Портовые краны: большой рассказ о могучей технике. Портальный кран Портально стреловой кран

Портовые портальные краны

Портовые портальные краны обычно обладают грузоподъемностью от 3 до 15 тс при общем собственном весе от 60 до 200 тс и весе наиболее тяжелого монтажного элемента от 6 до 30 тс. Грузоподъемность судостроительных портальных кранов составляет от 30 до 75 тс и выше при общем весе крана 300-700 тс.

Портальные краны монтируются с помощью монтажных стрел, порталов или существующих в порту портальных, а также крупных плавучих кранов. Монтажные стрелы и порталы применяют преимущественно в случаях, когда в порту нет портальных или плавучих кранов необходимой грузоподъемности, причем стрелы используют для монтажа одиночных кранов, а порталы - преимущественно для серийного монтажа. Монтажная стрела применяется в наклонном варианте, а портал крана в процессе сборки перемещается по путям. Грузоподъемность монтажной стрелы обычно не превышает 20, реже 30 тс, и потому она не допускает значительного укрупнения блоков.

Рис. 1. Схема последовательных операций монтажа портального крана на поворотном круге методом надстройки

На рис. 1 показана типичная последовательность (положения 1-12) монтажа портального крана с поворотным кругом методом надстройки, осуществляемого с помощью монтажных средств ограниченной грузоподъемности. Как видно из рисунка, здесь портал собирается из двух предварительно укрупненных фасадных рам (положение 2) с последующей установкой решеток (положение 3), верхней платформы портала (положение 4) и поворотной рамы (положение 5). Сборка механизмов и каркаса (положение 6-5) на поворотной раме ведется на проектной отметке, стрела (положение 8-11) устанавливается в сборке с хоботом, но без оттяжной фермы. К моменту присоединения стрелы к рычагам противовеса балласт последнего

в объеме не менее 50% уже заложен на место. Вопрос о моменте установки неподвижных противовесов поворотной части (до или после установки стрелы) обычно решается по указаниям завода-изготовителя, исходящим из условия обеспечения устойчивости крана при монтаже. Здесь наибольшая высота подъема определяется условием установки оттяжной фермы (положение 12), а наибольший вес - весом поворотной платформы крана.

На рис. 2 показана последовательность монтажа 5-тонного крана с поворотной колонной, имеющего фланцевые монтажные стыки.

Рис. 158, а отражает сборку одной из ног портала с крестовой балкой; рис. 2, б - установку ноги с крестовой балкой на ходовую тележку, временное их подкрепление распоркой и присоединение к крестовой балке остальных трех ног; рис. 2, в - установку кольцевого оголовка портала; рис. 2, г, установку нижней части поворотной колонны, собранной в укрупненный блок элементами машинной платформы; рис. 2,5 - установку верхней части колонны с приводом механизма изменения вылета; рис. 2, е - установку механизмов поворотной части, кабины крановщика и машинной кабины; рис. 2, ж - установку рычагов противовеса, установку противовеса и подъем стрелы при помощи монтажного полиспаста с приводом от лебедки крана.

Рис. 2. Схема последовательных операций монтажа портального крана на поворотной колонке методом надстройки

Монтажные порталы грузоподъемностью до 150 тс при высоте 30-40 м позволяют вести монтаж портальных кранов всех типоразмеров крупными узлами. В этих случаях (рис. 159) под монтажным порталом производятся как сборочные, так и установочные работы, в связи с чем портал крана после его сборки выводится из-под монтажного портала и вводится под него после подъема поворотной части для установки последней.

Если имеются в распоряжении крупные плавучие краны (грузоподъемностью 100-200 тс), краны портальные собирают на нулевой отметке с помощью гусеничных в два-три укрупненных блока, которые потом устанавливаются плавучим краном. Из-за высокой арендной платы за плавучие краны большой грузоподъемности их подводят к объекту только для завершающих подъемов.

Рис. 3. Схема монтажа портального крана предварительно укрупненными блоками

В случае применения на монтаже существующих в порту портальных кранов стремятся вести работу спаренными кранами, что позволяет укрупнять узлы до веса 20-30 г (при 10-15-тонных кранах).

Сборочные работы по порталу и поворотной части могут вестись относительно независимо.

Сборка портала обычно производится непосредственно на рабочем пути или отрезке монтажного пути. В обоих случаях путь, на котором собирается портал, должен отвечать нормам допусков подкрановых путей, и в первую очередь по точности колеи и равновысотности головок рельсов под тележками портала. Так как в процессе монтажа путь может проседать, его отметки периодически проверяются нивелировкой.

Портал собирается непосредственно на своих ходовых тележках, заранее расставленных на подкрановом пути так, чтобы все правые или все левые реборды колес всех тележек были прижаты к рельсу. Это положение контролируется на всем протяжении сборки портала с тем, чтобы сохранить правильность колеи тележек.

До окончательного соединения монтажных стыков портала проверяются: размеры колеи по передним и задним тележкам, равенство диагоналей портала на уровне тележек и равенство диагоналей по его граням. Кроме того, верхняя грань портала (если она собирается из нескольких элементов) проверяется на плоскостность в зоне, где на нее опирается поворотный круг.

Сборка портала для кранов с поворотным кругом заканчивается установкой барабана поворотного круга (если он выполнен в виде отдельного монтажного элемента). При установке барабана, поворотного круга с помощью рейсмуса, поставленного на центральную цапфу, проверяются следующие допуски: концентричность цапфы цевочному венцу, колебания по высоте цевочных реборд; правильность окружности кругового рельса - только для конического рельса; плоскостность рельса. Кроме того, проверяется с помощью штангенциркуля шаг цевок в стыках барабана.

Рис. 4. К проверке сборки барабана поворотного круга крана

Для кранов на поворотном круге, после установки на портал поворотной части в сборе или платформы поворотной части, производится проверка опорно-поворотного устройства и зацепления венца со звездочкой. Для этого платформу медленно поворачивают, наблюдая сопротивление повороту, условия зацепления (боковой зазор) звездочки и цевочного венца, а также условия касания опорных колес с рельсом или катков с верхними шинами.

В портал крана на поворотной колонне по окончании сборки заводится нижняя часть колонны и производятся следующие регулировки опорно-поворотного устройства. Сначала регулируется положение опорных горизонтальных колес относительно кольцевого рельса с целью получения наименьших зазорор между ними и рельсом. При этом, если возможно, проверяется и работа зацепления венцовой пары, так как боковой зазор в зацеплении связан с установкой колес.

Рис. 5. Схемы проверок сборки опорных баз (на портале) поворотной колонны крана

При сборке каркасов поворотной части у кранов со стрелами шарнирно-сочлененного типа контролируются действительные позиции и относительные перекосы отверстий под шарниры кинематической системы укосины.

Особое место при монтаже портальных кранов занимает установка укосин, и в первую очередь укосин шарнирно-сочлененного типа. Основной схемой установки таких укосин является схема, приведенная на рис. 6, а. Здесь укосина в сборе с распорками между ее звеньями устанавливается на кран в положении наименьшего вылета, что позволяет держать противовес стрелы также в положении наименьшего вылета. В этом случае требуется значительная высота подъема монтажных средств, обеспечивающая подвеску укосины выше ее центра тяжести.

Рис. 6. Схемы установки шарнирно-сочлененных укосин

При ограниченной высоте подъема монтажных средств стрела может быть установлена в положении наибольшего вылета (рис. 6, б), но тогда рычаг противовеса должен быть предварительно поднят тоже в положение наибольшего вылета, что нередко представляет известные трудности. Стрела может также устанавливаться на кран и при вылете, превышающем максимальный рабочий (рис. 6, в), что требует еще меньшей высоты подъема и позволяет сохранить противовес в положении наименьшего вылета, но вызывает необходимость применения специального полиспаста П для доводки стрелы до положения наименьшего вылета.

В случаях, когда грузоподъемность монтажных устройств недостаточна для подъема укосины в полном сборе, оттяжная ферма может быть поднята отдельно, а иногда (особо тяжелые укосины) стрелу поднимают в три приема (корневая часть, вершина с хоботом и оттяжная ферма). Установки хобота на стрелу на проектной отметке, ввиду трудности этой операции, избегают.

Подъем стрелы за конец хобота, применяемый при недостаточной высоте подъема монтажных средств, производить не рекомендуется, так как нередко это ведет к авариям, вызываемым скручиванием стрел.

Монтажные перемещения портальных кранов между параллельными путями обычно производятся по временному перпендикулярному пути, для чего тележки портала разворачивают на 90°.

Перемещения между непараллельными путями, а также повороты портала относительно вертикальной оси осуществляются за счет движения крана по кривым.

