Понятия и определение производительности крана
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БАШЕННОГО КРАНА
к выполнению практической работы
по дисциплине «Строительные машины»
Целью данной практической работы является изучение методов определения производительности башенного крана на основе аналитических и экспериментальных исследований.
Понятия и определение производительности крана
Производительностью крана называется количество груза, которое при циклической работе в заданных производственных условиях может быть перегружено с его помощью в единицу времени.
(1)
где 
— масса, т, объем, 
, или число единиц полезного груза, перегружаемого краном за один цикл; n – число циклов в час,
, (2)
— продолжительность цикла, с.
Производительность крана зависит от его характеристики, производственных условий, вида груза, технологии перегрузки и мастерства крановщика.
Масса полезного груза в одном подъеме определяется назначением крана, технологическим процессом перегрузочных работ:
(3)
где 
— грузоподъемность крана, т; 
— масса грузозахватного устройства, т.
Грузоподъемность поворотных кранов некоторых типов для сохранения устойчивости уменьшается с увеличением вылета. В зависимости от условий и технологии работ назначается рабочий вылет крана и в расчет производительности вводятся соответствующие ему грузоподъемность крана и масса полезного груза.
Продолжительность цикла включает затраты времени на захват и освобождение груза, рабочие движения по перемещению груза и захватного устройства с учетом совмещения движений во времени, в также вспомогательные элементы цикла по успокоению груза на гибкой подвеске, нацеливанию и позиционированию груза и грузозахватного приспособления. Длительность элементов цикла, выполняемых без участия механизмов, например, ручная зацепка и отцепка груза, определяется хронометражем или расчетом по микроэлементным нормам.
Время перемещения, осуществляемого механизмом крана,
(4)
где 
— линейные или угловые пути, установившиеся скорости и среднее ускорение движения груза или захвата в i-том элементе цикла соответственно; 
— время разгона и торможения механизма соответственно.
Путь перемещения 
для элемента, связанного с управлением захватным приспособлением, задается его конструкцией, необходимой высотой подъема или опускания управляющего каната; для других элементов – взаимным расположением крана и мест захвата и освобождения груза, которое выбирается в зависимости от производственных условий, в целях осуществления оптимальной по быстродействию траектории движения груза и захватного устройства. Близкая к оптимальной траектория определяется крановщиком соответственно его квалификации или может быть заложена в программу автоматизированного управления краном.
Применение наиболее рациональных приемов работы позволяет существенно сократить продолжительность цикла. Современная практика краностроения идет по пути применения высоких скоростей движения в кранах для массовых перегрузочных работ. Принимают скорости подъема и спуска груза до 1.6-2.0 м/с, скорость движения тележек по рельсовому пути – до 4-6 м/с, по канатному пути – до 6 – 10 м/с, частоту вращения крана – до 3 об/мин.
Общая продолжительность цикла крана наиболее точно определяется из анализа структуры типичного цикла, например, с помощью графической формы циклограммы (рис.1), которая может быть получена на работающем кране автоматически с помощью записывающей измерительной аппаратуры, или внешним замером отдельных операций крана (хронометрированием).
На рисунке 1 представлена циклограмма подъема груза стреловым башенным краном с подъемной стрелой. Каждая строка циклограммы соответствует одной из операций цикла крана при подъеме груза. Циклограмма позволяет определить продолжительность цикла, как сумму затрат времени на отдельные операции с учетом возможности их совмещения (например, поворот стрелы крана совмещается с опусканием груза и т.п.).
Производительность грузоподъемных машин в значительной степени зависит от организации погрузочно-разгрузочных работ, транспортных и складских работ на данном предприятии. Продуманная, четкая организация этих работ приводит к сокращению простоем грузоподъемных работ. Увеличение скоростей движения отдельных механизмов вследствие относительно небольших путей перемещения не приводит к существенному увеличению производительности. На увеличение производительности значительно большее влияние оказывает применение более совершенных типов грузозахватных устройств, приводящих к сокращению времени на захват – освобождение груза. Весьма существенное влияние на производительность оказывает совмещение операций по подъему груза с одновременным его перемещением другими механизмами.
