Плавучие краны (плавкраны). Конструктивные особенности и характеристика плавучих кранов Краны для речного строительства

Конструктивные особенности и характеристика плавучих кранов

1. Краны для речного строительства

Для строительства портов и мостов на внутренних водных путях применяются универсальные плавучие краны грузоподъемностью от 10 до 60 т, сборно-разборные краны грузоподъемностью 30- 100 т, копры-краны грузоподъемностью 25-30 т и комбинированные сухопутные краны, устанавливаемые на плавучие средства.

Универсальные краны

Кран «Кировец» типа КПл Г/К 10-30 грузоподъемностью 10 т при всех вылетах стрелы выпускался заводом им. Кирова в Ленинграде в грейферном и крюковом исполнении.

Кран полноповоротный, стрела решетчатой конструкции с гуськом шарнирно соединена с подвижным противовесом для уравновешивания. Гусек при изменении вылета движется в обратном по отношению к стреле направлении (при подъеме стрелы опускается), благодаря чему при перемене вылета груз остается на одной и той же высоте.

Поворотная часть крана с укрепленной на ней стрелой и всеми грузоподъемными и поворотными механизмами располагается на роликах, движущихся по нижнему венцу, расположенному на балочной клетке высотой 2,1 ж от палубы.

Электродвигатели крана переменного тока напряжением 220- 380 в, общей мощностью 267 кет. Питание током производится от дизель-генераторной установки, располагаемой в корпусе понтона или на берегу. Управление краном электромеханическое.

Кран несамоходный и передвигается при помощи швартовых концов и лебедок.

Для приведения крана в транспортное положение стрелу опускают; после демонтажа механизма изменения вылета стрелы высота крана уменьшается до 10 м.

Кран предназначен для погрузочно-разгрузочных работ и поэтому обладает высокими скоростями всех операций. Для монтажных работ кран из-за недостаточной грузоподъемности не рекомендуется, но может использоваться как вспомогательный у бетонного завода для подачи заполнителей и цемента с воды, для выгрузки леса и других грузов. При небольшом весе монтируемых элементов кран может применяться и для строительных работ.

Рис. 1. Схема универсального плавучего крана типа КПл Г/К 10-30: 1-коромысло и противовес стрелы; 2-тяга изменения вылета стрелы; 3- машинное отделение с кабиной управления; 4 - поворотный механизм

Кран фирмы «Валмет» (Финляндия) постройки 1958 г. грузоподъемностью 10 т (рис. 2) полноповоротный, оборудован крюком и грейфером.

Стрела крана решетчатая длиной 28 м с реечным устройством для изменения вылета. Краны этой фирмы выпускаются также со стрелой, имеющей на конце гусек.

Поворотная платформа крана с расположенными на ней грузоподъемными механизмами, кабиной управления и стрелой установлена на балансирных тележках, передвигающихся по рельсовому венцу, уложенному по балочному постаменту на палубе понтона. Подвижная часть крана прикреплена к неподвижному основанию при помощи полой осевой цапфы с подшипниками.

Электродвигатели крана переменного тока (380 в), самостоятельные для каждого передвижения. Управление краном электромеханическое. Силовая установка состоит из двух дизелей мощностью по 180 л. с. с генераторами переменного тока по 150 ква.

В понтоне крана размещены жилые помещения, а на палубе - столовая, камбуз, душевая, кладовая и другие вспомогательные помещения. Команда крана состоит из 11 чел. при двухсменной работе. Кран несамоходный и при работе передвигается на швартовых концах.

Опускание стрелы крана на понтон для транспортного положения не предусмотрено, поэтому высота его от воды в неразобранном состоянии составляет 25 м, из-за чего кран не может проходить под мостами. При демонтаже стрелы высота крана снижается до 16 м, а при разборке рычажного устройства стрелового противовеса - до 12 м. В таком положении кран становится транспортабельным по внутренним водным путям.

Рис. 2. Схема универсального плавучего крана фирмы «Вальмет»: 1 - рычажное устройство со стреловым противовесом; 2- реечный механизм изменения вылета стрелы; 3- кабина управления; 4 – дизель-генераторная установка; 5 – машинное отделение

Кран предназначен главным образом для погрузочно-разгрузоч-ных работ. На строительстве портовых и мостовых сооружений кран может быть использован как вспомогательный для перевалочных работ с сыпучими грузами и для постройки причалов из деревянного и металлических шпунтов и легких типов железобетонных шпунтов и свай.

Кран типа КПл 15-30 (рис. 3) выпускается заводом «Теплоход» (СССР).

Кран полноповоротный с одним крюком грузоподъемностью 15 т на всех вылетах. Крюк можно заменить грейфером. Стрела крана шарнирно соединена с подвижным противовесом, что значительно облегчает изменение вылета.

Поворотная часть крана со всеми подъемными механизмами и стрелой опирается на ролики, катящиеся по венду, укрепленному на балочной клетке поверх палубы понтона.

Электродвигатели крана трехфазного тока 220/380 в приводятся в движение от дизель-генераторной установки мощностью 375 ква, расположенной в корпусе судна (дизель типа 84-23/30, генератор МС 375-750). Управление краном пневматическое. Команда состоит из 10 чел. при двухсменной работе.

Рис. 3. Схема универсального плавучего крана типа КПл 15-30: 1 - кабина управления; 2 - рычажное устройство с гидравлическим приводом изменения вылета стрелы; 3 - противовес стрелы; 4 - машинное помещение; 5 - стойка для укладки стрелы в транспортное положение

Кран несамоходный и передвигается при работе при помощи электрошпилей, а на дальние расстояния буксируется. В транспортном положении стрелу укладывают вдоль понтона на подставку.

Кран запроектирован для речных условий плавания и предназначен для переработки сыпучих и массовых грузов. Однако по своим характеристикам он может быть с успехом применен для постройки речных причалов из призматического и таврового железобетонного шпунтов. Благодаря большому вылету он может погружать анкерные сваи, устанавливать анкерные плиты и монтировать анкерные тяги. Большая высота крюка позволяет погружать им сваи длиной до 20 м. Кран может быть использован в комплексе с краном большой грузоподъемности (50-100 т), но обладающим меньшим вылетом и высотой подъема (например, для установки вибоопогоужателя ня голоин железобетонных оболочек).

бетонных стенок уголкового профиля при сооружении их «в воду». Для монтажа морских причалов и мостовых работ кран может быть использован только как вспомогательный при наличии крана большей грузоподъемности.

Краны фирмы «Валмет» и типа КПл Г/К 10-30 имеются в небольшом количестве и поэтому их применение ограничивается портами приписки. Краны «Блейхерт» и типа КПл 15-30 нашли более широкое применение и рекомендуются для выполнения речных гидротехнических работ.

Кроме описанных кранов, в речном гидротехническом строительстве применяется ряд универсальных плавучих кранов грузоподъемностью 30-60 т, предназначенных в основном для морского строительства и рассмотренных ниже.

Сборно-разборные краны

Кран типа ПРК-30/40, выполненный по проекту Ленгипротрансмоста, неповоротный, собирается на плашкоуте из 12 понтонов. Грузоподъемность крана при нормальной стреле длиной 32,5 м и вылете 2 ж от торца (транца) плашкоута составляет 40 т, при нулевом вылете - 45 т. При установке укороченной стрелы длиной 26,3 м грузоподъемность на нулевом вылете увеличивается до 47,5 т. Грузоподъемность вспомогательного крюка 10 т на всех вылетах.

Все конструкции крана сварные; наибольший вес элемента 4 т. Стрела крана состоит в нижней части из двух ветвей, объединяющихся затем в одну. Стрела крана соединена оттяжками с качающимся А-образным трубчатым подкосом 3. Изменение вылета производится полиспастом со скоростью 0,85 м/мин. К верхней части стрелы может быть закреплена копровая направляющая с телескопической распоркой для погружения 8-т молотом свай весом до 12 т. Сваи могут погружаться как вертикальные, так и наклонные с уклоном 4: 1 в обе стороны от вертикали, т.е. под плашкоут и от плашкоута. Кран установлен на раме, состоящей из двутавров и швеллеров на болтовых стыках, уложенных поверх понтонов и скрепленных с ними.

Мехаризмы крана состоят из приводных стреловой и грузовых лебедок 1ипа УЛ-5 грузоподъемностью 5 т и электростанции типаЖЭС-60. Управление всеми механизмами сосредоточено в кабине. Кран оборудован автоматическими концевыми выключателями для груза и стрелы. Для якорных и швартовых операций установлены четыре приводные лебедки типа УЛ-3 грузоподъемностью 3 т, ручные катбалки для подъема якорей по углам плашкоута, кнехты и киповые планки. Плашкоут обнесен привальным брусом н леерным ограждением. Для удифферентования крана в кормовые понтоны заливается 40 т воды (балласт). Передвижение крана осуществляется двумя моторными понтонами, входящими в состав плашкоута. Постоянная команда крана состоит из 5 чел. в смену.

Рис. 4. Схема плавучего крана типа ПРК-30/40: 1 стрела; 2 оттяжка стрелы; 3- качающийся подкос; 4 - стреловой полиспаст; 5 - стреловая лебедка; 6 - электростанция ЖЭС-60; 7 - грузовые лебедки; 8 - балочная клетка (рама) крана; 9- якорные катбалки; 10- водный балласт; 11- телескопическая распорка копровой стрелы; 12 - копровая подвесная стрела; 13 - швартовые лебедки; 14 - кабина управления

Кран запроектирован для речных условий с районом плавания «Р» (крупные реки). Высота надводного борта при работе 0,19 м.

Высота крана при опущенной стреле около 14 м, а при опущенном стреловом подкосе около 6 м.

Монтаж и демонтаж крана выполняются автокранами типов К-52 и К-104. Для перевозки крана необходимо 12 автомашин МАЗ-200 и четыре ЗИЛ-150.

Кран ПРК-30/40 прост в изготовлении и сборке и предназначен главным образом для постройки временных мостов (в том числе и для установки пролетных строений). Он может также применяться и при постройке опор постоянных мостов и речных гидротехнических сооружений.

Основными недостатками крана являются отсутствие поворота стрелы и малые скорости подъема груза и стрелы, что резко снижает его производительность по сравнению с универсальными полноповоротными плавучими кранами.

Кран типа ПРК-100 изготовляется заводами Минтранс-строя по проекту Ленгипротрансмоста. Кран собирается на плашкоуте из 24 понтонов типа КС-3 (основная сборка). Грузоподъемность на главном крюке 100 т. При этой грузоподъемности кран работает как неповоротный. На вспомогательном крюке при грузоподъемности 30 т кран работает с поворотом на 90° в обе стороны от продольной оси. Кран может также собираться на 16 понтонах (облегченная сборка); при этом он работает как неповоротный с наибольшей грузоподъемностью 70 т.