Рис. 7. Схема вписывания четырехколесной тележки крана в криволинейный рельс монтажного пути

Рис. 8. Схема вписывания портала крана на переходном участке криволинейного монтажного пути

Рис. 9. Портальный кран: 1 - ноги, 2 - ходовые тележки, 3 - поворотная рама, 4 - верхний узел портала, 5 - стрела, 6 - кабина, 7 - оттяжка, 8 - каркас, 9 - противовес, 10 -неподвижный противовес, 11 - пост управления (кабина)

Портальный кран - это универсальная перегрузочная машина периодического действия, как правило, имеющая электрический привод с питанием от береговой электрической сети. Свое название портальный кран получил потому, что его основание выполнено в виде буквы. Основные элементы портала - ноги, опирающиеся на ходовые тележки, соединенные в верхней части пролетным строением. Колеса тележек опираются на подкрановые пути, по которым перемещается кран. Размеры портала подбираются с таким расчетом, чтобы между его ногами могли проходить железнодорожные составы. В зависимости от числа проложенных под порталом железнодорожных путей различают порталы однопутные, Двухпутные и трехпутные.

Иногда портал заменяют полупорталом, который имеет только две ноги. Пролетное строение через пару ходовых тележек опирается на рельс, проложенный на стене склада. Катки либо ролики поворотной рамы с закрепленным на ней каркасом поворачиваются вокруг установ ленной на портале вертикальной оси (баллера). Эта ось предупреждает возможность радиального сдвига поворотной части крана. Пос управления располагается со стороны стрелы; с противоположной стороны к каркасу крепится неподвижный противовес.

Портальный кран имеет следующие движения: подъем (опускание) груза, изменение вылета стрелы, поворот вокруг баллера, передвижение портала по подкрановым путям.

В соответствии с этим портальный кран имеет механизм подъема, механизм изменения вылета стрелы, механизм поворота и механизм передвижения. Механизм подъема (основной механизм крана) называется также грузоподъемной лебедкой и состоит из электродвигателя, редуктора, грузового барабана, на который наматывается грузовой канат, и тормозного устройства. Если барабан один, лебедка называется однобарабанной. Широкое распространение получили двух-барабанные лебедки, которые могут вращаться одновременно или по отдельности, что позволяет крановщику управлять грейфером или другим навесным приспособлением для захвата груза.

Поворотный механизм и механизм изменения вылета стрелы также располагается на поворотной части крана. Механизмы передвижения устанавливаются обычно в ходовых тележках.

При изменении вылета стрела движется по некоторому радиусу, в то время как груз движется только по горизонтали. Достигается это применением различных специальных устройств. На кране, показанном на рис. 9, таким устройством является шарнирно закрепленный на конце стрелы гусек и гибкая оттяжка.

Основные параметры кранов-грузоподъемность, величина наибольшего вылета стрелы, рабочие скорости.

Грузоподъемность кранов стандартизована. На массовых перегрузочных операциях встречаются портальные краны грузоподъемностью 5, 10, 15 Т. Краны грузоподъемностью 5 Т применяют главным образом для перегрузки основных грузов. Для перегрузки тяжеловесов, оборудования, массовых навалочных грузов используют краны грузоподъемностью 10 и 15 Т.

Вылет стрелы отсчитывается от оси поворота крана, обычно ег наибольшее значение 25-30 м.

От величин рабочих скоростей крана зависит его производительность, однако конструктивные соображения вынуждают ограничить их следующими пределами: скорость подъема груза 45-80 м/мин, скорость поворота 1,5-2 об/мин, скорость изменения вылета стрелы 50-60 м/мин, скорость перемещения портала 20-30 м/мин.

Более высокими скоростями обладают краны меньшей грузоподъемности.

К атегория: - Портовые подъемно-транспортные машины

Парк портальных кранов СССР с послевоенного времени пополнялся двумя путями: изготовление на собственных заводах и получение кранов по импорту. Как не печально признавать, но портальных кранов поставленных по импорту в СССР было больше, чем собственного изготовления. Не в разы, но больше. Основными поставщиками были заводы ГДР и Венгрии. Во время войны появились краны изготовления США. В 50-ые годы поступали краны из Италии и Франции, с 60-х годов стали появляться краны из Финляндии. Но краны из этих стран поступали в небольшом количестве, не сравнимым с венгерскими и немецкими. Поступление импортных кранов в Россию и государства бывшего СССР с началом 90-х годов практически прекратилось. В данной статье импортные краны рассмотрены не будут.

В СССР существовало головное предприятие по производству портальных кранов – Завод подъемно-транспортного оборудования им.С.М.Кирова, ведущий свою историю с механических мастерских Санкт-Петербург - Варшавской железной дороги (третьей по времени возникновения в России). Завод располагался на Обводном канале в г.Ленинграде и при создании объединений в начале 70-х годов ХХ века вошел в объединение «Подъемтрансмаш». С началом 90-х годов объем производства резко упал, и к началу 2000-х годов в год собиралось всего несколько портальников с использованием деталей из старых запасов. Последний из известных портальников был отгружен с завода в 2001 году. Дальше судьба завода довольно типичная – образование на его базе нескольких небольших фирм, продажа территории, в одном корпусе организован бизнес-центр, остальные снесены с постройкой на их месте гипермаркета и стоянки.

Если ЗПТО им.Кирова в период 1948-2001 годов выпускал портальные краны постоянно, то существовал еще ряд предприятий, выпускавший портальные краны определенный период времени. К сожалению, история производства портальных кранов на них имеет сейчас больше загадок, чем ответов, поэтому подробно описать их не можем. Пока известны следующие предприятия: «Ждановмаш», г.Жданов (ныне – Мариуполь, предприятие – «Азовмаш»); «Сибтяжмаш», г.Новосибирск; «Коммунар» и Завод горно-шахтного оборудования, г.Пермь; Бурейский механический (крановый) завод. Возможно, существовал еще ряд предприятий, выпускавшие портальные краны до 1990-2000-х годов, но информации по ним нет и вряд-ли количество выпущенных ими кранов было больше нескольких штук. В 2000 годах производством портальных кранов стали заниматься с полдюжины предприятий в России и Украине, но до объема выпуска ЗПТО им.Кирова в советское время им далеко даже вместе.

Ныне существующая маркировка портальных кранов, состоит из 3-ех букв и цифр (по старой системе 4 буквы):
К - Кран;
П - портальный;
П / М / Д - перегрузочный / монтажный / доковый;
Г / К - грейферный / крюковой (старая система обозначения).
Числовые индексы, обычно обозначают: 1- грузоподъемность главного гака максимальную/на максимальном вылете; 2 - максимальный вылет; 3 - колея портала. При переменных значениях грузоподъемности на разных вылетах, грузоподъемность и вылет могут указываться двумя цифрами через дробь – на максимальном вылете и на вылете максимальной грузоподъемности.

Теперь более подробно рассмотрим классификацию портальных кранов по назначению:
1) Перегрузочный кран (самый массовый тип крана). Грузоподъемность варьируется в пределах 5 - 30 тонн у различных моделей. Может оснащаться грейфером для сыпучих грузов, магнитной шайбой для металлолома, либо крюковой подвеской для штучных грузов. Грейферные краны обычно имеют две одинаковые лебедки для работы с грейфером. При работе таких кранов с крюком используется только одна лебедка.

2) Монтажный кран. Широко используется в портах, на судостроительных предприятиях, судоремонтных заводах. Конструктивно идентичен перегрузочному крану и отличается наличием гуська на хоботе и малые скорости перемещения гака. Лебедка либо одна, либо две разных – для главного и вспомогательного подъемов. Г/п в интервале 12,5 - 160 тонн у различных моделей.

3) Стапельный кран. Данный тип один из самых малочисленных. По своей сути, это монтажный кран и используется исключительно на судостроительных предприятиях. Предназначен для монтажа корпуса судна. Конструктивными особенностями являются очень высокий портал и троллейный токоподвод. Особенностью режима работы, следует отметить довольно частое удержание грузов, близких к максимальным, на весу длительное время (обычно, монтаж секции судна занимает несколько суток). Обладает большой грузоподъемностью и малыми посадочными скоростями. Обычно г/п в интервале 30 - 160 тонн.

4) Доковый портальный кран. В силу специфики выполняемых работ обладает относительно небольшой грузоподъемностью. Конструктивными особенностями являются: узкий портал (так как ширина башни дока ограничена), наличие, в дополнение к противоугонным захватам, еще и защиты от опрокидывания. Имеет ограничения по возможности работы при волнении.