Определяемую формулой (1) производительность принято называть технической, хотя зависит она не только от параметров крана, но и от производственных условий и технологических приемов работы. В процессе перегрузки пути перемещения меняются по мере загрузки или разгрузки технологического оборудования строительной площадки. Меняются и условия захвата груза и технология работы.
Понятие эксплуатационной производительности обычно вводится для расчета ее значения за рабочую смену или эксплуатационный период. Сменная эксплуатационная производительность Псм (т/смену) служит основой технического нормирования и для расчета срока выполнения заданного объема перегрузочных работ:
(5)
где 
— продолжительность смены, ч; 
— нормируемые затраты времени на отдых, технологические перерывы и подготовительно-заключительные операции.
Производительность Пэкс на заданный эксплуатационный период Тэкс, применяемая в экономических и эксплуатационных расчетах, определяется в заданных условиях перегрузки на грузе определенного вида:
(6)
где Тэкс – число рабочих смен за эксплуатационный период; 
— коэффициент готовности, учитывающий перерывы в работе по непредвиденным причинам.
Описание и технические характеристики автокранов
Классификация грузоподъемных кранов
Основное разделение видов кранового оборудования проводится по типу его конструкции:
Основные параметры подъемных кранов
В соответствии с производительностью грузоподъемного крана и условий эксплуатации установки рассчитывается количество и мощность кранов для выполнения заданного объема работ. В задачах по возведению объекта могут использоваться несколько видов подъемных кранов.
Основные технические характеристики кранов.
Основные технические данные характеризующие краны называются параметрами.
Основные механизмы грузоподъемных кранов.
ГРУЗОПОДЪЁМНЫЙ КРАН (подъемный кран), стационарная,передвижная машина периодического (циклического) действия для подъема и перемещения грузов. Основные составные части грузоподъемного крана: несущая конструкция (стрела, мачта, мост, ферма,башня), грузоподъемный механизм (лебедка, таль) с приводом, грузозахватное устройство (крюк,строп, грейфер, ковш, электромагнит и др.) с направляющими и поддерживающими элементами (канаты, цепи).
Наиболее распространенные разновидности стационарных грузоподъемных кранов — консольные, мачтовые, мостовые, козловые, портальные, башенные, кабельные. К передвижным грузоподъемным кранам относятся стреловые самоходные краны, железнодорожные и плавучие краны.
Маркировка грузозахватных приспособлений.
При маркировке на СГП к низу прикрепляют бирку, где наносят:
Также СГП должны снабжаться паспортом, в котором указывают:
Подбор грузозахватных приспособлений для работы по подъему и перемещению грузов.
СПГ подбираются в соответствии со схемой строповки грузов. В случае отсутствия схемы строповки грузов необходимо обратиться к лицу ответственному за безопасное производство работ кранами.
Осмотр и браковка грузозахватных приспособлений и тары.
Не допускается эксплуатация стропов со следующими дефектами:
Цепные стропы подлежат браковке при удлинении звена цепи более 3% от первоначального размера и при износе звена более 10%.
24. Стропы канатные, их назначение и основные технические требования к ним.
Стропами называют отрезки канатов или цепей соединенных в кольца или снабженных навесными грузозахватными элементами, которые служат для обвязки крепления и подвешивания груза к грузоподъемному механизму и обеспечивает быстрое и удобное крепление груза.
В настоящее время используются:
По числу ветвей стропы бывают:
При использовании многоветьевых стропов следует следить за тем, чтобы нагрузка передавалась равномерно на все ветви стропа. Конструкция СГП должна исключать возможность самопроизвольного отсоединения груза.
Требования к грузозахватным крюкам.
На кранах применяются однорогие или двухрогие крюки изготовленные ковкой или штамповкой, а также пластинчатые крюки из пластин, соединенных заклепками.
Ревизия крюков и деталей их подвесок производится не реже одного раза в год. При каждом ЧТО и ПТО деталей его подвески детали должны быть разобраны, очищены от грязи, промыты керосином и тщательно осмотрены при помощи лупы.
