В связи с этим (в 1947 г. в СССР и в 1955 г. во Франции, Дании и других странах) появились башенные краны, устанавливаемые на здании (рис. 1). Такой кран обслуживает только один ярус и высота его башни невелика.

Краны на здании выполняются самоподъемными и используются на высотном строительстве (рис. 2), где, конечно, наземные краны применять нельзя.

Область эффективного использования самоподъемных кранов зависит от их грузоподъемности. При малой грузоподъемности (1—2 т) эти краны выгодно использовать, начиная с высоты здания в 12 этажей. Для пятитонных кранов низшая граница 16—20 этажей.

Рис. 11. Самоподъемный кран:
1—поворотная часть; 2—неповоротная башня; 3— винт для выдвижения неповоротной башни; 4 — опорная рама; 5 — нижняя опора

Самоподъемные краны особенно эффективны на строительстве зданий типа башен.

Применение самоподъемных кранов привело к изменению конструкции и методов возведения многоэтажных и высотных зданий. В качестве примера можно привести строительство цилиндрического высотного здания, показанного на рис. 3. Вначале возводят центральную шахту для лифта, служащую опорой самоподъемного крана, а затем вокруг нее монтируют здание.

Установка кранов на сооружении заставляет соблюдать строгую последовательность при его возведении. Кроме того, при таком расположении затрудняется перемещение кранов в горизонтальном направлении, что часто заставляет для охвата всей площади сооружения ставить больше кранов, чем этого требует заданный темп строительства. Поэтому в некоторых случаях для строительства высотных зданий, имеющих широкую и невысокую нижнюю часть и узкие возвышающиеся высотные части, может оказаться Целесообразным применение комбинированных кранов (рис. 4), устанавливаемых при возведении нижней части здания на земле и перебрасываемых затем на каркас центральной высотной части здания. Применяются также самоподъемные краны, передвигающиеся по зданию.

Рис. 2. Монтаж металлического каркаса высотного здания при помощи самоподъемиых кранов:
а — начало: б — окончание оабот

При установке на возводимом здании двух кранов работа может быть организована так, чтобы поочередно один кран переставлял другой, вначале по перекрытию, а затем с этажа на этаж.

По способу обслуживания строящегося сооружения различают башенные краны: стационарные, обслуживающие площадку с одной стоянки, и передвижные, могущие перемещаться с одного места работы на другое. Так как обслуживаемая стационарными кранами площадь невелика, то в настоящее время наибольшее распространение получили передвижные краны. Однако стационарные краны не вышли из употребления; они используются на постройке отдельных устоев мостов, сооружений башенного типа, на строительстве доменных печей, высотных зданий и т. д.

Возможны также случаи, когда вследствие высокого темпа работ число кранов на объекте так велико, что площадь, приходящаяся на один кран, легко обслуживается им с одной стоянки.

Для уменьшения расхода металла стационарные краны выполняют с башнями, прикрепленными к возводимому сооружению и наращиваемыми по мере увеличения его высоты, так называемые «приставные» краны (рис. 5).

Обычно приставные краны с наращиваемой башней в начале строительства передвигаются по рельсовым путям, а затем при достижении определенной высоты прикрепляются к возводимому зданию. Средние значения этой высоты даны ниже в зависимости от грузового момента крана:

Грузовой момент в тм 10—15 15—30 30—40 40—80 80—120 120—250 250—350 оысота приставного крана, при которой он остается еще свободно стоящим, в м 25 30

Рис. 13. Монтаж многоэтажного здания цилиндрической формы самоподъемным краном

Рис. 15. Приставные краны, прикрепленные:
а — к строящемуся зданию; б — к каркасу монтируемого сооружения

Рис. 16. Схема комбинированной работы крана на строительстве градирни:
а — план; б — начало; в — окончание работ

Интересный пример комбинированной работы крана на строительстве градирни высотой 100 м дан на рис. 16. Вначале кран двигался по кольцевому пути вдоль основания градирни, а затем в определенный момент выходил в центр площадки и закреплялся вантами и распорками.

Перемещение башенных кранов может осуществляться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. В зависимости от условий работы применяются различные способы перемещения, характеристика которых приведена в табл. 2.