Итак, мы разобрались в назначении и правильном наименовании, теперь можно более подробно ознакомиться с основными конструктивными элементами рассматриваемого типа кранов.
Портал . Основное назначение – уменьшение веса противовесов (и соответственно веса самого крана) за счет увеличения площади, при проецировании на которую центра масс не происходит опрокидывания крана. Второе назначение – пропуск между ног автомобильного или железнодорожного транспорта, проезд над механизмами или сооружениями. Следует отметить, что далеко не все портальные краны допускают (нет необходимости) проезд транспорта, а проезд над механизмами и сооружениями крайне редок, так как невозможен на рабочем участке и допускается только при передвижении с рабочего участка на ремонтный. Портал состоит из ног и оголовка. Ноги могут располагаться симметрично, но обычно портал в плане не является квадратом, а вытянут по одной координате. Наиболее распространенные краны с симметричным порталом – «Кировцы» (краны ЗПТО им.С.М.Кирова) с расстоянием прохода 10,5 м (два железнодорожных пути). Обычно между ногами, расположенными вдоль рельса, располагаются стяжки, лестницы и прочее оборудование.

Нога - элемент портала (обычно 4, но в старых конструкциях встречаются порталы с 3-мя ногами) внизу заканчивается одной или несколькими тележками. Тележки бывают моторными или холостыми. На холостой тележке отсутствует двигатель. Обычно портальный кран имеет четыре двигателя передвижения, то есть по одному на каждой ноге. В этом случае нога заканчивается тележкой с двумя колесами, на одно из которых работает двигатель. Бывают краны, на которых обмоторены только две ноги, но это очень легкие краны и встречается такой вариант очень редко.
Также встречаются портальные краны с 8 или 16 (очень редко) двигателями передвижения. Это тяжелые краны, у них бывает до 4 (четырех) тележек на ногу, причем иногда внутренние крайние тележки соседних ног имеют дополнительную связь в виде балансира. Комбинации моторных и холостых тележек на одной ноге в этом случае может быть самой причудливой.
Крайние тележки обязательно должны заканчиваться буферами. На тележках обязателен противоугонный захват, минимальное их количество – по одному на ноге, возможно и большее количество, если масса крана такова, что одного на ноге может не хватать для удержания массы крана при расчетной ветровой нагрузке. На доковых портальных кранах, кроме противоугонных захватов предусматриваются устройства удержания при крене, также обычно устанавливаемые на тележке. Внутренность ноги обычно используется для прокладки кабелей. Лестницы для машиниста внутри ноги не размещаются, только снаружи.

Оголовок портала - верх "табуретки". Служит для соединения ног, основное назначение – прием нагрузок от поворотной части на опорный подшипник. В оголовке расположено электрооборудование, обеспечивающее передвижение крана. Бывает разной формы. Например, на старых «Кировцах» имел квадратную в плане форму, на более поздних круглую.

Величина проезда стандартно считается в железнодорожных путях – 1, 2 или 3. Наиболее распространены на 2 пути (10,5 метров). Портальные краны, которые не работают с транспортом внутри портала, могут иметь другую ширину. Так, строительные портальные краны обычно имеют уменьшенную ширину проезда.

Токоподвод бывает двух исполнений. Самое распространенное - кабельный барабан и гибкий кабель, сматывающийся или разматывающийся по мере передвижения крана. Кабельный барабан обычно располагается на одной из ног, либо вместе с противоугонными захватами на ригеле, соединяющем две ноги. Требует минимальных капитальных затрат, надежен. Применяется в основном в портах. Достаточно редким вариантом является троллейный токоподвод, представляющий из себя длинное помещение ниже уровня путей, в котором протянуты троллеи, а у крана имеется специальная штанга с токосъемниками. Применяется на судостроительных заводах, где есть риск повреждения гибкого кабеля, и необходима возможность переезда путей транспортом в любом месте.

Верхнее поворотное строение состоит из поворотной части, связанной с порталом посредством опорно-поворотных устройств различной конструкции, стрелы и противовеса.

Опорно-поворотное устройство у отечественных кранов производства ЗПТО им.Кирова наиболее массово применялось роликовое поворотное устройство на опорно-поворотном круге. При такой конструкции поворотная часть опирается на катки, которые контактируют с двумя горизонтальными рельсами размещенными на портале и на поворотной части.
Хорошим примером опорно-поворотного устройства на колонне может служить кран КППГ-5. Данная конструкция состоит из двух узлов: верхнего и нижнего. Верхний узел представляет собой систему горизонтальных катков (в зависимости от нагрузок - одинарных, либо двойных на балансире) закрепленных на колонне и передающих на портал нагрузку при любом направлении вертикального момента М. Нижний узел воспринимает вертикальное давление от веса поворотной части с грузом и горизонтальное от момента М.

Стреловые устройства в портальных кранах изменение вылета является рабочим, а не установочным движением, т.е. выполняется с грузом при высоких скоростях его горизонтального перемещения. Рабочий характер изменения вылета определяет два важнейших требования к стреловым устройствам:
1) Стреловое устройство должно быть полностью уравновешено относительно оси качания стрелы, что достигается с помощью подвижных противовесов;
2) Груз при изменении вылета должен двигаться по траектории, мало отличающейся от горизонтальной.

Основными типами стрел являются:
- прямые стрелы, как с устройствами, позволяющими грузу двигаться горизонтально, так и без них. Пример доковый кран и кран КППГ-5
- Шарнирно-сочлененные стрелы с тросовой оттяжкой гуська, применялись в период 1930-1990-х годов.
Шарнирно-сочлененные стрелы с жесткой оттяжкой гуська, обладают преимуществом - частично разгружены от кручения при поперечном раскачивании груза.

Механизмы изменения вылета - бывают:
- Штангового типа (наиболее распространены), в них могут быть использованы зубчатые рейки, либо винтовые тяги;
- Гидравлические;
- Полиспастные, где изменение вылета происходит посредством стягивания подвижной и неподвижной обойм;
- Секторные, применялись в ранних конструкциях кранов, где противовес находился на нижнем конце стрелы;
- Кривошипно-шатунные, обеспечивают возвратно-качательное движение стрелы.

Это грузоподъемное оборудование с поворотной частью, установленной на передвижной металлоконструкции, ездящей по рельсам и способной пропускать под собой ЖД вагоны и другой транспорт. Портальные краны нашли широкое применение в области строительства силовых зданий, шлюзов, плотин, гидростанций и других важных объектов. Они активно используются в судовых доках и на прикордонных складах, при работе с массовыми, ответственными штучными, сыпучими грузами.

Устройство портального крана

В общем случае состоит из следующих механизмов:

Нога – элемент с тележкой внизу (холостая или моторная), обеспечивающий перемещение по крановому пути. Количество ног разнится в зависимости от модели и может быть равно как 3 или 4 (классический вариант), так и 8 или даже 16. Все тележки при этом оборудованы противоугонным захватом, у каждой есть индивидуальный привод (если они моторные), а крайние обязательно буферные.

Оголовок – площадка соединения ног, квадратной или круглой формы. Помимо окончательного формирования портала, с величиной проезда 10,5 м (стандарт на 2 пути) или какой-то другой, также является узлом соединения электрооборудования – всех приводов тележек. Плюс, оголовок – это еще и опорный элемент, принимающий нагрузки от поворотного устройства.

Токоподвод – кабель, гибкий или на барабане, который прикреплен к одной из ног или к соединительному ригелю, и сматывается/разматывается при движении крана. Также ток может подводиться при помощи троллея, но это достаточно затратный вариант, использующийся только тогда, когда на рабочем объекте нецелесообразно прокладывать кабель из-за высокой вероятности его обрыва или повреждения.

Поворотное устройство – колонна или круг на катках, контактирующих с оголовком. Поддерживает и центрирует привод, обеспечивающий вращение крана-портала. Передает нагрузки и вертикальное давление на оголовок.

Стреловое устройство – с захватным механизмом, выполняющее операции вертикального и горизонтального (если вылет может изменяться) перемещения грузов. Оборудовано системой подвижных противовесов, благодаря которой во время работы достигается равновесие по отношению к оси качания.

Классификация портальных кранов

По назначению выделяют:

По типу (схеме) стрелы выделяют:

• прямые – вылет остается неизменным;
• шарнирно-сочлененные – с гибкой или жесткой оттяжкой, прямолинейным или профилированным хоботом, уравнительными блоками или полиспастами – все это направлена на изменение вылета;

По конструкции портала краны классифицируют на:

• решетчатые – каждая нога представляет собой отдельную конструкцию;
• рамные – ноги соединяются попарно и таким образом крепятся к ригелю через оголовок;
• рамно-башенные – аналогичные предыдущим, но доходят только до оголовка;
• рамно-раскосные – каждая нога шарнирно присоединена к ригелю.

По числу опор (ног) выделяют:

• трех-
• четырех-
• многоопорные.

