Введение

В настоящее время прослеживается тенденция расширения рынка грузоподъемных кранов за счет стреловых самоходных кранов, в частности – за счет автомобильных кранов. Их высокая мобильность, умеренная стоимость и достаточно хорошие грузовысотные характеристики, отвечающие условиям малоэтажного, коттеджного, сельского строительства, ремонтно-строительных и монтажных работ – факторы, позволяющие успешно конкурировать на рынке грузоподъемной техники.

Все грузоподъемные машины относятся к промышленным средствам повышенной опасности, так как всякий груз, поднятый на некоторую высоту, обладает определенной вероятностью падения. Это предъявляет особые требования к ним, так как в зоне действия грузоподъемных кранов всегда могут находятся люди и персонал.

Анализ аварийных ситуаций с грузоподъемными кранами показывает, что автомобильные краны занимают первую строчку в этом черном списке. Но это не является их органическим свойством. Особенность их эксплуатации заключается в том, что благодаря своим возможностям достаточно оперативно перемещаться по строительным объектам, они наиболее часто выпадают из сферы надзора лиц, призванных обеспечить безопасную эксплуатацию грузоподъемной техники.

Подготовка бакалавров по профилям "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование" (направление 23.03.02), "Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (направление 23.03.03) предусмотрено изучение дисциплин "Подъемно-транспортные машины и оборудование" и "Грузоподъемные машины" соответственно. В рамках изучения этих дисциплин студенты должны выполнить курсовой проект по грузоподъемным машинам. Специализация "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование (специальность 23.05.01) также предусматривает изучение дисциплины "Грузоподъемные машины и оборудование" с выполнением курсового проекта по грузоподъемным машинам.

Студенты должны знать не только конструкцию грузоподъемных кранов, но и уметь анализировать конструктивные особенности кранов, оценивать и прогнозировать их влияние на эксплуатационную безопасность. При этом знание Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00 является обязательным в рамках изучения дисциплины «Грузоподъемные машины» и должно найти отражение в курсовом проекте при расчете устойчивости кранов от опрокидывания, при расчете элементов и механизмов крана на прочность и долговечность. При разработке вопросов выбора типоразмера грузоподъемного крана для выполнения требуемого вида грузоподъемных работ, организации их безопасной эксплуатации также необходимо знать конструктивные особенности кранов и возможности их применения. Методика решения этих задач и рассматривается в настоящем пособии.

1. Конструкция автомобильных кранов

1.1. История развития автомобильных кранов в России

Стреловые самоходные краны, обозначаемые по современной индексации литерами «КС» (рис.1.1), включают в себя большую группу крановых установок. Они могут быть смонтированы на гусеничном, пневмоколесном, автомобильном шасси, на специальном шасси автомобильного типа, на короткобазовом двухосном самоходном или прицепном шасси.

Г р у з о п о д ъ е м н о с т ь, т Исполнение стрелового оборудования

4 6,3 10 16 25 40 63 100 >100 6 С канатной подвеской

1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 С жесткой подвеской

Размерная группа 8 Телескопическое

К С - 0 0 0 0

Ходовое оборудование

Гусеничное------------------ 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Гусеничное уширенное-- 2

Пневмоколесное----------- 3 Номер модели

Спецшасси------------------ 4

Автомобильное------------ 5

Тракторное----------------- 6

Прицепное------------------ 7

Рис. 1.1. Индексация стреловых самоходных кранов общего назначения:

первая цифра – номер размерной группы (шифр грузоподъемности); вторая цифра ‑ шифр ходового оборудования; третья цифра ‑ шифр исполнения стрелы. Если третья

цифра будет 8, это означает кран с телескопической стрелой, которая всегда

исполняется с жесткой подвеской. Четвертая и последующие цифры (буквы)

обозначают номер модели крана по усмотрению завода-изготовителя

Автомобильными кранами называют крановые установки, смонтированные на шасси серийного автомобиля. Современному исполнению российских автомобильных кранов в зависимости от грузоподъемности присваиваются индексы КС – 2561 (2571) ÷ КС – 5571. Марку кранам присваивают по традиции в соответствии с историческим местом расположения завода-изготовителя: «Ульяновец», «Ивановец», «Челябинец», «Галичанин», «Клинцы», «Мотовилиха» и др. Некоторые краны имеют специфические марки: «Силач» (Дрогобуж), «Газпром-кран» (Камышин).

Начало выпуска кранов на пневмоходу на бывшей территории Советского Союза положило постановление СНК Союза ССР от 26 декабря 1929 г., в котором говорилось о необходимости снабжения строительных организаций строительными машинами путем создания прокатных баз импортной техники, а также об организации в учебных заведениях кафедр по подготовке инженерно-технических кадров для строительного машиностроения.

