Подъёмный кран

Подъёмный кран, грузоподъёмная машина циклического действия с возвратно-поступательным движением грузозахватного органа; служит для подъёма и перемещения грузов. Цикл работы П. к. состоит из захвата груза, рабочего хода для перемещения груза и разгрузки, холостого хода для возврата порожнего грузозахватного устройства к месту приёма груза. Движения П. к. могут быть как рабочими, так и установочными для периодического изменения положения крана, стрелы и т.п. Основная характеристика П. к. - грузоподъёмность, под которой понимают наибольшую массу поднимаемого груза, причём в случае сменных грузозахватных устройств их масса включается в общую грузоподъёмность.

Историческая справка. Простейшие П. к., как и большинство грузоподъёмных машин, до конца 18 в. изготовлялись из деревянных деталей и имели ручной привод. К началу 19 в. ответственные, быстро изнашивающиеся детали (оси, колёса, захваты) стали делать металлическими. В 20-х гг. 19 в. появились первые цельнометаллические П. к. сначала с ручным, а в 30-е гг. - с механическим приводом.

Первый паровой П. к. создан в Великобритании в 1830, гидравлический - там же в 1847. Двигатель внутреннего сгорания был использован в П. к. в 1895, а электрический двигатель в 1880-85 почти одновременно в США и Германии. Это были мостовые краны с одномоторным приводом. В 1890 созданы П. к. с многомоторным индивидуальным приводом в США и Германии.

Изготовление П. к. современного типа в России началось в конце 19 в. (Путиловский, Брянский, Краматорский, Николаевский и др. заводы). После Октябрьской революции 1917 в СССР краностроение превратилось в крупную отрасль тяжёлого машиностроения со специализированными заводами.
Общие сведения. В зависимости от конструкции и принятой схемы работы П. к. бывают поворотными и неповоротными. Поворотные краны (рис. 1) могут устанавливаться на рельсовом ходу - железнодорожные и катучие рельсовые краны; на безрельсовом ходу - пневмоколёсные, автомобильные и гусеничные П. к.; на стенах и крышах зданий - настенно-поворотные и кровельные; на понтонах и судах - плавучие и судовые. Имеются также поворотные П. к., перемещающиеся по двум расположенным в разных уровнях (внизу и наверху) рельсам, - т. н. велосипедные краны. Железнодорожные, пневмоколёсные, автомобильные и гусеничные поворотные П. к. часто объединяют общим названием - стреловые самоходные краны. Поворотная часть П. к. опирается на колонну (кран на неподвижной или на вращающейся колонне) или на поворотный круг с колёсами, катками или шарами (кран на поворотном круге). Поворотная часть может иметь форму высокой башни - башенные краны, мачты - мачтово-стреловые краны (жестконогие и вантовые). Возможна установка её на портале - портальные краны. Поворотные П. к. могут иметь постоянный или переменный вылет (расстояние груза от оси вращения крана), который изменяется путём качания укосины (стрелы) или передвижения по ней грузовой тележки.
К неповоротным кранам (рис. 2) относятся П. к. пролётного типа (мостовые краны и перегружатели), а также настенно-консольные краны. Мостовые краны имеют катучий мост, перемещающийся по рельсам, уложенным на стенах зданий или на специальных эстакадах вне здания. По мосту передвигается грузовая тележка с подъёмной лебёдкой, в некоторых конструкциях грузовая тележка снабжается поворотной стрелой. Настенно-консольные краны состоят из консольной настенной фермы и передвигающейся по ней грузовой тележки с подъёмной лебёдкой. Перегружатели аналогичны по устройству мостовым кранам, но их мост имеет высокие опоры (ноги), перемещающиеся по наземным путям. При больших пролётах их называют мостовыми перегружателями или перегрузочными мостами, а при малых пролётах - козловыми кранами. Однако чёткого подразделения нет. Мосты перегружателей могут иметь неподвижные или выдвижные консоли; вдоль моста передвигается грузовая тележка или поворотный кран. Консольные перегружатели, предназначенные для погрузки (разгрузки) судов, т. н. береговые консольные перегружатели, могут устанавливаться также на судах (судовые перегружатели). Особый тип перегружателя - кабельный кран, у которого грузовая тележка перемещается при помощи тягового каната по несущему канату, натянутому между 2 катучими башнями или стационарными мачтами. Разновидностью кабельных кранов являются мосто-кабельные краны, у которых несущий канат крепится к концам мостовой фермы. К крановым устройствам конструктивно близки монорельсовые дороги, вагонетки которых имеют механизмы подъёма.
