Портальными кранами называются полноповоротные стреловые краны, установленные на жестком, передвигающемся по рельсам специальном помосте — портале.
Портальные краны являются одним из наиболее распространенных средств механизации погрузочно-разгрузочных работ в морских и речных портах, а также монтажно-сборочных работ при постройке и ремонте судов. Кроме того, портальные краны широко применяются для механизации работ на крупных гидротехнических строительствах.
1-ходовая тележка; 2-портал; 3–опорно-поворотное устройство; 4-неподвижный противовес; 5-кабина управления; 6-кабина для механизмов; 7-механизм изменения вылета; 8-подвижный противовес; 9-стрела; 10-жёсткая оттяжка; 11-хобот; 12-сменное рабочее оборудование
Классификация портальных кранов по их назначению
Перегрузочные портальные краны.
Портовые краны. Грузоподъемность кранов, используемых в портах при погрузке массовых грузов, колеблется в пределах 1,5—20 Т . 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.
Ширина колеи портала (расстояние между осями подкрановых рельс) зависит от количества железнодорожных путей, перекрываемых порталом. Обычно порталы выполняются однопутными, двухпутными и трехпутными. 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 или на специальных эстакадах.
В речных портах, имеющих откосные набережные, иногда применяются полупорталы специальной конструкции, которые перемещаются по рельсам, уложенным на разных уровнях. 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.
К раны с бункером (краны типа “кенгуру”) на портале 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 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) 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 (см. рис. 2, б). Это позволяет уменьшить длину перемещения грейфера и массу стреловой системы.
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). Современная технология постройки судов предусматривает сборку корпуса корабля крупными узлами, поэтому грузоподъемность стапельных и достроечных кранов достигает 80 Т и более.
Высота подъема крюка над головкой подкрановых рельсов монтажных кранов достигает 50 м. Обычноони устанавливаются на специальных высоких порталах и, начиная с грузоподъемности 20Т 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. 4, 5), которые служат для выполнения работы внутри доков. Они перемещаются вдоль стенки дока по путям с очень малой колеей— 3,0—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 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 о трывающим усилиям. Иногда стрелы доковых кранов должны укладываться в походное положение на время транспортирования в открытом море. Доковые краны проектируют с учетом крена и дифферента док.
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. В настоящее время портальные краны широко применяются на постройках плотин, шлюзов и силовых зданий крупных гидростанций для укладки бетона, подаваемого в бадьях по бетоновозной эстакаде.
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.
Простая подъемная стрела показана на рис. 6. 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 старих типов. Краны с простыми стрелами обладают пониженной производительностью, так как на установку груза в нужное положение затрачивается большое время.
До изобретения принципа шарнирно-сочлененной стрелы в 1932 году поворотные краны конструировались как краны с подъёмной стрелой или как краны с жесткой стрелой. У этих кранов были существенные недостатки. Поворотный кран с подъёмной стрелой:
- канаты большой длины
- плохая точность
- позиционирования из‐за большой длины раскачивания
- невозможно перемещать
- груз в горизонтальном направлении, только за счет запасовки канатов
- высокий износ
- канатов, так как они проходят через множество канатных блоков
- опасность столкновения
- груза при проведении работ в зоне портала
Системы с жесткой стрелой:
- плохое позиционирование
- грузов, так как до позиции можно было дойти только за счет поворота и перемещения;
- высокий износ ходовых частей;
- плохой обзор из-за постоянно большого вылета стрелы.
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.).
а- реечный; б — винтовой; в — гидравлический; г — секторный; 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 довольно 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.