СУДОВЫЕ КРАНЫ
Краном называется машина циклического действия, которая предназначена для подъема, перемещения и опускания груза с помощью грузозахватного устройства. Грузовые краны получили на судах большее распространение. Краны компактнее, удобнее в эксплуатации, во многих случаях обеспечивают значительно большую производительность при выполнении грузовых операций.
Судовые краны в отличие от стрел связаны с корпусом судна только своими опорными конструкции и не нуждаются в системе блоков и тросов, крепящихся вне собственной конструкции крана. Блоки для запасовки тросов бегучего такелажа размещаются на стреле и корпусе крана.
По принципу работы различают краны стационарные, которые размещены на фундаменте судна, и передвижные, перемещающиеся вдоль его бортов. Применяются краны поворотные палубные с переменным вылетом стрелы, портальные козловые, мачтовые и др.
В зависимости от типа приводных двигателей различают электрические (КЭ) гидравлические (КГ) и электрогидравлические краны (КЭГ). Последние благодаря исключительной маневренности, получили наибольшее распространение.
Стреловые поворотные краны получили широкое распространение на судах. Кран включает в себя остов в виде металлоконструкции, стрелы, опорно-поворотного устройства. На металлоконструкции установлены несколько крановых механизмов. Типовыми крановыми механизмами являются: 1) механизм подъема груза в виде лебедки в комбинации с полиспастом; 2) механизм изменения вылета, изменяющий в стреловых кранах положение грузового крюка относительно остова; 3) механизм вращения поворотной части крана.
Металлоконструкции кранов выполняют сварными из листового металла (коробчатыми) либо из труб или прокатных профилей (решетчатыми). Традиционный материал металлоконструкции –углеродистые (Ст3, сталь 20 и др.) либо низколегированные (09Г2, 10ХСНД и др.) стали.
Опорно-поворотное устройство (ОПУ) обеспечивает поворот крана и передает нагрузки от веса крана, опрокидывающего момента и горизонтальных сил на корпус судна. По конструкции опорно-поворотное устройство стреловых кранов можно разделить на три группы:
1) краны на поворотной платформе (рис.7.1), вращающейся относительно корпуса судна на шариковой или роликовой опоре;
2) краны на вращающемся баллере (колоне) (рис.7.2), в которых баллер 2 вращается вместе с платформой;
3) краны на неподвижном баллере (колонне) (рис.7.3), в которых платформа вращается вокруг неподвижного баллера 1.
Поворотная платформа крана представляет собой металлоконструкцию (площадку чаще круглой формы), которая служит для размещения на ней механизмов, кабины управления, корпуса крана, стрелы и другого оборудования, и для передачи усилий, возникающих при работе крана на опорно-поворотное устройство. Платформа обычно состоит из двух либо более главных балок, расположенных крестообразно и опоясанных коробчатым поясом. Верхняя часть платформы закрыта стальным листом, имеющим приваренные накладки в местах установки кранового оборудования. Конструкция платформы должна обеспечить доступ к поворотной части и открытой зубчатой паре для обслуживания смазки.
Рис.7.1. Опорно-поворотное устройство крана на шариковой опоре
Стрела кранной представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из двух поясов (основных балок), раздвоенных у корня стрелы и соединенных у нока. В середине двухбалочная часть стрелы соединена поперечинами. Балки стрелы могут иметь коробчатое, трубчатое, двутавровое либо составное из швеллеров и уголков сечение.
При изменении вылета стрелы, который обеспечивается изменением угла наклона стрелы, крюк может перемещаться нестрого вертикально (рис.4 а), что приводит раскачиванию груза и возможности его касания о пайол трюма или причал. С этой целью для обеспечения горизонтального перемещения груза (рис. 4 б) применяетсяупавнительный полиспаст. Регистр требует, чтобы отклонение от горизонтального перемещения гака не превышало 3,5 %.
Рис.7.2. Кран на вращающемся баллере (колоне): 1 – неподвижная колонна; 2 – вращающаяся колонна (баллер); 3, 4 – подшипники радиальные; 5 – подшипник упорный
Рис. 7.3. Кран на неподвижном баллере (колоне): 1 – неподвижная колонна (баллер); 2 – поворотная часть с платформой и порталом; 3 – радиальный подшипник
На подвижной металлоконструкции крана размещаются механизмы: подъема, изменение вылета и поворота.