В современных условиях строительства используют также вертолёты-краны (рис. 3) с устройствами для захвата грузов. С их помощью ведут работы в труднодоступных местностях.
Области применения подъёмных кранов. Мостовые краны относятся к типовому оборудованию производств. цехов, электростанций, закрытых и открытых складов. Их грузоподъёмность достигает 500-600 т, пролёты (расстояния между осями подкрановых рельсов) - 50-60 м, возможная высота подъёма груза - 40-50 м и в специальном исполнении до 500 м; скорость движения моста (рабочее движение) -30-160 м/мин, грузовой тележки - 10-60 м/мин, подъёма груза до 60 м/мин. На мосту могут располагаться 2 грузовые тележки на одном или двух (смежных или двухрядных по высоте) путях. К мостовым П. к. общего назначения относят крюковые, магнитные, грейферные и магнитно-грейферные краны. Крюковые однобалочные краны простейшего типа (см. Кран-балка), опорные и подвесные, имеют в качестве грузовой тележки самоходную электрическую таль. К особой группе относятся металлургические мостовые П. к. (литейные, завалочные, колодцевые, для "раздевания" слитков и др.), которые оборудованы специальными грузозахватными устройствами и механизмами управления ими. Одна из разновидностей мостовых П. к. - кран-штабелёр с грузовой тележкой, имеющей поворотную колонну, по которой перемещается вилочный захват, несущий пакет груза на поддоне и позволяющий производить укладку и разбор пакетных штабелей.
Настенно-консольные неповоротные краны применяют главным образом в цехах для уменьшения объёма работы мостовых кранов. Их грузоподъёмность обычно 3-10 т, вылет 5-10 м, скорость передвижения (рабочая) 90-200 м/мин.
Козловые краны применяют обычно для обслуживания открытых (реже крытых) складов, главным образом штучных грузов, контейнеров и лесных грузов, для монтажа сборных промышленных и гражданских сооружений, обслуживания гидроэлектростанций и секционного монтажа в судостроении. Они изготовляются преимущественно крюковыми или со специальными грузозахватными устройствами. Пролёты кранов общего назначения обычно 4-40 м; при обслуживании судостроительных стапелей до 170 м. Грузоподъёмность таких П. к. составляет 3-50 т, а при обслуживании гидроэлектростанций и стапелей достигает 400-800 т (в отдельных случаях 1600 т - две тележки по 800 т). Передвижение кранов (скорость 20-100 м/мин) часто является рабочим движением; при малых грузоподъёмностях в качестве грузовой тележки используются самоходные электрические тали. Для монтажа крупных изделий (например, в судостроении) применяют краны с 2 грузовыми тележками, позволяющими кантовать груз на весу. Краны строительного назначения, имеющие переменное место работы, выполняются самомонтирующимися. Для открытых складов штучных грузов применяют часто пневмоколёсные козловые краны с пролётом 6-15 м, грузоподъёмностью 15-30 т, с рабочей скоростью движения до 8 км/ч.
Мостовые перегружатели (перегрузочные мосты) изготовляют обычно с грейферными захватами; они обслуживают главным образом открытые склады угля и руды, используются на промышленных предприятиях, электростанциях и в портах. Грузоподъёмность грейферных перегружателей с грузовой тележкой составляет 15-30 т, скорость передвижения грузовой тележки - 160-360 м/мин, подъёма груза - 60-70 м/мин; производительность 500-1000 т/ч. Для увеличения зоны обслуживания грузовые тележки могут выполняться с поворотной стрелой (скорость поворота 2-4 об/мин) с вылетом 3-6 м. Перегружатели с поворотным краном имеют грузоподъёмность 10-20 т, вылет стрелы 10-20 м; скорость движения крана по верхним поясам моста 120-180 м/мин; иногда их снабжают ленточным конвейером, который загружается краном, что сокращает его пробеги и увеличивает производительность перегружателя. Крюковые перегружатели для штучных грузов имеют грузоподъёмность до 300 т. Для обслуживания складов круглой (секторной) формы используют радиальные мосты, у которых одна опора неподвижная (поворотная), другая - перемещается по кольцевому пути. Мосты имеют пролёты до 120 м, длину консолей до 50 м. Время подъёма консолей 5-10 мин. Передвижение моста - установочное движение (скорость 10- 30 м/мин).