Наибольшее применение имеют башенные краны на рельсовом ходу. Они могут перемещаться с грузом, что сокращает непроизводительные потери времени, неизбежные при всех остальных способах передвижения. До последнего времени краны на рельсовом ходу могли перемещаться только по прямолинейным путям, однако сейчас разработаны и применяются устройства для криволинейного их перемещения. Недостатком кранов этого типа остается большая стоимость подкрановых путей, правда, во многих случаях высокая маневренность крана окупает эти затраты х.

Если кран работает на одном объекте менее одного месяца, то может оказаться выгодным применение безрельсового хода: пневмоколесного, гусеничного или шагающего. Однако краны на таком ходу должны обладать необходимой устойчивостью на уклонах в 3—4°, значительно превышающих нормальные для рельсовых путей, что при прочих равных условиях приводит к увеличению веса балласта крана на 20—30%.

Кроме того, краны на безрельсовом ходу не могут перемещаться с полным грузом, что снижает их маневренность.

По зарубежным данным, установка башенных кранов на пнев-моколесный ход увеличивает их вес на 10—20%, стоимость изготовления на 50% и эксплуатации на 40% [89]. Это приводит к ограниченному применению кранов такого типа. Пока серийно выпускаются башенные краны на пневмоколесном ходу, в том числе на автомобилях, имеющие малый (10—15 тм) грузовой момент. Они успешно используются на строительстве мелких рассредоточенных объектов. Работы по совершенствованию башенных кранов на безрельсовом ходу ведутся сейчас во многих странах [45, 55, 73].

Можно отметить два основных направления их развития. Первый — установка башни и стрелы на шасси серийных стреловых кранов (рис. 17), а второй — установка серийных башенных кранов на автомобилях или специальных ходовых устройствах: гусеничных, пневмоколесных (рис. 18,6), шагающих. Башенные краны первого типа имеют грузовой момент до 900 тм, а второго — до 300 тм.

Наиболее эффективны башенные краны на безрельсовом ходу, имеющие стрелу с грузовой тележкой (рис. 7, б). При достаточно большом вылете такой кран может долгое время работать, стоя на одном месте, благодаря чему основной недостаток безрельсового хода — невозможность передвижения с грузом становится мало существенным.

Во многих случаях стоимость такого крана может быть снижена, если ходовую часть выполнить несамоходной (рис. 8, а).

Дальнейшим усовершенствованием пневмоколесных башенных кранов является введение выносных колесных опор, позволяющих крану перемещаться с грузом, и применение гидравлических цилиндров для выдвижения стационарных опор, обеспечивающих приведение крана в рабочее состояние за 1—2 мин. И краны на шагающем ходу обладают наибольшей проходимостью и в то же время дешевле пневмоколесных и гусеничных.

Большой интерес представляет выполнение башенного крана на базе серийного колесного трактора. Известны также плавучие башенные краны на понтонах.

Рис. 7. Стреловые краны, оборудованные башней:
а — гусеничный с подъемной стрелой (грузоподъемность 160 т): б — пневмоколесный со стрелой, несущей грузовую тележку

В зависимости от способа изменения вылета различают краны: с подъемной стрелой, с балочной стрелой,’ по которой перемещается грузовая тележка, и с сочлененной стрелой.

В первом случае вылет изменяется за счет подъема или опускания стрелы с подвешенным к ее концу грузом, во втором — в результате перемещения грузовой тележки вдоль стрелы.

В ряде случаев для упрощения конструкции крана с подъемной стрелой операцию изменения вылета исключают из цикла его работы и делают ее только установочной. Это возможно лишь в передвижных кранах, которые подают груз в заданную точку за счет трех движений — подъема, поворота и передвижения. В таких кранах изменение вылета осуществляется в результате подъема порожней стрелы, для чего используются простейшие приспособления. 22

Краны с подвеской груза на конце стрелы имеют следующие недостатки: минимальный вылет составляет примерно 30% максимального, в то время как грузовая тележка может, перемещаясь по стреле, приблизиться почти вплотную к башне; средний рабочий вылет возрастает на 20—30%, что обусловливает повышенные нагрузки на башню, опорно-поворотное устройство и ходовую часть; при изменении вылета вместе со стрелой поднимается (опускается) и груз (при этом он раскачивается), вследствие чего затрудняется его установка; площадь, обслуживаемая с одной стоянки, почти вдвое меньше, чем у крана с грузовой тележкой, что обусловливает более частую передвижку и соответственно повышенный износ ходовой части.

