Строительно-монтажные краны предназначены для монтажа оборудования и
сооружений промышленных предприятий, судов, энергетических объектов, мостов
и др.; их грузоподъемность варьируется в широком диапазоне, достигая 600 т,
величины пролетов - от 32 до 115 м, высота подъема груза - от 20 до 80 м.
Кран такого типа (рис. 1.10) состоит из моста 1, как правило, коробчатой
конструкции с консолями 2, опирающимися на опоры 3. По верхнему строению
мостового пролета перемещается консольная грузовая тележка 4 главного
подъема; к нижнему поясу моста прикрепляется двутавровая ездовая балка, по
которой передвигается электроталь 5 грузоподъёмностью 10 т. Кабина
управления 6 устанавливается на мосту около опоры, механизмы передвижения 7
и 8 выполнены в виде трёхколёсных тележек с двумя балансирами; одно из колес
каждой тележки приводное.
Конструкции козловых строительно-монтажных кранов наиболее полно отражают
тенденции современного краностроения, обусловленные техническим прогрессом в
машиностроении, строительной индустрии, энергетике, судостроении. Это прежде
всего увеличение грузоподъемностей, длины пролетов и высоты подъема грузов,
в связи со все более широким применением технологии монтажа крупными
блоками, усовершенствование электропривода и систем управления, устройств и
приборов безопасности.
В связи с необходимостью обеспечения высокой точности монтажа, исчисляемой
зачастую долями миллиметра, краны этого типа, как правило, оборудуют
приводами с посадочными скоростями порядка 0,1 м/с и менее, а также малыми
скоростями передвижения кранов и тележек. А учитывая необходимость
выполнения помимо основных монтажных операций также вспомогательных и
общестроительных грузоподъемных работ, такие краны оснащают многоскоростными
приводами механизмов подъема, а иногда и передвижения крана и тележки.
В связи с индивидуальным или мелкосерийным характером производства
строительно-монтажных кранов, а также учитывая высокую нагруженность, их
металлические конструкции чаще всего выполняют листовыми коробчатыми.
Определенное исключение составляет показанный на рис. 1.10 кран К-100У, мост
1 которого имеет листовую коробчатую конструкцию, а консоли 2, а также опоры
3, жестко прикрепляемые к мосту, выполнены решетчатыми. По рельсам,
установленным на верхнем строении крана, передвигается опорная грузовая
тележка 4, а по ездовой балке, прикрепленной к нижнему поясу моста, -
электроталь 5. Кабина 6 установлена стационарно в верхней части жесткой
опоры. Перемещение крана осуществляется по рельсовому пути на тележках 7,
которые оснащены буферами 8.
Рис. 1.10. Общий вид козлового строительно-монтажного крана
Уникальный строительно-монтажный кран, специально спроектированный
Харьковским институтом «Энергомонтажпроект» и изготовленный Запорожским
энергомеханическим заводом для строительства атомных электростанций, показан
на рис. 1.11.
Рис. 1.11. Общий вид козлового однобалочного крана К2 * 100 для
строительства атомных электростанций: а - конструктивная схема; б - монтаж
купола атомной станции
Кран, предназначенный для монтажа здания и
оборудования реакторного отделения атомной станции, выполнен однобалочным,
имеет уникальные параметры: грузоподъемность 2x100 т, пролет 80 м, высоту
подъема груза 76 м. Конструкция включает: однобалочный мост 1 с двумя
консолями 2 длиной по 9 м каждая; одностоечные опоры 3, большие подкосы 4,
соединяющие консоли с опорами в плоскости моста и увеличивающие его
жесткость; большие подкосы 5, соединяющие портал 6 с опорами; малые подкосы
7, соединяющие опоры с порталом и передающие нагрузку на ходовые тележки 8,
снижающие тем самым нагруженность портала; два стреловых поворотных крана 9,
установленных на мосту над опорами и предназначенных для ремонта и
обслуживания консольных грузовых тележек 10. Кран также оснащен подвесной
вспомогательной тележкой 11 грузоподъемностью 20 т, предназначенной для
вспомогательных работ: замены крюков на подвеске для траверс, подъема и
транспортирования грузов до 20 т с повышенными скоростями. Монтаж
крупногабаритных и массивных элементов, например купола здания атомной
станции, производится только с помощью траверсы 12 длиной 20 м,
подвешиваемой на траверсы 13 грузовых тележек, что показано на рис. 1.11,6.
Основные параметры наиболее распространенных кранов этого вида приведены в
табл. 1.3.
Таблица 1.3
Технические характеристики козловых кранов, применяемых для строительных,
монтажных и специальных работ (по данным Запорожского энергомеханического
завода)
Схемы металлоконструкций современных строительно-монтажных кранов в целом
можно разделить на семь основных разновидностей, сформировавшихся в процессе
их эволюции. Наиболее широкое распространение получили двухбалочные (рис.
1.12, а) краны, чаще всего выполняемые двухконсольными. Краны этих типов
обычно выполняют с одной жесткой и одной шарнирной опорами, хотя наметилась
тенденция изготовления кранов даже больших пролетов с двумя жесткими
опорами, что обусловлено тем, что компенсация температурных изменений длины
моста происходит за счет разницы между шириной подкрановых рельсов и рабочей
поверхности ходовых колес, а металлоконструкция с двумя жесткими опорами
лучше сопротивляется выбегу опор при изменении нагрузок на опоры и других
факторов, вызывающих выбег опор кранов с раздельным приводом передвижения.