Стреловые самоходные краны - железнодорожные, автомобильные (на шасси автомобиля), пневмоколёсные (на специальных шасси), гусеничные краны универсального применения (на двухгусеничном ходу, а также на базе трактора) предназначены для перегрузочных и монтажных работ в строительстве, на промышленных предприятиях и на транспорте. В зависимости от условий работы краны оборудуют сменными стрелами различной длины и конфигурации (прямые, изогнутые, телескопические). Длина стрел у пневмоколёсных и гусеничных монтажных кранов при больших высотах подъёма груза достигает 60-100 м и более. Для увеличения устойчивости служат выносные опоры (аутригеры). Скорости движений соответствуют грузоподъёмности крана и вылету стрелы и обычно составляют: подъёма груза 5-25 м/мин, вращения 1-4 об/мин, время подъёма стрелы из низшего положения в высшее 1-3 мин. Передвижение крана (при работе) 1-10 км/ч. Стреловые краны выполняют с крюковыми и грейферными захватами, а дизель-электрические - также с электромагнитом. Они имеют переменную грузоподъёмность, наибольшую при наименьшем вылете и использовании выносных опор: у ж.-д. кранов до 40 т (специальные аварийные и монтажные до 300 т); автомобильных 16-40 т, пневмоколёсных до 200 т (специальные монтажные до 600 т и более), гусеничных до 300 т и более. Пневмоколёсные краны большой грузоподъёмности монтируются на прицепах с тягачами.
Башенные краны используют преимущественно при гражданском, промышленном и гидротехническом строительстве (строительные), а также для обслуживания открытых стапелей и достроечных работ в судостроении (судостроительные П. к.). Конструкция строительных башенных кранов позволяет быстро осуществлять их монтаж и демонтаж и перевозку автотранспортом. Они выполняются обычно крюковыми с поворотной и неповоротной башней, которая при большой высоте делается телескопической или наращиваемой (сверху) и подращиваемой (снизу). Строительные П. к. обычно передвигаются по рельсам, а при значительной высоте выполняются также приставными (опираются на землю и на каркас строящегося здания) или самоподъёмными, называют иногда ползучими (опираются на здание и перемещаются вертикально по мере роста возводимого сооружения). Башенные краны на автомобильном, пневмоколёсном и гусеничном ходу изготовляются на базе обычных стреловых кранов; имеют стреловые устройства в виде подъёмной (качающейся) стрелы или консольной стрелы, по которой перемещается грузовая тележка с канатной тягой. Вылет строительных кранов достигает 40 м, высота подъёма 150 м; скорости движений: подъёма груза 10-100 м/мин, вращения 0,2-1,0 об/мин, передвижения крана (установочное движение) 10-30 м/мин. Грузоподъёмность (переменная) достигает 75 т (при минимальном вылете). Судостроительные башенные краны имеют вылет до 50 м и выполняются передвижными (по земле и на эстакадах) грузоподъёмностью до 100 т (стапельные краны) и стационарными грузоподъёмностью до 400 т (достроечные).
Портальные краны применяют для перегрузочных работ в портах и на открытых складах, для строительных (преимущественно гидротехнических) работ, а также для сборочно-монтажных работ в судостроении и при судоремонте (на берегу и на плавучих доках). По характеру работы подразделяются на перегрузочные (крюковые, грейферные, реже магнитные) и монтажные. Особым типом перегрузочного портального П. к. является высокопроизводительный, предназначенный для разгрузки судов грейферно-бункерный кран с программным управлением, у которого грейфер заполняет расположенный на портале бункер. Поворотная часть кранов может устанавливаться на полупорталах (один рельс на стене здания), а на откосных набережных - на треугольных подставках. Стреловые устройства, как правило, обеспечивают горизонтальное перемещение груза при изменении вылета. Грузоподъёмность грейферных кранов постоянная, а крюковых чаще переменная. Грузоподъёмность перегрузочных кранов от 5 до 40 то, а монтажных от 100 до 300 т; вылет обычно 25-35 м и достигает 50-100 м (у судостроительных П. к.). Скорости движений перегрузочных кранов составляют: подъёма груза 60-90 м/мин, вращения 1,5-2 об/мин, передвижения крана (установочное движение) 30 м/мин; скорости монтажных кранов значительно меньше, чем перегрузочных.
