ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ & ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ 8 η ΕΝΟΤΗΤΑ Ανυψωτικά μηχανήματα Διδάσκων: Σ. Λαμπρόπουλος
Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες Χρήσης Creative Commons. για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.
Κατά την εκτέλεση των δομικών έργων προκύπτει ανάγκη κατακόρυφης και οριζόντιας μετακίνησης μικρών ή μεγάλων ποσοτήτων δομικών υλικών. Για την κάλυψη της αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιούνται διάφορα είδη και τύποι ανυψωτικών μηχανημάτων. Γενικά διακρίνονται οι εξής κατηγορίες ανυψωτικών μηχανημάτων: 3
Απλά μηχανήματα: Συνήθως για την κατακόρυφη ανύψωση μικρών βαρών. Γερανοί: Για την κατακόρυφη ανύψωση και οριζόντια μετακίνηση βαρών. Γερανογέφυρες: Για την εξυπηρέτηση χώρων αποθήκευσης 4
Οι γερανοί είναι σήμερα τα πλέον συχνά χρησιμοποιούμενα ανυψωτικά μηχανήματα. Έχουν τη δυνατότητα ανύψωσης του φορτίου μέχρι ένα ορισμένο ύψος και μικρής μετακίνησής του οριζόντια. Υπάρχουν μηχανήματα που με τον κατάλληλο εξοπλισμό μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως εκσκαφείς. Οι γερανοί διαθέτουν τα εξής μηχανικά συστήματα: 5
Σύστημα ανύψωσης φορτίου: Περιλαμβάνει πέδη, τύμπανο, βραχίονα, άγκιστρο με κινητή τροχαλία και συρματόσχοινο ανύψωσης. Σύστημα πορείας γερανού: Περιλαμβάνει πέδη πορείας, σύστημα μετάδοσης κίνησης και τροχούς για κίνηση σε σιδηροτροχιές. Σύστημα περιστροφής γερανού: Αποτελείται από την πέδη περιστροφής, ένα σταθερό και ένα κυλιόμενο οδοντωτό τροχό. Ο σταθερός τροχός είναι συνδεδεμένος στο φορείο. Ο κυλιόμενος τροχός συνδέεται σταθερά με τον πύργο του γερανού. Σύστημα ανύψωσης βραχίονα: Περιλαμβάνει το μηχανισμό ανύψωσης (ατέρμονα κοχλία και οδοντωτό τροχό) και το συρματόσχοινο ανύψωσης του βραχίονα. 6
Η κίνηση των γερανών επιτυγχάνεται με κινητήρες Diesel ή με ηλεκτροκινητήρες. Οι πρώτοι είναι ανεξάρτητοι από εξωτερικές πηγές ενέργειας, απαιτείται μόνο η τροφοδοσία τους με καύσιμα. Για το λόγο αυτό, η χρήση τους είναι πολύ διαδεδομένη παρά το γεγονός ότι οι δεύτεροι διαθέτουν ουσιαστικά πλεονεκτήματα, όπως απλή κατασκευή και εύκολη συντήρηση. 7
Σε όλα τα συστήματα λειτουργίας των γερανών υπάρχουν τερματικοί διακόπτες για την αποφυγή ατυχημάτων από απροσεξία του χειριστή κλπ.: Ασφάλεια πορείας: Σε γερανούς που κινούνται σε σιδηροτροχιές περιορισμένου μήκους υπάρχουν δύο διακόπτες τέρματος, οι οποίοι τίθενται σε λειτουργία με τη βοήθεια προεξοχών. Ασφάλεια έναντι ανύψωσης του αντίβαρου: Ο διακόπτης ενεργεί στον κινητήρα ανύψωσης και εξασφαλίζει την ύπαρξη επαρκούς αντίβαρου για κάθε περίπτωση. 8