Стрела крана двухветвевая сварная, состоит из четырех элементов длиной по 8-11,5 м, собираемых на болтах. Стрела укреплена на шарнире поворотной платформы и удерживается звеньевой оттяжкой, передающей усилие на подкос 9 и растянутую стойку с противовесом. Изменение вылетов осуществляется стреловым полиспастом.

Верхняя поворотная рама состоит из двутавровых балок, соединяемых на болтах. На раме установлены все грузовые, стреловая и поворотная лебедки, электростанция и пульт управления. Поворотная рама перемещается на четырех балансирных тележках из двух катков каждая по рельсовому венцу диаметром 12 м, укрепленному на распределительной раме. Поворотная часть закреплена к нижней распределительной раме центральной цапфой с подшипниками.

Кран оборудован ограничителями грузоподъемности и крена и концевыми выключателями для груза, стрелы и поворота. На распределительной раме установлены подклинивающие устройства, обеспечивающие выключение поворота при работе крана с грузом свыше 30 т и при «облегченной сборке». Механизмы крана состоят из тяговых лебедок УЛ-8А для главного и вспомогательного крюков. Поворот осуществляется лебедкой с тяговым усилием 20 т. Дизель-генераторная установка представлена дизелеч 1-Д-150АД мощностью 150 л. с. и генератором ПС-93-4 мощностью 75 кет переменного тока напряжением 230 в.

Одновременно могут быть совмещены циклы вспомогательного подъема и поворота или подъема стрелы, подъема стрелы и поворота, швартовых операций и поворота или подъема стрелы, или вспомогательного подъема.

Рис. 5. Схема плавучего крана типа ПРК-100 (основная сборка): 1- стрела; 2- звеньевая оттяжка стрелы; 3- стреловой полиспаст; 4 - стойка; 5 - противовес; 6 – брашпиль становых якорей; 7 - распределительная рама; 8 – верхняя поворотная рама; 9 - подкос; 10 – пульт управления; 11 - электростанция; 12 – 15 - лебедки соответственно грузовые, поворотные, стреловые и швартовые; 16 - понтоны балластные

На плашкоуте установлены четыре швартовые лебедки типа УЛ-5 тяговым усилием 5 т и скоростью троса 5 м/мин. Плашкоут по углам оборудован направляющими устройствами в виде роликов и кнехтов, катбалками для поднятия якорей, двумя становыми якорями Холла весом 400 и 300 кг, поднимаемыми брашпилем, привальным брусом и леерным ограждением. Два понтона плашкоута 16 залиты водой для удифферентования крана. Жилых и бытовых помещений на кране не предусмотрено.

Во время перемещения с грузом кран буксируется судном мощностью не менее 600 л. с. Кран может работать при волнении не свыше 1 балла, так как палуба возвышается над водой при этом всего на 0,3 м. Учитывая, что высота крана даже при горизонтально опущенной стреле составляет 16 м, при транспортировке он должен быть частично или полностью разобран.

КранПРК-100 предназначен для погружения оболочек, монтажа сборных опор и навесного монтажа железобетонных пролетных строений, а также для постройки речных портовых сооружений. Недостатками крана являются снижение грузоподъемности до 30 т при повороте и низкие скорости всех движений (в два раза медленнее универсальных плавкранов). Монтаж железобетонных конструкций весом свыше 30 т, требующий большой точности наводки, при отсутствии поворота должен выполняться швартовыми лебедками, что весьма затруднительно. Поэтому применение этого крана следует рассматривать как временное до создания универсальных плавкранов грузоподъемностью 50 - 100 т для речных условий.

2. Краны для морского строительства

Для сооружения молов, причалов и укрепления морских берегов в СССР используются главным образом универсальные плавучие краны грузоподъемностью от 30 до 100 т. В отдельных случаях (например, при строительстве оснований под нефтяные вышки в Каспийском море) применяют 250-т плавучий кран. За рубежом при строительстве массивовых молов находят применение плавкраны грузоподъемностью 200-400 т.

Рис. 6. Кривые грузоподъемности крана ПРК-Ю0: 1 - главный крюк; 2- вспомогательный крюк; 3- главный крюк облегченной сборки

Универсальные краны грузоподъемностью 30-60 т

Кран фирмы «Турней» (США) выпуска 1940-1945 гг. полноповоротный с двумя крюками 30 и 8 т (рис. 7). Малый крюк может быть заменен грейфером. Стрела решетчатой конструкции; изменение вылета стрелы производится полиспастом. Машинное отделение с грузовыми лебедками, стрелой, двигателем и кабиной управления вращается на роликах по венцу, закрепленному на балочной клетке поверх палубы понтона.

Рис. 7. Схема плавучего 30-т. крана «Турней»: 1 - машинное и дизельное помещения; 2- укосина крепления неподвижного блока полиспаста стрелы; 3 - кабина управления; 4 - поворотное роликовое устройство; 5 - подставка для укладки стрелы в походное положение

Кран несамоходный и перемещение его во время работы осуществляется на швартовых концах электрошпилями. Мощность главного дизеля установки 150 л. е., вспомогательного - 80 л. с.

В понтоне крана расположены жилые и служебные помещения и цистерна для горючего. Кран обслуживается командой из 19 чел. при трехсменной работе.

Кран в морском портовом строительстве из-за относительно невысокой грузоподъемности и отсутствия собственного хода используется как вспомогательный в комплексе с краном большей грузоподъемности и в закрытой от волнения акватории. Он пригоден также для работ по строительству речных портовых сооружений - им удобно погружать тавровый и прямоугольный железобетонный шпунт и оболочки диаметром 1,6 м, длиной до 16 м. При помощи такого крана и плавучего кондуктора были успешно возведены набережные (из таврового шпунта) протяженностью свыше 1 км в Усть-Донецком порту.

Кроме того, кран может быть применен в мостостроении для погружения оболочек, установки каркасов и монтажа опор в пределах своих грузовых характеристик.

Недостатком крана является его большая высота в транспортном положении - 18 м от горизонта воды. Однако она может быть снижена до 12 м путем демонтажа конструкции крепления неподвижных блоков стрелы.

Самоходный 50-т кран «Блейхерт» (ГДР) получил широкое применение в морских портах СССР на погрузочно-разгрузочных и строительных работах.

Кран полноповоротный, оборудован тремя самостоятельными крюками подъема: главным - грузоподъемностью 50 т, вспомогательным - 10 т, который может быть заменен грейфером, и вторым вспомогательным - 5 т, перемещаемым на тележке по низу стрелы («кошка»).

Крюки различной грузоподъемности придают крану универсальность и экономичность, так как малые грузы перерабатываются крюками малой грузоподъемности без лишней затраты мощности на холостую работу главных грузовых лебедок.

Стрела крана решетчатой конструкции с полиспастом для изменения вылетов. Машинное отделение с подъемными механизмами, пультом управления, стрелой и постоянным противовесом расположено на поворотной платформе, которая вращается вокруг осевой поворотной цапфы на соединенных обоймой роликах. Ролики катятся по венцу, укрепленному на балочной клетке, поверх палубы понтона.

Общая мощность электродвигателей для грузовых операций и поворота составляет 300 кет; ток постоянный напряжением 220 в. В корпусе судна установлены три дизеля (один-резервный) мощностью по 150 л. с. каждый, которые работают на генераторы постоянного тока и на гребные валы.

Работа краном допускается при температуре не ниже -25°. Команда состоит из 22 чел. при двухсменной работе.

По своим характеристикам кран можно использовать при сооружении морских, а также речных причалов из сборных унифицированных железобетонных элементов. В мостостроении кран пригоден Для работ по погружению оболочек, монтажу блочных опор и установке элементов сборных железобетонных пролетных строений.

Излишняя громоздкость крана (вес 543 т, ширина понтона 20 м, высота крана в транспортном положении 15 м) ограничивает его проход по внутренним водным путям только 1-го класса и то в межень.

Рис. 8. Схема самоходного плавучего 50-т крана «Блейхерт»: 1 - грейфер (или крюк); 2 - «кошка»; 3 - стреловой полиспаст; 4 - упор ограничителя минимального вылета; 5 - пу;у>т управления; в - монтажный кран; 7- машинное помещение; 8 - противовес; 9 - поворотное валковое устройство; 10 - стойка для укладки стрелы

Полноповоротный плавучий 50-т кран отечественного производства, как и описанный выше кран «Блейхерт», оснащен тремя самостоятельными крюками подъема: главным грузоподъемностью 50 т, вспомогательным - Юти крюком на «кошке» - 5 т.

Машинное отделение крана со стрелой, противовесами и пультом управления расположено на роликовом поворотном круге, размещенном на подставке высотой 5,4 м от палубы понтона. Тем самым создан значительный подстреловой габарит, необходимый для производства грузовых и судостроительных работ, с какой целью и был запроектирован кран.

Особенностью крана является весьма рациональная конструкция стрелы и металлоконструкций крана. Стрела в виде треугольной раскосной фермы удерживается стреловым полиспастом и 40-т подвижным противовесом двойного действия, который на больших

вылетах создает на стреле усилие, обратное грузовому моменту, и тем облегчает нагрузку на стреловую лебедку. На малых вылетах усилие противовеса соответствует грузовому моменту, благодаря чему стрела удерживается от опрокидывания в сторону противовеса, что особенно важно при волнении и отсутствии нагрузки на крюках. Металлоконструкции крана выполнены из отдельных крупных секций с учетом требований быстрого монтажа и демонтажа.

Рис. 9. Схема полноповоротного плавучего 50-т крана: 1-тросовый полиспаст изменения вылета стрелы; 2 - пульт управления; 3- противовес; 4-подставка; 5 - стойка для укладки стрелы

В транспортном положении стрела крана опускается вдоль понтона на стойку, однако из-за высокого расположения машинного отделения и крепления стреловых неподвижных блоков высота крана при этом составляет около 26 м от горизонта воды. При разборке механизма изменения вылета стрелы высота снижается До 17 м.

Кран самоходный двухвинтовой. Силовая установка состоит из Двух дизелей ЗД-6 и генераторов постоянного тока мощностью по 100 ква каждый. Кроме них, имеется резервный двигатель. Для всех движений и гребных винтов установлены самостоятельные электродвигатели. Силовая установка расположена в корпусе понтона где находятся также помещения для команды, бытовых и служебных нужд. Кран оборудован автоматическими указателями вылетов и грузоподъемности. Вес крана 422 т.

Полноповоротный кран может успешно применяться на строительстве морских гидротехнических сооружений.

Плавучий 60-т кран фирмы «Драво» (США) выпуска 1941 - 1945 гг. полноповоротный несамоходный со стрелой в виде пространственной фермы с треугольной решеткой. Изменение вылетов стрелы производится полиспастом. На стреле установлены два крюка грузоподъемностью 60 и 15 т. Последний может быть заменен грейфером.