Настенно-консольные поворотные краны обычно выполняют стационарными, реже - передвижными. Стационарные краны применяют для обслуживания рабочих мест в цехах и на складах, а передвижные главным образом для выполнения внутренних работ в крупных механических цехах. Грузоподъёмность стационарных П. к. 0,25-3,2 т, вылет 3-6 м.
Плавучие краны предназначены для работ, производимых на плаву, состоят из верхнего строения (крана) и самоходного (10-15 км/ч) или несамоходного понтона. По конструкции верхнего строения они подразделяются на поворотные (универсальные) и неповоротные (мачтовые, козловые). Неповоротные плавучие краны имеют грузоподъёмность до 1500-2500 т, вылет (от кромки понтона) до 25 м, их используют для подъёма особо тяжёлых грузов и для производства специальных работ. Поворотная часть плавучих кранов аналогична поворотной части портальных кранов. Для массовых перегрузочных работ используют краны (обычно несамоходные) грузоподъёмностью до 25 т с вылетом до 35 м; для перегрузки судов-тяжеловесов, а также для производства строительно-монтажных, судостроительных и аварийно-спасательных работ - поворотные краны грузоподъёмностью до 350 т (обычно самоходные) с вылетом до 60 м.
Судовые краны обычно выполняются стационарными поворотными, реже - передвижными (портальными или козловыми). Грузоподъёмность стационарных П. к. 1-16 т при вылете до 16 м.
Основные узлы подъёмных кранов. Основные механизмы П. к. - механизм подъёма груза, кроме которого П. к. различных типов имеют обычно от 1 до 3 (в некоторых случаях до 6) различных механизмов: передвижения грузовой тележки; вращения поворотной части или поворотной стрелы грузовых тележек; изменения вылета стрелы; подъёма или выдвижения консоли моста и др. Передвижные П. к. имеют также механизм передвижения крана. В кранах большой грузоподъёмности, кроме механизма главного подъёма, часто устанавливают 1 или 2 независимо работающих механизма вспомогательного подъёма для ускоренного перемещения грузов меньшей массы. Механизм подъёма груза состоит из гибкого подъёмного органа (обычно стального каната) и грузовой одно- или двухбарабанной лебёдки. К канату непосредственно или через нижнюю обойму полиспаста прикрепляется грузовой крюк или различные грузозахватные приспособления, которые могут быть автоматического действия, например подъёмные электромагниты, пневматические присосы, клещевые захваты, грейферы и др. (соответственно П. к. называются крюковые, грейферные, магнитные, клещевые, контейнерные и т.п.). При необходимости иметь несколько ступеней скорости подъёма (например, посадочную, повышенную для грузов малой массы и т.п.) применяют многоскоростные лебёдки. В тех случаях, когда требуется особенно большая точность в работе при технологических операциях (например, в некоторых металлургических мостовых кранах), а также при штабелировании грузов применяют т. н. жёсткий подвес. В этом случае грузозахватное устройство прикрепляется к штанге, которая перемещается по вертикальным направляющим (в шахте). Жёсткий подвес полностью устраняет раскачивание груза, но значительно утяжеляет кран. Для обеспечения безопасности работы механизмы подъёма снабжаются ограничителями хода грузозахватного устройства, ограничителями грузоподъёмности или грузового момента. Некоторые П. к. имеют крановые весы автоматического действия, позволяющие определять массу поднимаемого груза. Механизмы передвижения кранов и грузовых тележек по рельсовому пути бывают главным образом с приводными колёсами, реже с канатной тягой, которая обычно применяется только для грузовых тележек. Приводные колёса могут быть с центральным и раздельным приводом. Вращение колёс с центральным приводом производится одним двигателем через промежуточный (трансмиссионный) вал. При раздельном приводе каждое колесо или приводная двухколёсная ходовая тележка имеют свой двигатель.
