Куло кранове

При необходимост от избор на кран, който да отговори на предизвикателствата на строителните обекти с ограничено пространство за работа, все по-популярно решение се оказват куло кранове със стрела, която може да се завърта. В допълнение към ограниченото пространство, може също така да се окаже, че преминаването на стрелата над съседните имоти е забранено и често има изисквания за гъвкавото многократно използване на крана. За да се спести място, стрелите на този тип кранове могат да бъдат повдигнати и по този начин всяко на пръв поглед трудно разпределение на строителната площадка може да бъде лесно организирано. Нека разгледаме опциите за работа с куло кранове и някои примери от практиката.

Съвременните кранове с въртяща се горна част и самоповдигаща се стрела могат да достигнат всякакъв минимален работен радиус. При това, по-важно се оказва в какво положение ще бъдат съхранявани стрелите на тези кранове, когато машините не са в режим на работа. В миналото инструкциите на производителите са указвали положението на стрелата да бъде при максимален радиус или най-малко под наклон от 45 градуса, когато кранът не работи, така че стрелата лесно да може да се завърта от вятъра. Сега крановете често се разполагат на границата на строителната площадка и не е позволено стрелата да преминава очертанията на обекта, поради наличието на високи сгради в съседство или предвид други строги строителни разпоредби. В някои случаи, поради спецификите на даден проект, кранът се разполага на определено място с много малко разстояние между останалите кранове. При такива условия, клиентите откриват информация за минималния радиус на завъртане на определения модел кран едва във финалния етап на планиране, след избора на машина. В най-добрия случай, стойността може да се окаже приятна изненада, а в най-лошия - може да липсва директна индикация за минималния радиус на завъртане на предпочитания кран с въртяща се стрела. В други случаи, в общата техническа информация за всички дължини на стрелата е посочен само един радиус, като дори клиентите с общи познания могат да се досетят, че би трябвало да има различни стойности за радиуса на завъртане, в съответствие с избраната дължина на стрелата.

Така въпросът за разположението на стрелата на крановете с въртяща се стрела в реални условия на строителния обект много бързо се превръща във въпрос към отдела за техническа поддръжка на производителя, който може да доведе до предложения, които от своя страна да повлияят на строителния процес. Например, при по-големи кули и съответно други размери на крана, се явяват допълнителни сили от машината, които следва да бъдат взети предвид. При по-подробно задълбочаване в избора на даден кран бързо става ясно, че въпросът за положението на стрелата на крана, когато не е в режим на работа, не само е свързан с дължината на стрелата, но е повлиян и от конструкцията на самата подемна машина. В зависимост от това дали кранът е с конвенционална система от въжета, с или без подвижна противотежест или е хидравличен кран с въртяща се стрела или със сгъваща се стрела, изискващият се минимален радиус може да бъде различен при един и същи клас машина. В сравнение с радиуса на конвенционалните кранове с фиксиран баласт, при които радиусът е най-голям, когато машината не е в режим на работа, при крановете със сгъваща се стрела се наблюдава намаление на радиуса, като същите могат да бъдат паркирани по най-компактния начин. Климатичните промени, които обуславят като нормални все по-високи скорости на вятъра, също следва да бъдат взети предвид. Безопасното място за паркиране и съхранение на крана изисква по-големи ограничения, които са в противоречие с все по- тесните работни площадки, пред които са изправени клиентите на куло кранове с въртяща се стрела, като единствен реален избор за адекватно обслужване на площадката. Независимо от избрания дизайн, машините трябва да отговарят много внимателно на действителните условия на обекта.

В центровете на големите градове при височини от 100 метра скоростта на вятъра може да бъде два пъти по- висока отколкото е на нивото на улиците. Разположените в близост сгради могат да оказват друго съществено влияние върху крана в началото на строителството, когато сградата е на ниво основи. В случай, че височината на крана с вдигната стрела е съизмерима с височината на близките сгради, то те биха могли да спират вятъра или обратно, да предизвикат тунелен ефект, който дори да увеличи ветровото натоварване върху крана. Когато околните сгради са значително по-високи от крана в началото на строителството, често ветровото натоварване върху по-ниските кранове ще бъде по-голямо. Ако вятърът подхване лекия връх на стрелата на кран с въртяща се стрела и при положение, че е паркиран на стръмен терен, то има голяма вероятност тя да започе да се върти свободно под действието на вятъра.

Европейски дизайн
При проектирането на куло кранове в Европа, ключов фактор при определяне стабилността на машината е моментът, генериран в задната част на от контра стрелата и противотежестите, който действа в противоположна посока на големия момент при основната стрела и позволява движението й подобно на ветропоказател, след освобождаване на въртящите спирачки и преодоляване на триенето във въртящия пръстен. По този начин кранът се насочва спрямо движението на вятъра в позиция уравновесена от задната част. В най-добрия случай това предотвратява всяко странично натоварване и е от съществено значение при крановете с въртяща се стрела, тъй като въздействието от какъвто и да е опасен вятър може да премести стрелата в опасно положение. При конвенционален куло кран с постоянна дължина на стрелата този ефект се постига лесно. При крановете с въртяща се стрела, обаче, е от решаващо значение да се поддържа изискващият се момент в предната част, когато стрелата се повдига или когато е избрана комбинация с по-малка дължина на стрелата. Типичните съвременни въжени кранове с въртяща се стрела имат къса машинна платформа и фиксирани баластни плочи в задната част. Различните условия за въжената система имат значително влияние върху безопасното позициониране на крана, когато машината не е в работен режим. За крановете с дължина на стрелата от 55 до 60 метра, в зависимост от производителя, позволената позиция, когато кранът не работи може да бъде при най- големия радиус. Поради това допустимият радиус за свободно движение на стрелата при вятър е от 16 до 20 метра. В този случай моментът в предната част, който е породен от самата стрела, е достатъчен тя да се движи свободно по посока на вятъра. Въпреки това, рискът от преобръщане на стрелата от внезапни пориви на вятъра в предната част на машината не трябва да бъде подценяван. При средна дължина на стрелата, например от 40 до 50 метра, може да бъде приет радиус за свободно движение при вятър от порядъка на 14 до 18 метра. При къси стрели с дължина от 30 до 35 метра, радиусът за свободно движение отново нараства на 16 до 20 метра. В този случай ограниченията са наложени от по-малкия момент в предната част. Специални вятърни платна могат да помогнат за уравновесяването на крана, когато е в положение на свободно движение от вятъра. Подобно вятърно платно с площ 10 квадратни метра, окачено на върха на стрела с дължина 30 метра, позволява радиусът за свободно движение да бъде намален от 16 само на 10 метра. За стандартен кран с въртяща се стрела с максимална дължина на стрелата от 60 метра, положителен ефект от платната за вятър може да се очаква при дължини по-малки от 45 мета.