Машинное отделение крана с укрепленной сверху стрелой, кабиной управления и противовесом вращается на роликовом поворотном круге, опирающемся на палубу понтона. В качестве первичного двигателя используется дизель «Атлас» мощностью 275 л. с. На многих кранах эти дизели заменены отечественными. Управление краном пневматическое. Передвижение крана во время работы осуществляется электрошпилями, установленными по углам понтона. Сварной корпус разделен сетью водонепроницаемых переборок. Внутри понтона размещены вспомогательные, жилые и бытовые помещения.

Рис. 10. Схема плавучего 60-т крана «Драво»: 1 - стреловой полиспаст; 2 - кабина крановщика; 3 поворотный роликовый венец; 4 - стойка для укладки стрелы

В походном положении стрела крана опускается вдоль понтона на подставку. Тем не менее из-за высокого расположения крепления неподвижных блоков стрелы транспортная высота крана от воды составляет около 22 м. После частичной разборки высота крана может быть снижена до 16 м.

Краны этого типа весьма просты по конструкции, несложны в управлении и могут успешно применяться в морском строительстве в закрытых от волнения акваториях.

К недостаткам крана относится большая транспортная высота и большая ширина понтона (18,8 м), что ограничивает использование его в речном строительстве (проход по внутренним водным путям только 1-го класса и то при частичной разборке верхней конструкции).

Плавучий полноповоротный 60-т кран (отечественный проект) имеет два крюка: главный крюк грузоподъемностью 50-60 т и вспомогательный - 15 т, который может быть заменен грейфером.

Стрела крана (рис. 11) формы трехгранной пирамиды состоит из трех поясов сплошного сечения, соединенных связями. Изменение 110 вылета стрелы производится тросовым полиспастом. Стрела имеет подвижной противовес. Нижний поворотный шарнир стрелы расположен на высоте 14 м от уровня воды, что обеспечивает большой подстреловой габарит, необходимый для погрузки грузов на высокобортные суда. Машинное отделение крана с подъемными механизмами, подвижным и неподвижным противовесами, стрелой и пультом управления расположено в кормовой части судна и вращается на колонне (на вертикальных и горизонтальных подшипниках). В качестве источника энергии в корпусе судна установлены два дизель-генератора ДГР-300/500 мощностью 300 кет каждый переменного тока напряжением 380 в.

Рис. 11. Схема полноповоротного плавучего 60-т крана (отечественный проект): 1 - полиспаст стрелы; 2 – опорный подшипник центральной колонны; 3- пульт управления краном; 4- ходовая рубка судна; 5 - подставка стрелы; 6 - крыль-чатые двигатели; 7 - машинное помещение крана; 8 - подвижной противовес стрелы

Кран запроектирован для морских условий работ при волнении до 2-3 баллов и ветре до 6 баллов. Судно крана имеет корабельные обводы и передвигается со скоростью до 11 км/ч, обладая высокой маневренностью.

В транспортном положении стрела крана опускается на подставку и располагается вдоль палубы. В таком положении высота крана от горизонта воды составляет около 21 м. При частичном демонтаже конструкции крепления неподвижных блоков стрелы и опускании самой стрелы транспортная высота может быть снижена до 14,5 м. При морских переходах кран может идти собственным ходом при волнении не свыше 3 баллов и ветре до 5 баллов. Буксировка крана без разборки может производиться при волнении не свыше 5 баллов и ветре 6 баллов.

Водоизмещение крана в транспортном положении 1080 т. Команда крана состоит из 14 чел. для двухсменной работы. Помещения для команды, расположенные в корпусе судна, оборудованы системой кондиционирования воздуха и отделаны пластиком. Крановое судно оснащено швартовыми и якорными устройствами, противопожарными и спасательными средствами по нормам Морского Регистра СССР.

Универсальные плавучие краны грузоподъемностью 30-60 т по своим характеристикам получили широкое распространение в практике морского портового строительства.

Универсальные краны грузоподъемностью 90 - 100 т

Плавучий кран фирмы «Драво» (США) грузоподъемностью 90 т (рис. 12) на основном и 20 т на вспомогательном крюке. Кран дизель-электрический несамоходный и по конструкции аналогичен описанному выше 60-т крану этой же фирмы, но имеет несколько большие размеры. Силовая установка представлена двумя дизель-генераторами по 125 кет каждый.

Рис. 12. Плавучий 100-т кран фирмы «Драво»: 1 - понтон; 2-пульт управления; 3- стрела; 4 - главный 90-т крюк; 5 - вспомогательный крюк; б - стойка для укладки стрелы; 7 -укосина крепления неподвижных блоков стрелы

Высота крана в транспортном положении около 22 ж, что затрудняет его использование на внутренних водных путях и ограничивает его применение только строительством морских гидротехнически, сооружений.

Плавучий кран «Ганс» постройки 1949 г. (завод им. Геор] гиу-Деж, ВНР) грузоподъемностью на главном крюке 100 т на вспомогательном крюке 35 т на всех вылетах стрелы.

Стрела крана длиной 35 м сквозной конструкции укреплена на! шарнире на высоте 13 м от палубы понтона. Изменение вылета! стрелы производится при помощи двух винтов с приводом от электродвигателей. Применение грейфера не предусмотрено.

Рис. 13. Схема плавучего 100-т крана «Ганс» постройки 1949 г.: 1 - стрела; 2 - кабина управления; 3- опорный роликовый подшипник; 4 - центральная колонна; 5 - противовес; 6 - винты изменения вылета стрелы

Поворотная часть крана расположена в виде купола на пирамидальной колонне высотой 8,5 м от палубы, на которую как бы надета вся вращающаяся часть крана. В нижней части колонны на уровне палубы укреплен поворотный круг, а на вращающейся части крана зубчатые шестерни поворота.

Машинное отделение крана, противовес, стрела и пульт управления расположены на вращающейся части крана.

В цельносварном корпусе судна (понтона) установлены два дизеля по 100 л. с. с генераторами постоянного тока и вспомогательный дизель 24 л. с. с генератором для работы на стоянке. В понтоне расположены жилые и бытовые помещения для команды, а также цистерны для горючего, пресной воды и т. п. Кран самоходный и имеет два винта. Для швартовых операций по углам понтона установлены четыре электрошпиля. Стрела крана не опускается на понтон и в транспортном положении наклонена под углем ж25° к горизонту.

Основное назначение крана - достройка судов и погрузка тяжеловесных грузов, в связи с чем предусмотрен высокий подстреловой габарит. Из-за низких скоростей выполнения операций кран малопроизводителен при монтаже сборных конструкций и более успешно может быть использован при перегрузке на плавучие средства железобетонных элементов и массивов у заводов и полигонов. Кран целесообразно применять и в тех случаях, когда приходится иметь дело с особо длинными, но сравнительно легкими конструкциями, так как высота подъема над водой для 35-т крюка составляет 40 м. Из-за громоздкости кран не может быть использован для целей речного строительства, а также в области мостостроения.

Плавучий кран «Ганс» постройки 1956 г. того же завода, что и предыдущий кран, имеет грузоподъемность 100 т на главном крюке и 25 т на вспомогательном. Стрела крана шарнирно сочлененного типа решетчатой конструкции имеет гусек, движущийся в обратном стреле направлении, благодаря чему грузовые крюки при всех вылетах находятся почти на одной высоте. Изменение вылета стрелы производится винтовой системой при частичном уравновешивании подвижным контргрузом.

Рис. 14. Схема плавучего 100-т крана «Ганс» постройки 1956 г.: 1 - винтовой механизм изменения вылета стрелы; 2 – подвижной противовес 124 т; 3- машинное помещение; 4 - опорная колонна; 5 -пульт управления

Поворотная часть крана выполнена аналогично крану типа 1949 г., описанному выше. Цельносварной понтон крана разделен водонепроницаемыми переборками на 15 отсеков, чем обеспечивается непотопляемость крана даже при заполнении двух отсеков водой. В качестве источника энергии служат установленные внутри понтона два дизеля по 160 л. с. с генераторами постоянного тока и два вспомогательных дизель-генератора по 24 л. с. каждый. Кран имеет два винта, приводимых в движение от электродвигателей мощностью по 100 кет каждый. Передвижение на короткие расстояния осуществляется при помощи электрошпилей.

В транспортном положении стрела крана не укладывается, поэтому парусность и надводные габариты крана весьма велики.

По своим характеристикам 100-т кран «Ганс» (1956 г.) по сравнению с другими описанными 100-т кранами является основным для постройки морских причалов, молов и берегоукрепительных сооружений, хотя по своей конструкции он более пригоден для судостроительных и погрузочно-разгрузочных работ.

В тоже время у крана «Ганс» недостаточная высота отводы главного и вспомогательных крюков, которая на рабочих вылетах с учетом крена составляет около 25 м, что недостаточно для заводки в направляющие оболочек длиной 24 м, широко применяемых в практике гидротехнического строительства. Относительно невысокая мощность двигателей и большая парусность крана требуют для его передвижения даже в закрытых портовых акваториях применения буксиров мощностью 400-500 л. е., что резко удорожает машино-смену работы крана. Невозможность перегона крана по внутренним водным путям из одного морского бассейна в другой и работы им на реках и водохранилищах также относятся к его недостаткам. Отсутствие грейфера не позволяет производить краном подводное черпание грунта, необходимое при постройке берегоукрепительных сооружений на открытых акваториях и в ряде других случаев.

Обслуживает кран (из-за отсутствия дистанционного управления) команда в составе 22 чел. при двухсменной работе.

Уникальные плавучие краны

К уникальным относятся универсальные краны, отличающиеся значительной грузоподъемностью, достигающей 250 - 350т. Такими, например, являются краны завода «Красное Сормово» и фирмы «Демаг».

Грузоподъемность главного крюка 250 т, вспомогательного - 140 т. Кроме того, вдоль стрелы крана перемещается «кошка» с крюком грузоподъемностью 10 т.

Кран полноповоротный при всех нагрузках. Стрела крана длиной 72 м состоит из трех мощных поясов с треугольной решеткой и поперечными связями по нижнему поясу. Изменение вылета стрелы осуществляется двумя 16-ниточными полиспастами. Стрела имеет подвижной противовес, который предотвращает ее колебания при качке. Стрела закреплена на высоте 24,5 м от палубы, что обеспечивает большой подстреловой габарит и большую высоту подъема крюков.

Верхнее строение крана с машинным отделением, противовесом, стрелой и пультом управления может поворачиваться на колонне, укрепленной в корпусе судна.

Два судна крана соединены мостом по типу катамарана для большей его остойчивости, так как кран предназначен для работы в открытом море, тогда как его собственный вес достигает 2080 т.