Крюк должен быть изъят из употребления если на любой его части обнаружены трещины и волосовины. Крюк также бракуется при износе в зеве превышающий 10% от первоначальной высоты вертикального сечения, а также в случае повреждения резьбы в хвостовой его части. Остаточная деформация изгибав опасных сечениях изогнутой части крюка и в местах перехода его шейки не допустимо.
Выбор грузоподъемного крана
Важным параметром работы крана является его устойчивость. Силы, влияющие на устойчивость крана, зависят от его собственной массы и называются удерживающим моментом. Факторы, увеличивающие риск опрокидывания крана, называются опрокидывающим моментом.
Стреловой кран может опрокинуться при неправильном расчете по формулам рабочих параметров крана, величины максимального груза и собственной массы конструкции. Также опрокидывающий момент увеличивается при воздействии ветра, силе инерции и высоком угле уклона рабочей площадки.
Устойчивость крана определяется для следующих параметров:
На выбор нужного вида крана для проекта влияют рекомендуемые технические параметры использования крана, согласованный план возведения зданий, габариты и расположение объектов, масса и размеры монтируемых элементов и выбранная схема монтажа, передвижения и стоянки кранов.
Как заказать
— это стреловые полноповоротные краны, смонтированные на стандартных шасси грузовых автомобилей нормальной и повышенной проходимости. Автокраны обладают довольно большой грузоподъемностью (до 40 т), высокими транспортными скоростями передвижения (до 70…80 км/ч), хорошей маневренностью и мобильностью, поэтому их применение наиболее целесообразно при значительных расстояниях между объектами с небольшими объемами строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ. В настоящее время автомобильные краны составляют более 80 % от общего парка стреловых самоходных кранов.
При использовании на строительно-монтажных работах автокраны обычно оборудуют сменными удлиненными стрелами различных модификаций, удлиненными стрелами с гуськами, башенно-стреловым оборудованием.
Каждый автокран оснащают четырьмя выносными опорами, устанавливаемыми, как правило, с помощью гидропривода. Для повышения устойчивости кранов во время работы задние мосты автомашин оборудованы гидравлическими стабилизаторами для вывешивания заднего моста при работе на выносных опорах и для блокировки рессор при работе без опор. Автокраны могут перемещаться вместе с грузом со скоростью до 5 км/ч. При движении грузоподъемность автокранов снижается примерно в 3…5 раз.
Основное силовое оборудование автокранов — двигатель автомобиля. При включении трансмиссии крановых механизмов трансмиссия автомобиля отключается.
Привод крановых механизмов может быть одномоторным (механическим) и многомоторным (дизель-электрическим и гидравлическим), подвеска стрелового оборудования — гибкой (канатной) и жесткой. Управление крановыми механизмами осуществляется из кабины оператора, расположенной на поворотной платформе, управление передвижением крана — из кабины автошасси.
В России производят автомобильные краны 2-5-й размерных групп грузоподъемностью 6,3…36 т, имеющие механический и гидравлический приводы крановых механизмов.
Краны с механическим приводом имеют гибкую подвеску стрелового оборудования, краны с гидравлическим приводом — жесткую.
Автомобильные краны второй размерной группы с механическим приводом КС-2561К и КС-2561 К-1 грузоподъемностью 6,3 т монтируют на шасси грузового автомобиля ЗИЛ-431412 или ЗИЛ-433362(4 х 2).
Рис. 1. Автомобильный кран КС-2561 К-1: а — общий вид; б — кинематическая схема
Краны состоят из неповоротной и поворотной частей, опорно-поворотного устройства и стрелового оборудования (рис. 1, а). Поворотная и неповоротная части соединены между собой роликовым опорно-поворотным устройством 13.
Неповоротная часть крана включает ходовую раму 12, жестко прикрепленную к раме автошасси 11, коробку отбора мощности, промежуточный конический редуктор, зубчатый венец опорно-поворотного устройства 13, выносные опоры 1 и стабилизирующее устройство. Поворотная часть крана состоит из поворотной платформы 2, на которой смонтированы решетчатая стрела 7, двуногая стойка 4, противовес, грузовая 5 и стреловая 3 лебедки, реверсивно-распределительный механизм, механизм поворота крана и кабина машиниста 6 с рычагами и педалями управления. Краны оснащаются жесткой решетчатой или выдвижной основной стрелой длиной 8 м в выдвинутом положении.