Всички посочени по-горе стойности илюстрират определени закономерности в общите условия за крановете, като действителните условия следва да бъдат потвърдени от производителя индивидуално за всяка една машина. Също така, има ограничения за ъгъла на стрелата, когато кранът не работи, без значение каква е дължината на стрелата. При ъгъл на стрелата по-голям от 70 градуса нараства рискът от намаляване на усилието в ролковия блок с кука, при което дори кратък порив на вятъра може да обърне стрелата назад. За да се предотвратят подобни ефекти може да се окачи допълнително тегло на куката, когато кранът не работи. Някои производители, особено в Азия, съветват клиентите си да закачат ролковия блок за машинната платформа, когато кранът е паркиран на стръмен терен и не е в работен режим. Като алтернатива кранът може да бъде закачен за конструкцията на сградата, която се изгражда. В този случай, обаче, стрелата не може да се движи свободно от вятъра и трябва да бъдат отчетени големите хоризонтални усилия, които се поемат от крана и от изграждащата се конструкция.

Проекти
За реализацията на престижния проект за изграждане на телевизионната кула Tokyo Skytree, японският производител IHI разработва и патентова устройство за ограничаване на крановата стрела, състоящо се от лебедка, която задържа стрелата и действа в противоположна посока на лебедката, която позволява свободното движение на стрелата. При всяко едно положение на стрелата, същата е фиксирана между обтегнатите въжета на лебедката, която позволява движение и въжетата на помощната лебедка, свързани посредством ролки към основата на стрелата и работещи в противоположна посока. На обекта работят четири крана, разположени в близост до изграждащата се телевизионна кула, като стрелите и на четирите машини могат да се движат свободно от вятъра. Производителят IHI синхронизира движенията, благодарение на системата Slewing Assist Function. Когато машините не са в режим на работа, компютрите им са свързани и по сигнал, излъчван от водещия кран, останалите три крана се завъртат в същата посока при промяна на посоката на вятъра.

На пазара във Великобритания испанският производител Jaso, съвместно с представителя си Falcon Crane Hire, разработва специално оборудване за допълнително задържане на стрелата на крановете. Устройството се спуска от А-рамката в положение на покой, за да фиксира издигнатата стрела, когато кранът се извежда от режим на работа. По този начин радиусът за свободно движение на моделът J180PA с 55-метрова стрела може да бъде намален от 20 на 11 метра. Използването на големи вятърни платна може да повлияе на прецизното управление на крана при работа, особено когато стрелата достига максимален радиус. За да запази кранът положението си стабилно, дори при силен страничен вятър, следва да бъде отчетен капацитетът за завъртане. Вятърните платна могат да доведат до значително намаляване на допустимата скорост на вятъра по време на работа на крана. Следва да се предвиди по-голямо странично натоварване от стрелата, като се има предвид якостта на конструкцията на стрелата и свързващите устройства.

С оглед да бъде увеличена площта за свободно движение при наклон на стрелата в покой от 75 градуса до максималния наклон на крановете SN 630 и SN 1000, модели на фирма Peiner, с които се изгражда централата на Hong Kong Shanghai Bank в Хонк Конг, машините са оборудвани с така наречените платна Typhoon. Големите метални конструкции с кутиеобразно напречно сечение са повдигнати до максималната височина на повдигане с помощта на крана, като увеличават значително повърхността на стрелата. Съвременната подвижна баластна система позволява увеличаване на възможностите за позициониране на машината на стръмен терен, поради две основни причини – първо когато машината не е в режим на работа, баластната система изтласква стрелата напред, като не позволява лесното й огъване от вятъра назад към А – рамката. В допълнение, когато стрелата се изидга, противотежестите се придвижват в посока към кулата, което означава, че усилията в задната част намаляват, така че да позволят на крана да се завърта по-лесно под въздействие на вятър, в сравнение с крановете с фиксирана баластна система.

Корейската компания Everdigm Corporation предлага пример за последен модел подобни машини под формата на ED580L. От фирмата отбелязват, че подвижната баластна система позволява свободно движение на крана при вятър със скорост 15 метра в секунда, когато машината не е в режим на работа. При това, за да се обърне стрелата назад ще е необходима скорост на вятъра от 50 метра в секунда в предната част на машината.

Когато през 1994-та година Franc Jost първи създава оригиналната подвижна баластна система, той дава максимална позиция на стрелата в покой от 30 метра с 86 градусов наклон. Трябва да се отбележи, че подобни екстремни приложения изискват много здрава конструкция и генерират изключително големи усилия.