Кран расположен на левом судне; на правом судне размещены две силовые дизель-электрические установки мощностью 4400 /се/л, обслуживающие механизмы передвижения судна, и одна 1500 кет - для механизмов крана. Здесь же находятся грузовые трюмы, запасы воды и топлива. Спаренная система судов позволяет располагать большой площадью грузовой палубы, необходимой для перевозки пространственных конструкций нефтяных вышек и т. п., а также обеспечивает высокую мореходность по сравнению с одиночными понтонами плавучих кранов. Благодаря большой остойчивости работа краном допускается при волнении до 4-5 баллов (высота волны до 3 м) и силе ветра 6 баллов, а передвижение - при волнении до 6 баллов (высота волны до 6 м) и ветре до 8 баллов.

Рис. 15. Схема плавучего самоходного 250-т крана на спаренных судах: а - рабочие положения; б - транспортное положение; 1 - полиспаст стрелы; 2 - подвижной противовес стрелы; 3 - машинное помещение крана; 4-центральная колонна; 5 - ходовая судовая рубка; 6 - пульт управления краном; 7 -опорный подшипник; 8 - подставка под стрелу

Гребные винты, расположенные в корме и носу каждого судна, обеспечивают высокую маневренность крану, необходимую для точной установки его у рабочих мест. При переходах управляют краном из ходовой рубки, расположенной на высоте 13 м от палубы. В походном положении стрелу крана опускают и располагают под углом к продольной оси судна, закрепляя ее на подставке на носу правого судна. Для докования суда разъединяют и независимо друг от друга заводят в док. Кран оборудован предупредительной сигнализацией и защитными приспособлениями от перегрузок, превышающих расчетные. В управлении краном применены дистанционные и автоматические системы.

Каюты для экипажа и служебные помещения, расположенные в корпусе судна, снабжаются кондиционированным воздухом, горячей и холодной водой и другими удобствами.

Плавучий самоходный 350 кран фирмы «Демаг» построен в Германии в 1938-1940 гг. По своей грузоподъемности, размерам и мощности двигателей этот кран также является одним из крупнейших плавучих кранов в мире.

Грузоподъемная система состоит из двух 175-т крюков главного подъема, объединенных траверсой, двух 30-т крюков вспомогательного подъема, перемещаемых на тележке по коромыслу стрелы (гуську), и 10-т крюка типа «кошка», движущегося вдоль стрелы.

Кран полноповоротный при всех нагрузках. Стрела крана длиной около 80 м шарнирно сочлененной конструкции имеет два обхватывающих коромысла и подвижной противовес весом 200 т. Изменение вылетов стрелы производят винтовым механизмом. Вращающаяся часть крана посажена в виде колокола на пирамидальную колонну, закрепленную в корпусе понтона. Опорный роликовый подшипник на голове колонны, на котором происходит вращение, имеет диаметр 2,5 м и выдерживает нагрузку 2100 т.

Машинное отделение крана трехэтажное с постоянным 400-т противовесом, стрелой и пультом управления расположено на вращающейся части крана. Корпус судна - понтон - разделен водонепроницаемыми перегородками на 35 отсеков. На палубе имеется площадка для грузов размером 20×26 м. Для передвижения и маневренности крана установлены три водяных пропеллера системы Фойт-Шнейдера - два на корме и один на носу судна. Для швартовых операций по углам понтона предусмотрены электрошпили.

Рис. 16. Плавучий самоходный 350-т кран фирмы «Демаг»: 1 - нок стрелы; 2 – стреловые коромысла; а подвижной 200-гя противовес; 4 - винтовой механизм изменения вылета стрелы; 5 - трехэтажное машинное отделение с 400-т противовесом; 6 - поворотный механизм; 7 пирамидальная опорная колонна; 8 - пульт управления

Центральная силовая установка, расположенная внутри понтона, состоит из трех дизель-генераторов мощностью 800 кет каждый и вспомогательного дизель-генератора 225 кет переменного тока. Там же расположены каюты для 23 чел. команды, складские и бытовые помещения и мастерская.

Полный вес крана 5000 т, высота от горизонта воды при поднятой стреле около 115 м, а грузовой момент 10 500 тм.

Основное назначение крана - судостроение и подъем судов. Он может быть использован также для целей строительства.

Всего было построено несколько кранов такого типа, один из которых эксплуатируется в СССР на Балтийском море.

Плавучие краны за рубежом

В заграничной практике за последние годы построен ряд весьма совершенных плавучих кранов, предназначенных как для целей морского гидротехнического строительства, так и для выполнения транспортных работ.

Плавучий кран фирмы «Хокодате Док» (Япония) грузоподъемностью 50 т построен в 1962 г. для строительства портов.

Стрела крана плоского типа состоит из двух ветвей, объединенных связями. Кроме главного крюка, на стреле имеется второй крюк меньшей грузоподъемности. Изменение вылета стрелы производится поли-спастом. В транспортном положении стрелу укладывают вдоль понтона на и подставку, расположенную на корме.

Рис. 16. Схема плавучего крана фирмы «Хокодате Док» грузоподъемностью 50 т: 1 подставка для укладки стрелы; 2 - помещение для дизель-генераторов; 3 - швартовые лебедки; 4 - помещение подъемных механизмов; 5 - пульт управления

Машинное отделение с грузоподъемными лебедками, пультом управления, противовесами и стрелой вращается на спаренных балансирных роликах, движущихся по венцу, укрепленному на палубе понтона.

Кран самоходный дизель-электрический с двумя дизелями по 180 л. с. каждый, расположенными в палубной надстройке. Там же находятся помещения для экипажа, камбуз и душевая. Корпус понтона оборудован электролебедками и швартовыми обустройствами для передвижения крана на малые расстояния.

Этой же фирмой построен несамоходный плавучий кран аналогичной конструкции, но несколько меньших размеров и грузоподъемностью 30 т.

Плавучий маневренный кран «Самсон» грузоподъемностью 60 т построен фирмой «Ковано Шелдон и К°» в Карлейле (Англия).

Кран дизель-электрический полноповоротный с винтовым механизмом и перемещающимся противовесом для изменения вылета стрелы, с самостоятельными двигателями для каждого механизма.

Корпус крана цельносварной с корабельными обводами, разделен на девять водонепроницаемых отсеков. В кормовой части палуба усилена для принятия грузов общим весом 200 т.

Кран снабжен скоростной вспомогательной лебедкой и вторым крюком грузоподъемностью 20 т соответственно с большим радиусом действия, чем у крюка главного подъема. Электрическое управление, выполненное по системе Вард-Леонарда, позволяет увеличивать скорость работы главного подъема крана для переработки грузов меньше предельного веса.

Рис. 17. Плавучий маневренный кран «Самсон» грузоподъемностью 60 т: 1 - вспомогательный 20-т подъем; 2- главный 60-т подъем; 3 - винты для изменения вылета стрелы; 4- стреловой подвижной 81 – т противовес; 5 - машинное отделение с неподвижным 128 т противовесом; 5 – пульт управления

Особенностью конструкции «Самсона» является маневренное устройство в носовой части, состоящее из большого центробежного насоса, всасывающего воду из-под корпуса и выбрасывающего ее в любую боковую сторону в зависимости от направления поворота. Вместе с двумя кормовыми винтами, расположенными параллельно на расстоянии 10,4 м один от другого, и двумя обтекаемыми рулями это устройство обеспечивает максимальную маневренность крану даже при малых скоростях и позволяет ему точно останавливаться у причалов и перемещаться без буксира.

Верхнее строение крана смонтировано на поворотной раме, на которой располагаются также опорные элементы стрелы, механизмы подъема и 128-т противовес. Стрела поднимается двумя синхронно работающими шнеками с ленточной резьбой. Винты подъема полностью закрыты стальными раздвижными кожухами для предохранения их от дождя и грязи. Стрела не опускается на палубу и поэтому наименьшая транспортная высота крана составляет 40 м.

Главные и ходовые двигатели состоят из двух дизелей по 900 л. с. каждый, соединенных с главным и дополнительным генератором постоянного тока. Мощность дополнительных генераторов рассчитана на обеспечение работы всего крана даже с некоторым запасом.

Благодаря своим высоким судоходным качествам кран удобен для работы на открытых акваториях при сооружении молов, волноломов и берегоукрепительных сооружений.

Рис. 18. Схема плавучего 100-т крана фирмы «Орнштейн Коппель»: 1 - стрела; 2 – пульт управления; 3 - рулевая рубка; 4 - поворотный механизм; 5 - машинное отделение с неподвижным противовесом; 6 - передвижной противовес; 7 - опорный подшипник

Плавучий 100-/И кран фирмы «Орнштейн Коппель» (ФРГ) оснащен двумя главными крюками грузоподъемностью 50 т каждый (рис. 62). Оба крюка объединяются общей траверсой. Механизмы подъема крюков работают синхронно. Кроме главных, имеется вспомогательный \Ъ-т крюк с самостоятельной подъемной лебедкой.

Стрела крана решетчатой конструкции длиной 42 м. Изменение вылета стрелы осуществляется двумя винтами, приводимыми в движение электродвигателем. Вес стрелы значительно уравновешен шарнирно связанным с ней 40-т передвижным противовесом. Половина опрокидывающего момента от рабочей нагрузки уравновешивается 164-т противовесом, расположенным за машинным отделением.

Верхняя поворотная часть крана в виде купола опирается посредством роликового подшипника на опорную колонну, закрепленную в корпусе судна. К нижней части колонны прикреплен поворотный круг с зубчатой шестерней, обеспечивающей поворот верхней части крана на 360°.

В цельносварном корпусе судна расположены два дизеля мощностью по 200 л. с. при 750 об/мин. Валы дизелей с одного конца соединены с генераторами трехфазного тока мощностью 130 кет, синхронно работающими на подъемные механизмы, а с другого конца - гребными валами винтов. Для работы на стоянке имеется дополнительная дизель-генераторная установка 90 кет. Кран оборудован устройствами для показания веса груза, вылета и высоты грузового крюка.

В транспортном положении стрелу опускают до горизонтального положения и закрепляют на опорной стойке, при этом резко сокращается парусность и высота крана, благодаря чему его можно перевозить без демонтажа на буксире по морю даже при сильном волнении, что было подтверждено при переходе крана к месту назначения, из Гамбурга в иракский порт Басру.

По своим характеристикам кран весьма удобен для обслуживания морского гидротехнического строительства.

Плавучий кран фирмы «Крупп» (ФРГ) грузоподъемностью на главном крюке 150 т и на вспомогательном 30 т.

Стрела крана шарнирно сочлененного типа выполнена в виде металлической конструкции со сплошными стенками, что придает крану современный внешний вид.

Поворотная конструкция [и система уравновешивания груза такие же, как и у приведенного выше 100-яг крана фирмы «Орнштейн Коппель». Для перемещения на большие расстояния стрела крана специальным винтовым устройством опускается в горизонтальное положение. Корпус судна (понтон) цельносварной. Силовая установка состоит из двух главных по 500 л. с. и двух вспомогательных дизелей по 156 л. е., связанных с генераторами тока. Крановоесуд-но приводится в движение двумя диагонально расположенными пропеллерными винтами системы Фойт-Шнейдера. Палуба понтона предусматривает возможность погрузки на нее грузов общим весом до 300 т.