По количеству соединения ног с верхним ригелем портал-краны:

• двух-
• четырех-
• многостоечные.

При этом характер соединения ног с верхним ригелем может быть:

• жестким – ноги не двигаются;
• шарнирным – опоры могут менять свое положение (после оголовка).

По ходовому устройству портальные краны бывают:

• на рельсах – передвигаются исключительно по проложенному пути;
• пневмоколесные – более мобильные, возможны даже их повороты на месте.

3.1 Перегрузочные портальные краны.

Портальный кран – сложная подъёмно-транспортная машина, сложность конструкции которой определяется сложностью технологических операций и повышенных требований к точности исполнения и работы крана.

Рисунок 3.1 – Кран портальный. Общий вид.
1-ходовая тележка;

4-неподвижный противовес;

5-кабина управления;

6-кабина для механизмов;

7-механизм изменения вылета;

8-подвижный противовес;

10-жёсткая оттяжка;

12-сменное рабочее оборудование;

3.2 Классификация портальных кранов по их назначению

Портальные краны по функциональному назначению разделяются на: перегрузочные, монтажные, строительные, судостроительные (рис. 3.2)

Рисунок 3.2 – Блок-схема классификации портальных кранов
3.3 Перегрузочные портальные краны

Портовые краны. Грузоподъемность кранов, используемых в портах при погрузке массовых грузов, колеблется в пределах от 1,5 до 20 тонн. При грузоподъемности свыше 3 т. они обычно снабжаются сменным оборудованием - грейферами для работы с насыпными грузами и крюками для работы со штучными грузами. Для кранов грузоподъемностью до 3 т., включительно применение грейферов весьма ограничено, в основном они используются для снабжения углем каботажных и речных судов. Поэтому для упрощения подъемного механизма такие краны обычно изготовляются только с крюками. Для специализированных морских причалов при больших количествах насыпных грузов целесообразно применение грейферных кранов грузоподъемностью до25 т.

Портовые краны обычно имеют постоянную грузоподъемность на всех вылетах. В зависимости от ширины прикордонных складов и обслуживаемых судов портовые краны имеют максимальный вылет от 15 до 40 м (и 30 м обычно 25). Минимальный вылет принимается из конструктивных соображений. В целях обслуживания наибольшей площади с одной установки крана следует стремиться иметь этот вылет наименьшим. Ширина колеи портала (расстояние между осями подкрановых рельс зависит от количества железнодорожных путей, перекрываемых порталом. Обычно порталы выполняются однопутными, трехпутными двухпутными и. В некоторых случаях порталы заменяются Г-образными полупорталами, в которых горизонтальная рама металлоконструкции одной стороной опирается непосредственно на ходовые тележки, катающиеся по подкрановым рельсам, уложенным на несущих конструкциях зданий прикордонных складов (рис. 3.3) или на специальных эстакадах. В речных портах, имеющих откосные набережные, иногда применяются полупорталы специальной конструкции, которые перемещаются по рельсам, уложенным

Рисунок 3.3 – Полупортальный кран
на разных уровнях (рис. 3.4). Это позволяет приблизить ось вращения крана к разгружаемому судну, не прибегая к возведению дорогостоящих массивных стенок набережных. При больших колебаниях уровня воды в реке во время паводков ходовые тележки, идущие по нижнему рельсу, и часть металлической конструкции полупортала часто работают под водой.

Поворотная часть крана на однопутном портале устанавливается на середине его пролета, на двухпутном она иногда смещается к одному из подкрановых рельсов в зависимости от условий работы крана. Поворотная часть крана на трехпутном портале иногда выполняется передвижной, что увеличивает обслуживаемую площадь, но усложняет конструкцию крана.

Ввиду высокой стоимости сооружения подкрановых путей и набережных давление на ходовые колеса кранов обычно ограничивается 20-30 т. В зависимости от этого давления определяется число ходовых колес.

Рисунок 3.4 – Перегрузочный портальный крана на полупортале специальной конструкции
Возможности применения портальных кранов для выполнения широкого спектра операций:

▬ перевалки штучных грузов при помощи грузового крюка;

▬ работы с тяжелыми грузами;

▬ обработки навалочных грузов при помощи грейфера;

▬ работы с магнитом;

▬ перегрузки металлолома при помощи прямоугольного грейфера;

▬ обработки контейнеров при помощи спредера.

Краны с бункером (краны типа «кенгуру») на портале (рис. 5) применяют для выгрузки сыпучих грузов из судов при устойчивом грузопотоке.

Вращение исключено из рабочего цикла крана, тем самым повышается производительность. Движение грейфера из трюма к бункеру и обратно обеспечивают только механизмы подъема и изменения вылета. Из грейфера

Рисунок 3.5 – Портальные краны с бункером (типа «кенгуру»)
груз высыпается в бункер и доставляется на склад транспортерами , один или два из которых установлены на кране. Размеры бункера в плане, с учетом раскачивания грейфера на канатах, значительны. Для уменьшения раскачивания длина подвеса должна быть возможно меньшей. При передвижении крана вдоль судна бункер не должен выступать в сторону берегового рельса за габарит портала. В кране завода ПТО им. С. М. Кирова (рис. 3.5, а) бункер выполнен поворотным. При выгрузке груза из судна бункер устанавливают горизонтально, а при перемещениях крана вдоль пирса - вертикально; при этом бункер не задевает надстроек судна. В кране фирмы "Кампнагель" из тех же соображений бункер выполнен передвижным (рис. 5, б). Это позволяет уменьшить длину перемещения грейфера и массу стреловой системы.

3.4 Монтажные судостроительные и судоремонтные краны

Монтажные краны предназначены для работ с ответственными штучными грузами. Судостроительные и судоремонтные краны обычно устанавливаются на высоких порталах для лучшего обслуживания работ по монтажу и ремонту судов. Портальные краны, устанавливаемые на набережных судоверфей для достройки судов на плаву, называются достроечными кранами. Они применяются также при ремонте судов у ремонтных набережных и в сухих доках.

Портальные краны, применяемые для сборки судовых корпусов на стапелях, называются стапельными кранами (рис. 3.6). Современная технология постройки судов предусматривает сборку корпуса корабля крупными узлами, поэтому грузоподъемность стапельных и достроечных кранов достигает 80 т., и более.

Рисунок 3.6 – Стапельный кран

Высота подъема крюка над головкой подкрановых рельсов монтажных кранов (рис. 3.7) достигает 50 м. Обычно они устанавливаются на специальных высоких порталах (рис. 3.7) и, начиная с грузоподъемности 20 т., и более, снабжаются двумя крюками – главным и вспомогательным.

Часто монтажные краны имеют переменную грузоподъемность в зависимости от вылета. Скорости рабочих движений подобных кранов, в отличие от перегрузочных, назначаются небольшими.

Для удобства установки монтируемого оборудования механизм главного подъема, а иногда и другие механизмы крана имеют дополнительную малую (посадочную) скорость. Максимальные вылеты монтажных кранов иногда достигают 35-40 м.

Особую группу составляют устанавливаемые на бортах плавучих доков доковые краны (рис. 3.8, 3.9 и 3.10), которые служат для выполнения работы внутри доков. Они перемещаются вдоль стенки дока по путям с очень малой

Рисунок 3.7 – Монтажный кран

Рисунок 3.8 – Доковый кран со стрелой решётчатой конструкции
колеей-3.0 до 4.5 м. В связи с этим приходится принимать специальные меры для обеспечения устойчивости кранов. Устойчивость крана обеспечивают противовесами на поворотной части и при необходимости заливкой бетона в

Рисунок 3.9 – Доковый кран со стрелой коробчатого типа

Рисунок 3.10 – Применение доковых кранов на плавучих доках (Рижская судоверфь)
опоры портала. Помимо противоугонных захватов доковые краны снабжают противоопрокидывающими захватами (клещами-захватами) охватывающими постоянно головки подкрановых рельсов и предохраняющими кран от возможного опрокидывания при перегрузках и удерживающими кран при

боковом ураганном ветре. Подкрановые рельсы на доке должны быть при этом надежно закреплены для сопротивления отрывающим усилиям. Иногда стрелы доковых кранов должны укладываться в походное положение на время транспортирования в открытом море. Доковые краны проектируют с учетом крена и дифферента дока.

3.5 Строительные портальные краны

Строительные портальные краны используются для механизации строительных работ. Применение портальных кранов на строительстве вследствие их высокой стоимости целесообразно только при перегрузке больших количеств материалов, когда кран работает длительное время на одном месте.

