Методическое пособие 791

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Ю. И. Калинин, В. А. Жулай, Ю. Ф. Устинов, А. В. Ульянов

ПЕРЕДВИЖНЫЕ БАШЕННЫЕ КРАНЫ

Учебно-методическое пособие

Воронеж 2018

1

УДК 621.86(07)

ББК 38.6 – 64я7

П27

Рецензенты:

кафедра промышленного транспорта, строительства и геодезии

Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г. Ф. Морозова

(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. С. И. Сушков);

А. А. Кононов, д-р техн. наук, проф. кафедры информатики и графики ВГТУ

Передвижные башенные краны: учебно-методическое пособие / Ю. И. КалиП27 нин, В. А. Жулай, Ю. Ф. Устинов, А. В. Ульянов; ФГБОУ ВО «Воронежский государ-

ственный технический университет». – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2018. – 168 с.

ISBN 978-5-7731-0708-8

Учебно-методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам при изучении дисциплин «Грузоподъемные машин и оборудование», «Теория подъемнотранспортных, строительных, дорожных средств и оборудования» и выполнении курсового проекта по этим дисциплинам. Дается описание типовой конструкции башенного крана и его отдельных узлов, приводится методика выбора геометрических и весовых параметров элементов крана на начальном этапе проектирования, методика расчета устойчивости против опрокидывания и построения грузовой характеристики. Приводятся примеры проектирования механизмов крана и необходимые для этого справочные материалы, что позволяет системно подойти к выполнению курсового проекта.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по специальности 23.05.01 «Наземные транспортнотехнологические средства» и направлениям подготовки 23.03.02 «Наземные транспортнотехнологические комплексы», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», дисциплинам «Грузоподъемные машин и оборудование», «Теория подъемнотранспортных, строительных, дорожных средств и оборудования». Предназначено для студентов 3 и 4 курсов.

Ил. 80. Табл. 21. Библиогр.: 8 назв.

УДК 621.86(07) ББК 38.6 – 64я7

Печатается по решению учебно-методическогосовета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Согласно постановлению Правительства Российской Федерации № 401 от 30 июля 2004 г. Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору утверждены Федеральные нормы и правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения.

При работе башенных кранов на строительных объектах всегда существует вероятность падения груза в результате износа и разрушения отдельных частей крана, а также нарушение правил эксплуатации. Кроме того, башенные краны являются кранами консольного типа, у которых сила тяжести поднимаемого груза действует за пределами опорного контура и стремится кран опрокинуть. Дополнительные опрокидывающие моменты при работе таких кранов возникают от действия ветра, сил инерции при пуске и торможении механизмов, при работе крана на опорной поверхности с уклоном. Последствия опрокидывания кранов сопровождаются значительными материальными потерями и, как правило, несчастными случаями, часто со смертельным исходом крановщика и находящегося в опасной зоне персонала.

Причинами аварий и несчастных случаев при эксплуатации грузоподъемных кранов являются следующие нарушения:

–привлечение не аттестованного персонала при выполнении работ по подъему и перемещению грузов;

–неправильная обвязка (строповка) грузов;

–нахождение персонала в опасной зоне при работающем кране;

–недостаточный контроль технического состояния кранов и приборов безопасности;

–подъем грузов, превышающих номинальную величину;

–нарушение требований инструкции по эксплуатации крана при его установке;

–нарушение правил устройства рельсовых путей кранов;

–нарушение требований технологических карт строительно-монтажных работ;

–недостаточный контроль производства подъемно-транспортных работ. Использование стреловых кранов при производстве строительно-монтажных и погру-

зочно-разгрузочных работ требует обоснованного выбора крана и тщательной проработки мероприятий по безопасному ведению работ и контроля их выполнения.

Следует помнить, что башенные краны занимают третье место по аварийности со смертельным исходом персонала после автомобильных и мостовых кранов, а основной причиной аварий является несоблюдение требований Федеральных норм и правил при организации безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов на производственных объектах.

Оснащение башенных кранов современными приборами безопасности (ограничителями грузоподъемности, ограничителями высоты подъема крюка, ограничителями угла наклона стрелы, регистраторами параметров работы крана и другими устройствами безопасности) позволяют значительно повысить уровень безопасности при работе этих кранов.

