DE2121288A1 - Lifting crane with horizontal boom and trolley - Google Patents
Lifting crane with horizontal boom and trolleyInfo
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Description
Dipl. Phys. Dr. rer. nat Wolfgang KempeDipl. Phys. Dr. rer. nat Wolfgang Kempe
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"Hebekran mit horizontalem Auslegearm und Laufkatze""Lifting crane with horizontal boom and trolley"
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hebekran mit einem im wesentlichen horizontalen Auslegearm, dessen Gitterfachwerk wenigstens eine obere und eine untere längs verlaufende Rahraenstrebe aufweist, die durch Verbindungsstreben miteinander verbunden sind, wobei mindestens eine Rahmenstrebe gleichzeitig als Schiene für eine Laufkatze ait Laufrädern und einer Vorrichtung zum Heben und Senken von Lasten dient.The invention relates to a lifting crane with a substantially horizontal boom, the lattice framework has at least one upper and one lower longitudinal Rahraenstrebe, which are connected to each other by connecting struts are connected, with at least one frame strut at the same time as a rail for a trolley ait running wheels and a device for lifting and lowering loads is used.
Die Rahmenstreben von Hebekränen der vorgenannten Art, dieThe frame struts of lifting cranes of the aforementioned type, the
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gleichzeitig als Schienen für die Laufkatze dienen, bestehen bis zum heutigen Tage aus Walzprofilen mit scharfen Kanten. Diese Kräne zeigen im wesentlichen zwei Nachteile: Einmal erzeugen die scharfkantigen Profile eine große Windbelastung, und zum anderen können die als Schienen dienenden scharfkantigen Rahmenstreben aufgrund geometrischer Bedingungen nicht zentrisch mit diagonal oder horizontal verlaufenden Streben verbunden werden, da die resultierenden Spannungsanhäufungen in den Verbindungsstellen insbesondere vom Gesichtspunkt der Ermüdung aus ein Risiko einschließen. Zentrische Verbindungen sollen hier so verstanden werden, daß die Schwerpunktsachsen der horizontal und diagonal verlaufenden Streben die Schwerpunktsachse der Schiene schneiden.also serve as rails for the trolley to this day made of rolled sections with sharp edges. These cranes have two main drawbacks: One The sharp-edged profiles generate a large wind load, and on the other hand, the sharp-edged rails used as rails can Due to geometrical conditions, frame struts are not centric with diagonal or horizontal struts Struts are connected, as the resulting stress accumulations in the joints are particularly from the point of view Including a risk of fatigue. Centric connections should be understood here in such a way that the centroid axes the horizontal and diagonal struts intersect the center of gravity of the rail.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Hebekran zu entwickeln, bei dem diese Nachteile vermieden sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die als Schienen dienenden Rahmenstreben aus Rohren oder massiven Stangen mit kreisförmigem Querschnitt bestehen und mit den Verbindungsstreben so verbunden sind, daß sich ihre Schwerpunktsachsen schneiden, und daß das Laufrad und die Schiene derart zueinander angeordnet sind, daß die von dem Laufrad auf die Schiene ausgeübte Gesamtkraft ebenfalls die Schwerpunktsachse der Schiene schneidet.The invention was based on the object of developing a lifting crane, in which these disadvantages are avoided. This object is achieved according to the invention in that the rails Serving frame struts consist of tubes or solid rods with a circular cross-section and are connected to the connecting struts in such a way that their centers of gravity cut, and that the impeller and the rail are arranged to each other that the of the impeller on the rail total force exerted also intersects the center of gravity of the rail.
Um den Hintergrund der Erfindung und den Effekt, der durch die Erfindung erreicht wird, zu illustrieren, und um die Bedeutung der Windbelastung und der zentrischen Verbindung zu zeigen, soll folgendes erklärt werden.In order to illustrate the background of the invention and the effect achieved by the invention, and to show the importance of the wind load and the centric connection, the following should be explained.