Уже в начале тридцатых годов было создано машиностроительное объединение, в которое вошло девять заводов. Это ленинградские заводы им. Кирова и «Красный металлист», московские - «Красный блок» и «Подъемник»; харьковские заводы им. Ленина и им. Шевченко; казанский «Серп и молот», одесский завод им. Январского восстания, завод им. Ленина в Никополе. С этого времени началась их специализация по производству подъемно-транспортного оборудования.

В 1932 г. был изготовлен первый кран на пневматическом ходу московским заводом «Подъемник». Первый кран АТП-1 на автомобильном шасси Я-5 Ярославского автозавода был изготовлен в 1934 г. ленинградским заводом «Красный металлист». Кран имел грузоподъемность 1,5 т на вылете 4,5 м. Привод механизмов крана осуществлялся собственным двигателем, установленным на поворотной платформе крана под общим капотом с местом для крановщика.

В 1936 г. Харьковским заводом им Шевченко было разработано крановое оборудование АТК-1, пригодное для установки как на тракторный ход, так и на автомобильный. В дальнейшем изготовление автомобильного варианта крана было передано одесскому заводу им. Январского восстания. При установке кранового оборудования на трехосный автомобиль ЗИС-6 модернизированная модель получила индекс АТК-3. Кинематическая схема этого крана с вертикальными валами была технологически сложна и неудобна при ремонте (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Кинематическая схема автокрана АТК-3

Мощность в этой схеме отбиралась у коробки перемены передач 1 зубчатой передачей 2 и карданным валом 3 и передавалась на центральный реверс 4. Выход с реверса осуществлялся вертикальным валом 5, расположенным в трубчатой колонне по оси вращения крана. Вал 5 связан горизонтальной зубчатой передачей 6 с вертикальным валом 7, имеющим червячные передачи 8 и 9 для привода барабанов стрелоподъемной лебедки 10 и барабана грузоподъемной лебедки 11. Включение лебедок осуществлялось кулачковой муфтой 12 по выбору. Вертикальный вал 7 имел коническую передачу с дисковой муфтой 13 для привода червячной передачи 14 механизма поворота крана.

В 1938 -1939 г. ленинградский завод «Красный металлист» разработал новый вариант автомобильного крана АК-3 с индивидуальным электроприводом механизмов и каждой выносной опоры. Конструкция была прогрессивной, но оказалась дорогой. Было изготовлено несколько экземпляров. Великая Отечественная война внесла свои коррективы в развитие грузоподъемной техники.

В 1944 г. завод им. Январского восстания после освобождения Одессы начал производство автомобильного крана грузоподъемностью 3 т с новой кинематической схемой. Кран имел механическую трансмиссию и центральный привод от двигателя автомобиля. Конструкция оказалась удачной (рис. 1.3). Кран выпускался серийно многими заводами с небольшими изменениями под индексами К-31, К-32. Небольшая грузоподъемность этих кранов не удовлетворяла эксплуатирующие организации. Балашихинским заводом автомобильных кранов была проведена их модернизация и увеличена грузоподъемность до 5 т у крана АК-5Г, а потом и до 7,5 т (кран АК-75). До 1966 года было произведено около 100 тысяч автокранов с такой кинематической схемой.

Рис. 1.3. Кинематическая схема автокрана К-31

Кран имел раздаточную коробку 1, совмещенную с коробкой отбора мощности 2 для привода крановых механизмов карданным валом 3 через конический редуктор 4 и центральный вертикальный вал 5, расположенный на оси вращения крана. На центральном валу располагался конический реверс 6, который передавал крутящий момент на распределительную коробку 7. Коробка 7 имела два горизонтальных выходных вала для привода барабанов грузовой 8 и стреловой 9 лебедок. Лебедки приводились в действие червячными парами 10 и 11 соответственно. Поворот крана осуществлялся от распределительной коробки червячной передачей 12 с конической предохранительной муфтой и ведущей шестерней 13 опорно-поворотного устройства.

Создание в 1946 г. Всесоюзного научно-исследовательского института строительного и дорожного машиностроения (ВНИИСтройдормаш) обеспечило развитие строительного краностроения на многие годы вперед. На основе теоретических и экспериментальных исследований были разработаны методики инженерного расчета строительных кранов, типажи строительных кранов и принципы унификация их узлов по основным направлениям грузоподъемной техники. Институт осуществлял и координацию производства строительной грузоподъемной техники.

