Вибір крана за технічними параметрами

Целью практического занятия является обучение студентов решению инженерной задачи выбора технически необходимого и экономически целесообразного крана для производства строительно-монтажных работ.

В современном строительстве грузоподъемный механизм (кран) является центральным узлом строительной площадки, к которому привязываются подъездные пути, склады конструкций и материалов, временные коммуникации, административно-бытовые помещения. От характеристик крана зависят размеры, как отдельных зон, так и строительной площадки в целом.

Строительный кран, кроме обеспечения возможности производства работ, должен удовлетворять следующим требованиям:

► при производстве работ необходимо соблюдать габариты приближе-

ния крана к строящимся сооружениям, поднимаемым грузам, скла-

дированным конструкциям, существующим зданиям;

► доставка грузов и конструктивных элементов на рабочие места долж-

на быть безопасной и удобной для рабочих, находящихся в зоне

действия крана;

► обеспечение возможности выполнять параллельные работы, преду-

сматриваемые графиком;

► затраты на работу крана должны быть минимальными.

Решение этой многоцелевой задачи ведется поэтапно:

1. Вначале подбираются типы кранов, отвечающие поставленным тре-

бованиям.

2. Затем подбираются марки каждого типа.

3. Принимается экономически целесообразная марка крана.

В реальных, производственных условиях часто стоит обратная задача: проверить имеющийся кран на возможность производства работ, определить зоны его действия, разработать схему перемещения и последовательность возведения объекта.

В любой постановке задачи рабочие параметры рассматриваемого крана (грузоподъемность и высота подъема крюка) должны быть не менее требуемых, а стрела удалена от выступающих конструкций здания и поднимаемого элемента на безопасное расстояние.

Последовательность:

1) Определение производительности кранов. Производительность кранов определяется расчетным путем.

Производительность является важнейшей составной частью технической характеристики машин.

Производительностью крана (т/час, т/смену) называется количест-

во грузов и конструкций, перемещаемых или монтируемых

краном в единицу времени.

Производительность измеряется тоннами в час или тоннами в смену. В строительстве производительность крана измеряют также количеством циклов, совершаемых краном в единицу времени. По этому параметру определяют количество кранов, необходимых для выполнения заданного объёма работ в требуемые сроки. Производительность кранов зависит от их конструкции и условий роботы. Конструктивные факторы для данного крана являются постоянными; условия работы изменяются в широких пределах, поэтому производительность крана является переменным параметром. Обычно, указывая производительность крана, имеют в виду среднее значение данного параметра.

Производительность кранов определяется расчетным путем.

Все машины и механизмы имеют свои производительности.

Различают производительность (различают три категории производительности):

• теоретическую (расчетную, конструктивную);

• техническую;

•эксплуатационную.

Теоретическая производительность (расчетная, конструктивная) — это максимально возможное количество продукции, вырабатываемой в единицу времени непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений и нагрузках.

Для машин циклического действия (кранов) теоретическая часовая производительность

Пк=60·q·n, (1)

где q - количество продукции, вырабатываемое за один рабочий цикл;

n - число циклов, выполняемых машиной в 1 мин,

n=60/tц (tц - продолжительность цикла, с).

Техническая производительность - это количество продукции, вырабатываемой в единицу времени непрерывной работы машины непосредственно в конкретных производственных условиях при правильно выбранных режимах работы и нагрузках на рабочие органы. При определении технической производительности определенной машины, например одноковшового экскаватора, учитывается группа разрабатываемого грунта, высота забоя, угол поворота стрелы с ковшом, вид работы — в отвал или на транспортные средства, коэффициент заполнения ковша и другие факторы. Поскольку все перечисленные факторы могут иметь различные значения, то и техническая производительность машины при различных условиях будет изменяться.

Для машин циклического действия (кранов) часовую техническую производительность Пт определяют по формуле

Пт = 60·q·n·k, (2)

где q грузоподъемность крана;

n — число рабочих циклов в минуту;

k — коэффициент, учитывающий степень использовании грузоподъемности (при переработке грузов с различной массой).

Эксплуатационная производительность — это количество продукции, вырабатываемой в единицу времени с учетом всех перерывов в работе, вызываемых требованиями эксплуатации, условиями труда работающих и организационными причинами:

П_э=П_к·k_у·k_в·k_и·t_см, (3)

где П_к – конструктивная производительность, т.е. количество продукции, вы-

рабатываемой машиной за 1 час при непрерывной работе с расчёт-

ными скоростями рабочих движений в средних условиях и с норма-

льными расчётными нагрузками на рабочем органе;

k_у - коэффициент условий работы, учитывающий отклонение конкретных

условий от средних расчётных;

k_в·- коэффициент использования рабочего времени машин в течение

смены, учитывающий как технологические, так и организационные

перерывы в работе;

k_и – коэффициент использования производительности, учитывающий

технологическое состояние машины, квалификацию оператора (ма-

шиниста), отклонение нагрузок от расчётных и удобство управления

машиной;

t_см – продолжительность рабочей смены, ч.

