Глава 5

КОЗЛОВЫЕ КРАНЫ И МОСТОВЫЕ ПЕРЕГРУЖАТЕЛИ

5.1. Козловые краны

Козловые краны — это краны мостового типа, мост (про­летные строения) которых установлен на опоры, перемещающиеся по рельсам, установленным на бетонные фундаменты (рис. 5.1).

Козловые краны по назначению разделяют на перегрузочные, строительно-монтажные и специального назначения. Грузоподъем­ность перегрузочных козловых кранов обычно 3,2—50 т, пролет 10— 40 м, высота подъема в зависимости от условий погрузки-разгрузки 7—16 м, скорость подъема 5—10 м/мин, передвижения тележки 20—40 м/мин, передвижения крана 20—60 м/мин.

Грузоподъемность строительно-монтажных козловых кранов 300— 400 т, пролет 60—80 м, высота подъема 20—30 м; скорость подъема 0,1—0,5 м/мин, передвижения тележки 0,6—1,0 м/мин, передвижения крана 0,24—1,5 м/мин, установочные (посадочные) скорости подъема 0,05—0,10 м/с, передвижения тележки и крана 0,1 м/с.

Преимущественное распространение находят козловые краны с гибкой подвеской грузозахватного устройства: крюковые, а также грейферные и магнитные. Для грейферных и крюковых кранов при­нимают; ускорение 0,15 м/с² и замедление 0,25 м/с²; для монтажных кранов ускорение 0,08 м/с² и замедление 0,12 м/с2.

Перегрузочные козловые краны предназначены для перегрузки штучных и сыпучих грузов на складах, в портах, на железнодорож­ных станциях. Монтажно-строительные краны используют при мон­таже различного оборудования, энергетических установок и сборных транспортных сооружений. Краны специального назначения обслу­живают гидротехнические сооружения.

ГОСТ 7352—81 устанавливает параметры козловых кранов грузо­подъемностью 3,2—32 т с пролетами 10—32 м и высотой подъема 7,1; 8,0; 9,0 и 10 м.

Наиболее распространены козловые краны с двухстоечными опорами. Одна из опор (рис. 5.1, а) может быть жестко соединена

Рис. 5.1. Общий вид козловых кранов: a – тележка; б - с консолями: 1 - жесткая опора; 2 – мост; 3 - гибкая опора

с мостом (жесткая или пространственная опора), а другая шарнирно (гибкая или плоская опора). У козловых кранов с пролетом (рас­стоянием между осями крановых рельсов) менее 25 м обе опоры ра­ционально выполнять жесткими. При этом упрощаются изготовление и монтаж, но возникают усилия распора и возрастает влияние тем­пературных деформаций [10].

Рельсовый путь каждой из опор тяжелого крана (грузоподъем­ностью 1000 т и более) может состоять из двух и более рельсов. Ходовые тележки имеют в этом случае пространственную балансирную подвеску. В некоторых случаях рельсы укладывают на разных уровнях при различной высоте опор. Кран называют полукозловым, если мост одной стороной опирается на крановый путь, а другой на опорные стойки.

Грузовая тележка перемещается по мосту крана. Механизм передвижения тележки, как и механизм подъема, может быть уста­новлен на тележке (автономная грузовая тележка) или на металличе­ской конструкции моста. Нередко механизм подъема расположен на металлической конструкции моста, а тележка снабжена только механизмом передвижения.

Рис. 5.2 Сечения балок однобалочных мостов козловых кранов: а — ригель прямоугольного сечения из сортового проката; б — ригель треугольного сечения из труб

Козловый кран имеет металлическую конструкцию, механизмы подъема груза, передвижения тележки и передвижения крана. Грей­ферные краны оборудованы специальной грейферной лебедкой и при наличии механизма подъема имеют еще механизм замыкания грей­фера. Если имеется необходимость ориентации груза, то тележку снабжают поворотной частью, как тележку некоторых металлурги­ческих кранов. Для уменьшения раскачивания груза может быть использован жесткий подвес грузозахватного устройства (как в мо­стовых кранах) либо пирамидальные канатные подвески.