Περιορισμός κατώτατης και ανώτατης θέσης αγκίστρου: Το καλώδιο ανύψωσης θα πρέπει να είναι τουλάχιστον τρεις φορές τυλιγμένο στο τύμπανο, ειδάλλως τίθεται σε λειτουργία διακόπτης τέρματος. Περιορισμός κίνησης βραχίονα: η ανώτατη και κατώτατη θέση του εξασφαλίζεται με δύο διακόπτες πάνω από το τύμπανο του καλωδίου του. Ασφάλεια έναντι υπερφόρτωσης: Ο μηχανισμός ασφάλειας τοποθετείται στην κορυφή του πύργου. Λοιπά συστήματα ασφάλειας: Οι περιστρεφόμενοι πυργωτοί γερανοί είναι εφοδιασμένοι με σύστημα που ακινητοποιεί τους τροχούς επάνω στις σιδηροτροχιές για να μην παρασύρεται ο γερανός από τον άνεμο. 9
Βασικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τους οικοδομικούς γερανούς είναι η μέγιστη επιτρεπόμενη ροπή φόρτισής τους (γινόμενο του βάρους που ανυψώνεται επί την απόστασή του από τον άξονα του). Ο κατασκευαστής του μηχανήματος δημοσιοποιεί τα αντίστοιχα διαγράμματα καμπυλών (επιτρεπόμενη φόρτιση απόσταση από άξονα). Ανάλογα με τον τρόπο έδρασης του στύλου τους, διακρίνονται τα εξής είδη γερανών: 10
Ο πύργος εδράζεται στα δύο άκρα του σε τριβείς (ρουλεμάν) και αναλόγως τύπου έχει δυνατότητα περιστροφής μέχρι 360 0. Για την αντιστήριξη του πύργου χρησιμοποιούνται περισσότερα καλώδια (συρματόσχοινα) ή δύο δικτυώματα (δοκοί). Οι γερανοί αυτοί είναι εφοδιασμένοι με δύο τύμπανα (ένα για την άνοδο-κάθοδο του βραχίονα και ένα για τις κινήσεις του φορτίου). Λόγω της περιορισμένης δυνατότητας ελιγμών του βραχίονα οι γερανοί αυτοί είναι δύσχρηστοι. Για αυτό το λόγο χρησιμοποιούνται όλο και σπανιότερα. 11
Γερανοί περιστρεφόμενου πύργου με έδραση στα δύο άκρα 12
Ο πύργος του γερανού αυτού φέρει όλη την υπόλοιπη ανωδομή (βραχίονα, αντίβαρο, χειριστήριο) και είναι περιστρεφόμενος. Εδράζεται κατά το ένα (κάτω) άκρο του με ελευθερία περιστροφής σε βάση-φορείο που μπορεί να μετακινείται πάνω σε σιδηροτροχιές. Παρέχει καλή ορατότητα από τη θέση του χειριστή. 13
Γερανοί περιστρεφόμενου πύργου με έδραση στη βάση 14
Χρησιμοποιείται ευρύτατα σε οικοδομικά έργα, αλλά και σε πολλές άλλες δομικές εργασίες, διότι παρουσιάζει σειρά πλεονεκτημάτων: απλότητα λειτουργίας, μικρό ίδιο βάρος, εύκολη και γρήγορη συναρμολόγηση / αποσυναρμολόγηση, σχετικά εύκολη και γρήγορη μετακίνηση σε άλλες θέσεις μέσα στο εργοτάξιο και μεταφορά από έργο σε έργο. 15
Τυπικά είδη πυργωτών δομικών γερανών 16