Сменную или годовую эксплуатационную производительность машины определяют на основании данных режима работы машины и ее среднечасовой эксплуатационной производительности.

2) Определение плановой себестоимости машино-смен кра-

нов. Себестоимость машино-смен кранов слагается из следующих

расходов:

●- годовые - исчисляются независимо от состояния находящейся

на балансе машины. К этой группе расходов относятся:

▬ отчисления на погашение первоначальной стоимости кра-

на, изнашивающегося в процессе работы, и на его капи-

тальный ремонт (амортизация);

▬ отчисления на содержание машинопрокатных баз, гаражей,

машинных сараев;

● единовременные - производятся при подготовке машины к рабо-

те на ее рабочем месте; сюда же относятся расходы на разборку

всего оборудования по окончании работы;

К этой группе расходов относятся:

▬ затраты на транспортирование крана с одного места работ

или с машинопрокатной базы (МПБ) на другое место работ

или машинопрокатную базу (МПБ);

▬ затраты на монтаж и демонтаж крана и связанные с этим

подготовительные работы (например, устройство подкра-

новых путей, подведение электроэнергии и т. д.);

▬ затраты на перемещение крана по строительной площадке

в процессе его работы (без полного монтажа и демонтажа).

● эксплуатационные расходы определяются затратами на содер-

жание крана в рабочем состоянии в течение рабочей смены.

К этой группе расходов относятся:

▬ затраты на производство средних и текущих ремонтов;

▬ затраты на вспомогательные материалы (пневмошины,

ферродо, канаты и др.);

▬ затраты на жидкое топливо, электроэнергию, уголь и другие

энергетические материалы; сюда относятся также расходы,

связанные с их доставкой к месту потребления;

▬ затраты на смазочные материалы;

▬ заработная плата рабочих, занятых управлением машиной.

3) Указания по выбору кранов. Для выбора крана должны быть известны следующие основные исходные данные:

● габаритные размеры и конфигурация возводимого здания или

сооружения;

● вес (в том числе наибольший), габаритные размеры основных

сборных элементов и их проектное положение в здании или со-

оружений (в плане);

● темп и срок строительства (сменные потоки материалов и конст-

рукций);

● конструктивная характеристика здания или сооружения, включая

конструкцию стыковых соединений;

● условия строительства: рельеф местности, размеры монтажных

площадей, характеристика грунтов, наличие дорог, вид энергии и

т. п.;

● характер строительства: сосредоточенное или рассредоточенное,

строчная или свободная застройка и т. д.

Предварительный выбор кранов для массового жилищного строительства, в том числе полностью сборных зданий, может производиться в соответствии с рис.

Рис.1. Краны, рекомендуемые для возведения жилых зданий.

Для промышленного строительства ввиду его большой специфичности выбор рационального типа крана должен в каждом случае производиться особо.

После предварительного отбора типов (типа) кранов, удовлетворяющих по основным своим параметрам требованиям возведения данного здания или сооружения, производится их технико-экономическое сравнение по следующим основным показателям:

- себестоимости и трудоемкости монтажа 1т или 1м³ смонтированных конструкций, с учетом стоимости и трудоемкости всех подготовительных работ, включая устройство рельсовых путей, монтаж и демонтаж башенных кранов, подготовку площадки для перемещения пневмоколесных или гусеничных кранов вокруг объекта и т. д.

Себестоимость монтажа единицы конструкций определяется путем деления величины себестоимости машино-смены крана на его сменную эксплуатационную производительность.

В общем виде последовательность выбора крана для строительства данного объекта производится в следующей последовательности.

А). Намечается организация работ на площадке: монтаж здания с устройством приобъектного склада или с автотранспортных средств («с колес»); краны производят только монтаж конструкций или же и разгрузочно-складские операции; одни и те же краны возводят весь дом, включая подземную часть, или только надземную часть.

Б). По характеристике здания или сооружения и условиям строительства устанавливают тип (типы) кранов. Так, например, для монтажа железобетонных конструкций одноэтажных однопролетных и многопролетных промышленных цехов, как правило, применяются пневмоколесные и гусеничные краны. При возведении жилых зданий с кирпичными несущими стенами высотой 4-8 этажей рациональным типом являются башенные краны, а при монтаже сборных зданий - пневмоколесные и гусеничные краны, а также мобильные башенные рельсовые краны.

Грузоподъемные краны ввиду большого конструктивного разнообразия разделяются на группы и типы.