Рисунок 3.11 – Строительные портальные краны на бетоновозной эстакаде
В настоящее время портальные краны широко применяются на постройках плотин, шлюзов и силовых зданий крупных гидростанций (рис.11) для укладки бетона, подаваемого в бадьях по бетоновозной эстакаде. Кран разгружает бадьи, подвозимые по эстакаде под порталом крана, и подает их в блоки, где бадьи опоражниваются и обратно грузятся на транспортные средства. При помощи портальных кранов подают и устанавливают опалубку (в виде щитов), арматурные фермы, плиты, оболочки, устанавливают закладные части затворов и турбин и т. д. В конце строительства эти краны используются для монтажа основного оборудования.

Строительные портальные краны обычно имеют грузоподъемность 10-20 т. В зависимости от вылета стрелы она может быть переменной. Величина максимального вылета этих кранов зависит от ширины плотин и достигает 50 м, высота подъема крюка над головой подкрановых рельсов, 36 м. Глубина опускания крюка ниже головки подкранового рельса зависит от высоты эстакады и достигает 70 м и более.

Для обеспечения высокой производительности при таких больших высотах подъема строительные краны имеют такие же высокие скорости подъема, как и перегрузочные краны. Однако скорости поворота и изменения

Рисунок 3.12 – Строительный портальный кран повышенной грузоподъёмности в порту г. Балтимор США
вылета у строительных кранов несколько меньше, чем у перегрузочных, вследствие необходимости уменьшения раскачивания груза, висящего обычно на длинных канатах. Строительные краны делаются только крюковыми. Порталы их имеют большую высоту, так как под ними могут перевозиться по эстакаде арматурные фермы и обечайки трубопроводов к турбинам (рис. 3.12).

При рассмотрении различных типов портальных кранов правильнее всего различать их по кинематическим схемам стрел, которые определяют как конструкцию крана в целом, так и его эксплуатационные качества.

Рисунок 3.13 – Простая подъёмная стрела
Простая подъемная стрела показана на (рис. 3.13) Такая стрела не обеспечивает горизонтального перемещения груза при изменении вылета.

Неуравновешенность веса стрелы и подъем или опускание груза при изменении вылета требуют весьма мощных механизмов изменения вылета, поэтому такие стрелы встречаются только в кранах старых типов. Краны с простыми стрелами обладают пониженной производительностью, так как на установку груза в нужное положение затрачивается большое время.

В настоящее время для портальных кранов применяются полностью или частично уравновешенные стрелы, обеспечивающие перемещение груза по траектории, горизонтали близкой к горизонтали. Мощность двигателей механизмов изменения вылета таких стрел расходуется только на преодоление трения в шарнирах стрелы, перекатывание канатов по блокам и преодоление ветровых и инерционных сопротивлений. Обычно незначительная часть мощности расходуется на небольшой подъем и опускание груза вследствие отклонения его траектории от точной горизонтальной линии и на преодоление неуравновешенной части момента от веса стрелы.

Рисунок 3.14 – Шарнирно-сочленённая стрела с профилированным хоботом и гибкой оттяжкой
Было предложено и выполнено большое число схем стрел с горизонтальным перемещением груза при изменении вылета. Ниже рассмотрены четыре схемы, получившие наибольшее распространение.

Первая схема - шарнирно-сочлененные стрелы с профилированным хоботом и гибкой оттяжкой (рис. 3.14). Стрела состоит из стрелы 3, 1 хобота и канатной оттяжки 2. Криволинейная часть хобота профилируется так, чтобы обеспечивалось перемещение груза по горизонтали. Траектория движения конца хобота зависит от положения грузового каната. Если канат параллелен оси стрелы, то конец хобота перемещается по горизонтали. С помощью такой стрелы возможно получить наибольшее приближение траектории перемещения груза к горизонтали при изменении вылета.

Вторая схема - шарнирно-сочлененные стрелы с прямолинейным хоботом (рис. 3.15) и с жесткой или с гибкой оттяжкой.

Жесткая оттяжка хобота, имеющая достаточную ширину в нижней части, значительно уменьшает скручивание стрелы под действием сил инерции, приложенных к концу хобота, и удерживает хобот от опрокидывания в случае обрыва груза. Благодаря этим свойствам жесткая оттяжка широко применяется в быстроходных портальных кранах и в кранах

Рисунок 3.15 – Шарнирно-сочленённая стрела с прямым хоботом и жёсткой оттяжкой.
с большой грузоподъемностью (75-100 т). Грузоподъемность плавучих кранов, оборудованных укосинами такого типа, достигает 350 т.

При гибкой оттяжке хобота уменьшается вес стрелы, но возрастает опасность скручивания стрелы и опрокидывания хобота.

Разработана конструкция стрелы с дополнительным шарниром, обеспечивающим вращение хобота в поперечном направлении. Оттяжка хобота в этой стреле сделана в виде одной ветви каната.

При возникновении поперечных сил на конце хобота последний поворачивается, не скручивая стрелу.

К недостаткам стрел с прямолинейным хоботом следует отнести большую длину хобота, большой вес и большую парусность при наличии жесткой оттяжки.

Третья схема - стрелы с уравнительными полиспастами. Такие стрелы обеспечивают перемещение груза по линии, близкой к горизонтали. Для уменьшения длины грузового каната иногда применяют укороченные уравнительные полиспасты (рис. 3.16).

Стрелы с уравнительными полиспастами легки, просты в изготовлении, удобны в монтаже и позволяют без затруднений осуществлять укладку их в походное положение.

Рисунок 3.16 – Стрела с укороченным уравнительным полиспастом
К недостаткам этих стрел относятся большая длина канатов от груза до головки стрелы при малых вылетах и, как следствие, большое раскачивание груза, а также повышенный расход грузовых канатов за счет их большой длины и дополнительного износа от перекатывания по блокам при изменении вылета.

Четвертая схема - стрелы с уравнительными блоками, расположенными на качающемся рычаге и оттягивающими грузовой канат при изменении вылета (рис. 3.17). Траектория движения груза таких стрел значительно отклоняется от горизонтали. Улучшение этой траектории обычно вызывает значительное усложнение стрелового устройства. Уравновешивание собственного веса стрел во всех четырех схемах достигается за счет подвижного противовеса , который располагается на качающемся рычаге-коромысле, соединенном жесткой тягой со стрелой, или на канатной подвеске, стрелой соединенной со стрелой.

Рисунок 3.17 – стрела с уравнительным блоком

3.7 Механизмы изменения вылета

Механизмы изменения вылета портальных кранов должны иметь жесткую кинематическую связь со стрелой, чтобы исключить самопроизвольные движения последней под действием горизонтальных сил (ветра, сил инерции, отклонения грузовых канатов от вертикали и т. п.).

Основными типами механизмов изменения вылета являются: реечный (рис. 3.18, а) с зубчатой ​​или цевочной рейками; винтовой с вращающейся гайкой (рис. 3.18, б) или с вращающимся винтом, гидравлический (рис. 3.18, в), секторный (рис. 3.18, г); секторно-кривошипный (рис. 3.18, д) и кривошипно-шатунный, у которого шатун соединяется непосредственно со стрелой или с коромыслом (рис. 3.18, е).

Рисунок 3.18 –Основные типы механизмов изменения вылета: а- реечный; б – винтовой; в – гидравлический; д – секторно-кривошипный; е – кривошипно-шатунный.

Из приведенных типов реечный механизм самый легкий по весу и простой в изготовлении и находит все большее применение у краностроительных фирм.

Винтовой механизм по весу не тяжелее реечного, но сложнее и дороже в изготовлении и требует тщательного ухода и наблюдения за состоянием резьбы гайки и винта во время эксплуатации кранов.

Гидравлический механизм может обеспечивать весьма плавные пуски и торможения механизма, но сложен и дорог в изготовлении. При эксплуатации требует квалифицированного ухода и наблюдения.

Секторный механизм громоздок, тяжел и сложен в изготовлении.

Секторно-кривошипный механизм является промежуточным между секторным и кривошипно-шатунным, он проще и легче секторного.

Кривошипно-шатунный механизм при условии, если крайние положения стрелы соответствуют мертвым точкам механизма, надежен и безопасен в эксплуатации, так как не требует концевых защит и исключает возможность падения или запрокидывания стрелы на кран при переходе ее за крайние положения. По весу это один из самых тяжелых механизмов.

3.8 Механизмы передвижения

3.8.1 Система передвижения на рельсовом ходу.

В подавляющем большинстве современных портальных кранов механизмы передвижения выполняются с индивидуальными приводами на каждую приводную тележку. Синхронизация приводов осуществляется не электрическим путем, а за счет жесткости порталов.

Число приводных колес составляет обычно 25-100% от общего числа ходовых колес. Небольшое число приводных ходовых колес допустимо только при передвижении крана по строго горизонтальному пути, уложенному на надежном основании, и при небольшой наветренной площади крана и груза. При несоблюдении этих условий может иметь место пробуксовывание колес малонагруженных опор крана.

