Dźwigi budowlane: rodzaje, jak działają, przewodnik po montażu i historii

Dźwigi budowlane: kompletny przewodnik

Dźwigi budowlane są podstawą nowoczesnego budownictwa pionowego. Od średnich biurowców po superwysokie drapacze chmur, żadne inne urządzenie nie może równać się z żurawiem wieżowym pod względem zasięgu, udźwigu i wysokości operacyjnej. W tym przewodniku opisano wszystko, od historii i wynalazku dźwigu, po sposób, w jaki operatorzy dostają się na szczyt, jak zasilane są dźwigi i jak wybrać odpowiedni typ dla danego projektu.

Historia Żurawie Wieżowe Od starożytnych wciągarek po współczesne giganty

Historia żurawi wieżowych sięga dalej, niż większość ludzi zdaje sobie sprawę. Starożytni Grecy opracowali pierwszy prawdziwy dźwig mechaniczny — tzw Trispastos — dookoła 515 p.n.e , wykorzystując prosty system liny i krążka napędzany wysiłkiem człowieka lub zwierzęcia. Te wczesne urządzenia mogły podnosić ładunki o masie około 150 kg, wystarczającej do umieszczenia obrobionych bloków kamiennych używanych do budowy świątyni.

Inżynierowie rzymscy rozszerzyli tę koncepcję o polispaston , żuraw wielokrążkowy zdolny unieść do 3000 kg — liczba, której żadna przenośna maszyna podnosząca nie zostałaby przekroczona aż do rewolucji przemysłowej. Dźwig kołowy, powszechny w średniowiecznej Europie od XII wieku, wprowadził obrót napędzany siłą człowieka za pomocą dużego drewnianego koła, umożliwiając wznoszenie gotyckich katedr ze ścianami wznoszącymi się na ponad 30 metrów.

Pytanie który wynalazł dźwig w swojej nowoczesnej formie zwykle odpowiada się dwoma nazwami. Szkocki inżynier William Fairbairn zaprojektował pierwszy dźwig przejezdny o napędzie parowym w latach czterdziestych XIX wieku, zmieniając funkcjonowanie stoczni i magazynów. Jednakże żuraw wieżowy w dzisiejszej postaci – wysięgnik obrotowy zamontowany na szczycie pionowego masztu – został zapoczątkowany przez niemieckiego inżyniera Hansa Liebherra, który zbudował pierwszy komercyjny żuraw wieżowy w 1949 w powojennej odbudowie Niemiec. Jego firma Liebherr do dziś pozostaje jednym z największych producentów żurawi wieżowych na świecie.

Rodzaje dźwigów budowlanych

Nie wszystkie żurawie budowlane są żurawiami wieżowymi. Właściwy typ dźwigu zależy od zakresu projektu, ograniczeń miejsca, wymaganej wysokości podnoszenia i udźwigu. Do głównych typów dźwigów stosowanych na budowach zalicza się:

Żuraw wieżowy Hammerhead

The dźwig wieżowy młotkowy — zwany także żurawiem górnoobrotowym lub siodełkowym — jest najbardziej znaną formą. Posiada poziomy wysięgnik i przeciw-wysięgnik o mniej więcej równej długości, rozciągające się od centralnego pierścienia obrotowego na szczycie masztu, nadając mu charakterystyczny kształt litery T widoczny na panoramach miast na całym świecie. Wózek porusza się wzdłuż wysięgnika, ustawiając ładunki przy zmiennym promieniu aż do maksymalnego zasięgu wysięgnika, który może przekraczać 80 metrów na dużych modelach. Żurawie młotkowe są preferowane w konstrukcjach wysokościowych ze względu na przewidywalny wykres obciążenia i prostą obsługę w zagraconej przestrzeni powietrznej.

Żuraw wieżowy z płaskim szczytem

The dźwig wieżowy z płaskim dachem (w zależności od wariantu również typu flat top z wysięgnikiem lub samowznoszący się flat top) eliminuje tradycyjną ramę w kształcie litery A lub wierzchołek nad wieńcem obrotowym. Rezultatem jest niższy ogólny profil, co znacznie zmniejsza minimalną odległość wymaganą między sąsiednimi żurawiami w ciasnym miejscu — to główny powód, dla którego konstrukcje z płaskim dachem dominują w projektach w centrum miast, gdzie wiele żurawi wieżowych musi pracować w bliskiej odległości. Montaż i demontaż jest również szybszy ze względu na brak konstrukcji górnej ramy.