По области применения и эксплуатационным показателям крановое оборудование для строительства мостов можно разделить на три основные группы:

Первая группа - самоходные полноповоротные краны общего назначения на автомобильном, пневмоколесном, тракторном, гусеничном и железнодорожном шасси. Эти краны применяются наиболее широко, их особенности - сравнительно высокая начальная стоимость, наличие автономных двигателей, пониженные трудоемкость и стоимость приведения из транспортного положения в рабочее.

Рис.2. Первая группа кранов.

Вторая группа - специализированные универсальные краны общего назначения, т. е. козловые и жестконогие деррик-краны. Краны этой группы отличаются более узкой областью применения, меньшей начальной стоимостью, питанием двигателей от внешних источников, повышенными трудоемкостью и стоимостью приведения из транспортного положения в рабочее.

Рис.3. Вторая группа кранов.

Третья группа - специальные краны, область применения каждого из которых ограничивается одним видом работ. Сюда относятся шлюзовые краны для установки балок автодорожных пролетных строений, консольные, краны для установки балок железнодорожных пролетных строений, а также консольные и шлюзовые краны для навесного монтажа железобетонных стальных пролетных строений автодорожных, железнодорожных и городских мостов.

Рис.4. Третья группа кранов.

Помимо этих наиболее широко применяемых кранов в отдельных случаях используются башенные и кабельные краны, а также сборно-разборные плавучие краны. В качестве плавучих применяют также сухопутные краны, установленные на плавсредства.

а

б

в

г д

Рис.5. Краны:

а – башенный кран; б – кабельный кран; в – кабельный кран; г – плашкоут

из понтонов НЖМ-56; д- плашкоут из понтонов ПМ-70.

Так как в большинстве случаев одни и те же работы могут быть выполнены кранами различных типов, то в каждом конкретном случае необходимо выбирать оптимальные (по себестоимости, трудоемкости и продолжительности работ) тип крана или комплект кранов на основе сравнения вариантов. Выбор группы и типа крана, который. по своим свойствам более соответствует требованиям и условиям эксплуатации каждого отдельного случая, является ответственной задачей. Для этого требуется не только знать конструктивные и эксплуатационные свойства автомобильных кранов, но и организацию самих работ.

При сравнении вариантов надо учитывать, что выбор типа крана в ряде случаев оказывает существенное влияние на общую технологию работ, структуру строительных технологических линий, состав вспомогательных сооружений и т. п.

Выбор группы и типа крана, который. по своим свойствам более соответствует требованиям и условиям эксплуатации каждого отдельного случая, является ответственной задачей. Для этого требуется не только знать конструктивные и эксплуатационные свойства автомобильных кранов, но и организацию самих работ.

В). При сооружении многоэтажных промышленных и жилых зданий могут использоваться наземные и самоподъемные краны. При уклонах местности свыше 4° находят применение также самоподъемные краны, безрельсовые стреловые и кабельные краны. Строительство многоэтажных промышленных объектов большой ширины может осуществляться в основном башенными кранами; могут быть использованы также краны, перемещающиеся или переставляемые по конструкции самих зданий (крышевые краны и др.). На строительстве здания или сооружения одновременно могут применяться краны различных типов: башенные, гусеничные или пневмоколесные. На поточном строительстве возможна работа кранов одного типа, но разной грузоподъемности: большей - для монтажа ограниченного количества тяжелых деталей (колонн первого этажа, сборных фундаментов, спаренных плит чердачного перекрытия) и меньшей - для монтажа остальных элементов.

Г). Рассредоточение малоэтажного строительства обусловливает применение мобильных безрельсовых монтажных кранов - пневмоколесных, автомобильных и гусеничных.

Д). В соответствии с габаритом и конфигурацией здания или сооружения, весом и габаритными размерами монтируемых деталей, производится определение основных параметров крана:

● высота подъема груза – Н(м);

● вылет стрелы,

● грузоподъемность – Q(т).

Таблица 1

Выбор монтажных кранов

Наименование монтируемых элементов	Требуемые параметры			Марки кранов		Технические характеристики
	Q треб. (т)	L треб. (м)	H треб. (м)			Q (т)	L (м)	H (м)

Длина стрелы (l, м)- расстояние от центра пяты стрелы до оси голов-

ного блока.

Этот параметр самостоятельного значения не имеет. От длины стрелы зависит высота подъёма груза и дальность перемещения его по горизонтали.

Высота подъема крюка (Н, м) - расстояние от уровня кранового пути

или уровня стоянки крана до центра зева крюка,

находящегося в верхнем рабочем положении.

Рис.6. Схемы для определения длины стрелы крана и высоты

подъема конструкции при возведении жилых зданий:

а - схема определения высоты подъема крюка и .наименьшей длины

стрелы (стрелы с гуськом); б - схема определения высоты подъема

конструкции.