In der Bauindustrie geht die Entwicklung kontinuierlich zuThe development in the construction industry is continuous
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vorfabrizierten Wand- und Raumeinheiten, die mit Hilfe von Hebekränen an ihren Platz in dem im Bau befindlichen Gebäude gehoben werden. Dieses Verfahren erfordert Baukräne mit großer Hubleistung, großer Reichweite und großer Hubhöhe. Diese Entwicklung beschränkt sich nicht auf ein einzelnes Land, sondern kann auf internationaler Ebene beobachtet werden. Prefabricated wall and room units, which are brought into place in the building under construction with the help of lifting cranes be lifted. This method requires construction cranes with high lifting capacity, long reach and high lifting height. This development is not limited to a single country, but can be observed on an international level.
Baukräne, die den vorgenannten Anforderungen entsprechen, werden bis heute nach den bekannten Konstruktionsprinzipien dimensioniert. Infolgedessen haben derartige Kräne, insbesondere die großen Baukräne, ein unverhältnismäßig schweres Konstruktionsgewicht. Die Dimensionierungsfaktoren für derartige Baukräne sind unter anderem die Reichweite, die Hubleistung und die Windbelastung. Die Windgeschwindigkeiten wachsen mit der Höhe über dem Erdboden und demzufolge vergrößert sich auch der Abstand zwischen dem Fundament des Kranes und dem Zentrum für die Angriffsfläche der Windkraft an einem Baukran mit wachsender Bauhöhe. Infolge dieser beiden Umstände erlangt die Windbelastung wachsende Bedeutung bei hohen Baukränen. Deshalb wurden Versuche angestellt, um neue Konstruktionsprinzipien zu finden, die es möglich machen, die Windbelastung zu verringern. Einen wesentlichen Teil der Gesamtfläche des Baukranes, die dem Wind ausgesetzt ist, stellt der Auslegearm dar.Construction cranes that meet the aforementioned requirements are still dimensioned according to the known construction principles. As a result, such cranes, especially the large construction cranes, have a disproportionately heavy construction weight. The dimensioning factors for such construction cranes include the range, the lifting capacity and the wind load. The wind speeds increase with the height above the ground and consequently also increase The distance between the foundation of the crane and the center for the contact surface of the wind power on a construction crane with increasing Construction height. As a result of these two circumstances, the wind load is becoming increasingly important with tall construction cranes. That's why Attempts were made to find new design principles that would make it possible to reduce the wind load. The extension arm represents a significant part of the total area of the construction crane that is exposed to the wind.
Auslegearme weisen üblicherweise drei cder vier horizontal verlaufende Rahmenstreben auf, je nach^dem, ob der Querschnitt dreieckig oder rechteckig ist. Die Rahmenstreben sind durch diagonal verlaufende Streben untereinander verbunden. Die untere Rahmenstrebe oder die unteren Rahmenstreben bilden gleichzeitig einen Schienenweg für die Laufkatze.Extension arms usually have three or four horizontally extending arms Frame struts on, depending on whether the cross-section is triangular or rectangular. The frame struts are connected to one another by diagonal struts. The lower one Frame strut or the lower frame struts form at the same time a railroad for the trolley.
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Um auch als Schienenweg dienen zu können, bestehen die Rahnienstreben bei den bekannten Ausführungsformen aus scharfkantigen Walzprofilträgern. Bei den hier zur Diskussion stehenden Krangrößen beträgt die Querschnittshöhe derartiger Träger, die der Windbelastung ausgesetzt ist, zwischen 200 und 250 mm. Bei einem Kran mit großer Reichweite bieten die Rahmenstret-en des Auslegearmes dem Wind somit eine große Angriffsfläche.In order to be able to serve as a railroad track, the Rahnien struts exist in the known embodiments made of sharp-edged rolled profile beams. For the crane sizes under discussion here the cross-sectional height of such beams, which is exposed to the wind load, is between 200 and 250 mm. at The frame steps of the Extension arm gives the wind a large target area.