Рис. 8. Башенные краны на пневмоколесном ходу:
а — несамоходный; б — самоходный с телескопическими стрелой и башней па шасси авто-Т. мобнля; в — использование крана «б» в качестве стрелового

Краны с грузовыми тележками тоже имеют недостатки: их стрела работает на изгиб, поэтому ее изготовляют массивнее, а значит тяжелее работающей на сжатие стрелы с подвешенным на конце грузом, что при прочих равных условиях приводит к снижению грузоподъемности крана примерно на 15—20% (относительная разница в весах уменьшается с ростом высоты крана, когда все более существенным оказывается влияние ветровых нагрузок); стрела с тележкой должна располагаться целиком над строящимся сооружением тогда, как подняв стрелу, несущую груз на конце, можно обслуживать части сооружения, расположенные выше опорного шарнира стрелы, причем зону обслуживания можно еще увеличить, выполнив стрелу ломаной (рис. 9, г и ж); большие размеры поперечного сечения стрелы затрудняют монтаж и демонтаж, что имеет существенное значение главным образом для кранов малой высоты (до 6—7 этажей).

Рис. 9. Схемы кранов с различными стрелами:
а — с балочной; б — с подъемной; в —с шарннрно сочлененной; г — с сочлененной балочной; д — с консольной; е — с консольной ломаной; ж — с оборудованной гуськом

В настоящее время ведется работа по улучшению конструкции кранов с подъемной стрелой с тем, чтобы устранить их недостатки и прежде всего обеспечить возможность горизонтального перемещения груза при изменении вылета. Имеется уже ряд конструкций, в которых это достигается или за счет применения шарнирно сочлененных стрел (рис. 19, е) или специальной запасовкой канатов, обеспечивающей горизонтальный ход груза при изменении вылета. Кроме тою, для уменьшения раскачивания груза предусматривается регулирование скорости изменения вылета.

Стрелы, показанные на рис. 9, в, удобны при работе в стесненных условиях, когда поворот стрелы затруднен.

Уменьшение минимального вылета в ряде новых кранов с подъемными стрелами осуществляется в результате использования нижних страхующих оттяжек или замены канатного стрелоподъемного устройства гидравлическими цилиндрами (рис. 9, 5).

Подвергают усовершенствованию и краны с балочными стрелами. Балочная стрела может быть установлена наклонно, что позволяет увеличить высоту подъема, она может быть выполнена из двух шарнирно сочлененных частей (рис. 9, г) так, что при подъеме ее передняя часть перемещается параллельно самой себе, оставаясь всегда горизонтальной.

По-видимому, краны с балочными стрелами наиболее эффективны на жилищно-гражданском и гидротехническом строительстве, где с одной стоянки кран должен выполнять большое число подъемов.

На промышленном строительстве число подаваемых грузов на единицу площади, обслуживаемой краном с одной стоянки, значительно меньше и преимущества кранов с балочными стрелами сказываются в меньшей степени. Здесь работа крана так или иначе связана с его передвижкой и поэтому краны с подъемными стрелами могут быть более эффективны.

По конструкции башни различают краны: с башнями постоянной длины, с составными телескопическими башнями с соосным расположением секций (рис. 10, а) или с боковым расположением; с башнями переменной высоты, подращиваемыми снизу (рис. 10, б) или наращиваемыми сверху; со складывающимися башнями.

Усложнение конструкции за счет телескопических наращиваемых или складывающихся башен в значительной мере оправды-Вается облегчением монтажа и перевозки кранов при большой их высоте. Кроме того, кран с телескопической или наращиваемой башней можно поднимать по мере увеличения высоты строящегося здания. Это создает в начальный период более благоприятные условия работы: повышается»устойчивость крана и снижаются нагрузки на его конструкции и давление на основание от сил инерции и ветра.

Рис. 10. Краны с составными поворотными башнями:
а — телескопическая трубчатая из двух частей; б — подращиваемая снизу

По конструкции стрелы различают краны: с прямыми стрелами, работающими на сжатие и подвешиваемыми на канатных тягах к оголовку башни, и со стрелами, работающими на изгиб. В последнем случае стрелы могут: подвешиваться к оголовку (см. рис. 9, б), быть выполнены консольными и удерживаться вертикальной оттяжкой (см. рис. 9, е) или поддерживаться гидравлическими цилиндрами (см. рис. 9, д).