Механизма подъема. В состав механизма подъема груза входит грузовая лебедка, уравнительный и грузовой полиспаст, грузозахватное приспособление. В состав грузовой лебедки входит двигатель (гидравлический аксиально-поршневой, радиально-поршневой или электрический), редуктор, соединительные муфты и тросовый барабан с опорами.
Рис. 7.4. Кинематическая схема механизмов крана. 1 – двигатель (электрический(в данном случае) или гидравлический); 2 – соединительная муфта; 3 – редуктор; 4 – тросовый барабан
Грузовой полиспаст предназначен для уменьшения силы натяжения грузового шкентеля 
. Грузовой полиспаст (рис. 7.4) образован блоками 2, 3 и 4. Сила натяжения троса, который наматывается на барабан равна
,
– сила веса груза, кН;
uг – кратность грузового полиспаста;
– к.п.д. грузового полиспаста.
Грузовой и уравнительный полиспаст образуется шкентелем – тросом, поднимающим груз.
Уравнительный полиспаст механизма подъема включает систему дополнительных блоков. Подвижные блоки расположены на ноке стрелы, а неподвижные – на металлоконструкции вблизи корня стрелы. На рис. 7.4 уравнительный полиспаст образуют шкентель и блоки 1, 2, 5.
При изменении вылета стрелы расстояние AB между неподвижными блоками A и подвижными B сокращается (рис. 7.5). При этом сокращается длина шкентеля на участке AB2 на величину 
, следовательно этот трос перекатывается из уравнительного полиспаста в грузовой. Таким способом обеспечивается приблизительно горизонтальное перемещение груза рис. 7.5.
а)
б)
Рис. 7.5. Перемещение груза без уравнительного полиспаста а) и с уравнительным полиспастом б)
Регистром установлены требования, касающиеся обеспечения горизонтальной траектории груза – отклонение траектории груз от горизонтали должно составлять не более 3,5%
,
– высота отклонения груза от горизонтали;
H – высота перемещения нока стрелы.
Уравнительный полиспаст, в отличие от грузового, не дает выигрыша в силе.
Уравнительный полиспаст позволяет уравновесить стрелу, т.е. уменьшает опрокидывающий момент стрелы и натяжение топенанта рис.7.6, поэтому он носит название уравнительного.
Как видно из рис. 7.6 вес груза FQ создает опрокидывающий момент
,
– вес поднимаемого груза, кН;
L – вылет стрелы, м.
Сила натяжение шкентеля в уравнительном полиспасте (рис. 7.6) создает уравновешивающий момент который направлен сторону противоположную моменту 
.
,
– сила натяжения шкентеля, кН;
– кратность уравнительного полиспаста;
b – плечо силы в уравнительном полиспасте, м.
Следовательно, результирующий момент, действующий на стрелу равен
.
Использование уравнительного полиспаста приводит к увеличению длины грузового шкентеля и числа блоков, что сказывается на уменьшении к.п.д. механизма, увеличении числа перегибов троса и уменьшении его долговечности его долговечности.
Согласно правилам Регистра краны должны работать при крене судна до 5° и дифференте до 2°, максимальной удельной ветровая нагрузке 400 МПа.
Требуемая статическая мощность механизма подъема, приведенная к валу двигателя
,
где Vпод – скорость подъема груза, м/с;
hмех – к.п.д. механизма подъема в среднем принимается hмех = 0,90.
а)
б)
Рис. 7.6. Уравновешивание стрелы крана с помощью уравнительного полиспаста:: а) кратностью uур=1; б) кратностью uур=3
Механизм изменения вылета стрелы.
Изменение вылета стрелы осуществляется соответствующим механизмом – механизмом изменения вылета стрелы. В судовых кранах вылет стрелы может изменяться в большинстве случаев с помощью полиспастов или гидроцилиндров.
Общая сила от стрелового полиспаста, которая должна быть приложена к стреле для ее подъема с грузом
.
В результате чего вычисляется сила натяжения топенанта
.
Рис. 7.7. Определение силы натяжения топенанта
Требуемая статическая мощность механизма изменения вылета, приведенная к валу двигателя
,
где Vстр – скорость изменения вылета стрелы, м/с;
hмех – к.п.д. механизма подъема в среднем принимается hмех = 0,90.