Der Luftwiderstandskoeffizient, der von der Querschnittsform abhängt, variiert für Streben mit scharfen Querschnittskanten zwischen 1,8 und 2,0. Dies gilt für alle Fälle, unabhängig von der Windgeschwindigkeit. Den Luftwiderstandskoeffizienten c er-The drag coefficient, which depends on the cross-sectional shape, varies for struts with sharp cross-sectional edges between 1.8 and 2.0. This applies in all cases, regardless of the wind speed. The drag coefficient c
hält man aus der Beziehung P=c«A*v , worin P die auf ein Objekt wirkende Windkraft, A die Fläche des Objektes in Windrichtung betrachtet und ν die Windgeschwindigkeit ist. für Streben mit kreisförmigem Querschnitt und Durchmessern, wie sie hier interessieren, nimmt der Luftwiderstandskoeffizient von ungefähr 1,2 bei unterkritischer Strömung (bei Windgeschwindigkeiten unterhalb ungefähr 35m/Sek.) bis zwischen 0,7 und 0,4 bei überkritischer Strömung ab. Bei zunehmender Windgeschwindigkeit nimmt der Koeffizient bis zum Grenzwert von ungefähr 0,4 ab. Gemäß schwedischer Kranbauvorschriften müssen Kräne, die höher als 30 m sind, für überkritische Windgeschwindigkeiten dimensioniert werden. Auf einigen Exportmärkten sind die Kräne Windgeschwindigkeiten ausgesetzt, die diejenigen in Schweden beträchtlich übersteigen.one holds from the relation P = c «A * v, where P refers to an object effective wind force, A is the area of the object in the direction of the wind and ν is the wind speed. for Struts with a circular cross-section and diameters, as you are interested in here, take the drag coefficient of about 1.2 with subcritical flow (at wind speeds below about 35m / sec.) to between 0.7 and 0.4 in the case of supercritical flow. With increasing Wind speed, the coefficient decreases up to the limit value of approximately 0.4. According to Swedish crane building regulations Cranes that are higher than 30 m are dimensioned for supercritical wind speeds. In some export markets the cranes are exposed to wind speeds considerably higher than in Sweden.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß Baukräne im allgemeinen für eine Höhe von 30 rc und mehr konstruiert werden, ist es verständlich, daß die Windbelastung für einen Kran um einen beträcht-In view of the fact that construction cranes are generally designed for heights of 30 rc and more, it is understandable that the wind load for a crane is considerably
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lichen Grad dadurch reduziert werden kann, daß der Auslegearm mit Rahmenstreben von runder Form versehen wird. Die Angriffsfläche von runden Rohren ist außerdem wesentlich kleiner als die von scharfkantigen Profilstreben, die die gleiche Tragfähigkeit haben.Union degree can be reduced in that the extension arm is provided with frame struts of round shape. the The attack surface of round tubes is also much smaller than that of sharp-edged profile struts, which the have the same load-bearing capacity.
Eine Folge der Konstruktionsprinzipien bei den bekannten Kränen ist, daß es beim Verbinden von Streben an den Anschlußstellen mit den Rahmenstreben, die gleichzeitig als Schienenweg für die Laufkatze dienen, stets Anlaß zum Entstehen von lokalen Spannungen gibt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die scharfkantigen Rahmenstreben infolge geometrischer Bedingungen nicht zentrisch mit den diagonal und horizontal verlaufenden Streben verbunden werden können.A consequence of the design principles in the known cranes is that when connecting struts at the connection points with the frame struts, which also serve as a rail track for the trolley, always give rise to local tension there. The reason for this is that the sharp-edged frame struts as a result of geometric conditions cannot be connected centrally with the diagonal and horizontal struts.
Bei dem erfindungsgemäßen Hebekran sind die als Schienen wir-In the lifting crane according to the invention, the rails that are effective
kenden Rahmenstreben kreisförmige Rohre. Die Räder der Laufkatze laufen auf der oberen Fläche dieser Rohre.kenden frame struts circular tubes. The trolley wheels run on the upper surface of these tubes.