Предохранительные устройства механизмов передвижения - ограничители хода (например, концевые выключатели, концевые упоры) и противоугонные устройства (от действия ветра). Стреловые устройства бывают с негоризонтальным и с горизонтальным перемещением груза при подъёме и опускании стрелы (изменении вылета). Устройства с негоризонтальным перемещением груза применяют в П. к., у которых изменение вылета является установочным движением и производится при ненагруженной стреле (например, у ж.-д. кранов). Стреловые устройства с горизонтальным перемещением груза, в том числе шарнирно-сочленённые укосины, значительно уменьшают мощность привода, их применяют на П. к., у которых изменение вылета является рабочим движением (например, башенные, портальные, плавучие и судовые поворотные краны). Механизмы изменения вылета выполняются в виде стрелового полиспаста с лебёдкой, поступательно перемещающейся винтовой или реечной штанги с приводом, гидроцилиндра, приводного зубчатого сектора или кривошипного механизма. Эти механизмы воздействуют либо непосредственно на стрелу (укосину), либо на связанную с ней рычажную систему. Предохранительные устройства стрелы - конечные выключатели для ограничения угла качания стрелы. Крановые металлоконструкции, как правило, изготовляют сварными. Для снижения веса конструкций их изготовляют из низколегированных сталей повышенной прочности, а также из алюминиевых сплавов. В механизмах привода кранов используют электрические двигатели (главным образом переменного тока), двигатели внутреннего сгорания (преимущественно дизельные), гидравлические и пневматические двигатели или привод ручной. При необходимости плавного регулирования скоростей в широких пределах применяют электродвигатели постоянного тока. Двигатели внутреннего сгорания устанавливают на П. к., которые должны работать независимо от электрической сети (плавучие, ж.-д., автомобильные, гусеничные краны). Для устранения сложных и трудных в управлении распределительных передач от одного двигателя к ряду механизмов (одномоторный привод) применяется комбинированный дизель-электрический или дизель-гидравлический привод, в которых каждый механизм имеет отдельный электрический или гидравлический двигатель (гидроцилиндр) - многомоторный привод, а дизель приводит в действие генератор тока или насосы. Гидравлический привод компактен, позволяет в широких пределах осуществлять бесступенчатое регулирование скоростей, но имеет низкий кпд. Пневматический привод с поршневыми двигателями и цилиндрами применяется в небольших П. к., работающих во взрывоопасных помещениях. Ручной привод используют в П. к. при перемещении грузов на небольшие расстояния и редкой работе. Скорости движений при этом невелики, т.к. мощность ограничена. Управление механизмами кранов осуществляет один крановщик из кабины, которая может находиться на поворотной части, грузовой тележке или мосту крана. Тихоходными и редко используемыми П. к. может управлять рабочий, находящийся на полу (с помощью кнопочного аппарата). Возможно дистанционное управление по проводам или с помощью радио. При работе по определённому графику возможно программное управление с автоматическим выполнением большинства операций; в некоторых случаях применяется радиотелефонная и телевизионная системы связи крановщика с местом работы. Для торможения и остановки механизмов служат механические тормоза автоматического действия или управляемые крановщиком. При наличии электрических двигателей, кроме того, возможно применение электрического торможения.
Перспективы развития краностроения соответствуют возрастающим требованиям обслуживаемых П. к. отраслей народного хозяйства. Одна из главных задач - увеличение грузоподъёмности и основных параметров П. к. - длины пролётов, вылета стрелы, высоты подъёма груза, а также увеличение манёвренности передвижных кранов и т.п., что направлено на расширение сферы использования П. к. Существенным является повышение их производительности, для чего предусматривается увеличение скоростей рабочих движений, использование автоматических грузозахватных устройств и внедрение автоматических систем управления. Важная проблема - повышение точности работы П. к., для решения которой требуется создание систем автоматического гашения колебаний груза и увеличение диапазона регулирования скоростей. Решается также задача снижения динамических нагрузок и уменьшения собственной массы П. к.
Лит.: Справочник по кранам, под ред. А. И. Дукельского, 2 изд., т. 1-2, Л., 1971- 1973 (имеется библ.); Грузоподъемные машины. под ред. М. П. Александрова, М., 1973; Scheffler M., Pajer G., Kurth F., Grundlagen der Fördertechnik, 4 Aufl., B., 1971; Broughton H. H., Electric cranes, 3 ed., L., 1958.
? А. И. Дукельский.