Производство крана К-51 Одесского завода было передано Ивановскому заводу автомобильных кранов. Кран был модернизирован с увеличением грузоподъемности до 6 т ( К-61), а в дальнейшем до 6,3 т (К-64) в соответствии со стандартным рядом грузоподъемностей. Кран имел телескопическую стрелу и был установлен на шасси автомобиля МАЗ-500.

Одесский завод продолжал работать над улучшением технических показателей автомобильных кранов. Был разработан кран К-52 с индивидуальным электроприводом механизмов от генератора, приводимого трансмиссией автомобиля. Производство крана К-52 было поручено Ивановскому заводу автомобильных кранов. В дальнейшем кран был модернизирован. Он оснащался обычными стрелами различной длины и телескопической стрелой 8,4 - 12,4 м. .Аналогичные по параметрам краны производились Челябинским механическим заводом.

Линейка кранов в диапазоне грузоподъемностей от 2,5 до 16 предусматривалось использовать шасси автомобилей ГАЗ-51, ЗИЛ-120, ЗИЛ-130, ЗИЛ-164, МАЗ-200, МАЗ-500, ЯАЗ-210, КрАЗ-219.

Одесский завод продолжал интенсивно работать над повышением грузоподъемности кранов. Была разработана конструкция крана К-104 с индивидуальным электроприводом механизмов грузоподъемностью 10 т. Производство этого крана было передано на Камышинский крановый завод. Кран устанавливался на автомобиль ЯАЗ-210. При установке этого крана на автомобиль КрАЗ- 219 грузоподъемность крана достигла 16 т (К-162).

Автомобильные краны с индивидуальным электрическим приводом были достаточно сложны и имели высокую стоимость. Выходом из этого положения было создание кранов с гидроприводом. Первый кран с гидравлическим приводом был создан в середине 50-х годов на львовском автобусном заводе, где в то время производились автомобильные краны ЛАЗ-690. Отсутствие специализированного гидрооборудования в то время не позволило запустить эти краны в серийное производство. Аналогичная участь постигла и кран АКГ-6,3 с гидроприводом Балашихинского завода автомобильных кранов. Но работы по созданию кранов с гидроприводом не прекращались. Ивановский завод автомобильных кранов в 1959 г приступил к выпуску кранов К-2,5-1Г с гидроприводом грузоподъемностью 2,5 т на автомобиле ГАЗ-51А. В 1960 г. ЦКБ "Главстроймеханизация" был разработан и изготовлен кран МКА-10Г с гидроприводом механизмов грузоподъемностью 10 т.

В 1965 г. на Дрогобычском заводе автомобильных кранов начался выпуск крана АКГ-6,3 с гидроприводом на автомобиле ЗИЛ-130. Эксплуатация автомобильных кранов с гидроприводом показала их существенные преимущества по сравнению с кранами с механическим и электрическим приводом. Заметно снизилась масса крановых установок. Это дало толчок к решению вопросов по созданию специализированных предприятий по выпуску качественно нового гидрооборудования: насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, распределителей, шлангов высокого давления и другой гидроаппаратуры.

Возможности создания автомобильных кранов большой грузоподъемности определялись наличием автомобилей, соответствующих условиям стройиндустрии. Развитие и строительство заводов по производству автомобилей различного назначения ГАЗ, ЗИЛ, КрАЗ, МАЗ. МоАЗ, КамАЗ, "Урал" дало возможность получать их для установки на них гидрофицированного кранового оборудования.

Распад СССР, обособление Российского государства, переход на капиталистический путь развития снова замедлили развитие строительного краностроения. С другой стороны, заводы, потеряв прежние связи, начали искать новые с новыми потребностями, с новыми технологиями. Объединившись в холдинги, они нашли возможность произвести техническую модернизацию производства, использовать мировые достижения в области краностроения. Объем выпуска автокранов ведущими заводами России в 2000 году составил 2,4 тыс. шт. различной грузоподъемности. Ежегодный темп роста выпуска автокранов с 2000 г. по 2008 г. составлял около 26 % . В 2008 г. было выпущено 6,4 тыс. штук автомобильных кранов грузоподъемностью от 16 до 50 т. Экономический кризис 2008 г. больно ударил по всем отраслям производства и особенно по строительной отрасли, что естественно отразилось и на производстве кранов. Так, выпуск автокранов в 2009 г. составил всего 1,4 тыс. шт. Тем не менее российские производители оптимизма не потеряли, некоторые даже извлекли если не финансовую, то производственно-технологическую и имиджевую выгоду.

Современная тенденция в автомобильном краностроении ориентирована на уменьшение массы крановых установок, увеличение грузоподъемности и высоты подъема груза, увеличение подстрелового пространства, улучшения комфорта управления крановой установкой, повышение надежности и долговечности крановой металлоконструкции, обеспечение безопасности грузоподъемных работ.