Существует большое количество различных конструкций ходовых частей. Наиболее часто встречаются конструкции, имеющие по 16 ходовых колес - по 8 приводных и по 8холостых, но скомпонованы они могут быть по-разному. Первый вариант предполагает всего две приводные тележки, расположенные по диагонали на ногах портала. Двигатель каждой тележки приводит в движение четыре приводных колеса. Во втором варианте предусмотрено четыре приводные тележки, расположенные под всеми четырьмя ногами, двигатель каждой тележки приводит в движение два приводных колеса.

Установка двух двигателей большой мощности с соответствующей аппаратурой управления обходится дешевле, чем четырех двигателей такой же суммарной мощности, но при четырех приводных колесах от одного двигателя получается очень длинная кинематическая цепь (10 зубчатых колес и червячная пара). При двух приводных колесах от одного двигателя кинематическая цепь может быть значительно укорочена (3 зубчатых колеса и червячная пара) что в значительной мере компенсирует дополнительные затраты на установку четырех двигателей вместо двух.

При двух двигателях привод получается менее надежным, так как в случае выхода из строя одного из них кран передвигаться не может, в то время как временная работа на трех двигателях вместо четырех вполне возможна. При двух двигателях часто имеют место случаи перегрузки одного из двигателей при работе на неровных подкрановых путях, когда опора, на которой установлен другой двигатель, выключается из работы вследствие неравномерной осадки путей.

В тяжелых портальных кранах применяются ходовые тележки с большим числом ходовых колес. На рисунке 3.19 показана такая тележка 75 тонного портального крана завода ПТО им. Кирова на 10 колесах с двумя

Рисунок 3.19 – Ходовая тележка 75-тонного крана завода ПТО им С. М. Кирова
двигателями. Характерной особенностью этой тележки является доступность для осмотра или ремонта любого ходового колеса. Эти колеса установлены в съемных угловых буксах, каждая из которых присоединяется к раме двумя болтами. Для снятия любого колеса (тележки) необходимо с помощью гидравлического домкрата и специального приспособления освободить его от нагрузки , после чего достаточно приподнять колесо на 2-3 мм и выкатить его вбок.

3.8.2 Пневмоколёсная ходовая система.

Фирма «Kranbau Eberswalde» сделала свои краны мобильными. Процесс отхода от сковывающей системы на рельсовом ходу начался в рамках сотрудничества с фирмой «I-BAU» из Гамбурга с гусеничных механизмов передвижения балансирных кранов, с первых мобильных контейнерных перегружателей системы «FEEDER SERVER» в городе Хошимине и с выпуска двух мобильных конвейерных перегружателей. Теперь мобильность обеспечивается и для высокопроизводительного крана, поворотного крана с шарнирно-сочлененной стрелой «Articulated Harbour Crane AHC».

Конструкция крана AHC на рельсовом ходу с чрезвычайно высокой перегрузочной производительностью, безопасностью и надежностью адаптируется с учетом требований рынка на базе зарекомендовавшего себя оборудования механизма передвижения марки «Кирова».

Чтобы не мешать транспортному потоку в порту, сохраняются преимущества высокого портала. Оптимальная погрузка в вагоны возможна за счет охвата двух или более рельсовых путей. В распоряжении имеются два варианта ходовой части:

▬ для движения по прямой и небольшой частоты движения по кривой. Ходовая часть на базе модифицированной конструкции крана типа RTG (рис. 3.20).

Рисунок 3.20 – Пневмоколёсные ходовые тележки, обеспечивающие движение по прямой траектории
▬ для обеспечения полной гибкости, ходовая часть, предлагающая возможность вращаться на месте. Зарекомендовавшее себя оборудование арки Кирова, многократно используемое в области средств для транспортировки тяжелых грузов. Новинка в мировом масштабе - FEEDER сервер ". (Рис. 3.21).

Рисунок 3.21 – Ходовая система FEEDER SERVER, обеспечивает полную мобильность: а - вид спереди; б - вид сбоку
Преимущества системы FEEDER SERVER:

▬ Лёгкая стальная несущая конструкция и крановая тележка;

▬ Стандартизованные машинные узлы;

▬ Модульные узлы привода;

▬ Короткое время монтажа;

▬ Малые инвестиционные затраты;

▬ Невысокие эксплуатационные издержки;

▬ Мобильность;

▬ Высокая эффективность;

▬ Небольшой уровень шума;

▬ Универсальные возможности применения.

3.9 Конструкции порталов

Разнообразие конструкции порталов объясняется разнообразием требований к порталам и кранам, различием в традициях и опыте краностроительных предприятий и малой изученностью границ рационального применения структур порталов. Порталы различаются по типу присоединения опор к верхнему ригелю (шарнирное и жесткое) по числу соединений с частью (трех-и четырёхопорные) по способу образования конструкции (решетчатые, рамные (см. рис. 3.22 а, б) рамно-башенные (рис. 3.22, в), рамно-раскосные (рис. 3.22, г), по числу присоединений опор к верхнему ригелю: двух-(рис. 3.22, 6) и четырехстоечные (рис. 3.22, а) и т. д. На конструкцию портала влияет тип опорно-поворотного устройства: на многокатковом круге, на поворотной колонне и на шаровом опорно-поворотном круге.

Рисунок 3.22 – Порталы: а – рамный четырёхстоечный; б – рамный двухстоечный; в – рамно-башенный; г – рамно-раскосный
Четырехстоечные порталы по сравнению с двухстоечными более металлоемки, но менее подвержены деформациям, что важно для монтажных кранов. В конструкциях кранов, выпускаемых в последние годы, широко применяют рамно-башенные порталы, в которых цилиндрическая (рис. 3.22, в), цилиндроконическая или пирамидальная башня присоединена к рамной

Рисунок 3.23 – Схемы порталов: а – однопутного; б – двухпутного; в – трёхпутного

Рисунок 3.24 – Рамный четырёхстоечный портал коробчатой конструкции
конструкции. Согласно статистическим данным применение дзухстоечных и рамно-башенных порталов расширяется, а четырехстоечных сокращается.

3.10 Механизмы поворота

Механизм поворота портальных кранов состоит из опорно-поворотного устройства, поддерживающего и центрирующего поворотную часть, и привода, вращающего поворотную часть. В зависимости от типа опорно-поворотного устройства различают краны на колонне и на поворотном круге.

Опорно-поворотные устройства кранов на колонне.

Портальные краны на колонне применяются двух типов - с неповоротной или поворотной колонной (рис. 3.25).

В первом случае (рис. 3.25, а) колонна служит продолжением портала, а поворотная часть вращается вокруг нее. Вес поворотной части с грузом воспринимается упорным подшипником наверху колонны, а опрокидывающий момент – радиальными опорами наверху колонны и у ее основания.

В кранах с поворотной колонной (Рис. 3.25, б) последняя составляет одноцелое с поворотной частью. В этом случае вес поворотной части с грузом воспринимается подшипником , расположенным внизу колонны, а опрокидывающий момент-радиальными опорами внизу колонны и в верхней части портала. Краны с поворотной колонной получили наиболее широкое распространение.

Рисунок 3.25 – Схема опоры кранов на колонне: а – с неповоротной колонной; б - с поворотной колонной

Опорно-поворотные устройства кранов на поворотном круге.

Портальные краны на поворотном круге применяются двух типов: с колесными и с катковыми (или шаровыми) опорно-поворотными устройствами.

Колесное опорно-поворотное устройство обычно имеет четыре опоры, причем в зависимости от нагрузки в каждой опоре устанавливается либо одно колесо, либо двухколесная балансирная тележка.

Катковые опорно-поворотные устройства выполняются с коническими или с цилиндрическими катками (рис. 3.26). В первом случае оно представляет собой большой конический роликоподшипник, у которого оба кольца обработаны на конус так, что образующие этих конусов и оси вращения роликов пересекаются в одной точке на оси вращения поворотной части, при этом катки катятся по рельсам без скольжения. Во втором случае катки имеют цилиндрическую форму, поверхности колец представляют собой две плоскости и катки катятся со скольжением.

Шаровые опорно-поворотные устройства. Применяют шаровые опорно-поворотные устройства двух видов: воспринимающие только вертикальную нагрузку и воспринимающие вертикальную нагрузку, горизонтальные силы и опрокидывающий момент. Во всех случаях применения шаровых устройств для нормальной их работы необходимо обеспечить значительно большую жесткость оголовков, порталов и поворотных платформ, чем при Катковых и колесных устройствах.

