Żuraw Wieżowy: Budowa, Działanie i Systemy Sterowania Silnikami

Żuraw wieżowy to maszyna stworzona do podnoszenia ciężarów w pionie i poziomie, działająca na zasadzie obracania się wokół własnej osi. Jest to nieodłączny element współczesnej branży budowlanej, umożliwiający realizację skomplikowanych projektów architektonicznych i konstrukcyjnych, od zakładów produkcyjnych po place budowy. Dzięki zaawansowanym technologiom i innowacyjnym rozwiązaniom, te potężne maszyny odgrywają kluczową rolę w budownictwie wielkokubaturowym, umożliwiając przenoszenie ciężkich ładunków na znaczne wysokości i odległości. Choć konstrukcyjnie żuraw wieżowy może wydawać się prosty, jego praca opiera się na zaawansowanej mechanice, przemyślanej logistyce i nowoczesnych systemach bezpieczeństwa.

Budowa i zasada działania żurawia wieżowego

Żuraw wieżowy to duża, pionowa maszyna używana do podnoszenia i przenoszenia ciężkich materiałów na placach budowy. Składa się z kilku kluczowych elementów, które umożliwiają mu wykonywanie skomplikowanych operacji podnoszenia. Podstawa żurawia wieżowego jest kluczowym elementem zapewniającym stabilność całej konstrukcji. Zwykle jest to ciężka, betonowa platforma, która utrzymuje maszt w pionie. Do podstawy mocowany jest maszt, czyli pionowa kratownicowa wieża, na której opiera się cały żuraw.

Na szczycie masztu znajduje się obrotnica, umożliwiająca rotację ramienia wokół osi pionowej. Do obrotnicy przymocowany jest poziomy lub skośny wysięgnik, który decyduje o zasięgu żurawia, oraz krótszy przeciwwysięgnik, na którym umieszczona jest przeciwwaga. Przeciwwaga stabilizująca równoważy obciążenia, stwarzając bezpieczne operowanie nawet na dużej wysokości. Ładunki podnoszone są za pomocą liny i wyciągarki umieszczonej na wysięgniku. Ramię żurawia, znane również jako wysięgnik, to pozioma konstrukcja, która rozciąga się od masztu, a mechanizm obrotowy umożliwia ramieniu obracanie się wokół masztu, co pozwala na precyzyjne umieszczanie ładunków.

Żuraw można dodatkowo przymocować do gruntu za pomocą specjalnych kotew, co zwiększa jego stabilność. Montaż elementów żurawia, takich jak maszt czy wysięgnik, często wymaga wsparcia mniejszych żurawi samojezdnych.

Typy żurawi wieżowych

Wybór odpowiedniego typu żurawia zależy od specyficznych potrzeb danego projektu budowlanego, takich jak wysokość pracy, rodzaj terenu czy mobilność urządzenia. Różne żurawie umożliwiają dostosowanie do wymagań placu budowy i optymalne zarządzanie pracami transportowymi. W zależności od różnych czynników dzieli się je na:

• Żurawie stacjonarne: Na stałe zamocowane do podłoża, zapewniają stabilność i są idealne do długoterminowych projektów, gdzie nie ma potrzeby ich przemieszczania.
• Żurawie szynowe: Dzięki torowisku, umożliwiają łatwe przemieszczanie po placu budowy, oferując mobilność i elastyczność pracy w różnych miejscach.
• Żurawie szybko montujące: Ich konstrukcja pozwala na szybkie przygotowanie do pracy, eliminując potrzebę dodatkowych urządzeń montażowych i przyspieszając start budowy.
• Żurawie dolnoobrotowe: Charakteryzują się obrotem masztu wokół własnej osi, co umożliwia precyzyjne przenoszenie ładunków na całym placu. Maszt w tym typie jest zintegrowany.
• Żurawie górnoobrotowe: Maszt pozostaje nieruchomy, a obraca się jedynie wysięgnik, co sprawdza się w precyzyjnych pracach w ograniczonej przestrzeni. Maszt jest montowany sekcyjnie.
• Żurawie sterowane z kabiny lub z poziomu roboczego (zdalnie): Różnią się sposobem obsługi. W kabinie operator kontroluje ruchy maszyny z wnętrza, natomiast w wersji zdalnie sterowanej może obsługiwać urządzenie z poziomu gruntu przy użyciu pilota, co zwiększa swobodę i elastyczność pracy.