Żuraw wieżowy montowany na szynie

A żuraw wieżowy montowany na szynie porusza się po stałym torze położonym na poziomie gruntu, łącząc pionowy zasięg żurawia wieżowego z poziomą mobilnością na całej długości konstrukcji. Taka konfiguracja jest szczególnie skuteczna w stoczniach, obiektach z prefabrykatów betonowych i projektach budownictwa liniowego, takich jak wiadukty lub długie budynki przemysłowe. Rozstaw szyn, nośność toru i prędkość jazdy należy uwzględnić w planie budowy.

Żuraw wieżowy z wysięgnikiem wysięgnikowym

Tam, gdzie granice terenu lub ograniczenia przestrzeni powietrznej uniemożliwiają swobodne kołysanie wysięgnika poziomego, żuraw z wysięgnikiem podnosi i opuszcza po łuku, zamiast korzystać z wózka podróżnego. To radykalnie zmniejsza wymagany promień obrotu i umożliwia bezpieczną pracę w pobliżu ścian granicznych, innych dźwigów lub chronionych korytarzy przestrzeni powietrznej – powszechny wymóg w ograniczonych lokalizacjach w centrach miast.

Żuraw mobilny i dźwig gąsienicowy

Poza żurawiami wieżowymi, mobilne żurawie teleskopowe (montowane na ciężarówkach) i żurawie gąsienicowe (podwozia gąsienicowe) obsługują podnośniki, które wymagają zmiany położenia między podnośnikami lub które wypadają poza obwiednię żurawia wieżowego. Żurawie samojezdne są niezastąpione podczas samego montażu żurawia wieżowego, podnosząc sekcje masztów i elementy konstrukcyjne na miejsce, zanim zadziała mechanizm samowznoszący.

Części dźwigu budowlanego

Zrozumienie kluczowych elementów żurawia wieżowego wyjaśnia, jak on działa i w jaki sposób każdy element przyczynia się do bezpiecznego i wydajnego podnoszenia.

• Maszt (wieża): Pionowa stalowa konstrukcja kratowa, która nadaje dźwigowi odpowiednią wysokość. Standardowe sekcje masztu są zazwyczaj 3–6 metrów wysokości i skręcone lub unieruchomione podczas montażu. Maszt przenosi wszystkie obciążenia – w tym wiatr – na fundament.
• Zespół obrotowy: To napędzane silnikiem łożysko pierścieniowe, zamontowane na szczycie masztu, umożliwia obrót całej górnej konstrukcji o 360°. Silnik obrotu i przekładnia zazwyczaj zapewniają prędkość obrotową 0,6–0,8 obr./min.
• Wysięgnik (wysięgnik dźwigu): Poziome ramię robocze wystające na zewnątrz z jednostki obrotowej. The wysięg dźwigu niesie wózek i linę wyciągową. Długość wysięgnika zwykle waha się od 40 do 80 metrów, w zależności od modelu.
• Przeciwwysięgnik: Krótsze tylne ramię, na którym znajdują się przeciwwagi — zazwyczaj ciężkie bloki betonowe lub stalowe — w celu zrównoważenia obciążenia wysięgnika roboczego. Masy przeciwwagi wahają się od kilku ton w małych żurawiach do ponad 20 ton w dużych modelach z głowicą młotkową.
• Wózek: Porusza się poziomo wzdłuż wysięgnika, zmieniając promień ładunku (odległość od środka masztu do haka). W przypadku nowoczesnych dźwigów prędkość wózka zazwyczaj waha się od 20 do 80 m/min.
• Zblocze hakowe i lina podnosząca: Hak jest zawieszony na stalowej linie nawiniętej na bęben wciągnika. Silnik wciągnika podnosi i opuszcza ładunek; prędkości wciągników zwykle osiągają 60–120 m/min przy uciągu pojedynczej linki.
• Kabina żurawia wieżowego: Zamknięta kabina operatora, umieszczona na szczycie masztu, tuż pod lub obok jednostki obrotowej. The kabina żurawia wieżowego zawiera wszystkie elementy sterujące, wyświetlacze monitorowania obciążenia, odczyty anemometru i sprzęt komunikacyjny. Większość nowoczesnych kabin jest wyposażona w klimatyzację i ergonomiczne siedzenia, aby zmniejszyć zmęczenie operatora podczas zmian, które regularnie przekraczają 8 godzin.
• Rama wspinaczkowa (hydrauliczna klatka wspinaczkowa): Mechanizm pozwalający dźwigowi rosnąć wraz z budynkiem. Siłownik hydrauliczny podnosi górną konstrukcję żurawia w górę o jedną wysokość sekcji masztu, po czym poniżej wstawiana jest nowa sekcja masztu. Proces ten — zwany „skakaniem” — może zostać ukończony w ciągu 2–4 godzin przez doświadczoną załogę.
• Kotwa fundamentowa: Podstawa dźwigu — albo betonowy krzyżak z podsypki, albo wlany koszyk śrub fundamentowych zakotwiczony w płycie konstrukcyjnej placu budowy lub dedykowanej podkładce. Projekt fundamentów musi uwzględniać maksymalny moment wywracający przy pełnym obciążeniu wysięgnika i przy maksymalnych projektowych warunkach wietrznych.