Рис.7. Схема для определения высоты подъема крюка крана

при монтаже конструкций промышленных зданий:

а - монтаж колонн; б - монтаж ферм

Вылетом (L, м) называется расстояние от оси вращения поворотной

части крана до це6нтра зева крюка.

Этим параметром определяется дальность подачи груза с помощью крана пот горизонтали;

Вылет стрелы крана, необходимый для обслуживания прямоугольного здания без «мертвых» зон в плане, определяется для двух случаев установки крана.

Требуемая высота подъема крюка. Результаты расчетов сводятся в табл.

Таблица 2

Требуемая высота подъема крюка

Таблица 3

Спецификация элементов сборных конструкций

Вылетом крюка (стрелы) крана является расстояние, измеряемое по горизонтали от оси вращения крана до вертикали, проходящей через верхний блок стрелы.

Если расположение крана относительно возводимого объекта задано или определено, вылет крюка называется требуемым, и его величина определяется расстоянием по горизонтали от вертикали, проходящей через точку строповки элемента, до оси вращения крана.

Если расположение крана не определено, то по требуемым грузоподъемности и высоте подъема крюка определяется диапазон вылета крюка конкретных марок крана, а затем намечается его расположение и ось движения.

Грузоподъемность крана определяется в зависимости от веса монтируемых элементов в увязке с вылетом стрелы, на котором эти элементы устанавливаются в проектное положение.

Грузоподъемность — наибольшая масса груза, которая может быть

поднята краном при условии сохранения его ус-

тойчивости и прочности конструкции.

Грузовой момент (М) - произведение вылета грузозахватного органа на грузоподъемность крана:

М = L G, (4)

где М - грузовой момент;

L - вылет, м;

G - грузоподъемность, т;

Рис.8. Грузовая характеристика крана КС-4561.

Рис.9. Грузовая характеристика гидравлического крана

с телескопической стрелой.

Основными факторами, влияющими на выбор крана является:

■ - конфигурация и размеры здания,

■ - габариты, масса и расположение монтируемых конструкций,

■ - степень стесненности строительной площадки,

■ - объемы монтажных работ (спецификация монтажных элементов, ведомость вспомогательных работ),

■ - общая схема технологии и организации СМР (разбивка здания на захватки и ярусы, последовательность монтажа конструкций здания. Пути движения монтажных кранов, монтажные и вспомогательные приспособления);

■ - обеспеченность транспортными связями, электроэнергией, топливом

и т.д.

Сопоставляя значения этих факторов с эксплуатационными параметрами монтажных кранов (грузоподъемность, высота подъема крюка, вылет стрелы), выявляют их преимущества и недостатки.

На основании этого предпочтение отдают тем кранам, которые больше всего соответствуют по условиям эксплуатации процесса строительства здания и сооружения. Затем по выбранной группе кранов проводится их технико-экономический анализ, на основании которого выбирается конкретный тип монтажного крана для возведения объекта.

Зная техническую пригодность крана, определяют места стоянок и схемы установки конструкций с каждой стоянки, проверяя при этом соблюдение требований безопасности, обеспечивает ли кран установку монтажных элементов по грузоподъемности, радиусу действия и высоте подъема.

Расположение стоянок зависит от пролета сооружения, требуемой высоты подъема и параметров крана, а длина путей перемещения кранов – от пролета, высоты подъема и метода монтажа. Необходимо стремиться к уменьшению числа стоянок кранов и длины путей, но при обязательном условии соблюдения технологической последовательности монтажа конструкций.

При определении необходимой грузоподъемности, вылета стрелы и высоты подъема крюка, если они не полностью соответствуют условиям монтажа, следует учитывать возможность его оснащения сменными устройствами (дополнительные стрелы, гуськи и т.д.). Связанные с этим дополнительные затраты должны быть учтены при выборе окончательного решения.

Во многих конструкциях жилых зданий сборные элементы наибольшего веса (плиты перекрытий, в том числе спаренные плиты чердачного перекрытия) монтируются не на полном вылете стрелы.

Требуемая грузоподъемность. При возведении зданий и сооружений кранами поднимаются и доставляются на место установки грузы, материалы и конструкции различной массы и конфигурации, требующие соблюдения мер по надежному их зацеплению, сохранению целостности при подъеме, перемещении и временном креплении. Для определения требуемой грузоподъемности крана вначале необходимо разработать схемы строповки и, при необходимости, схемы усиления конструкций, схему установки монтажной оснастки на поднимаемом элементе (приспособления для временного закрепления, лестницы и площадки для размещения монтажников).

Для наглядности и удобства расчет ведется в табличной форме (табл.).

Таблица 4