Лицам, имеющим квалификацию бакалавра по профилю «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» направления подготовки 23.03.02 или направления подготовки 23.03.03 по профилю «Сервис транспортных и транспортнотехнологических машин и оборудования (строительные, дорожные и коммунальные машины)», часто вменяют обязанности лица по надзору за безопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов. Согласно требованиям Федеральных норм и правил по грузоподъемным кранам они могут быть назначенными ответственными лицами за исправное состояние грузоподъемных кранов или ответственными за их безопасную эксплуатацию.

Успешная вузовская подготовка специалиста направления подготовки 23.05.01 по профилю «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование» позволит ему в дальнейшем успешно решать на производстве задачи по безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. Все приведенные в пособии иллюстрации – авторские.

3

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАШЕННЫХ КРАНОВ

Башенным краном называют грузоподъемный кран, у которого несущая металлоконструкция состоит из вертикальной колонны (башни) и стрелы, шарнирно прикрепленной к верхней (головной) части башни. Башня может устанавливаться стационарно или на подвижной платформе. Башенные краны широко используются при возведении промышленных и гражданских зданий. Эксплуатационными достоинствами этих кранов является большой объем подстрелового пространства, удобная организация строительно-монтажных работ при минимальных размерах строительной площадки, достаточная для этих видов работ грузоподъемность и высота подъема грузов. Конструктивная возможность наращивания башни по высоте позволяет рационально вести строительно-монтажные работы в большом диапазоне высот возводимых сооружений.

Управление краном осуществляется машинистом из кабины, находящейся наверху башни. Это обеспечивает хороший обзор фронта работ. В условиях ограниченной видимости машинист руководствуется общепринятыми сигналами стропальщика или сигнальщика или получает указания по радиотелефону от лица, ответственного за безопасное производство работ.

Современные башенные краны достаточно легко транспортируются, перевозятся с минимальной разборкой и могут монтироваться на подготовленной площадке в течение одной смены. Унификация моделей башенных кранов обеспечивает им высокую надежность, снижает сроки и стоимость их изготовления и ремонтов, монтаж и демонтаж кранов на строительных объектах.

1.1. Классификация башенных кранов

Башенные краны имеют большое количество конструктивных различий и большой диапазон рабочих параметров. Башенные краны можно классифицировать по признакам, которые приведены в таблице. На рис. 1.1, 1.2, 1.3 показаны наиболее распространенные современные силуэты башенных кранов.

Признаки классификации башенных кранов

Краны, схемы которых изображены на рис 1.1, согласно указанным классификационным признакам, называют передвижными рельсовыми кранами с поворотной башней. Кран на рис. 1.1, а снабжен подъемной (маневровой) стрелой. Изменение расстояния от оси вра-

4

щения крана до груза (изменение вылета) осуществляется изменением наклона стрелы к горизонту. Кран на рис. 1.1, б снабжен балочной стрелой. Изменение вылета у кранов с такой стрелой осуществляется передвижением тележки с грузом по стреле. Устойчивость кранов от опрокидывания обеспечивается контргрузом, размещенным на поворотной платформе. На платформе располагаются также грузоподъемная лебедка, лебедка подъема стрелы, механизм поворота платформы. Кабина управления краном прикреплена к башне на уровне опорного шарнира стрелы.

Рис. 1.1. Силуэты свободно стоящих башенных кранов с поворотными башнями: а – с маневровой стрелой; б – с балочной стрелой

На рис. 1.2 изображены силуэты башенных кранов с неповоротной башней.

На рис. 1.2, а кран имеет неповоротную башню, стационарно закрепленную на ходовой раме с рельсовым колесным механизмом передвижения. На верхний конец башни опирается поворотный оголовок с шарнирно прикрепленной к нему балочной стрелой на гибкой подвеске и противовесной консолью. На поворотной части размещена кабина крановщика, механизмы управления грузом, уравновешивающий противовес.