Рисунок 3.26 – Схемы катковых опорно-поворотных устройств: а – с коническими катками; б – с цилиндрическими катками

3.11 Механизмы подъёма

В грейферных кранах наибольшее распространение имеют механизмы подъема, состоящие из двух независимых лебедок - подъемной и замыкающей, не имеющих ни механической, ни электрической связи, каждая из которых управляется своим командоконтроллером. Рукоятки командоконтроллеров этих лебедок установлены так, чтобы ими можно было управлять раздельно или совместно (одной рукой).

Лебедки изготовляются из отдельных унифицированных блоков (электродвигатель, тормоз, редуктор, барабан, коренной подшипник барабана, соединительные муфты), которые устанавливаются на общей раме. Такая конструкция лебедок обеспечивает их удобную сборку почти без подгоночных работ, а взаимозаменяемость отдельных блоков значительно упрощает организацию ремонтных работ.

Как видно из рисунка 3.27, оси электродвигателя, входного и выходного валов редуктора и барабана этих лебедок лежат на одной прямой. Такая так называемая соосная схема имеет ряд существенных преимуществ по сравнению со схемой с параллельными осями, а именно: меньшие габариты лебедки в плане, возможность установки двух лебедок рядом при сохранении удобного доступа ко всем их частям для обслуживания, значительно упрощенную конструкцию рам лебедок, редуктора уменьшение веса редуктора.

Рисунок 3.27 - Лебёдка подъёма грейферного крана

Механизмы подъёма крюковых кранов. На рисунках 3.28 и 3.29 показана лебедка 10 -тонного крюкового портального крана. Она состоит из таких же отдельных блоков, как и грейферная лебедка (рис. 3.27), но в отличие от нее здесь ось двигателя и ось барабана параллельны между собой. Регулирование скорости, необходимой для крюковых кранов, осуществляется электрическим методом.

Рисунок 3.28 Устройство лебёдки подъёма крюкового крана: 1 - тормоз, 2 - барабан, 3 - двигатель, 4 - редуктор.

Рисунок 3.29 – Кинематическая схема лебёдки с микроприводом

Для монтажных портальных кранов, применяемых в судостроении, при судоремонте, на строительно-монтажных работах и ​​в других аналогичных случаях, требуется более широкий диапазон регулирования скорости. В связи с этим широкое распространение на монтажных кранах получили лебедки с так называемым микроприводом (рис. 3.29).

3.12 Рабочее оборудование

К рабочему оборудованию относятся; спредеры, двухчелюстные грейферы, электромагниты, многочелючтные грейферы, крюковые подвески, траверсы.
а
б

в
г

Рисунок 3.30 – Рабочее оборудование: а – спредер; б – двухчелюстной грейфер; в – электромагнит; г – многочелюстной грейфер

а
б

Рисунок 3.31 – Рабочее оборудование: а – крюковая подвеска; б – траверса

3.13 Кабины

Кабины управления. Кабины управления портальных кранов (рис. 3.32 и 3.33) обычно располагаются на поворотной раме , в передней ее части. Для обеспечения хорошей видимости из кабины наиболее удобно, когда ось ее совпадает с осью симметрии крана.

В кабине управления устанавливается сиденье для крановщика и размещаются приборы управления и аппаратура для освещения крана (командо-контроллеры, трансформаторы, щит освещения и пр.) в задней части кабины управления помещается отопительно-вентиляционная

Рисунок 3.32 - Кабина управления крана ЗПТО им. С. М. Кирова

Рисунок 3.33 - Вариант исполнения кабины

управления
Электрооборудование, которое может являться источником тепловыделений (сопротивления, пускатели, коммутационная аппаратура), как правило, размещается в кабине механизмов. Пол кабины управления должен быть покрыт резиновым ковриком.

Кабины механизмов. Механизмы поворотной части портальных кранов располагаются в закрытых, водонепроницаемых, неотепленных кабинах (рис. 3.34). Механизм изменения вылета укосины часто устанавливается в специальной кабине, помещаемой на площадке над кабиной механизмов или

Рисунок 3.34 - Кабина механизмов крана ЗПТО им. С. М. Кирова

в верхней части каркаса, а в кранах с колонной - внутри последней. Кроме механизмов, в кабине размещают панели и сопротивления.

К каркасу перекрытия кабины механизмов обычно крепится на болтах двутавровая балка, по которой перемещается ручная тележка с талью для обслуживания механизмов и оборудования, кабине установленных в кабине.

3.14 Устройства безопасности

Главнейшим устройством безопасности портального крана является устройство ограничителя грузоподъемности, состоящее из силоизмерительной ячейки, измерительного усилителя и электронного устройства для восприятия получаемых сигналов, показывающее через индикаторное устройство (световое табло) значения поднимаемого портальным краном груза. Важнейшей задачей электронного устройства грузоподъемности крана является запрет перегрузки портального крана в случае возникновения подъема чрезмерных грузов, превышающих допускаемую грузоподъемность крана и позволяет всего лишь опустить на землю поднимаемый груз.

К числу других важных устройств безопасности крана относится анемометр, постоянно измеряющий и регистрирующий давления ветра. Принцип действия применяемого анемометра основан на лопастном устройстве измерения скорости ветра. При достижении настроенного в устройстве значения скорости ветра и при превышении допускаемого значения скорости ветра устройство анемометра сначала выдает оповещающий, предупреждающий сигнал, а потом выдает команду для остановки движений и отключения крана. В случае достижения давления ветра, превышающего значение давления, принятого в расчет при проектировании крана, устройство анемометра приводит в действие рельсовые противоугонные захваты и останавливает механизм передвижения крана.

Портальный кран обладает специальной системой электрической защиты применяемых электрических устройств и аппаратуры, что, в случае возникновения неполадок в сети служит для защиты электрических устройств и аппаратуры.

К числу дальнейших устройств защиты и безопасности крана следует отнести различные устройства блокировки, устройства механической защиты, конечные выключатели и ограничивающие выключатели, срабатывание которых происходит под действием и совместно с программируемой системой управления приводных устройств крана, они в основном выполняют роль защиты механизмов и узлов крана и в случае возникновения крайних или аварийных ситуаций ограничивают крайние положения или выдают сигнал запрета на выполнение той или иной функции.

В случае возникновения аварийной ситуации на портальном кране его работа может быть остановлена ​​также кнопкой аварийного выключения из кабины крановщика, что, в свою очередь также означает своего рода защитное мероприятие по защите устройств крана.

В интересах безопасности эксплуатации портального крана на нем применены следующие устройства безопасности и сигнализации:

Механические защиты:

▬ устройство электрического рельсового противоугонного захвата

Устройства электрической защиты крана:

▬ система защиты от прикосновения

▬ система защиты от перегрузок токов

▬ защита от токов короткого замыкания

▬ защита от нулевого напряжения

▬ внутренняя молниеотводная защита

▬ защита от перегрузки крана

▬ защита от нулевого положения командоконтроллеров

▬ аварийные выключатели

▬ защита от пуска в закрытом состоянии рельсовых противоугонных захватов (механизм передвижения, портал)

Ограничители крайних положений:

▬ Конечные выключатели верхнего и нижнего конечных положений груза

▬ Конечные положения наибольшего и наименьшего вылета стрелы

▬ Ограничитель от столкновения двух кранов, перемещающихся на одних и тех же подкрановых путях

Применяемые на кране измерительные приборы:

▬ вольтметр

▬ амперметры

▬ анемометр для измерения давления ветра

▬ измеритель нагрузки (ограничитель грузоподъемности)

Сигнализации на кране:

▬ звуковая и световая сигнализация при перемещении крана

▬ сигнальный гудок

▬ сигнальная сирена

▬ индикаторное устройство (дисплей) и операторская панель на пульте управления краном (для целей функции проверки режимов и параметров работы, индикации ошибок и неполадок системы).

Балтийский завод в Санкт-Петербурге, одна из старейших российских верфей, переживавших еще совсем недавно не лучшие времена, сегодня загружен работой. Здесь строят два систершипа уже спущенной на воду «Арктики» — новейшего и самого мощного в мире атомного ледокола. Имена будущих кораблей — «Урал» и «Сибирь».

Чему не научились в СССР?

Шаг за шагом корпуса ледоколов наращиваются за счет вновь присоединяемых секций, каждая из которых имеет внушительные размеры и вес. Такую работу невозможно сделать без портальных монтажных кранов высокой грузоподъемности. Портальными они называются не потому, что работают в порту (как думают некоторые), а потому, что установлены на портале — площадке на широко раздвинутых опорах, катающихся по рельсам. Рельсы проложены вдоль бортов строящихся ледоколов, и краны, переезжая с места на место, подают на стройку все новые и новые детали. На верфи можно увидеть всю историю портальных кранов в нашей стране за последние десятилетия. Вот бывалый кран советской постройки, сработанный на Кировском заводе. Вот машина посвежее — кран made in Finland. Это уже эпоха угасания отечественного производства: тогда мы думали, что купим за границей все лучшее, а наши верфи и порты были отданы продукции немецких и финских компаний. И вот новинка последних лет — кран СММ-4500. Эта выдающаяся по многим параметрам машина сделана петербургской фирмой «СММ», выросшей в свое время из ремонтного предприятия. Производство портальных кранов вернулось в Россию.