Кран предназначен в основном для погрузочно-разгрузочных работ в портах и для нужд судостроения. Он может быть использован в морском гидротехническом строительстве, но только в портах при закрытых акваториях, так как значительная высота крана в транспортном положении (около 30 м) создает большую парусность и затрудняет маневренность крана при ветре и волнении.

Рис. 19. Плавучий 150-т кран фирмы «Крупп»

Плавучий 250-т кран фирмы «Орнштейн Коппель» (ФРГ) построен для порта Буэнос-Айрес (Бразилия) в 1956-1958 гг.

У крана предусмотрены два главных крюка грузоподъемностью 125 т каждый, объединенных траверсой для подъема грузов общим весом до 250 т, и два вспомогательных грузоподъемностью 40 и 10 т. Последний перемещается вдоль стрелы на «кошке».

Рис. 20. Плавучий 250-т кран фирмы «Орнштейн Коппель»

Кран работает как полноповоротный при грузе до 150 т, при этом допускается изменение вылетов стрелы с грузом. При нагрузке от 150 до 250 т возможен поворот крана лишь на 22°30’ в обе стороны от продольной оси без изменения вылетов стрелы с грузом. Наибольший грузовой момент крана 5125 м.

Верхнее строение крана со стрелой, машинным помещением с подъемными лебедками, противовесами и пультом управления вращается на мощном осевом роликовом подшипнике, работающем в масляной ванне. Подшипник укреплен на пирамидальной колонне, закрепленной в понтоне. Горизонтальные усилия от верхнего строения крана передаются на горизонтальный подшипник, состоящий из кольца диаметром 5,7 м и восьми попарно объединенных роликов. Такое устройство значительно облегчает поворот, но повышает габариты крана и применяется, как правило, в кранах ФРГ грузоподъемностью свыше 100 т.

Стрела крана решетчатой конструкции клепаная. Изменение вылета стрелы осуществляется двумя полиспастами. Стрела частично уравновешена противовесом.

Кран несамоходный и для его передвижения служат четыре приводных кабестана с усилием 6 т и скоростью выборки троса 12 м/мин. Из-за отсутствия собственного хода силовая установка крана состоит всего из двух дизелей мощностью 185 и 260 л. с. и трех генераторов постоянного тока 2×110 + 60 кет напряжением 230 в. Для собственных нужд на стоянке имеется вспомогательный дизель-генератор мощностью 22,5 л. с. Все девять крановых электродвигателей одного типа мощностью по 44 кет каждый при 750 об/мин.

Управление краном осуществляется с центрального пульта, расположенного на высоте 14 м от палубы. Предусмотрены автоматические устройства, исключающие перегрузку крана, и электроблокировка на случай неправильных действий крановщика.

Понтон крана сварной, разделен водонепроницаемыми перегородками на 18 отсеков. На палубе понтона предусмотрена площадка 9,5×9,5 для принятия грузов до 10 т/м2. Внутри понтона расположены дизель-генераторы, жилые каюты для 12 чел. экипажа, бытовые и складские помещения и мастерская.

При транспортном положении стрела крана собственными полиспастами опускается до палубы и закрепляется, а верхнее строение подклинивается гидравлическими домкратами, чем разгружается осевой подшипник. В таком виде кран допускает буксировку по морю при скорости 5-7 узлов (до 13 км/ч). Высота крана в транспортном положении составляет около 32 м от горизонта воды.

Этот кран предназначен для транспортных работ, но может быть также с успехом использован и для строительства молов, причалов и пирсов из крупноразмерных элементов и тяжелых массивов.

3. Плавучие копры-краны

В качестве кранов для гидротехнического строительства и мостостроения могут быть применены плавучие копры с наклонными стрелами, вылет которых за борт понтона может быть в пределах от 3 до 9 м при соответствующей грузоподъемности 30 и 10 т. Поворот стрелы копра на борт во многих случаях не допускается, поэтому копры-краны обычно являются неповоротными.

В этой области наиболее распространены копры с качающимися стрелами, например, копер типа СССМ-680 фирмы «Нилленс» и др.

Копер типа СССМ-680, установленный на понтоне, может использоваться как плавучий кран при расположении стрелы вдоль понтона на вылетах до 9 ж от торца понтона. Копер несамоходный. Источником энергии служит паровой котел с поверхностью нагрева 50 м2 при давлении пара 6-8 кГ/см2. Грузоподъемные механизмы - паровые лебедки.

Швартовые операции производят ручными лебедками. Внутри понтона расположены жилые и бытовые помещения для 10 чел. команды копра.

В транспортном положении стрела поворачивается и укладывается вдоль понтона на подставку.

Плавучий копер фирмы «Нилленс» (Бельгия) несамоходный. Стрела расположена в носовой части понтона на платформе, поворачивающейся на 180°. Работа краном и забивка свай допускаются только при расположении стрелы вдоль понтона. В этом случае наибольший вылет стрелы от торца составит 6,5 м.

Рис. 21. Схема установки копра фирмы «Нилленс»: а - для работы копром; б-для работы краном; 1-ферма со стрелой; 2-двухбарабан-ная лебедка; 3- паровой котел; 4 - понтон; 5 - паровой молот; 6 - подставка для укладки стрелы; 7-балластные водяные цистерны

Все механизмы копра паровые и обеспечиваются паром от котла с давлением 8 кГ!см2. Котел расположен на поворотной платформе и является одновременно противовесом стрелы с молотом. Для приведения копра в походное положение поворотную платформу со стрелой и котлом поворачивают на 180° и стрелу опускают посредством специальной мачты и полиспаста на подставку, расположенную на корме понтона. В понтоне имеются балластные отсеки, цистерны для пресной воды и складские помещения. Каюты для команды размещены на палубе. При работе копер передвигается на швартовых концах при помощи лебедок и кнехтов.

Плавучий копер завода «Юбигау» (ГДР) наиболее современный. Качающаяся стрела копра вместе с паровым котлом (поверхность нагрева 34 ж2 и давление до 10 кПсм”) расположена на поворотной платформе, вращающейся на 360° (в носовой части понтона). Стрела копра может принимать наклон вперед 1/10 при расположении поперек понтона и 1/3 - вдоль понтона.

Паром обеспечивается только работа молота при погружении свай, остальные механизмы имеют электропривод от дизель-генератора мощностью 57 кет. Кроме того, имеется вспомогательный ди-зель-генератор 12 кет для собственных нужд при стоянке.

Копер несамоходный. В транспортном положении стрелу поворачивают на 180° и опускают специальной мачтой вдоль понтона на подставку.

В понтоне копра расположены цистерны пресной воды, балластные отсеки, топливный бункер и складские помещения. Понтон оборудован швартовыми устройствами и помещением для экипажа.

К атегория: - Краны для строительства мостов

GANZ – одна из старейших марок плавкранов в мире , представлена полным модельным рядом, который по назначению плавучих кранов можно классифицировать как:

Грузовые грейферные плавкраны

Грузоподъемность от 5 до 60 тонн. Полноповоротные, с прямой или шарнирно-сочлененной с жесткой оттяжкой стрелой. Буксируемые или самоходные. Полноавтономного или вахтенно-сменного исполнения. Для перегрузки больших объемов всех видов сыпучих / навалочных грузов. За счет сочетания повышенной плавучести, остойчивости и рыскливости конструкции плавкрана в целом с большой скоростью выполнения всех основных операций достигается высокая производительность перегрузки: от 300 до 2000 тонн/час. Могут иметь речное и морское, а также ледовый класс исполнения. В плавкранах свыше 5 тонн используется 4-х канатный грейфер. Используются в качестве земснаряда углубления дна с возможностью оснащения ленточным конвейером для выгрузки извлекаемого грунта. Возможность работы в крюковом режиме, при котором повышается грузоподъемность, но уменьшается скорость выполнения операций.

Грузовые крюковые плавкраны

Грузоподъемность от 5 до 200 тонн. Полноповоротные, с прямой или шарнирно-сочлененной с жесткой оттяжкой стрелой. Буксируемые или самоходные. Полноавтономного или вахтенно-сменного исполнения. Для перегрузки штучных и тяжелых грузов. При прочем сходстве характеристик, от грузовых грейферных плавкранов отличает наличие пониженных скоростей выполнения основных операций, требующихся для более точных работ. Могут иметь речное и морское, а также ледовый класс исполнения.

Монтажно-строительные плавкраны

Грузоподъемность от 16 до 300 тонн. Полноповоротные, с прямой или шарнирно-сочлененной с жесткой оттяжкой стрелой. Буксируемые или самоходные. Полноавтономного или вахтенно-сменного исполнения. Используются в судостроении, тяжелом, энергетическом, транспортном машиностроении, строительстве мостов и гидротехнических сооружений, а также работах по освоению морского шельфа. Отличает работа на режиме пониженных скоростей: 1-12 метров/минуту. Могут иметь речное и морское, а также ледовый класс исполнения.

Монтажно-спасательные плавкраны

Грузоподъемность от 200 до 500 тонн и выше. С прямой, наклонной фиксированной стреловой системой. Буксируемые или самоходные. Полноавтономного или вахтенно-сменного исполнения. В соответствии с назначением могут оснащаться разнообразным вспомогательным оборудованием. Используются в судостроении, тяжелом, энергетическом, транспортном машиностроении, строительстве мостов и гидротехнических сооружений, работах по освоению морского шельфа и подводных спасательных работах. Скоростной режим работы: 0,1-5 метров/минуту. Могут иметь речное и морское, а также ледовый класс исполнения. Возможно оснащение стрелы хоботом для работ с грузами меньше номинальной грузоподъемности в случаях где требуется очень большой вылет стрелы.

Плавучий кран – чрезвычайно универсальное и надежное оборудование. Используются для погрузки-разгрузки судов, работ по углублению дна, строительства мостов и других водных сооружений.

Плавкран практически незаменим в порту для многоцелевых работ, благодаря чему относительно высокая стоимость окупается за короткий срок.

