1. Технические и эксплуатационные требования, предъявляемые к конструкциям стреловых устройств

Технические и эксплуатационные требования, предъявляемые к стреловым устройствам современных кранов, всецело зависят от эксплуатационных условий работы и развития конструкций самих кранов.

Создание грузоподъемных кранов относится к глубокой древ­ности, поэтому трудно установить, когда и где появился первый грузоподъемный кран, но с уверенностью можно сказать, что это был именно стреловой кран типа колодезного журавля. Грузо­подъемные устройства всегда были неотъемлемыми механизмами на всем протяжении развития техники. С ростом материальной культуры они быстро развивались, и уже в XV в. появились краны, которые по своим движениям и общей форме являлись прообразом современных стреловых кранов. Существенное развитие грузо­подъемные краны получили в Х1Хв. с переходом от деревянных конструкций к металлическим и с появлением машинных приво­дов, особенно электрического.

Развитие стреловых кранов за последние 100 лет (рис. 1) лучше всего проследить на погрузочно-разгрузочном оборудова­нии морских портов, где уже в 60-е годы прошлого столетия краны с ручным приводом стали быстро заменять на краны с машинным приводом. Сначала это были стационарные краны с весьма огра­ниченной трассой действия. Естественно, они не могли долго удо­влетворять все возрастающие требования перегрузочных работ.С появлением больших многолюковых судов и с подходом к ним железнодорожных составов удлинялись причалы, возрастал фронт перегрузочных работ. Появилась необходимость в передвижных кранах. Так, в конце прошлого столетия во всех больших морских портах возникли причалы, оборудованные передвижными порталь­ными или полупортальными кранами (рис. 2, а), полностью осу­ществляющими все погрузочно-разгрузочные работы. На таких механизированных причалах погрузочно-разгрузочные работы стали полностью зависеть от интенсивности действия кранов. Установленные в те годы краны имели или неизменный вылет, или установочный, и маневрирование при подаче груза осуще­ствлялось передвижением всего крана. Последнее не позволяло подключать в работу на один люк второй кран. Отсутствие у кра­нов рабочего изменения вылета являлось большим недостатком,и уже на рубеже последних столетий в связи с огромным ростом грузопотоков подобные краны стали не справляться с переработ­кой грузов в положенные сроки. Увеличилось время простоя судов. Поэтому в борьбе за скоростные темпы погрузочно-разгрузочных работ, за уменьшение чрезвычайно убыточного времени простоя судов и железнодорожного транспорта все технические силы и опыт конструкторов были направлены на создание более производительных подъемных кранов, способных изменять вылет под нагрузкой. Подобные требования предъявлялись к строительно-монтажным кранам, так как темпы производства работ на верфях, в промышленном и гражданском строительстве тоже непрерывно росли.

 Рис. 1. Развитие стреловых кранов за последние 100 лет

  В новых кранах при рабочем изменении вылета обязательно требовалась горизонтальная траектория груза. Необходимость в этом вызывалась как условиями производства работ, так и эко­номией энергии. Горизонтальное перемещение груза при измене­нии вылета дает возможность свободно маневрировать на узком участке работ в стесненных условиях между палубными надстрой­ками и такелажной оснасткой или между уже воздвигнутыми частями сооружения на строительстве. Без горизонтального пере­мещения груза при изменении вылета нельзя добиться точных посадочных движений на монтажных операциях. Кроме того,непроизвольное опускание груза при изменении вылета часто влечет за собой травмы рабочих-монтажников. Наличие гори­зонтального перемещения груза при подъеме стрелы по современ­ным данным, опубликованным в подъемно-транспортной литера­туре, в зависимости от типа стрелового устройства и системы выравнивания траектории груза дает экономию энергии до 50% и более. Выгоды от применения подобных кранов были настолько велики, что во всех крупнейших морских портах не замедлили оборудовать причалы кранами новой системы. Возникло много разнообразных конструкций кранов с однозвенными и многозвен­ными стреловыми устройствами. Широкое распространение по­лучили краны с шарнирно-сочлененной укосиной. Передвижение крана стали использовать в основном как установочное движение. Два крана, заняв определенные позиции, свободно смогли обрабатывать один люк (рис. 2, б) и позволили сильно сократить сроки простоя судов и железнодорожного транспорта на погрузочно-разгрузочных операциях. Но конструкции этих кранов технически были еще далеко не совершенны, сложны, громоздки и тяжело­весны, имели большой собственный опрокидывающий момент вследствие значительного веса стреловых устройств и их большой подветренной площади. Портал, поворотная часть крана и сами стрелы были очень широкими. Краны с однозвенными укосинами также не отличались легкостью стрел, обладали такой же широкой поворотной частью и имели недостаточно совершенные системы выравнивания траектории груза.