Металлические конструкции. Металлическая конструкция со­стоит из моста (без консолей, с одной или двумя консолями) и двух опор. Мост может быть выполнен однобалочным или двухбалочным. Часто пролетное строение крана представляет собой пространствен­ную конструкцию, состоящую из двух, связанных между собой ферм. Однобалочные мосты более характерны для кранов грузо­подъемностью 5—10 т. В качестве тележки в этом случае исполь­зуют электротали. На рис. 5.2 представлены два типа сечения однобалочных мостов козловых кранов.

Козловые краны большой грузоподъемности выполняют с двухбалочными мостами. Типичные формы поперечных сечений балок этих мостов приведены на рис, 5.3. Рельсы для перемещения тележек в этих кранах обычно установлены на верхней части главных балок. Грузовые канаты проходят между главными балками.

На рис. 5.4 показаны жесткая опора и сечение пролетного строения двухбалочного козлового крана. В этом кране главные балки 1 прикреплены к опорам, грузовые канаты проходят между главными балками, а тележка

перемещается внутри пролетного строения. Эгот кран может быть выполнен с консолями.

На рис. 5.5 показано сечение однобалочного пролетного строения, имеющего внутри раскосы. Тележка в этом случае перемещается по пролетному строению сверху. Груз подвешен к траверсе. Этот козловый кран может быть выполнен бесконсолъным.

Опоры козловых кранов представляют собой плоские или про­странственные фермы (см. рис. 5.1), либо листовую коробчатую кон­струкцию (см. рис. 5.4). В последнее время однобалочные козловые краны снабжают одностоечными опорами. Соединение стоек с ходо­выми тележками может быть жестким или шарнирным. Кабина управления крана может быть выполнена неподвижно закрепленной на металлоконструкции (обычно у жесткой опоры) или подвижной (перемещается вместе с тележкой).

Механизмы подъема. Козловые краны могут быть выполнены с электрической передвижной талью (ГОСТ 22584—77), с управле­нием из кабины или с пола, облегченного исполнения и с грузовой тележкой, с управлением из кабины, облегченного и нормального исполнения. Если механизм подъема козлового крана установлен на грузовой тележке, то он не имеет отличий по сравнению с меха­низмом мостового крана общего назначения. Козловые краны с двухбалочными мостами снабжают грузовыми тележками мостовых кранов с соответствующими параметрами (грузоподъемность, скорость пере­движения, режим работы).

Если механизм подъема установлен на металлоконструкции крана (на мосту), то для обеспечения высоты подъема неизменной при передвижении тележки предусматривается специальная схема запасовки каната (рис. 5.6). Канат подъемной лебедки, установленной с одной стороны моста, проходит на блок тележки к грузовому по­лиспасту, а затем через другой блок тележки к концевой балке моста.

Преимуществом рассмотренной схемы, при которой механизм подъема установлен стационарно, является уменьшение массы гру­зовой тележки и, следовательно, массы моста и крана в целом. Это уменьшение массы крана может составлять 20 % • Провес гру­зовых канатов в системах такого рода особенно при передвижении тележки без груза может быть довольно значительным. Поэтому следует предусматривать тросоподдержки (рис. 5.7), выполненные в виде секторов, расположенных с внешней стороны роликов и удерживаемых в вертикальном положении пружинами. Чтобы направить канат на ролик, сле­дует отвести сектор в сторону.

Механизмы передвижения тележки. В зависимости от вы­бранной конструкции моста и грузоподъемности крана грузо­вые тележки по конструктив­ному исполнению весьма раз­нообразны. Они могут быть монорельсовыми и передви­гаться так же, как электро­тали, по швеллерам, присоединенным к пролетным балкам, имеющего две ветви грузового моста. Двух рельсовые тележки более мощных кранов

Рис. 5.7. Тросоподдержка козлового крана, имеющего две ветви грузового: 1 – откидная деталь; 2 – канат; 3 – блок; 4 – мост

Рис. 5.8. Схема механизма передви­жения тележки при расположении привода на мосту: 1 — барабан; 2 — отклоняющие бло­ки; 3 — канат; 4 — регулирующее уст­ройство; 5 — пружинный амортизатор; 6 — кабина управления; 7 — тележка

перемещаются по крановому рельсовому пути, закрепленному на двух главных балках моста. Рельсы могут быть расположены сверху на главных балках или на кронштейнах. В некоторых кранах двухрельсовые грузовые тележки перемещаются по полкам двутавров, расположенных под пролетным строением. Различают само­ходные тележки и с канатной тягой.