• Плавкран с грузоподъемностью 16 т

• Плавкран с грузоподъемностью 32 т (Al Furat)
• Плавкран с грузоподъемностью 32 т (Hafez)
• Плавкран с грузоподъемностью 100 т (El Mansour)

В 1964 г. Ленгипротрансмост разработал проект плавучего крана ПРК-100 грузоподъемностью 100 т предназначенного для монтажных и погрузочно-разгрузочных работ на строительстве мостов и на строительных площадках вблизи водоемов.
Кран сборно-разборный, максимальный вес отдельного элемента не превышает 7 т . Кран может быть перевезен на место строительства как по железной дороге, так и автотранспортом, так как все элементы крана легко вписываются в железнодорожный и автодорожный габариты.
Кран монтируется на плашкоуте из 24 понтонов типа КС, заранее подготовленном на месте строительства. Сборка верхнего строения крана на готовом плашкоуте занимает 12 - 15 дней при наличии 10-т монтажных кранов (автомобильных или плавучих). Демонтаж крана выполняется за 10 - 12 дней.
Кран ПРК-100 оборудован двумя крюками: главным грузоподъемностью 100 т и вспомогательным грузоподъемностью 30 т . С грузом на крюке до 30 т верхняя часть крана может поворачиваться на 90° в обе стороны. Поворот осуществляется с помощью лебедки, установленной на плашкоуте. С грузом весом более 30 т кран поворачивается вместе с плашкоутом. При этом под опорные шарниры стрелы и в задней части поворотной платформы устанавливают заклинивающие устройства. Маневры крана на воде обеспечиваются четырьмя папильонажными лебедками, снабженными канатоукладчиками, а также всем необходимым для папильонажных работ оборудованием.
Все лебедки крана, в том числе 3 грузовых и 1 стреловая, работают от собственной электростанции АД-75Т/400 мощностью 75 кВт , установленной на плашкоуте крана. Управление электроприводами сосредоточено в кабине крановщика.
От существующих универсальных плавучих полноповоротных кранов кран ПРК-100 отличается малым весом, сборностью, небольшой осадкой. Стоимость его изготовления в 6 раз меньше, чем у универсальных кранов, обслуживают его 4 человека вместо 10.
Опытный образец крана ПРК-100, изготовленный Угличским ремонтно-механическим заводом, прошел все испытания и эксплуатируется Мостоотрядом № 11 в г. Ленинграде на р. Неве уже в течение 1,5 лет. Приемочная комиссия Минтрансстроя СССР рекомендовала его для серийного изготовления.

Техническая характеристика крана ПРК-100

Плавучий кран - это грузоподъемный кран, установленный стационарно на специальном судне, как самоходном, так и не самоходном, и предназначенный для выполнения подъемно-перегрузочных работ.

2.1.1. Общие сведения

В отличие от других типов кранов, на плавучих - предусмотрены бытовые помещения для команды (постоянного экипажа), ремонтные и такелажные мастерские, столовые, дополнительное судовое оборудование, палубные механизмы , собственные силовые установки, позволяющие работать крану в автономном режиме вдали от берега. Механизмы плавучих кранов имеют, как правило, дизель-электрический привод. Возможно также питание электроэнергией с берега. В качестве движителей используются гребные винты или крыльчатые движители. Последние не требуют рулевого устройства и могут перемещать кран вперед, назад, вбок (лагом) или разворачивать на месте.

В зависимости от водных путей плавучие краны подведомственны Морскому регистру судоходства России или Российскому речному регистру .

В соответствии с требованиями Морского регистра плавучие краны должны быть оборудованы всеми устройствами, предусматриваемыми для судов, т.е. должны иметь привальные брусья (деревянные балки, выступающие вдоль наружной части надводного борта судна непрерывно или частями, предохраняющие обшивку бортов от ударов о другие судна и сооружения), шпили (судовые механизмы в виде вертикальных воротов для подъема и отдачи якорей, подъема тяжестей, тяги швартовов и др.), кнехты (парные тумбы с общей плитой на палубе судна, предназначенные для закрепления на них тросов), якоря и якорные лебедки, а также средства световой и звуковой сигнализации, радиосвязи, водоотливные насосы и спасательные средства. В процессе эксплуатации на плавучем кране должен быть запас пресной воды, продуктов питания, топлива и смазочных материалов по нормам на время автономного плавания. Основные требования, предъявляемые к понтонам плавучих кранов – прочность конструкции, плавучесть и остойчивость.

В случае транспортировки по внутренним водным путям габаритная высота крана в походном состоянии должна соответствовать ГОСТ 5534 и назначаться с учетом подмостных размеров и возможности прохода под воздушными линиями электропередач.

По назначению краны можно классифицировать следующим образом:

Перегрузочные краны (общего назначения), предназначенные для массовых перегрузочных работ (их описание представлено в работах ). Согласно ГОСТ 5534, грузоподъемность перегрузочных плавучих кранов составляет 5, 16 и 25 тонн, максимальный вылет 30…36 м, минимальный 9…11 м, высота подъема крюка над уровнем воды 18,5…25 м, глубина опускания ниже уровня воды (например, в трюм судна) - не менее 11…20 м (в зависимости от грузоподъемности), скорости подъема 1,17…1,0 м/с (70…45 м/мин), скорость изменения вылета 0,75…1,0 м/с (45…60 м/мин), частота вращения 0,02…0,03 с -1 (1,2…1,75 об/мин) . Это такие краны, как, например - «Ганц», производство Венгрии (рис. 2.1.), отечественные краны (рис. 2.2).

Краны специального назначения (большой грузоподъемности) - для перегрузки тяжеловесов, строительных, монтажных, судостроительных и аварийно-спасательных работ.

Плавучие краны, предназначенные для монтажных работ, используются при возведении гидротехнических сооружений, для работы на судостроительных и судоремонтных заводах.

Кран немецкой фирмы «Демаг» грузоподъемностью 350 тонн использовался при реконструкции ленинградских мостов, при монтаже
80-тонных портальных кранов, при переносе портальных кранов с одного района порта в другой и т.д.

Кран завода ПТО им. С. М. Кирова грузоподъемностью 250 тонн был изготовлен для монтажа нефтяных вышек на Каспийском море.

Краны «Черноморец» грузоподъемностью 100 тонн и «Богатырь» грузоподъемностью 300 тонн (рис. 2.3) удостоены Государственной премии СССР.

Рис. 2.2. Перегрузочные плавучие краны грузоподъемностью 5 тонн (а ) и 16 тонн (б ): 1 – грейфер на наибольшем вылете; 2 – хобот; 3 – стрела по-походному; 4 – упор; 5 – стрела по-рабочему; 6 – понтон; 7 – грейфер на наименьшем вылете; 8 – кабина; 9 – опорно-поворотное устройство; 10 – колонна; 11 – уравновешивающее устройство, совмещенное с механизмом изменения вылета; 12 – противовес

Рис. 2.3. Плавучий кран «Богатырь» грузоподъемностью 300 тонн (Севастопольский завод им. С. Орджоникидзе): 1 – понтон; 2 – стрела по-походному; 3 – подвеска вспомогательного подъема; 4 – подвеска главного подъема; 5 – стрела

Кран «Витязь» (рис. 2.4) грузоподъемностью 1600 тонн применяют при работе с тяжелыми грузами, например, при установке на опоры смонтированных на берегу конструкций моста через реку. Помимо главного подъема этот кран имеет вспомогательный подъем грузоподъемностью 200 тонн. Вылет главного подъема 12 м, вспомогательного 28,5 м. Имеются плавучие краны и большей грузоподъемности.

Специальные краны, выполняющие перегрузку тяжеловесов в портах, монтажные и строительные работы при постройке судов, судоремонте и строительстве ГЭС, аварийно-спасательные работы, имеют полноповоротные верхние строения. Грузоподъемность - от 60 (кран «Астрахань») до 500 тонн, например: «Черноморца» - 100 тонн, «Севастопольца» - 140 тонн (рис. 2.5), «Богатыря» - 300 тонн, «Богатыря-М» - 500 тонн. На рис. 2.6 представлены краны «Богатырь» с различными модификациями стрел и соответствующими графиками грузоподъемности, переменной по вылету.

Специализированные краны для судоподъемных и аварийно-спасательных работ и монтажа крупногабаритных тяжеловесных конструкций, как правило, неповоротные.

Рис. 2.5. Плавучий кран «Севастополец» грузоподъемностью 140 тонн (Севастопольский завод им. С. Орджоникидзе): 1 – понтон; 2 – стрела по-походному; 3 – стрела по-рабочему

Рис. 2.6. Плавучие краны: а – «Богатырь»; б – «Богатырь-3» с дополнительной стрелой; в – «Богатырь-6» с удлиненной дополнительной стрелой; Q – допустимая грузоподъемность на вылете R ; Н – высота подъема

Примерами таких кранов могут служить: «Волгарь» - 1400 тонн; «Витязь» - 1600 тонн (рис. 2.4), подъем груза весом 1600 тонн производят с привлечением лебедки трех палубных талей, «Магнус» (Magnus, ФРГ) грузоподъемностью от 200 до 1600 тонн (рис. 2.7), «Балдер» (Balder, Голландия) грузоподъемностью от 2000 до 3000 тонн (рис. 2.8).

Нефтепромысловые. Крановые суда для снабжения морских нефтепромыслов и строительства нефте- и газопромысловых сооружений на шельфе обычно имеют поворотные верхние строения, значительный вылет и высоту подъема и способны обслуживать стационарные буровые платформы. К таким кранам относятся, например, «Якуб Кязимов» - грузоподъемностью 25 тонн (рис. 2.9), «Керр-оглы» - грузоподъемностью 250 тонн . В связи с освоением континентального шельфа отмечается тенденция к росту параметров кранов этой группы (грузоподъемности - до 2000…2500 тонн и более) .

Рис. 2.7. Плавучий кран «Магнус» грузоподъемностью 800 тонн (HDW, ФРГ): 1 – понтон; 2 – стрела по-походному; 3 – палубная лебедка; 4 – лебедка наклона гуська; 5 – подкос; 6 – стрела; 7 – гусек; 8 – подвеска главного подъема; 9 – подвеска вспомогательного подъема

Рис. 2.8. Плавучий кран «Балдер» грузоподъемностью 3000 тонн («Густо», Голландия – (а ) и график изменения допустимой грузоподъемности Q от вылета R (б )):
1 – понтон; 2 – поворотная платформа; 3 – стрела; I … IV – крюковые подвески

Рис. 2.9. Крановое судно «Якуб Кязимов»: 1 – понтон; 2 – стрела по-походному; 3 – уравнительный полиспаст; 4 – кабина; 5 – каркас поворотной части

В зависимости от мореходных качеств , краны можно классифицировать следующим образом:

1) портовые (для выполнения перегрузочных работ в портах и гаванях, закрытых водоемах и прибрежных морских (каботажные) и речных районах, на судостроительных и судоремонтных верфях);

2) мореходные (для работ в открытом море с возможностью длительных самостоятельных переходов).

Для отечественного краностроения характерно стремление к созданию универсальных кранов, а для зарубежного - узкоспециализированных кранов.

2.1.2. Устройство плавучих кранов

Плавучие краны состоят из верхнего строения (собственно крана) и понтона (специального или кранового судна).

Верхнее строение плавучего крана, кранового судна и т.п. – грузоподъемное сооружение, установленное на открытой палубе, рассчитанной на несение грузоподъемного устройства и груза.