Jak działają żurawie

Żuraw wieżowy działa poprzez połączenie trzech jednoczesnych ruchów — podnoszenie (podnoszenie ładunku w pionie), obrót (obracanie wysięgnika w poziomie) i trolejbusowanie (przesuwanie ładunku promieniowo wzdłuż wysięgnika) — w celu umieszczenia ładunku w dowolnym miejscu w obrębie jego zakresu roboczego z milimetrową precyzją.

Fizyka leżąca u podstaw działania żurawia polega na równoważeniu momentów. Nominalny udźwig przy danym promieniu jest określony przez maksymalny dopuszczalny moment zginający na wieńcu obrotowym, co oznacza, że ​​żuraw o udźwigu 6 ton przy promieniu 60 metrów może unieść znacznie większy ciężar bliżej masztu. Jest to wyrażone w tabeli obciążenia dźwigu, z którą operatorzy muszą się zapoznać przed każdym pobraniem.

Nowoczesne żurawie wieżowe są wyposażone w ograniczniki momentu obciążenia (LML) oraz urządzenia zapobiegające dwóm blokadom, które zapobiegają przypadkowemu przekroczeniu przez operatora udźwigu znamionowego żurawia lub wbiciu zblocza hakowego w konstrukcję wysięgnika. Przemienniki częstotliwości (VFD) w silnikach wciągników i silnikach obrotu zapewniają płynne przyspieszanie i zwalnianie, redukując wahania obciążenia i skracając czas cykli.

Jak napędzane są dźwigi? Praktycznie wszystkie używane obecnie żurawie wieżowe są zasilane elektrycznie za pośrednictwem kabla wleczonego lub stałego połączenia z tablicą rozdzielczą na miejscu. Średniej wielkości żuraw młotkowy zazwyczaj wymaga: 50–100 kVA zasilanie trójfazowe. W przypadku żurawi wieżowych preferowane są elektryczne układy napędowe zamiast hydraulicznych lub wysokoprężnych alternatyw ze względu na ich efektywność energetyczną, precyzyjną kontrolę prędkości i przydatność do hamowania regeneracyjnego, w którym energia z opuszczania ładunków jest przekazywana z powrotem do sieci.

Montaż żurawia wieżowego: jak wznoszone są żurawie

Montaż żurawia wieżowego to operacja, która zwykle ma dokładnie określoną sekwencję 1–3 dni dla standardowego żurawia wolnostojącego, w zależności od modelu i warunków terenowych. Zrozumienie procesu wyjaśnia, dlaczego planowanie montażu jest tak samo ważne, jak każda inna faza programu projektu.