Ο γερανός αποτελείται από τον πύργο που εδράζεται σταθερά πάνω στο φορείο. Το φορείο συνδέεται με το σύστημα πορείας του γερανού πάνω σε σιδηροτροχιές. Περιστρεφόμενο είναι το άνω ακραίο τμήμα του πύργου, που εδράζεται πάνω σε στεφάνη στερεωμένη στην κορυφή σταθερού τμήματος του πύργου. Το περιστρεφόμενο τμήμα φέρει επίσης τον βραχίονα και το αντίβαρο. 17
Της ίδιας οικογένειας είναι ο πυργωτός οικοδομικός γερανός με πρόβολο. Ο βραχίονας του παραμένει πάντοτε οριζόντιος σε πρόβολο. Επάνω του ολισθαίνει παλινδρομικά μικρό φορείο από το οποίο αναρτάται και το προς ανύψωση φορτίο. Πλεονεκτεί έναντι των άλλων τύπων, διότι ανυψώνει φορτία που βρίσκονται πολύ κοντά στη βάση του πύργου. Μειονέκτημά είναι ότι γύρω του πρέπει να υπάρχει ελεύθερος χώρος με ακτίνα ίση προς το μήκος του βραχίονα. 18
Πυργωτός οικοδομικός γερανός με πρόβολο 19
Αποτελεί εξέλιξη του προηγούμενου τύπου προκειμένου να αποφευχθεί το μειονέκτημα της βαριάς κατασκευής του πύργου. Ο πύργος του είναι ελαφριάς κατασκευής, εδράζεται μέσω στεφάνης πάνω σε φορείο και έχει τη δυνατότητα να περιστρέφεται μαζί με τον βραχίονα γύρω από τον άξονά του. Όλα τα λειτουργικά συστήματα του γερανού (εκτός από το σύστημα πορείας), καθώς και το αντίβαρο, είναι τοποθετημένα πάνω στο περιστρεφόμενο τμήμα, κοντά στη βάση του 20
Ελαφρός οικοδομικός γερανός 21
Ανήκει στο είδος των γερανών σταθερού πύργου και χρησιμοποιείται σε συνθήκες περιορισμένου χώρου Τοποθετείται σε νεοαναγειρόμενες οικοδομές στα φρεάτια των ανελκυστήρων κυρίως. Αναρριχάται από όροφο σε όροφο αυτόνομα με δικό του σύστημα αναρρίχησης. Είναι ελαφριάς κατασκευής, με εύκολη συναρμολόγησή, η αποσυναρμολόγησή του όμως συχνά απαιτεί δεύτερο γερανό. 22
Αναρριχόμενος πυργωτός γερανός 23
Χρησιμοποιείται ευρύτατα σε εργοτάξια για την ανύψωση υλικών, φόρτωση υλικών σε οχήματα, εκφόρτωση κλπ. Είναι συνήθως μηχανή γενικής χρήσης και με αλλαγή διαφόρων εξοπλισμών μετατρέπεται και σε εκσκαφέα διαφόρων ειδών. Είναι κατά κανόνα ντιζελοκίνητος. 24
Αποτελείται από δύο μέρη: το φορείο (πάνω στο οποίο βρίσκεται το σύστημα πορείας με τις ερπύστριες) και το περιστρεφόμενο τμήμα (πύργος, πάνω στο οποίο βρίσκονται ο κινητήρας και όλοι οι μηχανισμοί των διαφόρων συστημάτων του, εκτός από το σύστημα πορείας). 25
Ο πύργος στηρίζεται πάνω στο φορείο μέσω ενός μεγάλου αξονικού εδράνου και έχει δυνατότητα περιστροφής κατά 360 0 γύρω από τον άξονά του. Επί του πύργου είναι στερεωμένος και ο βραχίονας. Ο γερανός αυτός κινείται με ευχέρεια σε όλους τους τύπους εδαφών, με μικρή όμως ταχύτητα πορείας. 26
Ερπυστριοφόρος γερανός 27