Понтоны , подобно корпусам судов состоят из поперечных (шпангоутов и палубных бимсов) и продольных (киля и кильсонов) элементов, обшитых листовой сталью.

Шпангоут – криволинейная поперечная балка набора корпуса судна, обеспечивающая прочность и устойчивость бортов и днища.

Бимс – поперечная балка, связывающая правую и левую ветви шпангоута. На бимс настилают палубу.

Киль – продольная связь, устанавливаемая в диаметральной плоскости судна у днища, простирающаяся по всей его длине. Киль крупных и средних судов (внутренний вертикальный) представляет собой лист, установленный в диаметральной плоскости между настилом двойного дна и обшивкой днища. Для уменьшения качки устанавливают боковые кили нормально к наружной обшивке судна. Длина бокового киля составляет до 2 / 3 длины судна.

Кильсон – продольная связь на судах без двойного дна, устанавливаемая по днищу и соединяющая нижние части шпангоутов для совместной их работы.

По форме понтоны представляют собой параллелепипед с закругленными углами либо имеют корабельные обводы. Понтоны с прямоугольными углами имеют плоское дно и срез в кормовой (или носовой) части (рис. 2.10). Иногда кран монтируют на двух понтонах (кран-катамаран). В этих случаях каждых понтон имеет более или менее выраженный киль и форму, аналогичную форме корпусов обычных судов. Понтоны плавучих кранов делают иногда непотопляемыми, т.е. снабжают продольными и поперечными переборками. Для увеличения остойчивости плавучего крана, т.е. способности возвращаться из отклоненного положения в положение равновесия после снятия нагрузки, необходимо по возможности понизить его центр тяжести. Для этого следует избегать высоких надстроек, а жилые помещения для команды крана и склады помещать внутри понтона. На палубу выносят только рубку (кабину управления судном), камбуз (корабельную кухню) и столовую. Внутри понтона, вдоль его бортов, располагаются танки (цистерны) для дизельного топлива и пресной воды.

Плавучие краны могут быть самоходными и несамоходными. Если кран предназначен для обслуживания нескольких портов или для перемещения на значительные расстояния, то он должен быть самоходным. В этом случае применяют понтоны с корабельными обводами. Мореходные краны имеют понтоны с судовыми обводами, на ряде тяжелых кранов применены катамаранные понтоны («Кер-оглы» грузоподъемностью 250 тонн; кран фирмы «Вяртсиля», Финляндия, грузоподъемностью 1600 тонн и др.).

По конструкции верхнего строения плавучие краны можно классифицировать на неповоротные, полноповоротные и комбинированные.

Неповоротные (мачтовые, козловые, с качающимися (наклоняющимися) стрелами). Мачтовые краны (с неподвижными мачтами) имеют простую конструкцию и малую стоимость. Горизонтальное перемещение груза осуществляется при перемещении понтона, поэтому производительность таких кранов очень мала.

Рис. 2.10. Схема понтона плавучего крана

Для работы с тяжеловесами более пригодны плавучие краны с наклоняющимися стрелами. При переменном вылете их производительность больше, чем мачтовых. Эти краны имеют простую конструкцию, малую стоимость и большую грузоподъемность. Стрела крана состоит из двух стоек, сходящихся к вершине под острым углом, и имеет шарнирное закрепление в носовой части понтона. Подъем стрелы осуществляется жесткой штангой (гидравлическим цилиндром, зубчатой рейкой или винтовым устройством) или при помощи полиспастного механизма (например на кране «Витязь»). Стрелу в транспортном положении закрепляют на специальной опоре (рис. 2.3). Для выполнения этой операции используют стрелоподъемную и вспомогательную лебедки.

Плавучий козловой кран представляет собой обычный козловой кран, установленный на понтоне. Мост крана расположен вдоль продольной оси понтона, а его единственная консоль выступает за контуры понтона на расстояние, иногда называемое внешним вылетом. Внешний вылет обычно составляет 7…10 м. грузоподъемность плавучих козловых кранов достигает 500 тонн. Однако вследствие большой металлоемкости плавучие козловые краны в нашей стране не выпускают.

Полноповоротные (универсальные) краны бывают с поворотной платформой или колонной. В настоящее время широко распространены поворотные краны с наклоняющейся стрелой. Они наиболее производительны. Их стрелы не только наклоняются, но и вращаются вокруг вертикальной оси. Грузоподъемность поворотных кранов изменяется в широких пределах и может достигать сотен тонн.

К полноповоротным кранам относятся кран «Богатырь» грузоподъемностью 300 тонн и внешним вылетом 10,4 м при высоте подъема главного крюка (гака) над уровнем моря 40 м, а также морское транспортно-монтажное судно «Илья Муромец». Последнее имеет грузоподъемность 2×300 тонн на внешнем вылете 31 м. Высота кранового судна с поднятой стрелой 110 м. Эти краны способны совершать переходы по морю при шторме 6…7 баллов и ветре 9 баллов. Автономность плавания 20 суток. Скорость хода крана «Богатырь» 6 узлов, а кранового судна «Илья Муромец» 9 узлов. Оба судна оборудованы комплексом механизмов и приспособлений, обеспечивающих высокий уровень механизации основных и вспомогательных процессов. В транспортном положении стрелы обоих описанных судов укладывают на специальные опоры и закрепляют.

Комбинированные . К ним можно отнести, например, плавучие козловые краны, по мосту которых перемещается поворотный кран.

Преобладающий тип стрелового устройства плавучих кранов - прямая стрела с уравнительным полиспастом; реже применяют шарнирно-сочлененные стреловые устройства, однако их использование сопряжено с трудностями укладки по-походному.

Для исключения запрокидывания прямых стрел морских кранов при волнении, под действием сил инерции и ветра, а также при обрыве и сбросе груза стрелы оснащают предохранительными устройствами в виде ограничительных упоров или специальных систем уравновешивания . У кранов «Магнус» стрела с грузом удерживается жестким подкосом.

По мере развития конструкций стрел был осуществлен переход от решетчатых и безраскосных стрел к сплошностенным (коробчатым, реже - трубчатым) стрелам в балочном или вантовом исполнении. На кранах последних лет выпуска чаще применяют листовые коробчатые стрелы. Известны, однако, решетчатые стрелы некоторых зарубежных кранов очень большой грузоподъемности (кран «Балдер», см. рис. 2.8). При модернизации кранов базовые стрелы часто удлиняют дополнительными вантовыми стрелами (см. рис. 2.6), что позволяет значительно увеличить наибольшие вылет и высоту подъема и одновременно обеспечить широкую унификацию с базовой моделью.

Основные типы опорно-поворотных устройств плавучих кранов - поворотная и неповоротная колонна, многокатковый поворотный круг, опорно-поворотный круг в виде двухрядного роликового подшипника. Отмечается тенденция к применению опорно-поворотных кругов в виде роликовых подшипников на кранах грузоподъемностью до 500 тонн. На более тяжелых кранах пока используют многокатковые поворотные круги, ведутся работы по созданию для таких кранов сегментных роликовых подшипников .

Механизмы подъема, применяемые на плавучих кранах - грейферные лебедки с независимыми барабанами и дифференциальными переключателями. Согласно ГОСТ 5534, предусмотрена уменьшенная скорость посадки грейфера на груз, составляющая 20…30 % основной скорости. Возможна замена грейфера крюковой подвеской.

Механизмы поворота (один или два) чаще имеют цилиндроконические редукторы с многодисковыми муфтами предельного момента и открытую зубчатую или цевочную передачу.

Механизм изменения вылета - секторный с установкой секторов на рычаге противовеса или гидравлический с гидроцилиндром, соединенным с платформой, и штоком, соединенным с рычагом противовеса. Известны краны с винтовым механизмом изменения вылета . Конструкции механизмов изменения вылета представлены в разделе 1 «Портальные краны».

Плавучие перегрузочные грейферные краны в речных и морских портах эксплуатируют весьма интенсивно. Для механизмов подъема значения ПВ достигают 75…80 %, механизмов поворота - 75 %, механизмов изменения вылета - 50 %, число включений в час - 600 .

2.1.3. Особенности расчета

Геометрия понтона. При проектировании и расчете понтон рассматривают в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рис. 2.10). Основной плоскостью называется горизонтальная плоскость, касательная к днищу понтона. Одна из вертикальных плоскостей, так называемая диаметральная плоскость, проходит вдоль понтона и делит его на равные части. Линию пересечения основной и диаметральной плоскостей принимают за ось X . Другую вертикальную плоскость проводят через середину длины понтона и называют плоскостью мидель-шпангоута, или миделевой. Линию пересечения основной и миделевой плоскостей принимают за ось Y , а линию пересечения миделевой и диаметральной плоскостей – за ось Z .

Плоскость, параллельную плоскости миделя и проходящую через ось вращения поворотного крана, называют медиальной. Линии пересечения поверхности корпуса понтона с плоскостями, параллельными плоскости миделя, называют шпангоутами (так называют и поперечные элементы судна, образующие каркас его корпуса). Линии пересечения поверхности корпуса понтона с плоскостями, параллельными основной плоскости, называют ватерлиниями. Такое же название имеет след поверхности воды на корпусе понтона.

Так как понтон, находящийся на воде, может быть наклонен, то полученную при этом ватерлинию называют действующей. Плоскость действующей ватерлинии, непараллельная плоскостям остальных ватерлиний, делит понтон на две части: надводную и подводную. Ватерлиния, соответствующая положению на воде крана без груза, уравновешенного таким образом, что основная его плоскость параллельна поверхности воды, называется главной ватерлинией.

Наклон судна на нос или корму называют дифферентом, а наклон судна на правый или левый борт – креном. Угол ψ (см. рис. 2.10) между действующей и главной ватерлиниями в диаметральной плоскости называют углом дифферента, а угол θ между этими же линиями в плоскости миделя - углом крена. При дифференте на нос и при крене в сторону стрелы углы ψ и θ считаются положительными.

Длину L понтона измеряют обычно по главной ватерлинии, расчетную ширину B понтона - в наиболее широком месте понтона по ватерлинии, а расчетную высоту H борта - от основной плоскости до бортовой линии палубы (см. рис. 2.10). Расстояние от основной плоскости до действующей ватерлинии называют осадкой Т понтона, которая имеет разные значения у носа понтона Т H и у кормы Т K . Разность значений Т H – T К называется дифферентом. Разность между высотой и осадкой Н – T называют высотой f надводного борта. Если форма понтона не представляет собой параллелепипеда, т.е. имеет плавные обводы, то для расчетов составляют так называемый теоретический чертеж, определяющий внешнюю форму корпуса (несколько сечений по шпангоутам). При прямоугольных понтонах нет необходимости в составлении такого чертежа.

Объем V подводной части понтона называется объемным водоизмещением. Центр тяжести этого объема называется центром величины и обозначается ЦВ. Масса воды в объеме V называется массовым водоизмещением D.