При канатной тяге не только привод подъема груза, но и привод передвижения тележки установлены на мосту. Движение сооб­щается тележке при помощи каната (рис. 5.8). Лебедка передвиже­ния тележки в этом случае имеет барабан 1, который охватывается обычно тремя витками каната. Привод лебедки механизма передви­жения тележки осуществляется от двигателя переменного тока с фазным ротором через зубчатый редуктор. Такой привод может удовлетворительно работать только в том случае, если канат по­стоянно натянут. Для этого его прикрепляют к тележке с помощью пружинного амортизатора 5, причем предусматривается устройство 4, регулирующее натяжение тягового каната 3.

На концах моста крана установлены ограничители конечных положений (концевые упоры и буферы). Для смягчения возможных ударов тележки концевые упоры выполнены с деревянными брусьями.

Буферы выполнены резиновыми, а в ответственных случаях (боль­шая грузоподъемность или высокая скорость) пружинными или ги­дравлическими. На некотором расстоянии перед упорами установ­лены концевые выключатели, которыми отключаются двигатели и включаются тормоза. Концевой выключатель механизма передвиже­ния должен быть установлен таким образом, чтобы он срабатывал тогда, когда расстояние до упора* на которое должна переместиться тележка, будет равным половине пути торможения механизма пере­движения. Зная номинальную скорость тележки и замедление при торможении (определяется при расчете тормоза), можно определить путь торможения и расстояние от упора до места установки конце­вого выключателя.

Механизм передвижения крана. В козловых кранах ранее обычно применяли одил двигатель, который устанавливали на мосту. От дви­гателя вращение передавалось системой валов и конических зубча­тых колес ходовым колесам обеих опор (рис. 5.9). Такая конструк­ция механизма передвижения несколько уменьшает перекос крана при неодинаковой нагрузке опор. Однако вследствие трудоемкости проведения ремонтов этот привод в последнее время не применяют.

Рис. 5.9. Механизм передвижения козло­вого крана при установке одного двигателя на мосту: 1 — редуктор; 2 — Двигатель; 3,4,5 — ко­нические редукторы; 6 — ходовые колеса; 7 — рельсы

Известна также конструкция механизма передвижения с элек­трическим валом, при которой фазные роторы двигателей про­тивоположных опор соединены между собой. При использова­нии этого механизма передви­жения уменьшается перекос крана, но вследствие большой стоимости он не нашел широ­кого распространения.

Механизм передвижения козловых кранов в основном выполнен с раздельным приво­дом колес противоположных опор (рис. 5.10). На каждой опоре обычно установлен асин­хронный двигатель с фазным ротором, соединенный с ходо­выми колесами через редуктор. В отдельных случаях применяют моторредукторы, включающие

фланцевый электродвигатель, глобоидный червячный редуктор и электромагнитный колодочный тормоз. Находят применение обыч­ные фланцевые двигатели. Ходовые тележки могут быть одноколес­ными и многоколесными. Обычно не более 50% колес являются приводными. Тяжелые краны оборудуют балансирными тележками. Ходовые колеса в настоящее время монтируют на подшипниках качения. Известны козловые краны на пневмоколесном ходу.

Козловые краны преимущественно работают на открытом воз­духе и могут подвергаться значительным ветровым нагрузкам. При давлении ветра менее (15—25) 105 Па козловые краны достаточно

Рис. 5,10. Схемы механизмов передвижения козловых кранов: a —с двухступенчатым редуктором; б — с трехступенчатым редуктором; в, г — с балансирами

Рис. 5.11. Рельсовый захват с ручным приводом: 1 — рельс; 2 — губки захвата; 3 — рукоятка; 4 — эле­мент конструкции крана

Рис. 5.12. Приводной захват: 1 — рычаг; 2 — ролик; 3 — клиновой ползун; 4 — пру­жина; 5 — винт; 6 — редуктор; 7 — двигатель; 8 — ролик; 9 — стяжка клещей

надежно удерживаются тормозами механизма передвижения. При превышении этого давления для предупреждения аварии козловый кран снабжают противоугонными захватами. Они включаются от прибора, при помощи которого автоматически измеряется давление или скорость ветра.