В комплект сменного оборудования кранов входят: удлиненная выдвижная стрела (длиной 10,4 м в выдвинутом положении) и две решетчатые удлиненные (до 12 м) стрелы — прямая и с гуском длиной 1,5 м. Изменение угла наклона стрелы осуществляется стреловой лебедкой 3 через стреловой полиспаст 8, подъем-опускание крюковой подвески 10 (груза) — грузовой лебедкой 5 через грузовой полиспаст 9. Крановые механизмы приводятся в действие от двигателя (рис. 1, б) шасси автомобиля через коробку отбора мощности 21, промежуточный редуктор 20 и реверсивно-распределительный механизм 15, который обеспечивает распределение крутящего момента между стреловой 3 и грузовой 5 лебедками и поворотным механизмом 16, их независимый раздельный привод и реверсирование. На выходном валу поворотного механизма закреплена поворотная шестерня 18, находящаяся во внутреннем зацеплении с зубчатым венцом 19 опорно-поворотного круга.
Операции подъема-опускания груза и поворота стрелы в плане могут быть совмещены. Регулирование рабочих скоростей крановых механизмов производится за счет изменения частоты вращения вала двигателя автомобиля. Лебедки снабжены индивидуальными ленточными нормально замкнутыми тормозами: автоматическим электропневмоуправлением. Механизм поворота оснащен ленточным постоянно замкнутым тормозом 17.
Краны КС-2561К и КС-2561К-1 оснащают выносными опорами с гидравлическим приводом. Питание гидродомкратов выносных опор и гидроцилиндров блокировки подвески осуществляется гидронасосом 22 с приводом от коробки мощности 21.
Техническая характеристика кранов второй размерной группы моделей V2561K и КС-2561К-1 приведена в табл. 1.
Таблица 1. Техническая характеристика кранов второй размерной группы
Параметры
Модель КС-2561К, КС-2561 К-1
* Н — с невыдвижной основной стрелой; В — то же, с выдвижной; У — с невыдвижной удлиненной стрелой; УГ – то же, с гуськом.
Наибольшее распространение в России получили автомобильные краны с гидравлическим приводом исполнительных механизмов, обеспечивающим простоту управления краном, плавное бесступенчатое регулирование в широком диапазоне рабочих скоростей крановых механизмов, малые посадочные скорости грузозахватного рабочего органа, совмещение крановых операций.
Отечественные гидравлические автомобильные краны различных производителей выполнены по единой конструктивной схеме с широкой унификацией узлов и агрегатов как внутри типоразмерного ряда, так и между размерными группами (унифицированы грузовые лебедки, механизмы поворота, кабины оператора, выносные опоры, гидроцилиндры, гидронасосы, гидромоторы, гидроаппараты).
Автомобильные краны с гидравлическим приводом выпускаются 3-5-й размерных групп и оборудуются жестко подвешенными телескопическими стрелами (основное рабочее оборудование), длину которых можно изменять при рабочей нагрузке. В качестве сменного рабочего оборудования кранов применяются удлинители стрел, гуськи и башенно-стреловое оборудование, башней которого служит основная телескопическая стрела.
На краны устанавливают телескопические двухсекционные стрелы с одной выдвижной секцией, трехсекционные стрелы с двумя выдвижными секциями и четырехсекционные стрелы с тремя выдвижными секциями. Перемещение выдвижных секций стрел осуществляется с помощью длинноходовых, последовательно действующих гидроцилиндров двойного действия (ход поршня до 6 м) или с помощью гидроцилиндров и канатного полиспаста.
В качестве источника энергии рабочей жидкости на всех кранах применяют аксиально-поршневые гидронасосы.
Рис. 2. Типовая гидрокинематическая схема автомобильного крана четвертой размерной группы грузоподъемностью 20 т
На рис. 2 показана типовая гидрокинематическая схема автокрана четвертой размерной группы грузоподъемностью 20 т, смонтированного на шасси КрАЗ-65101 (6×4).