Остойчивость плавучих кранов. Остойчивость - способность судна возвращаться в положение равновесия после прекращения действия сил, вызывающих его наклонение.

Особенности расчета остойчивости плавучих кранов в значительной степени сводятся к учету влияния крена и дифферента. Кран без груза должен иметь дифферент на корму, а с грузом - на нос. Если стрела расположена в медиальной плоскости без груза, кран должен иметь крен в сторону противовеса, а с грузом - в сторону груза. Изменение вылета за счет крена или дифферента может составить несколько метров. За расчетный вылет принимают вылет, который имеет кран при горизонтальном положении понтона.

Для крана с грузом поворотная часть крана с противовесом создает момент, который частично уравновешивает грузовой момент и называется уравновешивающим (см. рис. 2.10): M У = G K y K , где G K - вес верхнего строения; y K - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести верхнего строения (с учетом противовесов).

Для кранов с подвижными противовесами уравновешивающий момент определяют как сумму моментов от весов верхнего строения и противовесов.

Грузовой момент M Г = GR ,где G - вес груза с крюковой подвеской; R - вылет стрелы. Отношение уравновешивающего момента к грузовому называется коэффициентом уравновешивания φ = М У / М Г .

Для определения кренящего и дифферентующего моментов рассмотрим рис. 2.11, на котором изображены понтон и стрела в плане. Вес поворотной части кранас грузом G K приложен на расстоянии e от оси O 1 вращения стрелы. Действие веса G K на плече e можно заменить действием вертикальной силы G K в точке O 1 и моментом G K e в плоскости стрелы. Вес понтона с балластом G 0 приложен в точке O 2 . Кроме того, на кран действует вертикальный момент от ветровой нагрузки, имеющий составляющие относительно соответствующих осей M ВХ и M ВY . Тогда кренящий момент определяется по зависимости вида M K = M X = G K e cos φ + M BX , а дифферентующий момент M Д = М У = G К e sin φ + M В Y .

Для определения восстанавливающего момента рассмотрим рис. 2.12, на котором показано сечение понтона по плоскости миделя в положениях до и после приложения кренящего момента. Центр тяжести крана с понтоном обозначен ЦТ . На кран, находящийся в состоянии покоя, действуют вертикальные силы, имеющие равнодействующую N , и выталкивающая сила D = Vρg , где V - вытесненный объем; ρ - плотность воды; g - ускорение свободного падения. Согласно закону Архимеда, D = N .

В состоянии равновесия силы N и D действуют по одной вертикали, проходящей через центр тяжести и центр величины и называемой осью плавания. В этом случае угол крена может иметь некоторое значение θ (см.рис. 2.10).

Рис. 2.11. Схема к определению кренящего и дифферентующего моментов

Рис. 2.12. Схема положения понтона до (а ) и после (б ) приложения кренящего момента

Допустим, что к крану приложен статический кренящий момент М К , вызываемый, например, весом груза G на конце стрелы крана. При этом центр величины смещается. Изменением сил D и G по сравнению с состоянием равновесия можно пренебречь, так как вес груза существенно меньше веса крана. Тогда сила D в наклонном положении крана будет приложена в точке ЦВ (рис. 2.12,б ). В этом случае возникнет восстанавливающий момент сил D и N = D на плече l θ , равный кренящему моменту M K , т.е. , где - поперечная метацентрическая высота, т.е. расстояние от метацентра до центра тяжести.

Метацентром называется точка F пересечения оси плавания с линией действия силы D , а метацентрическим радиусом - расстояние от метацентра F до центра величины.

При дифференте на угол ψ восстанавливающий момент равен дифферентующему моменту M Д , т.е. , где - продольная метацентрическая высота; a - расстояние между центрами тяжести и величины. Произведения и называются коэффициентами статической остойчивости.

Определим метацентрические радиусы и . Из теории корабля известно следующее:

1) при малых углах крена θ и дифферента ψ положение метацентра F неизменно, а центр величины перемещается по дуге окружности, описанной вокруг метацентра;

2) метацентрический радиус R = J / V , где J - момент инерции площади, ограниченной ватерлинией, относительно соответствующей оси, вокруг которой происходит наклон крана.

Для крана, находящегося в состоянии покоя, ограниченная ватерлинией площадь равна BL .

Для прямоугольного понтона (без учета обводов и скосов) моменты инерции относительно главных осей J Х = L B 3 / 12 ; J Y = B L 3 / 12 ,а вытесненный объем воды V = B L T . В этом случае метацентрические радиусы ; .

Таким образом, углы крена и дифферента в зависимости от кренящего и дифферентующего моментов определяют из выражений

; .

Рис. 2.13. Диаграммы остойчивости плавучего крана: а – статической М ВК (q); б – динамической А В (q)

Для поворотных кранов с качающейся стрелой эти углы переменны как по вылету, так и по углу вращения.

Восстанавливающие моменты при крене и дифференте определяются по формулам вида:

; (2.1)

При углах крена, больших 15 ° , формула (2.1) неприменима, а восстанавливающий момент М ВК в зависимости от угла θ изменяется по диаграмме статической остойчивости (рис. 2.13) . При постепенном возрастании кренящего момента до значения, равного максимальному значению восстанавливающего момента М ВК max на диаграмме, угол крена достигает θ М , и кран будет неустойчивым, так как любое случайное наклонение в сторону крена приведет к опрокидыванию. Приложение кренящих моментов M θ ³ М ВК max недопустимо. Точка К (закат диаграммы) характеризует предельный угол крена θ П , при превышении которого М ВК < 0 и кран опрокидывается . Диаграмма статической остойчивости входит в обязательную документацию крана; ее построение по чертежу понтона либо по приближенным формулам приведено в работе .

При внезапном (или за время, меньшее полупериода собственных колебаний) приложении к ненакрененному понтону динамического момента М Д (см. рис. 2.13,а ), остающегося в дальнейшем постоянным, в начальный период крена М Д > М ВК и судно будет крениться с ускорением, накапливая кинетическую энергию. Дойдя до угла статического крена q (точка В ), судно будет крениться дальше до угла динамического крена q Д , когда запас кинетической энергии израсходуется на преодоление работы восстанавливающего момента и сил сопротивления (точка С , отвечающая равенству площадей ОАВ и СВЕ ). При q Д £ 10…15 О (рис. 2.13, а ) можно считать q Д = 2q (с учетом сопротивления воды q Д = 2 x q , где x - коэффициент затухания (x » 0,7) ; при наличии начального угла крена ±q 0 угол динамического крена q Д = ± q 0 + 2q . Опрокидывающий динамический момент М Д.ОПР и угол опрокидывания q Д.ОПР определяют, найдя прямую АЕ , отсекающую на диаграмме статической остойчивости равные площади ОАВ и ВМЕ (рис. 2.13,б ).

Диаграмма динамической остойчивости (см. рис. 2.13) - это график зависимости работы восстанавливающего момента А В = D от угла крена (l q - плечо восстанавливающего момента при крене (см. рис. 2.12); она является интегральной кривой по отношению к диаграмме статической остойчивости; величина d В = А В / D = называется плечом динамической остойчивости . Работа кренящего момента А К = М Д q Д = D d К , где d К = А К / D Д = М Д q Д / D – удельная работа кренящего момента. График А К (q Д ) есть прямая OF , проходящая через точки O и F с координатами (1 рад, М Д ); Точка Р пересечения (см. рис. 2.13,а ) или касания (см. рис. 2.13,б ) диаграммы динамической остойчивости с прямой OF определяет угол динамического крена q Д (а ) или угол опрокидывания при динамическом крене q Д.ОПР (б ).

Динамический крен (или дифферент) возникает при подъеме груза рывком или при обрыве груза. На рис. 2.14 показаны положения зеркала воды относительно понтона для крана без груза (положение равновесия 1 при угле крена q 0 ) и с грузом при статическом крене (положение 2 при угле крена q ). Для нормальной эксплуатации крана желательно иметь равенство абсолютных величин углов крена для груженого и порожнего крана. При обрыве груза кран будет колебаться относительно положения равновесия 1 с амплитудой Δq (см. рис. 2.14), достигая положения 3 при угле динамического крена q ДИН = q 0 + Δq . Значения последнего получают более точными, если учитывают сопротивление воды, по формуле

q ДИН = q 0 + (0,5 – 0,7) Δq .

Рис. 2.14. Схема понтона к определению динамического крена

Определение опрокидывающего момента и угла динамического крена в рабочем состоянии при обрыве груза по диаграмме динамической остойчивости, а также проверка остойчивости крана при переходе, перегоне, в нерабочем состоянии; определение опрокидывающего момента в походном состоянии и максимального восстанавливающего момента в нерабочем состоянии подробно рассмотрены в работе .

Нагрузки на механизм вращения и изменения вылета. На рис. 2.15,а показаны поперечное (в плоскости Y ) и продольное (в плоскости X) сечения понтона после крена на угол q и дифферента на угол ψ .

Вес G К поворотной части крана с грузом имеет составляющие S У и S X , действующие в плоскости вращения и определяемые по зависимостям вида S У = G К sinq и S Х = G К sin ψ .

Для плавучего крана дополнительный момент, вызываемый креном и дифферентом и действующий на механизм вращения (рис. 2.11), определяется по формуле

Это выражение можно исследовать на максимум М φ . В частности, если составляющая дифферентующего момента М ψ = G К a – G 0 b = 0 (уравновешенный понтон), то максимум М φ достигается при φ = 45 o .

Силы S Х и S У имеют составляющие, действующие в плоскости качания стрелы и перпендикулярно ей. Составляющие, действующие перпендикулярно плоскости качания стрелы, создают момент, нагружающий механизм вращения, выражение для которого получено выше. Суммарная сила Т составляющих сил S Х и S У в плоскости качания стрелы определяется по выражению вида Т= S Х sin φ + S Y cos φ = G К (sinq sin φ – sin ψ cos φ).

Эта сила действует в плоскости качания стрелы и направлена вдоль понтона. На рис. 2.15, б показано разложение веса G К на силу R , перпендикулярную основной плоскости понтона и учитываемую в расчетах механизма изменения вылета, и на силу T , параллельную продольной оси понтона и создающую дополнительную нагрузку, вызываемую креном и дифферентом. Таким образом, в центре тяжести каждого узла поворотной части крана (стрелы, хобота и т.д.) весом G i возникает сила T i , вызванная креном и дифферентом. Дополнительный момент М , нагружающий механизм изменения вылета, определяется по формуле .

Нагрузки от сил инерции , действующие на кран при поперечной и продольной качках судна, подробно представлены в работах .

Непотопляемость – способность судна сохранять минимально необходимые плавучесть и остойчивость после затопления одного или нескольких отсеков корпуса. Расчет непотопляемости подробно представлен в работе .