Das gemäß der Erfindung angewandte Konstruktionsprinzip hat eine ideale Verbindungsgeometrie zur Folge. Die Schwerpunktachsen aller in einer Verbindungsstelle zusammenlaufenden Streben und die von den Rädern der Laufkatze auf die Schienen übertragenen Kräfte treffen sich alle in einem einzigen Punkt, so daß auf die Verbindungsstelle kein Drehmoment einwirkt. Die diagonal und vertikal verlaufenden Streben sind an ihren Enden abgeflacht, so daß es dem auf der Schiene rollenden Laufrad möglich ist, an der Verbindungsstelle vorbei zu laufen.The construction principle used according to the invention results in an ideal connection geometry. The axes of gravity all struts converging in a connection point and those from the wheels of the trolley onto the rails The transmitted forces all meet in a single point, so that no torque acts on the connection point. The diagonal and vertical struts are flattened at their ends, so that it is the running wheel rolling on the rail is possible to walk past the junction.
Bei der Verwendung von kreisförmigen Standardrohren als Schienen· und Rahmenstreben erhält man ferner einige andare Vorteile.Using standard circular tubes as the rails and frame struts also provides several other advantages.
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So sind kreisförmige Rohre ,beispielsweise in Bezug auf das Verbiegen oder Ausknicken stets äußerst vorteilhaft. Angesichts der Tatsache, daß Rohre mit einem gegebenen Außendurchmesser mit unterschiedlichen Wanddicken auf Lager gehalten werden, kann die Tragfähigkeit eines Auslegearmes oder eines Teiles davon bei gleichbleibenden Außenabmessungen in weiten Grenzen angepaßt werden. Kreisförmige Rohre sind vom Gesichtspunkt der Korrosion und Instandhaltung ebenfalls vorteilhafter als die bisher verwendeten Profile.So are circular tubes, for example in relation to the Bending or buckling is always extremely beneficial. Given that pipes with a given outside diameter are kept in stock with different wall thicknesses, the load-bearing capacity of an extension arm or a part of which can be adapted within wide limits while maintaining the same external dimensions. Circular tubes are from the point of view of Corrosion and maintenance are also more beneficial than the previously used profiles.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.Further details of the invention are given below with reference to an embodiment shown in the drawing described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Auslegearmes mit der Laufkatze;Fig. 1 is a side view of a portion of an inventive Cantilever arm with the trolley;
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1 undFig. 2 shows a cross section according to line II-II in Fig. 1 and
Fig. 3 einen Querschnitt durch die linkseitige Verbindungsstelle in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.3 shows a cross section through the connection point on the left in FIG. 2 on an enlarged scale.