Parametry żurawi wieżowych

Przy doborze żurawia wieżowego do potrzeb budowy oraz zapewnienia bezpieczeństwa należy uwzględnić następujące parametry:

W przypadku żurawi wieżowych stacjonarnych istnieje możliwość modyfikacji wysokości masztu oraz długości wysięgnika, o ile pozwala na to instrukcja eksploatacji konkretnego modelu żurawia. Taki żuraw można dostosować do potrzeb budowy poprzez dodanie dodatkowych elementów masztu lub wysięgnika, co pozwala na zwiększenie jego zasięgu i wysokości podnoszenia.

Napęd i sterowanie mechanizmów żurawia wieżowego

Sterowanie napędem podwozia, obrót i wychył wysięgnika, przesuw wodzaka oraz podnoszenie haka, na którym wiesza się ładunek, to najczęstsze wyzwania inżynierskie stawiane przy projektowaniu i wykonaniu automatyki do największych maszyn roboczych, jakimi są żurawie wieżowe. Każdy z mechanizmów żurawia posiada oddzielny napęd - zazwyczaj silnik elektryczny z przekładnią i hamulcem bezpieczeństwa.

Silniki i układy napędowe

Systemy sterowania silnikami w żurawiach wieżowych są złożone i obejmują różnorodne typy silników oraz układy napędowe:

• Silniki asynchroniczne indukcyjne: Często stosowane ze względu na swoją wytrzymałość i prostotę budowy.
• Układy napędowe z silnikami asynchronicznymi i indukcyjnymi sprzęgłami oraz hamulcami na prądy wirowe: Zapewniają płynną regulację prędkości i skuteczne hamowanie.
• Układy napędowe z silnikami asynchronicznymi z regulacją częstotliwości: Pozwalają na precyzyjną kontrolę prędkości i momentu obrotowego silnika, co jest kluczowe dla dokładności ruchów żurawia.
• Silniki prądu stałego: Stosowane w aplikacjach wymagających bardzo wysokiej precyzji i dynamicznej regulacji.
• Napęd elektryczno-hydrauliczny: Wykorzystuje hydraulikę napędzaną silnikami elektrycznymi, często dla mechanizmów wymagających dużych sił.

Instalacje zasilające i układy sterownicze

Systemy zasilania są kluczowe dla nieprzerwanej pracy żurawia. Układy sterownicze, obwody bezpieczeństwa i urządzenia sterownicze są projektowane tak, aby zapewnić maksymalną kontrolę i ochronę. Operator ma do dyspozycji pulpity sterownicze, joysticki i cyfrowe wskaźniki, znajdujące się w kabinie umieszczonej na szczycie masztu lub przy wysięgniku.

Zabezpieczenia obwodów i silników elektrycznych

Ważnym elementem każdego systemu sterowania są zabezpieczenia elektryczne:

• Zabezpieczenia zwarciowe: Chronią przed uszkodzeniami spowodowanymi zwarciami.
• Zabezpieczenia przeciążeniowe: Zapobiegają przegrzewaniu się silników i obwodów w przypadku nadmiernego obciążenia.
• Zabezpieczenia zanikowe: Reagują na spadek napięcia, chroniąc przed niekontrolowanym uruchomieniem po powrocie zasilania.

Ochrona przeciwporażeniowa

Bezpieczeństwo elektryczne jest priorytetem. Stosuje się różne klasy ochronności urządzeń elektrycznych oraz systemy uziemień, aby zapobiegać porażeniu prądem. Stopnie ochrony zapewnione przez obudowy (kod IP) oraz odpowiednie oznaczenia przewodów i zacisków odbiorników są zgodne z normami bezpieczeństwa.

Nowoczesne systemy sterowania i automatyzacja

Nowoczesne żurawie wieżowe są wyposażone w zaawansowane systemy sterowania, które umożliwiają zdalne operowanie maszyną. Automatyzacja odgrywa coraz większą rolę w pracy żurawi wieżowych. Systemy automatycznego sterowania mogą przejmować niektóre zadania, zmniejszając ryzyko błędów ludzkich. Przedsiębiorstwo Gospodarki Maszynami Budownictwa „Warszawa” sp. z o.o. (PGMBW) jest jednym z wiodących dostawców żurawi wieżowych w Polsce, oferującym szeroki wybór maszyn z nowoczesnymi systemami.

Zarządzanie kablami w żurawiach wieżowych

Kluczowe znaczenie dla funkcjonalności żurawi wieżowych mają ich systemy prowadzenia przewodów, które zapewniają bezpieczną i wydajną pracę żurawia. Żurawie wieżowe transportują wszelkiego rodzaju elementy do ramp załadunkowych, maszyn przetwórczych lub stanowisk montażowych. Zawsze jednak mogą wystąpić awarie, na przykład, gdy wiszące kable i przewody do transmisji danych zostaną uszkodzone przez wózek widłowy podczas rozładunku obrabianego przedmiotu. Prowadzi to do długich przestojów, nieplanowanych kosztów napraw i opóźnień w produkcji.