Кран на рис. 1.2, б имеет стационарно закрепленную на фундаменте неповоротную башню. Молотовидная стрела переменного сечения с противовесной консолью и кабиной крановщика укреплена на опорно-поворотном устройстве верхней оконечности башни. Краны этого типа позволяют наращивать башню в соответствии с высотой возводимого объекта.

На рис. 1.3 показаны схемы приставного и самоподъемного башенных кранов.

Эти краны имеют неповоротную наращиваемую башню, поворотный оголовок с прикрепленной к нему балочной стрелой и противовесной консолью, на которой размещены лебедки управления грузом, механизм поворота и контргруз. Устойчивость приставного крана (рис. 1.3, а) обеспечивается периодическим креплением башни к возводимому сооружению специальными рамными кронштейнами. Высота башни ограничивается только прочностью ветвей башни.

5

Рис. 1.2. Силуэты передвижных башенных кранов с неповоротной башней:

а– с поворотным оголовком и канатной подвеской стрелы;

б– с поворотной молотовидной стрелой переменного сечения

Рис. 1.3. Схемы приставного (а) и самоподъемного (б) башенных кранов

Самоподъемные башенные краны используются при строительстве высотных зданий, имеющих жесткий металлический каркас. Эти краны (рис. 1.3, б) имеют короткую башню с охватывающей обоймой, с помощью которой крепятся на каркасе здания. Подъем и перио-

6

дическая перестановка крана на новый уровень производится с помощью специального подъемного механизма. Поворотный оголовок самоподъемной башни со стрелой и противовесной консолью выполняются аналогично кранам с неповоротной башней и балочной стрелой.

1.2. Индексация башенных кранов

Основным параметром, определяющим типоразмер крана, является грузовой момент – произведение грузоподъемности Q крана на вылет груза L, кН·м. Конструктивными факторами, определяющими область и возможности применения крана, являются его мобильные способности, зашифрованные в индексе крана. Схема индексации показана на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Схема индексации башенных кранов

Пример индексации башенного крана с поворотной башней и грузовым моментом до 1750 кН·м (160 т·м) – КБ-405; башенный кран с неповоротной башней и грузовым моментом до 5500 кН·м (400 т·м) – КБ-674.

1.3. Назначение и расположение элементов передвижных башенных кранов

На рис. 1.5 представлен схематический чертеж крана с поворотной башней и маневровой стрелой. На рисунке обозначены следующие узлы и механизмы:

1 – ходовая тележка. Ходовые тележки различаются по количеству колес и наличию привода. Они могут быть одноколесными и многоколесными с балансирным креплением к ходовой раме. Ходовые колеса тележек башенных кранов должны быть двухребордными. Тележки с приводным двигателем называют ведущими, без двигателя – ведомыми. Привод тележек кранов с поворотной башней, как правило, индивидуальный;

7

2 – ходовая рама. Опирается на ходовые тележки и образует прямоугольный опорный контур. Башенные краны обычно имеют 4-х точечный опорный контур, приближающийся по форме к квадрату;

3 – опорно-поворотное устройство (ОПУ). Объединяет поворотную и неповоротную части крана. ОПУ воспринимает опрокидывающий момент от груза, вертикальные и горизонтальные нагрузки от давления ветра и сил инерции, действующие на поворотную часть крана, и передает их на неповоротную часть;

4 – поворотная платформа кранов с поворотной башней. Служит для размещения на ней башенно-стрелового оборудования, контргруза, грузоподъемной и стрелоподъемной лебедок, механизма поворота платформы, электрических шкафов управления механизмами, кабины управления;

5 – контргруз (противовес). Устанавливается на поворотной платформе крана для повышения его устойчивости против опрокидывания путем создания момента, противоположного моменту от силы тяжести поднимаемого груза. Контргруз стараются разместить как можно дальше от оси вращения противоположно поднимаемому грузу;

6 – стрелоподъемная лебедка. В кранах с подъемной стрелой предназначена для изменения вылета груза путем изменения наклона стрелы. Может использоваться при монтаже и демонтаже крана с балочной стрелой;

Рис. 1.5. Чертеж передвижного крана с поворотной башней и наклоняемой стрелой

7 – грузоподъемная лебедка. Предназначена для подъема и опускания груза. На кране является основным технологическим механизмом. Ее режим работы определяет режим работы несущей металлоконструкции и крана в целом;