Коренным образом изменилось дело после второй мировой войны. Тоннаж и коммерческая скорость судов обновленных флотов резко возросли. Однако длина судов возрастает с увеличе­нием их водоизмещения и грузовместимости (пропорционально кубическому корню), и поэтому число кранов для загрузки или разгрузки не могло быть увеличено в нужной пропорции.

Ускорить темпы перегрузочных работ и уменьшить время про­стоя транспорта простым увеличением числа кранов оказалось невозможным. Необходимо было совершенствовать сами краны, увеличить скорости их движений, уменьшить ширину кранов, перейти на узкие трехногие порталы, отказаться от больших по­воротных платформ, имеющих поворотный круг большого диа­метра, и перейти на двойную шариковую опору, позволяющую сильно уменьшить всю поворотную часть крана и обеспечиваю­щую надежное соединение ее с порталом, и, наконец, отказаться от тяжелой многозвенной шарнирно-сочлененной стрелы в пользу легкой и малогабаритной однозвенной. Такими средствами фирме «Демаг» удалось снизить вес своего трехтонного портального крана с вылетом в 20м с 48 до 28т. Краны нового типа позволили производить перегрузочные работы на одном люке тремя кранами (рис.2,в). Производительность кранов может быть также повы­шена путем исключения поворотного движения при работе крана с, одной позиции. Такую работу могут обеспечить маятниковые краны (рис. 2, г).

 

Рис. 2. Работа береговых полупортальных кранов со стреловым устройством: а- без изменения вылета; б- с изменением вылета многозвеньевой шарнирно-сочлененной стрелой; в – с изменением вылета однозвеньевой прямой стрелой; г – с маятниковой стрелой


Новое экономическое направление технического прогресс. двух последних десятилетий поставило еще одну инженерную за­дачу — всемерно повысить надежность й эффективность маши и их узлов при минимальном их весе.

В стреловых кранах, естественно, в первую очередь пере смотру подверглись стреловые устройства, так как от них в основном зависит и легкость всей конструкции крана.

Стреловое устройство современных кранов должно быть мало габаритным, с минимальной подветренной площадью, с горизонтальным перемещением груза при изменении вылета, стрела должна представлять собой одно звено, испытывающее от полезного груз только осевые усилия. Конструкция ее должна быть легкой коробчатой (из гнутых тонких листов) или выполненной и труб.

Стреловое устройство должно иметь минимум различных вспомогательных элементов механизма качания стрелы, уравновешивающего устройства и др. и хорошо сочетаться с малогабаритно поворотной частью крана; желательно, чтобы хвостовая част имела минимальный вылет и давала возможность придвинуть два крана вплотную друг к другу. Стреловое устройство должно быть уравновешено и иметь полную гарантию от запрокидывания. Современное стреловое устройство должно обладать такой системой выравнивания траектории груза, которая обеспечивала бы горизонтальность траектории на всем заданном вылете, была бы проста по конструкции и не усложняла стреловое устройств дополнительными звеньями (рычагами, направляющими шинам и т. п.). Стреловое устройство должно быть универсальным, т. е могло бы работать как с крюком, подвешенным на многократно полиспасте, так и с двухканатным грейфером.