В последние годы все большее применение находят краны однобалочной
конструкции (см. рис. 1.10; 1.11). Применение такой схемы позволяет
существенно снизить металлоемкость крана и затраты на его изготовление
[1.3]. Опоры однобалочных кранов могут быть одностоечными (рис. 1.12, б, г,
д, е) или с разветвленными двухстоечными опорами (рис. 1.12, в, ж). При
одностоечных опорах ходовое оборудование устанавливается на основаниях
порталов (рис. 1.12, б, г, д, е). Балки ходовых тележек соединяются с
опорами шарнирно или жестко. При шарнирном соединении, позволяющем упростить
технологию монтажа крана, добавляются подкосы, соединяющие шарнирно
одностоечные опоры с порталом (рис. 1.12, г, д, е).
Введение подкосов в схемы козловых кранов является новым конструктивным
решением в краностроении [1.4, 1.5], позволяющим увеличить жесткость
пространственной металлоконструкции при сравнительно небольшом увеличении
металлоемкости. Для увеличения жесткости главной балки вводятся подкосы,
соединяющие консоли с опорами кранов (рис. 1.12, д, е, ж); при этом сами
консоли служат не только для передвижения тележек и выноса груза за пределы
крановых путей, но и для увеличения жесткости моста, а также распределения
силового потока на всю металлоконструкцию крана.
Главная балка моста однобалочных кранов работает на изгиб или на изгиб с
кручением в зависимости от конструкции грузовых тележек. Кручение моста
крана вызывает дополнительные напряжения в металлоконструкции главной бшгки,
но снижает динамику ее нагружения в переходных режимах за счет
дополнительной податливости под нагрузкой.
Поскольку большинство схем металлоконструкций, применяемых в козловых
кранах, являются статически неопределимыми, при проектировании перед
конструкторами стоит сложная задача рационального выбора схемы, которую
невозможно решить без соответствующего анализа. Для этого разработаны
специальные методики анализа структурных схем кранов [1.8], позволяющие в
зависимости от заданных параметров выбрать наиболее приемлемую схему
построения металлоконструкции.
В отличие от кранов общего назначения строительно-монтажные краны имеют-
целый ряд специфических схем металлоконструкций мостов. Самыми
распространенными по-прежнему остаются двухбалочные мосты коробчатого или
решетчатого типов. Однако в последние годы наметилась тенденция к
производству однобалочных кранов большой грузоподъемности для строительства
и обслуживания тепловых и атомных электростанций, как, например, крапов
К-100У, К2х100 и некоторых других (см. рис. 1.10, 1.11), хотя длительное
время считалось, что однобалочные мосты применимы лишь для кранов небольших
грузоподъемностей. Такие краны выполняют как с опорными (рис. 1.13, а, б, в,
г, и, к, л), так и подвесными тележками (рис. 1.13, д, е, ж, з).
Козловые специальные краны часто делают с двумя механизмами подъёма: главным
и вспомогательным. В таких случаях главный подъём обычно устанавливают на
опорной тележке, а вспомогательный - на подвесной (рис, 1.13, б, в, г, л);
при этом тележку вспомогательного подъема обычно подвешивают на закрепленной
снизу к пролетному строению двутавровой балке соответствующего сечения,
установленного расчетом в зависимости от величины грузоподъёмности. Эта
балка помимо непосредственного функционального назначения увеличивает общую
прочность и жёсткость моста.
Представляют интерес мосты незамкнутого сечения (рис. 1.13, и, к), в которых
тележка расположена внутри сечения моста и тем самым защищена от атмосферных
осадков. Мосты могут выполняться решетчатыми, коробчатыми прямоугольного,
трапецеидального или треугольного сечения, а также составными из труб,
уголков, двутавров.
Поскольку однобалочные мосты работают обычно с консольными тележками, важное
значение имеет конструкция опорных и поддерживающих от опрокидывания рельсов
и места их установки.
Для кранов больших грузоподъемностей и пролетов главные балки мостов часто
делают составными. Например, у крана К-400, предназначенного для
строительства атомных электростанций, сечение моста в верхней части
выполнено в виде прямоугольника, к которому снизу прикреплена сваркой
дополнительная часть в виде трапеции. При монтаже к трапециевидной части
моста привариваю т двутавровую балку, по которой передвигается подвесная
тележка, грузоподъемностью 40 т (рис. 1.13, л) [1.5]. Это обусловлено тем,
что размеры полностью собранной балки не вписываются в железнодорожные
габариты, что усложняет доставку элементов крана к месту монтажа.
Представляют интерес мосты, получившие широкое распространение, например, в
США, выполненные из двух тонкостенных труб незамкнутого профиля со смещением
осей в вертикальной плоскости. Величина смещения осей определяет величину
момента сопротивления сечения моста, а следовательно, необходимую прочность
и жесткость моста в вертикальной плоскости (рис. 1.13, и). Ездовые балки
устанавливают в этих мостах в нижней части оболочек. Грузовые тележки при
такой компоновке защищены от атмосферных осадков, поскольку расположены во
внутренних полостях оболочек.