Der Auslegearm weist drei parallel verlaufende Rahmenstreben 1, 2 und 3 auf, die Rohre mit kreisförmigem Querschnitt sind. Diese Streben sind untereinander durch Verbindungsstreben 4, und 6 verbunden, wobei die Streben 4 die Rahmenstreben 1 und auf der einen Seite des Auslegearmes und die Streben 5 die Rahmenstreben 1 und 3 auf der anderen Seite des Auslegearmes verbinden. Die horizontal verlaufenden Verbindungsstreben 6 verbinden die unteren Rahmenstreben 2 und 3 des Auslegearmes. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, übersteigt die Höhe des Auslegearmes dessen Breite. Die Verbindungsstreben sind an den Rahmenstre-The extension arm has three parallel frame struts 1, 2 and 3, which are tubes of circular cross-section. These struts are interconnected by connecting struts 4, and 6 connected, the struts 4, the frame struts 1 and on one side of the extension arm and the struts 5 the Connect frame struts 1 and 3 on the other side of the extension arm. The horizontal connecting struts 6 connect the lower frame struts 2 and 3 of the extension arm. As can be seen from Fig. 2, the height of the extension arm exceeds its width. The connecting struts are on the frame struts
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ben in Verbindungsstellen befestigt. 7 bezeichnet eine Verbindungsstelle, in welcher sich zwei Streben 4 und eine oder mehrere Streben 6 treffen. In jeder Verbindungsstelle sind die sich treffenden Verbindungsstreben und Rahmenstreben so zueinander angeordnet, daß sich ihre Schwerkpunktsachsen in einem Punkt schneiden. Bei der Verbindungsstelle 7 gehen beispielsweise die Schwerpunktsachsen 4A der Streben 4, die Schwerpunktsachse 2A der Rahmenstrebe 2 und die Schwerkpunktsachse oder -achsen 6A der Strebe oder Streben 6 durch einen gemeinsamen Punkt 8.ben attached in connection points. 7 denotes a junction, in which two struts 4 and one or more struts 6 meet. In each junction are the connecting struts and frame struts that meet each other are arranged in such a way that their centers of gravity are in cut at a point. At the connection point 7, for example, the center of gravity axes 4A of the struts 4, which Center of gravity axis 2A of the frame strut 2 and the center of gravity axis or axes 6A of the strut or struts 6 through a common point 8.
Unterhalb des Auslegearmes ist eine Laufkatze 11 mit abwärts gerichteten Armen 17 und 18 vorgesehen, die Laufräder 12 aufweist, welche unmittelbar auf den unteren Rahmenstreben 2 bzw. 3 laufen. Die Laufkatze 11 trägt an Drähten 13 eine Vorrichtung 14 zum Heben und Senken von Lasten. Die Laufkatze 11 wird horizontal durch Seile 15 und 16 bewegt. Infolge der runden Querschnittsform der unteren Rahmenstreben 2 und 3 ist die Gesamtkraft F, die von den Laufrädern 12 auf die Rahmenstreben ausgeübt wird, durch die Schwerpunktsachse der entsprechenden Rahmenstrebe gerichtet.Below the extension arm, a trolley 11 with downwardly directed arms 17 and 18 is provided, which has running wheels 12, which are placed directly on the lower frame struts 2 resp. 3 run. The trolley 11 carries a device 14 on wires 13 for lifting and lowering loads. The trolley 11 is moved horizontally by ropes 15 and 16. As a result of The round cross-sectional shape of the lower frame struts 2 and 3 is the total force F exerted by the running wheels 12 on the frame struts is exercised, directed through the center of gravity of the corresponding frame strut.
Indem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Laufräder 12 so geneigt, daß der Winkel ex zwischen dem Rahmenstrebenradius durch den Berührungspunkt des Laufrades und horizontalen Ebene ein spitzer Winkel ist. Der Winkel kann jedoch o.uch ein rechter oder stumpfer Winkel sein. Die Verbindungsstreben, die in dem Ausführungsbeispiel Rohre mit kreisförmigem Querschnitt sind, sind an den Verbindungsstellen mit den als Schienen dienenden Rahmenstreben 2 und 3 abge-By the embodiment shown in the drawing the impellers 12 inclined so that the angle ex between the The radius of the frame strut through the point of contact between the wheel and the horizontal plane is an acute angle. The angle however, it can also be a right or obtuse angle. The connecting struts, which in the exemplary embodiment have tubes circular cross-section, are removed at the connection points with the frame struts 2 and 3, which serve as rails.
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flacht, um den Lauf rädern .12 mehr Bewegungsraum zu geben. Die Laufkatze 11 ist seitlich durch die an den Rahmenstreben 2 und 3 anliegenden Arme 17 und 18 geführt. Es ist natürlich auch möglich, extra Führungsräder an der Laufkatze 11 vorzusehen. flat to give the wheels .12 more freedom of movement. the Trolley 11 is laterally through the on the frame struts 2 and 3 adjacent arms 17 and 18 out. It is of course also possible to provide extra guide wheels on the trolley 11.
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