовка.

При балочной стреле крюк подвешен к грузовой тележке, перемещающейся вдоль стрелы. Для изменения положения груза (в плане) достаточно переместить грузовую тележку с одновременным поворотом башни или оголовка, на что тратится меньше времени и электроэнергии, чем при подъемной стреле. К тому же раскачка груза, подвешенного на гибкой нити (грузовом тросе), во втором случае меньше и тем самым меньше затрат времени на «остановку» раскачивающеюся, как маятник, груза и его посадку в проектное положение. Это особенно важно при монтаже сборных элементов здания (сооружения).

Существенным преимуществом башенных кранов по сравнению со стреловыми является почти полное использование подстрелового пространства Поскольку башня стоит вертикально, параллельно стене строящегося здания, полезный вылет крюка, т. е. зона, в которой можно поднимать или опускать строительные грузы, меньше расстояния от вертикальной оси крана до максимального удаления крюка только на половину ширины подкранового рельсового пути плюс 0,5 м от конца шпалы до стены здания Тем самым снижается потребность в свободной территории строительной площадки, что особенно важно в условиях городской застройки и при реконструкции действующих предприятий.

Другим, весьма важным, преимуществом башенных кранов является

неизменность или незначительное снижение грузоподъемности при увеличении вылета крюка.

Это достигается специальным устройством балласта, расположенного на ходовой раме, или перемещением контргруза на претивовесной консоли.

Рис. 4 Самоподъемный башенный кран УБК 15-49

1 – лебедка подъема крана; 2 – грузовая лебедка; 3 – лебедка поворота оголовка со стрелой и противовесной консолью; 4 – лебедка передвижения грузовой тележки; 5,6 – опорные балки.

К ходовым рамам самоходных башенных кранов крепятся поворотные на вертикальных осях устройства («флажки») и ходовые тележки, благодаря которым кран может перемещаться по криволинейным рельсовым путям при монтаже здания сложной конфигурации в плане или вокруг вертикального сооружения. Минимальный радиус кривизны по внутреннему рельсу (ближнему к зданию) составляет 3,5 м, а у большинства таких кранов - 6.. .7 м.

Кабины машинистов всех башенных кранов расположены у оголовка башни, что обеспечивает хороший обзор рабочей зоны и исключает необходимость в рабочем-сигнальщике.

У последних моделей башенных кранов с кабиной, расположенной на вы­соте 50 м и более (например, у крана КБ-674), в неповоротной башне встроен пассажирский подъемник для машиниста и рабочих, выполняющих техническое обслуживание крана.

Все башенные краны имеют многомоторный электропривод Характеристики самоходных башенных кранов приведены в табл. 7

Самоподъемные башенные краны состоят из башни с поворотным оголовком и платформой, на которой закреплены стрела, противовесная консоль, кабина машиниста, грузовая и стреловая лебедки, и подъемной обоймы. Обойма опирается на балки, которые прикрепляются болтами или хомутами к стальным конструкциям каркаса здания в двух уровнях (этажах).

Внутри башни установлена лебедка, при помощи которой через систему полиспастов осуществляется выдвижение башни и перемещение обоймы..

Самоподъемный башенный кран устанавливают в середине здания. Такое расположение обеспечивает возможность подачи груза в любую точку здания при относительно короткой стреле (до 30 м) и вылете крюка до 27,5 м. Все высотные здания Москвы были смонтированы с применением самоподъемных башенных кранов В последние десятилетия они не использовались в связи с прекращением строительства высотных зданий

(более 70 м) и ограничением применения стального каркаса Однако при возобновлении такого строительства самоподъемные башенные краны, сконструированные на современном техническом уровне, найдут широкое применение.

Разновидностью самоподъемных башенных кранов являются так называемые ползучие краны, используемые для монтажа стальных радиомачт и телевизионных башен. Грузоподъемность таких кранов составляет 1,5...4 т при вылете крюка 1...1.5 м. При помощи хомутов кран прикрепляется к смонтированным стальным конструкциям мачты и по мере ее наращивания с помощью собственной лебедки «ползет» вверх на необходимую высоту.

Приставные башенные краны отличаются от самоходных отсутствием ходовой часта. Их устанавливают на фундамент рядом со строящимся зданием и прикрепляют к несущим элементам стены здания. Благодаря жесткому закреплению башни крана появляется возможность ее наращивания до 75 80 м и увеличения длины балочной стрелы до 40 м Такие краны эффективны для возведения 22 26-этажных зданий башенного типа

Сменная эксплуатационная производительность крана, т/смен:

П₃= t_см Q n К_г К_В

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

Общее время цикла складывается из машинного времени t_р и времени, расходуемого на выполнение ручных операций t_р:

Т_ц= t_м +t_р +t_В z

t_ц= [(H₁ /v₁ )+(H₂ /v₂ )+( L₁ /v₃ )+(L₂ /v₄) + +(2о/360n_H)]К,

t_р =t_з +t_у +t_о

где H₁ и Н₂ - соответственно высота подъема и опускания крюка, м; v₁ v₂, v₃, v₄ - скорости подъема и опускания груза, передвижения грузовой тележки (или изменения вылета) и крана, м/мин, L₁ и L₂ - путь передвижения грузовой тележки (или изменения вылета) и крана, м; n_H - частота вращения стрелы крана, мин" ; К - коэффициент совмещения операций (зависит от технических возможностей крана и мастерства машиниста); t_В -время вспомогательных машинных операций, мин; t_з - время строповки груза, мин; t_у - время наводки и установки груза в проектное положение, мин; t_о - время расстроповки груза, мин; а угол поворота стрелы (туда и обратно), гр ; z -число вспомогательных машинных операций (подъем, передвижение, поворот с грузом, обратный поворот, опускание и т.д.).

ЗЕМЛЕРОЙНЫЕ МАШИНЫ

Экскаваторы

Экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины, предназначенные для копания и перемещения грунта. Различают одноковшо­вые экскаваторы периодического (цикличного) действия с основным рабо­чим органом в виде ковша определенной вместимости и экскаваторы непре­рывного действия с многоковшовыми, скребковыми и фрезерными (бесковшовыми) рабочими органами. Одноковшовые экскаваторы осуществляют ра­боту отдельными многократно повторяющимися циклами, в течение которых операции копания и перемещения грунта выполняются раздельно и последо­вательно. В процессе работы машина периодически перемещается на не большие расстояния для копания очередных объемов грунта. Экскаваторы непрерывного действия копание и перемещение грунта осуществляют одно­временно и непрерывно. Производительность таких экскаваторов выше, чем одноковшовых, затрачивающих около 2/3 рабочего времени на перемещение грунта и рабочего оборудования.

По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строительные универсальные для земляных и погрузочно-разгрузочных работ в строительстве, карьерные для разработки карьерой строительных материалов, рудных и угольных месторождений и вскрышные для разработки полезных ископаемых открытым способом. Экскаваторы непрерывного действии но назначе­нию делят на машины продольного копания для рытья протяженных выем (к прямоугольного и трапецеидального профиля - траншей под трубопроводы и коммуникации различного назначения (траншейные экскаваторы), каналов и водоводом (канавокопатели); поперечного копания для карьерных, планиро­вочных и мелиоративных работ: радиального копания для вскрышных и карьерных работ большого объема.

В промышленном и гражданском строительстве преимущественно используются одноковшовые строительные и траншейные экскаваторы.