По способу соединения стрелы с башней различают краны: с неповоротной башней, на оголовке которой монтируется вращающаяся стрела, и с поворотной башней.

Краны с неповоротной башней можно использовать в качестве передвижных и стационарных, когда при большой высоте необходимо крепить башню к строящемуся зданию. Краны с поворотной башней выполняются передвижными.

По способу уравновешивания различают краны: с верхним и с нижним противовесами (это обычно краны с поворотной башней).

В кранах, имеющих подъемную стрелу с постоянным вылетом, а также в кранах с грузовыми тележками применяются обычно неподвижные противовесы. Если во время работы приходится часто поднимать и опускать стрелу, то выгоднее использовать подвижные противовесы, момент которых меняется в соответствии с изменением момента от веса стрелы. Известны краны с двумя верхними противовесами: неподвижным и подвижным (для уравновешивания меняющегося момента от веса подъемной стрелы).

Для кранов с балочной стрелой предложены верхние противовесы, передвигающиеся одновременно с движением грузовой тележки.

Верхний противовес чаще всего используют в кранах с неповоротной башней и балочной стрелой. Его недостаток — увеличение высоты центра тяжести крана и центра ветрового давления. Кроме того, верхний противовес ограничивает возможность вращения крана, когда возводимое сооружение доходит до уровня опорного шарнира стрелы.

Однако краны с нижним противовесом имеют в нижней части обычно большую ширину. Поэтому, когда кран устанавливается в узком месте и используется для подъема груза на высоту, не превышающую высоты башни, может оказаться целесообразным верхнее расположение противовеса. Таковы, например, условия работы стационарных и самоподъемных кранов на многоэтажном и высотном строительстве.

Кроме того, верхний противовес применяется в приставных кранах, башни которых, как правило, делаются неповоротными.

В тесной связи с размещением противовесов находятся конструкция и размещение механизмов и поста управления краном.

В первых башенных кранах, как и во всех грузоподъемных машинах начала XX в., применялся одномоторный привод. От двигателя, устанавливавшегося обычно в нижней части крана, движение передавалось отдельным механизмам при помощи длинных валов или тросов. Пост управления располагался непосредственно у приводного двигателя, так как управление всеми движениями осуществлялось включением кулачковых или фрикционных муфт. В дальнейшем, с развитием электропривода, в башенных кранах начали применять многомоторный привод с дистанционным электрическим управлением. В последнее время появляются краны с многомоторным гидравлическим приводом.

Большинство башенных кранов имеет отдельные независимые механизмы для каждого движения. Механизмы передвижения и поворота размещаются всегда непосредственно у ходовых колес и соответственно у опорно-поворотного устройства. Механизмы подъема груза и стрелы, обычно представляющие собой одноба-рабанные лебедки, могут быть расположены в различных местах в зависимости от общей компоновки крана.

Наиболее удобно для обслуживания нижнее размещение механизмов; ниже располагаются центр тяжести и центр ветрового давления. У кранов с неповоротной башней нижнее размещение механизмов приводит к увеличению числа направляющих блоков для канатов, поэтому здесь чаще всего располагают лебедку подъема груза в башне, а стреловую — на консоли противовеса.

У кранов, устанавливаемых на здании, все механизмы (кроме лебедки для самоподъема) и пост управления размещаются на консоли противовеса или в головке башни. Иногда такое расположение имеет место и у наземных кранов с неповоротной башней, однако оно всегда приводит к утяжелению крана.

У кранов с поворотной башней все механизмы располагаются внизу, на поворотной платформе. Это создает необходимую устойчивость без укладки балласта в основание крана и тем самым обусловливает снижение его веса.

В кранах с неповоротной башней кабину машиниста в зависимости от условия строительства размещают внизу на портале, в кранах с подращиваемой снизу башней — на вращающемся оголовке или внутри средней части башни.

Кабина на поворотном оголовке обеспечивает наилучший обзор зоны подачи груза, но при большой высоте крана машинисту приходится высоко подниматься и в случае аварии он оказывается в опасности. Кроме того, сверху плохо видно место приема груза.

Расположение кабины на невращающихся частях крана ухудшает видимость и условия работы машиниста, так как приходится поворачивать голову, следя за вращающимся грузом и стрелой.

В кранах с поворотной башней кабина расположена внутри или сбоку башни и вращается вместе с ней. При большой высоте крана делают несколько постов управления или передвижную кабину.