Строительство атомного ледокола ведется с помощью гигантских портальных кранов, среди которых российская новинка СММ-4500 грузоподъемностью 100т

«Краны такого класса грузоподъемности в СССР делать так и не научились, — говорит главный конструктор компании «СММ» Александр Журавлев, — так что можно говорить не о возвращении производства портальных кранов в Россию, а о качественно новом шаге в этой области. Максимальная грузоподъемность нашего СММ-4500 — 100 т, вылет стрелы — 60 м. Можно по пальцам пересчитать мировых производителей, которые умеют строить подобную технику, — финны и немцы в основном. Еще Китай в последнее время».

Почти как в метро

Дело, собственно, не в цифрах как таковых, а в требованиях заказчика. «СММ-4500 — единственный на нашем предприятии кран, который благодаря вылету стрелы может доставлять грузы не только к ближнему борту строящегося корабля, но и к противоположному, — объясняет Николай Дроздов, начальник цеха, обслуживающего портальные краны. — Можно сказать, что нынешний заказ мы способны выполнить именно потому, что такая машина у нас есть».

Компания «СММ» производит как монтажные (преимущественно для кораблестроения), так и перегрузочные краны (для работы в порту). На схеме показано, как устроен СММ-4500 — монтажный портальный кран Балтийского завода.

Работа крана проходит где-то там, вверху, на уровне глаз только нижние части опор портала. Машина останавливается, переносит груз, подает сигнал и неспешно перекатывается на новую позицию. Монтажному портальному крану, в отличие от портового перегрузочного, скорость не так важна. Каждая из четырех опор поставлена на восемь стальных колес, от железнодорожных их отличает наличие второй реборды. Рельсы тоже специальные, крановые — более широкие и массивные. Восемь колес распределены между четырьмя тележками, которые связаны с опорой шарнирно-балансирной системой. «С какой бы точностью вы ни прокладывали крановый путь, — говорит Александр Журавлев, — все равно останутся какие-то неровности. Если они в рамках ГОСТа — ничего страшного, однако, соединяя колесные тележки с опорой не жестко, а через шарнирно-балансирную систему, мы даем возможность нашей ходовой части эти неровности отрабатывать. Например, не допускать зависания колеса над рельсом, при котором остальные колеса будут испытывать нерасчетную нагрузку». В движение колеса приводятся электродвигателями, которые установлены прямо на тележках. Система подачи электропитания на СММ-4500 напоминает, как ни странно, ту, которая используется в метрополитене. Как известно, электропоезд метро получает энергию от контактного рельса с помощью установленных на колесных тележках токосъемников. Здесь же рядом с одним из рельсов сделана траншея, прикрытая в целях безопасности гибкими резиновыми шторками. Внутри траншеи проложены три токоведущие шины. С помощью специального токосъемника кран отодвигает шторку и контактом-башмаком снимает трехфазный ток напряжением 380 вольт.

Ступени-лепестки

Машинное отделение, электроника и автоматика, кабина крановщика — все это находится на высоте 12−13-этажного дома. Путь туда — исключительно пешком. Сначала по крутым, похожим на корабельные, трапам нужно взобраться на верхнюю площадку портала, а затем подняться по винтовой лестнице внутри колонны, на которой и стоит кран. Пока идешь по этой лестнице вверх, глаза не поднимаешь — страшно подумать, сколько еще ступеней впереди. Когда спускаешься, кажется, что ступени внизу превращаются в лепестки вращающегося цветка. От этой оптической иллюзии кружится голова. Уф! Наверху внутри платформы машинного отделения большой круглый зал, где установлены механизмы поворота крановой установки. Этажом выше расположены лебедки главного и вспомогательного подъема. Концы тросов исчезают в щели на потолке. Над машинным отделением, на стойке установлен реечный механизм изменения вылета стрелы.

Сходство с птицами — журавлем или цаплей — портальным кранам придает шарнирно-сочлененная стреловая система. К основной стреле на шарнире крепится еще один элемент — его называют «клюв», «гусек», а иногда «хобот». Такую систему придумали в конце 1930-х годов в Германии. Когда основная стрела изменяет вылет (то есть поднимается или опускается), подвешенный к ней груз также неизбежно меняет высоту. В шарнирно-сочлененной системе «хобот» выполняет компенсирующее движение, удерживая груз на заданной высоте. При этом не требуется работа подъемной лебедки, то есть не тратится лишняя энергия. И при монтажных, и при перегрузочных работах удержание груза на одном уровне — важный фактор безопасности.

Кабина крановщика находится на высоте 12−13-этажного дома, и путь туда нелегок: сначала подъем по крутым трапам, потом много шагов по винтовой лестнице.

И вот наконец кабина, из которой осуществляется управление всей этой машинерией. Сразу обращаешь внимание на панорамное остекление. Из кабины открывается отличный вид на территорию прославленного завода, на строящиеся корабли и на весь Васильевский остров. Где-то вдали возвышается недостроенная еще башня «Лахта-центра». На рабочем месте крановщика (точнее, крановщицы — гигантскими кранами на Балтийском заводе управляют в основном дамы) удобное кресло, по бокам два джойстика, напротив параметрический дисплей.

«Комфорт и эргономичность кабины — это для нас приоритетные задачи, — говорит Александр Журавлев, — так как они напрямую связаны с безопасностью работ. В прежние времена на это мало обращали внимания — в кабинах стояли неудобные сидения, на которых было тяжело работать часами, отсутствовали кондиционеры. Краны тогда управлялись с помощью релейно-контакторной системы, и передвижение контроллера требовало от крановщика значительного усилия. Сейчас все по‑другому. Рабочее место оснащено удобным эргономичным креслом. Частотное регулирование электроприводов позволяет оператору крана с помощью двух джойстиков выполнять плавные и точные движения. Для повышения безопасности работ мы устанавливаем специальные сенсоры, которые предотвращают, например, столкновение стрел — а такое порой случается, особенно при работе перегрузочных кранов в порту. С другой стороны, обвешивать весь кран датчиками было бы тоже неправильным: он просто не сможет работать из-за постоянной перестраховки автоматики. Все-таки управление машиной пока еще в значительной степени находится в руках человека, а не компьютера. Хотя появление беспилотных кранов, вероятно, дело недалекого будущего».

У виртуальной бездны

СММ-4500 уже не самый большой монтажный кран, произведенный в России. Машина, построенная для еще одной легендарной верфи — северодвинского «СевМаша», обладает характеристиками, равных которым в Европе, пожалуй, нет. Грузоподъемность — 160 т, вылет стрелы — 80 м, высота подъема — 75 м. «Человека непосвященного эти цифры могут и не впечатлить, — объясняет Александр Журавлев, — но за каждым метром увеличения вылета стрелы стоит сложнейшая инженерная задача. Чем длиннее «рука» крана, тем сложнее его сбалансировать. Нужен более тяжелый противовес, но общую массу машины нельзя увеличивать до бесконечности. Не сэкономишь на уменьшении массы портала: он обеспечивает устойчивость и не должен быть очень легким. Главный путь — уменьшение массы стреловой системы при сохранении высокой прочности. Это работа с новыми материалами, марками стали, технологиями сварки».

Рядом с новым российским портальным краном СММ-4500, который эксплуатируется с 2014 года, на строительстве атомных ледоколов работают машины производства СССР (слева) и Финляндии (справа).

В компании «СММ» краны проектируются методом 3D-моделирования. Созданная на компьютере модель тестируется в программных средах, имитирующих разные нагрузки. Если выявляются слабые места, модель отправляют конструктору на доработку, потом возвращают на новые виртуальные тесты. Таких итераций может быть очень много. Виртуальная революция не миновала и систему обучения крановщиков и сервисного персонала. В «СММ» разрабатывают VR-симулятор, который позволяет не только в предельно реалистичном режиме освоить управление краном, но и фактически разглядеть каждый его узел, понять, как он работает. Надев очки виртуальной реальности и взяв в руки по джойстику, я попытался — нет, не поработать на кране, а просто попутешествовать по нему. И вот я оказался на большой высоте, рядом с перилами ограждения. И мне стало страшно: перила-то виртуальные, а высота… высота пугала. Это было очень странное ощущение.