8 – механизм поворота. Обеспечивает круговое вращение поворотной платформы с размещенными на ней элементами крана и грузом на крюке;

9 – башня крана. Обеспечивает требуемую высоту подъема груза и максимальное приближение крана к возводимому сооружению. Это позволяет обеспечить минимальные размеры строительной площадки и получить большое подстреловое пространство для удобной и безопасной работы с грузами;

8

10 – стрела. Обеспечивает возможность радиального перемещения груза (вылет груза) при любом положении поворотной платформы, что в совокупности с другими движениями крана дает возможность доставить груз в любую точку подстрелового пространства с минимальными затратами времени и энергии;

11 – оголовок башни. Служит для размещения на нем обводных блоков для стрелоподъемных канатов или стреловых расчалов, обеспечивая необходимый угол приложения стрелоподъемного усилия к стреле для снижения нагрузки на стрелу;

12 – стойка распорная с обводными блоками. У кранов с поворотной башней позволяет частично разгрузить башню от изгибающего момента, создаваемого стрелой, стрелоподъемным и грузовым канатами;

13 – кабина управления. Размещается на башне на наибольшей высоте для обеспечения крановщику хорошего обзора фронта работ и удобного контроля за положением груза;

14 – грузовой полиспаст. Служит для подъема груза, снижает тяговое усилие на барабане грузовой лебедки, ограничивает возможность произвольного закручивания крюковой подвески с грузом;

15 – стреловой полиспаст. Позволяет применять лебедки с меньшим тяговым усилием для изменения наклона стрелы. Благодаря определенной схеме проводки (запасовке) каната полиспаста, башня крана частично разгружается от изгибающих усилий.

Кран с неповоротной башней имеет существенные отличия от кранов с поворотной башней. Обычно это более тяжелые краны с большим грузовым моментом. На рис. 1.6 обозначены следующие элементы такого крана:

1 – ходовые тележки. Тележки этих кранов собирают из унифицированных элементов. Они имеют три или четыре колеса с балансирным креплением к ходовой раме;

2 – ходовая рама крана, служит основанием для жесткой установки на ней портала – развитой опорной конструкции неповоротной башни;

3 – опорно-поворотное устройство, установлено на верхней оконечности башни; 4 – противовесная консоль, шарнирно прикреплена к поворотному оголовку. На ней

размещены механизмы крана и контргруз;

5– контргруз;

6– грузоподъемная лебедка;

7– стреловая лебедка для подъема и опускание стрелы при демонтаже крана;

8– механизм поворота, обеспечивает круговой поворот оголовка со всеми присоединенными элементами;

9– башня;

10– стрела крана, большей частью балочная;

11– оголовок;

12– тяговая лебедка, для перемещения грузовой тележки с грузом по стреле (лебедка изменения вылета груза);

13– кабина управления;

14– грузовой полиспаст;

15– стреловой расчал;

16– балласт, в таких кранах располагается на ходовой раме.

9

Рис. 1.6. Чертеж передвижного крана с неповоротной башней

1.4. Конструктивное исполнение элементов башенных кранов

Описание конструкции элементов передвижного башенного крана с поворотной башней определим в порядке, принятом при изложении расположения этих элементов на башенном кране (рис. 1.5).

Ходовые тележки передвижных кранов серии КБ выполняются на основе двухколесной унифицированной тележки или ее отдельных сборочных единиц. Из унифицированных элементов можно собрать тележки грузоподъемностью 400, 600, 900, 1200 кН (рис. 1.7).

Базовая двухколесная ведущая тележка (рис. 1.8) состоит из сварной рамы 1, на которую шарнирно крепится унифицированный приводной агрегат 2 с помощью промежуточного вала 3. Реактивный крутящий момент воспринимается кронштейном 4 через резиновый буфер. В раме на радиальных сферических двухрядных роликоподшипниках 5 установлены ходовые двухребордные колеса 6.

На выходных концах валов 7 колес закреплены на шпонках зубчатые колеса 8, которые находятся в зацеплении с шестерней промежуточного вала 3 и образуют открытую зубчатую передачу.

10