1. Przygotowanie podłoża: Betonowy blok kotwiący — zwykle wzmocniony śrubami kotwiącymi lub wstępnie zaprojektowaną klatką śrubową określoną przez producenta dźwigu — jest wlewany w ziemię lub w płytę konstrukcyjną budynku z tygodniowym wyprzedzeniem, aby umożliwić odpowiednie utwardzenie.
2. Zespół podstawy masztu: Pierwsze sekcje masztu są opuszczane na śruby fundamentowe i pionowane precyzyjnie pionowo za pomocą poziomicy lub inklinometru cyfrowego. Tolerancja odchylenia wynosi zazwyczaj mniej niż 1 mm na metr wysokości masztu.
3. Montaż ramy wspinaczkowej: Hydrauliczna klatka wspinaczkowa jest zamontowana wokół masztu u podstawy górnej konstrukcji i jest gotowa do uniesienia każdej nowej sekcji na miejsce.
4. Zespół obrotu, kabiny i wysięgnika: Dźwig samojezdny podnosi wieniec obrotu, kabinę operatora, przeciwwagę (z już zamontowanymi przeciwwagami), a następnie sekcje wysięgnika na właściwe miejsce. Wysięgnik jest montowany na podłożu i podnoszony jako pojedyncza jednostka lub w sekcjach, w zależności od jego długości.
5. Przeglądanie i uruchomienie: Lina wciągnika jest przewleczona przez wózek i zblocze hakowe, wykonane są wszystkie połączenia elektryczne, a przed wydaniem świadectwa przekazania żuraw przechodzi testy funkcjonalne, testy obciążeniowe i weryfikację systemu bezpieczeństwa.

Gdy budynek się podnosi, dźwig rośnie wraz z nim proces samowspinania się (skakania). : siłownik hydrauliczny wysuwa się, górna konstrukcja jest utrzymywana na sworzniach wspinaczkowych, podczas gdy nowa sekcja masztu jest wsuwana na miejsce poniżej, a żuraw jest opuszczany na nową sekcję. Cykl ten powtarza się co kilka pięter, zazwyczaj za każdym razem, gdy konstrukcja budynku przekracza wysokość wolnostojącego haka dźwigu.

Wysokość dźwigu i ile waży dźwig

The wysokość dźwigu na placu budowy nie jest stała – rośnie wraz z postępem inwestycji. Pomiędzy nimi może stać typowy wolnostojący żuraw wieżowy 50 i 80 metrów bez połączenia z konstrukcją. Po zakotwiczeniu do budynku w regularnych odstępach (zwykle co 20–30 metrów masztu) żuraw może wysunąć się na wysokość kilkuset metrów. Najwyższe żurawie wieżowe, jakie kiedykolwiek zastosowano w budownictwie, osiągnęły wysokość wolnostojącą powyżej 100 metrów , z wysokością haków na podłączonych dźwigach przekraczającą 300 metrów w projektach superwysokich drapaczy chmur.

Masa żurawia wieżowego różni się znacznie w zależności od rozmiaru i typu. Kompaktowy żuraw samowznoszący może ważyć zaledwie 3–5 ton , podczas gdy duży dźwig młotowy może ważyć 200 ton gdy uwzględnione są wszystkie sekcje masztu, przeciwwagi i elementy wysięgnika. Seria Liebherr EC-B i seria Potain MDT — oba popularne żurawie wieżowe oferowane przez producentów żurawi wieżowych ze średniej półki na rynku — zazwyczaj ważą od 40 do 120 ton w konfiguracji na miejscu.

Jak operatorzy dźwigów dostają się na szczyt

Dostęp do kabiny żurawia wieżowego jest jednym z mniej omawianych, ale bardzo realnych aspektów obsługi żurawia. Jak operatorzy dźwigów dostają się na szczyt? Dostęp do prawie wszystkich żurawi wieżowych zapewnia stała pionowa drabina biegnąca wewnątrz lub wzdłuż masztu, z platformami spoczynkowymi w regularnych odstępach — zazwyczaj co 6 metrów, zgodnie z połączeniami sekcji masztu. Na wysokich dźwigach operatorzy mogą się wspinać 150–250 szczebli lub więcej na początku każdej zmiany.

Niektóre nowoczesne żurawie wieżowe, szczególnie pracujące na bardzo wysokich konstrukcjach lub na rynkach, gdzie obowiązują rygorystyczne standardy w zakresie bezpieczeństwa pracy, są wyposażone w: wciągnik personelowy do wspinania się na maszt — mały zamknięty wózek, który porusza się po zewnętrznej stronie masztu, eliminując fizyczne wymagania związane ze wspinaniem się po drabinie. Zwiększa to jednak koszty i wymaga dodatkowej konserwacji, dlatego wiele zakładów — zwłaszcza na rynkach rozwijających się — w dalszym ciągu korzysta z dostępu drabinowego.

Operatorzy zazwyczaj spędzają całą zmianę – często 8–10 godzin — w kabinie bez schodzenia. Posiłki, woda i w niektórych przypadkach urządzenia sanitarne są przynoszone na początku zmiany lub dostarczane za pomocą liny w wiadrze. Zarządzanie zmęczeniem jest zatem podstawową częścią odpowiedzialnego planowania pracy dźwigu.

Producenci żurawi wieżowych: kto produkuje żurawie budowlane na świecie

Światowy rynek żurawi wieżowych obsługiwany jest przez stosunkowo niewielką liczbę dominujących producentów, chociaż krajobraz konkurencyjny znacznie się rozszerzył wraz ze wzrostem chińskiej produkcji.

• Liebherr (Niemcy): Uważana za założycielkę nowoczesnych żurawi wieżowych, produkująca pełną gamę modeli, od modeli do samodzielnego montażu po wytrzymałe żurawie młotkowe o udźwigu wywrotki do 64 ton.
• Manitowoc / Potain (Francja/USA): Potain to największa na świecie marka żurawi wieżowych pod względem zainstalowanej bazy, oferująca szeroko stosowane serie żurawi wieżowych MDT i żurawi wieżowych MCT na wszystkich głównych rynkach światowych.
• Terex Comedil (Włochy): Specjalizuje się w żurawiach z wysięgnikiem płaskim i wysięgnikowym, szczególnie popularnych na rynku europejskim i australijskim.
• Wolffkran (Niemcy): Znane z wytrzymałych żurawi młotkowych i specjalistycznych modeli o dużym udźwigu do zastosowań przemysłowych i infrastrukturalnych.
• XCMG, Zoomlion, SANY (Chiny): Producenci z siedzibą w Chinach szybko rozszerzyli swoją globalną obecność na żurawiach, oferując konkurencyjne ceny we wszystkich kategoriach żurawi i obecnie odpowiadają za znaczny udział w dostawach nowych żurawi w Azji, na Bliskim Wschodzie i w Afryce.

Wybierając producenta żurawi wieżowych, zespoły zakupowe powinny ocenić nie tylko cenę jednostkową, ale także lokalna dostępność części, zasięg sieci serwisowej, czas realizacji sekcji masztu i wartość odsprzedaży — wszystko to może znacząco wpłynąć na całkowity koszt posiadania projektu wieloletniego.

Planowanie dźwigów wieżowych: uwagi dotyczące dźwigu na placu budowy

Pozycjonowanie dźwig na budowie — szczególnie dla dźwig wieżowy zastosowanie — wymaga analizy inżynieryjnej na długo przed rozbiórką gruntu. Kluczowe zmienne planowania obejmują:

• Analiza zasięgu: Wysięgnik dźwigu musi sięgać każdego punktu na powierzchni budynku oraz kluczowych obszarów składowania. W przypadku budynków o dużych rozmiarach lub o nieregularnych kształtach może być wymaganych wiele dźwigów, co wymaga starannej koordynacji przestrzeni powietrznej, aby zapobiec kolizjom wysięgnika.
• Integracja strukturalna: W przypadku żurawi zawieszanych na wysokich konstrukcjach ramy łączące muszą być zaprojektowane zgodnie z rysunkami konstrukcyjnymi budynku na odpowiednich poziomach podłóg. Każdy ściąg przenosi obciążenia poziome o wartości kilkuset kiloniutonów na szkielet budynku.
• Wspinaczka wewnętrzna vs. zewnętrzna: W superwysokich budynkach dźwigi często „wskakują” do głównego szybu budynku — dźwig znajduje się w rdzeniu windy i wspina się, wykorzystując ściany rdzenia jako punkty kotwiczenia. Chroni to żuraw przed ekstremalnymi obciążeniami wiatrem na wysokości i pozwala uniknąć konieczności stosowania zewnętrznych wsporników ściągających na elewacji budynku.
• Planowanie demontażu: W wysokich budynkach dźwigu nie można po prostu zdemontować w odwrotnej kolejności. Często potrzebny jest mniejszy „dźwig ratowniczy” lub dźwig wspinający się na konstrukcję dachu – jest to proces, który należy zaplanować od samego początku.
• Ograniczenia prędkości wiatru: Żurawie wieżowe mają zdefiniowaną maksymalną roboczą prędkość wiatru – powszechnie 72 km/h (20 m/s) — oraz parametry wiatru poza eksploatacją, które definiują, kiedy żuraw należy pozostawić w trybie swobodnego obrotu, aby wysięgnik wypadł pod wiatr. Na znacznych wysokościach prędkość wiatru jest stale wyższa niż na poziomie gruntu, co sprawia, że ​​dane z anemometru stanowią krytyczne dane wejściowe operacyjne.

Często zadawane pytania dotyczące żurawi budowlanych

• Jaka jest różnica między młotem młotkowym a żurawiem wieżowym z płaskim dachem?

  Żuraw młotkowy ma konstrukcyjną ramę w kształcie litery A lub wierzchołek nad wieńcem obrotowym, z którego wiszące liny podtrzymują wysięgnik. Żuraw o płaskim wierzchołku nie ma takiego wierzchołka — wysięgnik jest wsparty na wewnętrznej konstrukcji cięciwowej — co nadaje mu niższy ogólny profil. Żurawie z płaskim dachem są preferowane tam, gdzie wiele dźwigów musi pracować blisko siebie, ponieważ ich wysięgniki mogą przechodzić nad sobą przy niższych różnicach wysokości.

• Jak wysoki może być żuraw wieżowy?

  Wolnostojący żuraw wieżowy ma zazwyczaj ograniczoną wysokość do 50–80 metrów, w zależności od modelu i konstrukcji fundamentu. W przypadku kotwienia do konstrukcji budynku w regularnych odstępach nie ma praktycznego górnego limitu narzuconego przez sam żuraw — żurawie w projektach supertall pracowały na wysokości haków przekraczającej 600 metrów nad ziemią.

• W jaki sposób napędzane są dźwigi na placu budowy?

  Żurawie wieżowe są prawie powszechnie zasilane elektrycznie i podłączone do tablicy rozdzielczej na miejscu za pomocą kabla wleczonego, który rośnie w miarę wspinania się dźwigu. Wymagania dotyczące zasilania elektrycznego wahają się od około 30 kVA dla małych modeli do samodzielnego montażu do ponad 200 kVA dla dużych dźwigów młotkowych z szybkimi wciągnikami.

• Ile czasu zajmuje montaż żurawia wieżowego?

  Standardowy wolnostojący żuraw wieżowy może zostać zmontowany w ciągu 1–3 dni przez doświadczoną załogę przy użyciu dźwigu samojezdnego, pod warunkiem, że kotwa fundamentowa jest już na swoim miejscu. Modele samowznoszące ze składanymi wysięgnikami można rozstawić na miejscu w zaledwie 20–30 minut. Demontaż zajmuje tyle samo czasu co montaż.

• Kto wynalazł nowoczesny żuraw wieżowy?

  Hansowi Liebherrowi przypisuje się zbudowanie w 1949 roku pierwszego nowoczesnego żurawia wieżowego, który odniósł sukces komercyjny, a który miał pomóc w szybkiej odbudowie niemieckich miast po II wojnie światowej. Jego projekt — łączący wysięgnik obrotowy z masztem samowznoszącym — ustanowił szablon, na którym wzorowano się we wszystkich kolejnych żurawiach wieżowych.