Противоугонные захваты могут быть с ручным или с механи­ческим приводом. Захваты с ручным приводом (рис. 5.11) достаточно надежно удерживают кран при ветровой нагрузке, но для их вклю­чения требуются большие затраты времени. Указанный недостаток ручных захватов является причиной все более широкого применения приводных захватов. Однако следует иметь в виду, что при уста­новке приводных захватов следует предусматривать ручные захваты (на случай выхода из строя автоматически действующих). Захваты с механическим приводом можно разделить на самозатягивающиеся и захваты с принудительным зажатием головки рельса. В захватах с самозатягиванием механизировано только приведение их в исход­ное положение для зажатия, а усилие зажатия возникает в резуль­тате сил трения между поверхностями головок рельсов и поверх­ностями захвата. Самозатягивающиеся захваты приводятся в дей­ствие пружиной. Автоматически действующие затраты должны включаться при остановленном кране. Невыполнение этого условия приводит к их быстрому изнашиванию. Включению захватов должно предшествовать включение тормоза. Продолжительность включения тормоза до остановки крана (6—8 с) соответствует времени включе­ния захватов.

Рис. 5.13.Схема к расчету противоугон­ного захвата

Принцип действия захвата с приводом состоит в следующем. После подачи датчиком скорости или давления ветра команды на отключение основных крановых механизмов, включение тормоза и противоугонных захватов двига­тель 7 через редуктор 6 приводит во вращение винт5. Клиновый пол­зун 3 (имеющий резьбу и удержи­ваемый от вращения) опускается и после соприкосновения стяжки клещей 9 с головкой рельса воздействует наклонными пазами на ролики 2, установленные на верхних концах рычагов 1. При этом верхние концы рычагов расходятся и рельс оказывается зажатым. Наличие пружины гарантирует некоторое ограничение усилия за­жатия рельса и предохраняет захват от повреждений. В крайних положениях ползуна (внизу или вверху) происходит автоматическое выключение двигателя. Пазы клинового ползуна выполнены так, что в верхней части наклон их больше, а в нижней меньше. Нижний участок обеспечивает быстрое сведение и разведение клещей без нагрузки, а верхний — достаточное усилие зажатия (при небольшом усилии при перемещении). Существуют другие конструкции противо­угонных захватов.

Расчет противоугонных устройств сводится к определению усилия, которое должны создать захваты для удержания при дей­ствии ветровой нагрузки в нерабочем состоянии крана. Ветровая нагрузка Р, уравновешивается (рис. 5.13) силами сопротивления холостых колес , силами сопротивления приводных колес и силами трения в противоугонных устройствах:

где μ — коэффициент трений в ребордах колес, его принимают равным 1; R_Х и R_П — давление на холостые и приводные колеса; M_Т — момент тормозов, приве­денный к валу приводных колес.

Следует иметь в виду, что сила сопротивления приводных колес не может быть больше силы трения скольжения. Таким образом, необходимая сила трения в противоугонных устрой­ствах

(здесь n — коэффициент запаса)

Для своевременного отключения механизмов крана и приведе­ния в действие противоугонных устройств, если ветровая нагрузка превышает допустимое значение, на кранах устанавливают датчики скорости или давления ветра. Они могут быть вертушечными, гидростатическими, флюгерными или генераторными. Особенностью козловых кранов является то, что для них представляет наибольшую опасность направление ветра в продольном направле­нии путей. Поэтому наиболее приемлемыми являются датчики, подающие сигнал только при определенном направлении ветра.

В настоящее время выпускается такой сигнализатор давления ветра СДВ. Его устанавливают в верхней точке металлоконструкции крана. Вследствие действия различных давлений на противополож­ные опоры, сопротивлений и тяговых усилий двигателей происходит перекос металлической конструкции крана (отставание одной наи­более нагруженной опоры и опережение противоположной). В ре­зультате возникают нагрузки от перекоса крана. Они часто могут иметь определяющее значение при расчете опор на прочность (соче­тание нагрузок 1 и 2 в табл. 5.1). Нагрузки от перекоса возникают вследствие рассеяния характеристик двигателей в результате не­точности изготовления, различия в диаметрах ходовых колес, раз­личия коэффициентов трения на опорах и т. п. Существует несколько методик расчета нагрузок от перекоса [1, 10].