Гидравлический привод рабочего оборудования машины обеспечивает изменение длины телескопической стрелы, подъем и опускание груза, изменение угла наклона стрелы, поворот стрелы (платформы) в плане на 360°. Причем операции подъема-опускания груза или стрелы могут быть совмещены с поворотом платформы или выдвижением — втягиванием телескопической стрелы. С помощью гидропривода производится также управление четырьмя гидродомкратами выносных опор, гидроцилиндрами выдвижения — втягивания выносных опор и двумя гидроцилиндрами механизма блокировки подвески. Кран может работать на опорах без выдвижения опорных балок, что позволяет эксплуатировать его в стесненных условиях.
Телелескопическая стрела крана состоит из трех секций коробчатого сечения — неподвижной наружной (основания), шарнирно прикрепленной к стойкам поворотной платформы, и выдвижных средней и верхней секций. На переднем конце верхней секции установлены неподвижные блоки 3 грузового полиспаста для подъема-опускания крюковой подвески 2. Выдвижение и втягивание секций стрелы производится двумя длинноходовыми гидроцилиндрами 4 двойного действия и осуществляется в такой последовательности: сначала выдвигается средняя секция, а затем после полного ее выдвижения, верхняя секция. Стрела может выдвигаться с грузом 4 т на длину до 14,7 м, с грузом 2 т — на полную длину (21,7 м). Изменение угла наклона стрелы производится гидроцилиндром 5. Стрела может быть оборудована удлинителем 9 м и гуськом со вспомогательной крюковой подвеской.
Грузовая лебедка крана состоит из регулируемого аксиально-поршневого гидромотора 8, цилиндрического двухступенчатого редуктора 10, барабана 9 и нормально замкнутого ленточного тормоза 7 с гидроразмыкателем, включенным параллельно гидромотору. Регулируемый гидромотор грузовой лебедки позволяет осуществлять ускоренный подъем грузов массой до 6 т со скоростью 18,2 м/мин, вдвое превышающей номинальную. Кран оборудован вспомогательной лебедкой, но конструкции аналогичной грузовой, которая обслуживает крюковую подвеску гуська.
Рабочее оборудование крана смонтировано на поворотной платформе, которая опирается на ходовую раму шасси с помощью стандартного роликового опорно-поворотного устройства. Механизм поворота включает аксиально-поршневой гидромотор 6, двухступенчатый редуктор 13 и нормально замкнутый колодочный тормоз 14 с гидроразмыкателем. На выходном валу редуктора закреплена шестерня 11, входящая в зацепление с зубчатым венцом 12 опорно-поворотного устройства.
Гидравлические двигатели крановых механизмов, гидроцилиндры выносных опор и механизма блокировки рессор питаются от двух аксиально-поршневых насосов 16 и 17, привод которых осуществляется от дизеля 1 базовой машины через коробку передач 18 и раздаточную коробку 15. При выключенных насосах от раздаточной коробки приводится в действие механизм передвижения крана. Рабочая жидкость от насосов поступает по трубопроводам к гидроаппаратуре на поворотной платформе через вращающееся соединение. Управление крановыми механизмами осуществляется из кабины машиниста с помощью гидрораспределителей. Рабочие скорости крановых механизмов регулируются изменением частоты вращения вала двигателя автомобиля (и, следовательно, гидронасосов) и дросселированием потоков жидкости, подводимых к гидравлическим двигателям. Рабочее давление жидкости в гидросистеме крана составляет 12…16 МПа.
Технические характеристики гидравлических кранов различных производителей приведены в табл. 2-6.
Подъемный кран, его высота и мощность
Виды грузоподъемных кранов
Поскольку данные машины применяют в различных отраслях промышленности, они должны выполнять специальные задачи и работать в определенных условиях. Поэтому существует несколько видов конструкции:
1. Стреловые. Такие подъемные краны можно увидеть на строительных площадках. Грузозахватный механизм у таких машин подвешен к перемещающейся тележке или к самой стреле.
2. Мостовые краны оснащены перемещающейся по неподвижной конструкции тележкой. Такие работают в цехах, на грузовых площадках в портах и т.д.
3. Кабельные имеют захватный механизм, подвешенный к тележке, перемещающейся по закрепленным на стационарные опоры канатам. Они участвуют в строительстве мостов, используются в карьерных и горных местностях.