Αποτελείται από τα ίδια μέρη με τον προηγούμενο, αλλά το φορείο διαθέτει ελαστικούς τροχούς αντί για ερπύστριες. Για την υποστήριξη του φορείου κατά τη λειτουργία, ο γερανός φέρει παρεκτάματα με γρύλους στα άκρα (καλύτερη οριζοντίωση και αύξηση επιφάνειας έδρασης). Κατά την πορεία, τα παρεκτάματα συμπτύσσονται. 28
Ελαστικοφόρος γερανός με παρεκτάματα 29
Αντί φορείου χρησιμοποιείται κατάλληλο φορτηγό όχημα πάνω στο οποίο στηρίζεται ο πύργος. Τα συστήματα του γερανού κινούνται από κινητήρα ανεξάρτητο από τον κινητήρα του αυτοκινήτου. Φέρει και αυτός παρεκτάματα για τη στήριξη του πλαισίου του οχήματος κατά τη λειτουργία του γερανού. 30
Οι γερανοί πρέπει να είναι ασφαλείς έναντι ανατροπής. Ο συντελεστής ασφάλειας έναντι ανατροπής είναι: όπου: = Άθροισμα ροπών που αντιστέκονται στην ανατροπή. = Άθροισμα ροπών ανατροπής του γερανού. Στον υπολογισμό των ροπών λαμβάνονται υπόψη τα στατικά φορτία (ίδιο βάρος, ωφέλιμο φορτίο, αντίβαρο κλπ) και τα φορτία από δυνάμεις αδράνειας, η ανεμοπίεση και η τυχόν γωνία κλίσης του επιπέδου στήριξης του γερανού. 31
Σε περίπτωση ανεμοθύελλας, ο γερανός τίθεται εκτός λειτουργίας. Ο γερανός πρέπει να εδράζεται σε οριζόντιο έδαφος. Στην πράξη επιτρέπονται μόνο μικρές αποκλίσεις (α ο = 2 ο 3 ο ). Αν κατά τον υπολογισμό ροπών ληφθούν υπόψη οι δυνάμεις αδράνειας, η ανεμοπίεση και η τυχόν κλίση του εδάφους, τότε πρέπει ο συντελεστής ασφαλείας να λαμβάνεται ίσος ή μεγαλύτερος από S 1,15. Διαφορετικά, αν δεν ληφθούν υπόψη τα προηγούμενα, η ελάχιστη τιμή του συντελεστή ασφαλείας πρέπει να είναι μεγαλύτερη S 1,4. 32
ΑΠΟΔΟΣΗ ΠΥΡΓΩΤΩΝ ΓΕΡΑΝΩΝ Η θεωρητική απόδοση [L o ] των πυργωτών οικοδομικών γερανών είναι: Q n = το ωφέλιμο φορτίο που ανυψώνεται σε t ή τεμ. t o = ο μέσος χρόνος του κύκλου λειτουργίας (min). t o = t 1 + t 2 + t 3 + t c (min) t 1 = ο χρόνος που απαιτείται για τη ζεύξη/απόζευξη του φορτίου από το άγκιστρο. t 2 = ο χρόνος που απαιτείται για την τοποθέτηση του φορτίου στην επιθυμητή θέση. t 3 = ο χρόνος που απαιτείται για τις βοηθητικές κινήσεις του γερανού. 33
S = μήκος μέσης διαδρομής γερανού από το σημείο παραλαβής φορτίου μέχρι το σημείο απόθεσης (m). v 1 = ταχύτητα πορείας. Συνήθως 20-30 (m/min). H = ύψος ανύψωσης (m). v 2 =ταχύτητα ανύψωσης. Συνήθως 15-60 (m/min). α = γωνία περιστροφής του γερανού από τη θέση παραλαβής του φορτίου στη θέση απόθεσής του σε ( 0 ). n d = ταχύτητα περιστροφής. 2= συντελεστής που εκφράζει μετάβαση και επάνοδο. c = μειωτικός συντελεστής. Εξαρτάται από την γωνία α. α = 90 0 135 0 180 0 c = 0,9 0,8 0,7 34
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα Πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοιχτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση.