جرثقیل برای ساخت و ساز: انواع، نحوه کار، نصب و راهنمای تاریخچه

جرثقیل برای ساخت و ساز: راهنمای کامل

جرثقیل های ساختمانی ستون فقرات ساختمان های عمودی مدرن هستند. از بلوک‌های اداری متوسط ​​گرفته تا آسمان‌خراش‌های فوق‌العاده، هیچ تجهیزات دیگری نمی‌تواند با ترکیبی از دسترسی، ظرفیت بالابری و ارتفاع عملیاتی یک جرثقیل برجی برابری کند. این راهنما همه چیز را از تاریخچه و اختراع جرثقیل گرفته تا نحوه رسیدن اپراتورها به بالا، نحوه تغذیه جرثقیل ها و نحوه انتخاب نوع مناسب برای یک پروژه مشخص را پوشش می دهد.

تاریخچه از تاور کرین : از وینچ های باستانی تا غول های مدرن

تاریخچه جرثقیل های برجی بیش از آن چیزی است که بیشتر مردم تصور می کنند. یونانیان باستان اولین جرثقیل مکانیکی واقعی را توسعه دادند تریسپاستوس - اطراف 515 قبل از میلاد ، با استفاده از یک سیستم طناب و قرقره ساده که با تلاش انسان یا حیوان کار می کند. این دستگاه های اولیه می توانستند بارهای تقریباً 150 کیلوگرمی را بلند کنند که برای قرار دادن بلوک های سنگی پوشیده شده مورد استفاده در ساخت معبد کافی است.

مهندسان رومی این مفهوم را با پلی اسپاستون ، یک جرثقیل قرقره مرکب با قابلیت بلند کردن تا 3000 کیلوگرم - رقمی که تا انقلاب صنعتی هیچ دستگاه بالابر قابل حملی از آن فراتر نمی رفت. جرثقیل چرخ دار، که در اروپای قرون وسطایی از قرن دوازدهم به بعد رایج بود، چرخش با نیروی انسانی را از طریق یک چرخ چوبی بزرگ معرفی کرد و ساخت کلیساهای گوتیک با دیوارهای بلندتر از 30 متر را امکان پذیر کرد.

سوال از که جرثقیل را اختراع کرد در شکل مدرن آن به طور کلی با دو نام پاسخ داده می شود. مهندس اسکاتلندی ویلیام فیربرن اولین جرثقیل مسافرتی با موتور بخار را در دهه 1840 طراحی کرد که عملیات کشتی سازی و انبار را متحول کرد. با این حال، جرثقیل برجی همانطور که امروزه به رسمیت شناخته می شود - یک بازوی چرخان که بر روی یک دکل عمودی نصب شده است - توسط مهندس آلمانی هانس لیبهر، که اولین جرثقیل برجی تجاری را در 1949 در تلاش بازسازی آلمان پس از جنگ. شرکت او، Liebherr، تا به امروز یکی از بزرگترین تولید کنندگان جرثقیل برجی در جهان باقی مانده است.

انواع جرثقیل برای ساخت و ساز

همه جرثقیل های ساختمانی تاور کرین نیستند. نوع صحیح جرثقیل به محدوده پروژه، محدودیت های سایت، ارتفاع بالابر مورد نیاز و ظرفیت بار بستگی دارد. انواع اصلی جرثقیل های مورد استفاده در سایت های ساختمانی عبارتند از:

جرثقیل برجی سر چکشی

این جرثقیل برجی سر چکشی - همچنین جرثقیل با چرخش بالا یا زین زین نامیده می شود - شناخته شده ترین شکل است. این دارای یک بازوی افقی و یک جک متقابل با طول تقریباً مساوی است که از یک حلقه چرخان مرکزی در بالای دکل امتداد یافته است و به آن شکل T مشخصی را می دهد که در خطوط افق شهری در سراسر جهان قابل مشاهده است. چرخ دستی در امتداد بازو حرکت می کند تا بارها را در شعاع های متغیر تا حداکثر دستیابی بازو قرار دهد که می تواند از 80 متر در مدل های بزرگ جرثقیل های سر چکشی برای ساخت و سازهای بلند به دلیل نمودار بار قابل پیش بینی و عملکرد ساده در فضای به هم ریخته هوا مورد علاقه هستند.

تاور کرین فلت بالا

این تاور جرثقیل تخت (همچنین با سقف صاف یا خود برافراشته، بسته به نوع آن) قاب سنتی A یا راس بالای حلقه چرخان را حذف می کند. نتیجه یک پروفیل کلی پایین تر است، که به طور قابل توجهی حداقل فاصله مورد نیاز بین جرثقیل های مجاور را در یک مکان تنگ کاهش می دهد - دلیل اصلی تسلط طرح های بالای تخت در پروژه های مرکز شهر است که در آن جرثقیل های برجی متعدد باید در مجاورت نزدیک کار کنند. مونتاژ و جداسازی قطعات نیز به دلیل عدم وجود ساختار بالای قاب سریعتر است.

تاور کرین ریلی

A تاور کرین ریلی در امتداد یک مسیر ثابت که در سطح زمین قرار گرفته است، حرکت می کند و دسترسی عمودی یک جرثقیل برجی را با تحرک افقی در تمام طول یک سازه ترکیب می کند. این پیکربندی به‌ویژه در محوطه‌های کشتی‌سازی، تأسیسات بتنی پیش‌ساخته و پروژه‌های ساخت‌وساز خطی مانند راهروها یا ساختمان‌های صنعتی طولانی مؤثر است. گیج ریل، ظرفیت باربری مسیر و سرعت حرکت باید به عنوان بخشی از طرح سایت مهندسی شود.

تاور کرین Luffing Jib

در جایی که مرزهای سایت یا محدودیت‌های فضای هوایی مانع از چرخش آزادانه بازوی افقی می‌شود، جرثقیل بازویی به جای استفاده از چرخ دستی، بازوی خود را از طریق یک قوس بالا و پایین می‌آورد. این به طور چشمگیری شعاع چرخشی مورد نیاز را کاهش می‌دهد و امکان عملیات ایمن در کنار دیوارهای مرزی، سایر جرثقیل‌ها یا دالان‌های فضای هوایی محافظت‌شده را فراهم می‌کند - یک نیاز رایج در مکان‌های محدود مرکز شهر.

جرثقیل متحرک و جرثقیل خزنده

فراتر از جرثقیل های برجی، جرثقیل های تلسکوپی متحرک (کامیون سوار) و جرثقیل های خزنده (زیرگاه های ردیابی شده) آسانسورهایی را کنترل می کنند که نیاز به جابجایی بین میله ها دارند یا در خارج از پوشش تاور کرین قرار می گیرند. جرثقیل‌های متحرک در هنگام نصب جرثقیل برجی ضروری هستند، بخش‌های دکل و اجزای ساختاری را قبل از اینکه مکانیسم خودبالا به کار گرفته شود، در موقعیت خود قرار می‌دهند.

قطعات جرثقیل ساختمانی

درک اجزای کلیدی یک جرثقیل برجی نحوه عملکرد آن و نحوه کمک هر عنصر به بلند کردن ایمن و کارآمد را روشن می کند.

• دکل (برج): این vertical steel lattice structure that gives the crane its height. Standard mast sections are typically قد 3-6 متر و در حین نعوظ به هم پیچ یا سنجاق می شوند. دکل تمام بارها - از جمله باد - را به فونداسیون منتقل می کند.
• واحد چرخشی: این یاتاقان حلقه ای موتوری که در بالای دکل نصب شده است به کل ساختار فوقانی اجازه می دهد تا 360 درجه بچرخد. موتور چرخان و چرخ دنده معمولاً سرعت چرخش 0.6-0.8 دور در دقیقه را ارائه می دهند.
• جیب (بوم جرثقیل): این horizontal working arm that extends outward from the slewing unit. The بوم یک جرثقیل چرخ دستی و طناب بالابر را حمل می کند. طول جک معمولاً بسته به مدل بین 40 تا 80 متر است.
• ضد جیب: این shorter rear arm that carries the counterweights — typically heavy concrete or steel blocks — to balance the load on the working jib. Counterweight masses range from a few tonnes on small cranes to over 20 tonnes on large hammerhead models.
• چرخ دستی: برای تغییر شعاع بار (فاصله از مرکز دکل تا قلاب) به صورت افقی در امتداد بازوی حرکت می کند. سرعت چرخ دستی معمولاً در جرثقیل های مدرن بین 20 تا 80 متر در دقیقه است.
• بلوک قلاب و طناب بالابر: این hook hangs from a steel wire rope wound onto the hoist drum. The hoist motor raises and lowers the load; hoist speeds commonly reach 60–120 m/min at single-line pull.
• کابین تاور کرین: این enclosed operator cabin, positioned at the top of the mast just below or alongside the slewing unit. The کابین تاور کرین شامل تمام کنترل های عملیاتی، نمایشگرهای نظارت بر بار، بازخوانی های بادسنج و تجهیزات ارتباطی است. اکثر کابین‌های مدرن دارای کنترل آب و هوا و صندلی‌های ارگونومیک برای کاهش خستگی اپراتور در شیفت‌هایی هستند که به طور منظم بیش از 8 ساعت هستند.
• قاب کوهنوردی (قفس کوهنوردی هیدرولیک): این mechanism that allows the crane to grow with the building. A hydraulic ram pushes the upper crane structure upward by one mast section height, after which a new mast section is inserted below. This process — called "jumping" — can be completed in 2–4 hours by an experienced crew.
• لنگر پایه: این crane's base — either a concrete ballast cruciform or a cast-in foundation bolt cage anchored into the site's structural slab or a dedicated pad. Foundation design must account for the maximum overturning moment at full jib load and in maximum design wind conditions.

جرثقیل ها چگونه کار می کنند

یک تاور کرین با ترکیب سه حرکت همزمان کار می کند - بالا بردن (بالا بردن بار به صورت عمودی)، کشتن (چرخش افقی بازوی)، و واگن برقی (حرکت بار به صورت شعاعی در امتداد بازویی) - برای قرار دادن بار در هر نقطه ای از پوشش عملیاتی آن با دقت میلی متری.

این physics underlying crane operation is moment balancing. The rated load capacity at any given radius is determined by the maximum allowable bending moment at the slewing ring — meaning a crane with a 6-tonne tip capacity at 60 metres radius may lift significantly more weight closer to the mast. This is expressed in the crane's load chart, which operators must consult before every pick.

جرثقیل های برجی مدرن مجهز به محدود کننده لحظه بار (LML) و دستگاه‌های ضد دو بلوک که از تجاوز تصادفی اپراتور از ظرفیت نامی جرثقیل یا وارد کردن بلوک قلاب به ساختار بازوی جلوگیری می‌کند. درایوهای فرکانس متغیر (VFD) در موتورهای بالابر و slew شتاب و کاهش سرعت نرمی را ارائه می دهند و نوسان بار را کاهش می دهند و زمان چرخه را بهبود می بخشند.

جرثقیل ها چگونه تغذیه می شوند؟ تقریباً تمام جرثقیل‌های برجی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، از طریق کابل انتهایی یا اتصال دائمی به تابلوی توزیع سایت، انرژی الکتریکی می‌گیرند. یک جرثقیل سر چکشی با اندازه متوسط معمولاً نیاز به یک 50-100 کیلو ولت آمپر تامین سه فاز سیستم‌های محرک الکتریکی به دلیل بهره‌وری انرژی، کنترل دقیق سرعت و مناسب بودن برای ترمز احیاکننده - که در آن انرژی ناشی از کاهش بارها به شبکه بازگردانده می‌شود- نسبت به جایگزین‌های هیدرولیک یا دیزلی برای کاربردهای جرثقیل برجی ترجیح داده می‌شوند.

نصب جرثقیل برجی: جرثقیل ها چگونه برپا می شوند

نصب تاور کرین یک عملیات دقیق توالی است که معمولا طول می کشد 1-3 روز برای یک جرثقیل مستقل استاندارد، بسته به مدل و شرایط سایت. درک فرآیند روشن می کند که چرا برنامه ریزی نعوظ به اندازه هر مرحله دیگری از برنامه پروژه مهم است.

1. آماده سازی فونداسیون: یک بلوک لنگر بتنی - معمولاً با پیچ‌های لنگر یا یک قفس پیچ از پیش مهندسی شده که توسط سازنده جرثقیل مشخص شده است تقویت می‌شود - هفته‌ها قبل به داخل زمین یا داخل دال سازه‌ای ساختمان ریخته می‌شود تا عمل آوری کافی را فراهم کند.
2. مجموعه پایه دکل: این first mast sections are lowered onto the foundation bolts and plumbed precisely vertical using a spirit level or digital inclinometer. Deviation tolerance is typically less than 1 mm per metre of mast height.
3. نصب قاب کوهنوردی: این hydraulic climbing cage is fitted around the mast at the base of the upper structure, ready to lift each new section into position.
4. واحد چرخشی، کابین و مجموعه بازویی: یک جرثقیل متحرک حلقه چرخان، کابین اپراتور، وزنه‌های متقابل (با وزنه‌های تعادل نصب شده)، و سپس بخش‌های بازویی را در موقعیت خود بلند می‌کند. بازو بر روی زمین مونتاژ می شود و بسته به طول آن به صورت تک واحدی یا در بخش هایی بلند می شود.
5. آبگیری و راه اندازی: این hoist rope is threaded through the trolley and hook block, all electrical connections are made, and the crane undergoes function testing, load testing, and safety system verification before the handover certificate is issued.

همانطور که ساختمان بالا می رود، جرثقیل با آن رشد می کند فرآیند خود صعود (پرش). : قوچ هیدرولیک گسترش می یابد، ساختار فوقانی روی پین های صعود نگه داشته می شود در حالی که یک قسمت دکل جدید به موقعیت زیر لغزیده می شود و جرثقیل روی قسمت جدید پایین می آید. این چرخه هر چند طبقه تکرار می شود، معمولاً هر زمان که سازه ساختمان از ارتفاع قلاب ایستاده جرثقیل فراتر رود.

ارتفاع جرثقیل و وزن جرثقیل چقدر است

این ارتفاع جرثقیل در یک سایت ساخت و ساز ثابت نیست - با پیشرفت پروژه رشد می کند. یک جرثقیل برجی مستقل معمولی می تواند بین آنها بایستد 50 و 80 متر بدون اتصال به سازه هنگامی که جرثقیل در فواصل منظم (معمولاً هر 20 تا 30 متر دکل) به ساختمان متصل می شود، می تواند تا چند صد متر گسترش یابد. بلندترین جرثقیل های برجی که تا به حال در ساخت و ساز استفاده شده اند به ارتفاعات آزاد رسیده اند 100 متر ، با ارتفاع قلاب در جرثقیل های بسته بیش از 300 متر در پروژه های آسمان خراش های فوق العاده.

این weight of a tower crane varies significantly with size and type. A compact self-erecting crane may weigh as little as 3-5 تن ، در حالی که یک جرثقیل بزرگ چکشی می تواند سنگین باشد 200 تن زمانی که تمام بخش های دکل، وزنه های تعادل و اجزای بازویی گنجانده شده باشد. سری Liebherr EC-B و سری Potain MDT - که هر دو تولید کننده جرثقیل برجی معمولی در انتهای بازار هستند - معمولاً در پیکربندی سایت بین 40 تا 120 تن وزن دارند.

چگونه اپراتورهای جرثقیل به اوج می رسند

دسترسی به کابین تاور کرین یکی از جنبه های کمتر مورد بحث اما بسیار واقعی کار جرثقیل است. اپراتورهای جرثقیل چگونه به اوج می رسند؟ تقریباً در تمام جرثقیل‌های برجی، دسترسی از طریق یک نردبان عمودی ثابت در داخل یا در کنار دکل، با سکوهای استراحت در فواصل منظم - معمولاً هر 6 متر، مربوط به اتصالات بخش دکل است. در جرثقیل های بلند، اپراتورها ممکن است بالا بروند 150-250 پله یا بیشتر در شروع هر شیفت

برخی از جرثقیل های برجی مدرن، به ویژه در سازه های بسیار بلند یا در بازارهایی با استانداردهای رفاهی قوی کار، مجهز به یک بالابر پرسنل دکل نوردی - یک ماشین کوچک محصور که از قسمت بیرونی دکل حرکت می کند و نیازهای فیزیکی بالا رفتن از نردبان را از بین می برد. با این حال، این هزینه را افزایش می دهد و نیاز به تعمیر و نگهداری اضافی دارد، بنابراین بسیاری از سایت ها - به ویژه در بازارهای در حال توسعه - همچنان به دسترسی نردبانی متکی هستند.

اپراتورها معمولاً یک شیفت کامل را صرف می کنند 8-10 ساعت - در کابین بدون پایین آمدن. وعده‌های غذایی، آب و در برخی موارد سرویس‌های بهداشتی یا در شروع شیفت بالا آورده می‌شوند یا از طریق طناب بالابر در یک سطل تامین می‌شوند. بنابراین مدیریت خستگی بخش اصلی برنامه‌ریزی عملیات جرثقیل است.

تاور کرین سازندگان: چه کسی جرثقیل های ساختمانی جهان را می سازد

این global market for tower cranes is served by a relatively small number of dominant manufacturers, though the competitive landscape has expanded significantly with the growth of Chinese production.

• لیبهر (آلمان): نام پایه‌گذاری در جرثقیل‌های برجی مدرن در نظر گرفته می‌شود و طیف کاملی از مدل‌های خود نصب تا جرثقیل‌های چکشی سنگین با ظرفیت نوک تا ۶۴ تن را تولید می‌کند.
• Manitowoc / Potain (فرانسه/ایالات متحده آمریکا): پوتین بزرگترین برند جرثقیل برجی در جهان با پایه نصب شده است، که در تمام بازارهای بزرگ جهانی، صفحه تخت MDT و MCT را ارائه می دهد.
• Terex Comedil (ایتالیا): متخصص در جرثقیل های سقفی صاف و بازویی که به ویژه در بازارهای اروپا و استرالیا محبوب هستند.
• ولفکران (آلمان): شناخته شده برای جرثقیل های چکشی سنگین و مدل های تخصصی با ظرفیت بالا برای کاربردهای صنعتی و زیرساختی.
• XCMG، Zoomlion، SANY (چین): تولیدکنندگان مستقر در چین به سرعت حضور جهانی جرثقیل خود را گسترش داده اند و قیمت رقابتی را در تمام دسته های جرثقیل ارائه می دهند و اکنون سهم قابل توجهی از تحویل جرثقیل های جدید در آسیا، خاورمیانه و آفریقا را به خود اختصاص داده اند.

هنگام انتخاب یک سازنده جرثقیل برجی، تیم های تدارکات باید نه تنها قیمت واحد را ارزیابی کنند، بلکه باید قیمت واحد را نیز ارزیابی کنند در دسترس بودن قطعات محلی، پوشش شبکه خدمات، زمان انجام قطعات دکل، و ارزش فروش مجدد - همه آنها می توانند به طور قابل توجهی بر هزینه کل مالکیت در یک پروژه چند ساله تأثیر بگذارند.

برنامه ریزی جرثقیل بلند مرتبه: ملاحظات جرثقیل در محل ساخت و ساز

موقعیت یابی الف جرثقیل در یک سایت ساخت و ساز - به ویژه برای یک جرثقیل بلند کاربرد - قبل از شکستن زمین به تحلیل مهندسی نیاز دارد. متغیرهای کلیدی برنامه ریزی عبارتند از:

• تجزیه و تحلیل پوشش: این crane's jib must reach every point of the building footprint plus key laydown areas. For large or irregularly shaped buildings, multiple cranes may be required, demanding careful airspace coordination to prevent jib collision.
• ادغام ساختاری: برای جرثقیل های متصل در سازه های بلند، قاب های اتصال باید در نقشه های سازه ساختمان در سطوح مناسب طبقه طراحی شوند. هر کراوات بارهای افقی چند صد کیلونیوتونی را به چارچوب ساختمان منتقل می کند.
• صعود داخلی در مقابل خارجی: در ساختمان‌های فوق‌العاده، جرثقیل‌ها اغلب در داخل شفت هسته ساختمان «پرش» می‌شوند - جرثقیل درون هسته بالابر قرار می‌گیرد و با استفاده از دیواره‌های هسته به عنوان نقاط لنگر بالا می‌رود. این کار جرثقیل را از بارهای شدید باد در ارتفاع محافظت می کند و از نیاز به براکت های خارجی در نمای ساختمان جلوگیری می کند.
• برنامه ریزی جداسازی قطعات: در ساختمان های بلند، جرثقیل را نمی توان به سادگی برعکس جدا کرد. یک "جرثقیل نجات" کوچکتر یا یک جرثقیل در حال بالا رفتن از ساختار سقف اغلب مورد نیاز است - فرآیندی که باید از ابتدا برنامه ریزی شود.
• محدودیت سرعت باد: جرثقیل های برجی حداکثر سرعت باد عملیاتی را تعریف کرده اند - معمولا 72 کیلومتر در ساعت (20 متر بر ثانیه) - و درجه بندی بادهای خارج از سرویس که تعیین می کند که چه زمانی جرثقیل باید در حالت حرکت آزاد رها شود تا بازوی آن در باد باشد. در ارتفاعات قابل توجه، سرعت باد به طور مداوم بالاتر از سطح زمین است و داده های بادسنج را به ورودی عملیاتی حیاتی تبدیل می کند.

سوالات متداول در مورد جرثقیل های ساختمانی

• تفاوت بین سر چکشی و تاور کرین تخت در چیست؟

  جرثقیل سر چکشی دارای یک قاب A ساختاری یا راس بالای حلقه چرخان است که طناب های آویز از آن مهار را پشتیبانی می کنند. یک جرثقیل سقفی تخت چنین راس ندارد - بازوی توسط یک ساختار وتر داخلی پشتیبانی می شود - به آن مشخصات کلی پایین تری می دهد. جرثقیل های تخت در جایی ترجیح داده می شوند که چندین جرثقیل باید در مجاورت کار کنند زیرا بازوهای آنها می توانند در اختلاف ارتفاع کمتر از روی یکدیگر عبور کنند.

• تاور کرین چقدر می تواند بلند شود؟

  یک جرثقیل برجی به صورت مستقل بسته به مدل و طراحی فونداسیون معمولاً به 50 تا 80 متر محدود می شود. هنگامی که در فواصل منظم به سازه ساختمان متصل می شود، هیچ حد بالایی عملی که توسط خود جرثقیل دیکته می شود وجود ندارد - جرثقیل ها در پروژه های فوق بلند در ارتفاع قلاب بیش از 600 متر از سطح زمین کار می کنند.

• جرثقیل ها در یک سایت ساختمانی چگونه نیرو می گیرند؟

  جرثقیل های برجی تقریباً به طور کلی دارای انرژی الکتریکی هستند و از طریق یک کابل عقب که با بالا رفتن جرثقیل رشد می کند، به صفحه توزیع سایت متصل می شوند. نیازهای تامین برق از حدود 30 کیلو ولت آمپر برای مدل های کوچک خود نصب تا بیش از 200 کیلو ولت آمپر برای جرثقیل های سر چکشی بزرگ با بالابرهای پر سرعت متغیر است.

• چه مدت طول می کشد تا جرثقیل برجی نصب شود؟

  جرثقیل برجی مستقل استاندارد را می توان در عرض 1 تا 3 روز توسط یک خدمه مجرب با استفاده از جرثقیل متحرک نصب کرد، با این فرض که لنگر فونداسیون از قبل در محل قرار دارد. مدل‌های خود نصب با بازه‌های تاشو را می‌توان در کمتر از 20 تا 30 دقیقه یک بار در محل نصب کرد. جداسازی مونتاژ به زمان مشابهی برای نصب نیاز دارد.

• چه کسی تاور کرین مدرن را اختراع کرد؟

  هانس لیبهر با ساخت اولین جرثقیل برجی مدرن موفق تجاری در سال 1949 اعتبار دارد که برای کمک به بازسازی سریع شهرهای آلمان پس از جنگ جهانی دوم طراحی شد. طراحی او - ترکیب یک بازوی چرخان با یک دکل خودبالا - الگویی را ایجاد کرد که تمام جرثقیل های برجی بعدی از آن پیروی کردند.