Это основные виды конструкций грузоподъемных кранов. Каждый из них работает с разными по размеру и массе объектами, перемещение производится различными захватными механизмами.
Виды переносных устройств
Существует несколько способов крепления объектов к грузоподъемному крану:
В зависимости от конкретных условий применения грузоподъемного крана захватные устройства могут меняться.
Виды шасси
Подъемные краны доставляются на рабочие объекты по-разному: одни прибывают сами, другие требуют доставки, третьи служат постоянно в одном месте без необходимости в передвижении.
Стационарные краны используются на крупных промышленных и производственных предприятиях, где есть потребность в переносе грузов с места на место, но нет необходимости перемещать сам механизм. Представитель – кран мостовой. Он являет собой перемещающийся по определенному пути грузоподъемный механизм. Траектория движения определена подвесными конструкциями на неподвижной опоре.
Подъемный кран на автомобильном ходу (пневмоколесный). Он установлен на автомобильную платформу, которая его перевозит, с нее же он управляется. Такие механизмы имеют среднюю грузоподъемность, применяются на небольших строительных объектах, при прокладке коммуникаций.
Кран на собственном ходу представляет собой установку, способную перемещаться самостоятельно по платформе, на которую он установлен. Пример – башенный кран на строительной площадке, узкоспециализированные устройства на железнодорожных площадках и т.д.
Также применяются различные ходовые устройства: гусеничные, железнодорожные, рельсовые, шагающие, плавучие.
Все виды могут иметь разный привод:
Все вышеперечисленные особенности описывают многообразие конструкций и отличий грузоподъемных кранов. Применение каждого вида зависит от конкретных условий и задач. Но выбор машины не определяется только ее конструктивной особенностью. Далее рассмотрим функциональные возможности, которые необходимо учитывать при выборе подъемного крана.
Технические параметры
Все механизмы обладают разными производственными показателями. Основные:
Существуют и другие узкоспециальные параметры, которые рассчитываются при выборе кранов высокой мощности или особого назначения (грузовой момент, глубина опускания груза, скорость передвижения и подъема и др.).
Все эти факторы в разных комбинациях рассматривают при выборе устройства. Из-за ошибок при определении технических параметров крана, необходимых для работы, последствия могут быть разными: от переплаты за аренду более мощной машины до ее поломки или невозможности произвести действия при недостатке функциональных характеристик.
Расчет основных параметров
Выбор вида и марки крана производят путем вычисления его характеристик, которые контролируются СНиП 3.03.01-87; СНиП 12-02-2001; СНиП 12-04-2002 и ПБ 10-382-00.
Мощность подъемного крана определяется по формуле:
М э – масса самого тяжелого поднимаемого элемента, т;
Lкр тр – требуемая длина вылета крюка, м;
Мс – масса грузоподъемного и захватного устройств, т;
Мосн – масса монтажной оснастки, устанавливаемой на груз, т.
Высота подъемного крана рассчитывается так:
h0 – высота монтажного горизонта или ранее смонтированного элемента, м;
hз – зазор между устанавливаемым и ранее смонтированным элементом, м;
hэ – высота/толщина элемента, м;
hс – высота строповочной конструкции, м;
hу – уровень стоянки крана от нулевой отметки, м.
Вылет крюка и длина стрелы зависят от наиболее удаленной конструкции и максимальной массы груза.
Другие особенности выбора и организация рабочего пространства
Подъемный кран поднимает груз на определенную высоту. Как правило, перемещаемые предметы имеют большую массу. Всегда имеется риск для людей, находящихся на площадке, потому крайне необходимо соблюдение требований безопасности. Также нельзя подвергать риску другие предметы, находящиеся вблизи рабочего механизма. Поэтому перед началом производства необходимо продумать расположение грузов и объектов таким образом, чтобы использование крана было максимально эффективным и риски повреждения других материалов сведены к минимуму. Для строительных площадок разрабатывают генпланы с подробными схемами движения и перемещения, в производственных цехах существуют требования планировки и расположения грузов.
Подъемный кран должен соответствовать требованиям технической безопасности, быть полностью исправным. Должны проводиться плановые осмотры специалистами.