Firanki kablowe to systemy kabli i węży ułożonych w pętle, zawieszone na wysięgniku żurawia. Sprężynowe bębny kablowe powszechnie stosuje się do zwijania i przechowywania kabli, gdy nie używamy żurawia. Systemy firanek kablowych są wiodącym rozwiązaniem do prowadzenia przewodów w żurawiach wieżowych, jednak wiążą się z ryzykiem uszkodzenia kabla i wymagają znacznie większej ilości przewodu w stosunku do odległości - około 50% więcej niż w przypadku równoważnego systemu e-prowadnika.

Alternatywnym rozwiązaniem są prowadniki kablowe, znane również jako e-prowadniki, wykorzystywane do prowadzenia i ochrony kabli i węży wzdłuż ruchomych części żurawia. Prowadniki te są dostępne w różnych wersjach - zamkniętych lub otwartych. Najczęstszym sposobem instalacji systemu prowadzenia przewodów za pomocą e-prowadnika na żurawiu wieżowym jest wykorzystanie kołnierza wysięgnika jako miejsca na rynnę prowadzącą, co minimalizuje przestrzeń montażową. Rozwiązanie takie jak guidelok swing GLO.S oferowane przez igus® instaluje się w tym samym miejscu co rynna prowadząca, będąc znacznie prostszym systemem. Zmniejsza to koszty i zapewnia niski wskaźnik zużycia oraz długą żywotność, a także większą przestrzeń między wysięgnikiem żurawia a e-prowadnikiem (8-19 mm), umożliwiając większe promienie gięcia.

Bezpieczeństwo pracy i urządzenia zabezpieczające

Bezpieczeństwo jest kluczowym aspektem pracy żurawiem wieżowym. Nowe przepisy BHP dla operatorów żurawi wieżowych i szybko montujących, obowiązujące od listopada 2018, nakładają konieczność ścisłego stosowania się do instrukcji producenta żurawia. Dokument ten zawiera między innymi obowiązki operatora i zasady konserwacji oraz przepisy bezpieczeństwa. Nowoczesne maszyny są wyposażone w liczne technologie bezpieczeństwa, w tym:

• Czujniki przeciążenia: Zapobiegają podnoszeniu ładunków przekraczających dopuszczalny udźwig nominalny.
• Systemy monitorowania wietrzności (anemometry): Operator nie może obsługiwać żurawia w niekorzystnych warunkach atmosferycznych, na przykład przy silnym wietrze. Żuraw może pracować wyłącznie w określonym zakresie siły wiatru (zazwyczaj do 15 m/s). W przypadku silnych podmuchów operator musi zatrzymać pracę, a żuraw powinien być ustawiony w tryb swobodnego obrotu, by wysięgnik mógł ustawiać się "z wiatrem" (tzw. weathervaning).
• Blokady awaryjne: W przypadku awarii, żurawie wieżowe są wyposażone w systemy awaryjne, które umożliwiają bezpieczne zatrzymanie maszyny.

Wśród urządzeń zabezpieczających znajdują się również:

• Ogranicznik obciążenia
• Wskaźnik wysięgu
• Wskaźnik obciążenia
• Ograniczniki ruchu: Ogranicznik wysokości podnoszenia, ogranicznik głębokości opuszczania, ogranicznik obrotu, ogranicznik jazdy żurawia, ogranicznik pochylenia wysięgnika.
• Urządzenia antykolizyjne: Ważne na większych inwestycjach, gdzie pracuje równolegle kilka żurawi, koordynując ich pracę.

Czynności zabronione

Podczas pracy z żurawiem budowlanym obowiązują ścisłe zakazy, które mają na celu stworzenie bezpieczeństwa na placu budowy. Żurawia nie można użytkować bez aktualnej, pozytywnej decyzji Urzędu Dozoru Technicznego, a praca urządzeniem niesprawnym lub uszkodzonym jest absolutnie zabroniona. Wszelkie naprawy powinny być przeprowadzane wyłącznie przez osoby posiadające stosowne uprawnienia. Niedopuszczalne jest zmienianie ustawień elementów zabezpieczających. Jego przeciążanie jest surowo zabronione, podobnie jak podnoszenie ładunków, które są trwale połączone z podłożem. Żurawiem nie wolno także podnosić ludzi - wyjątkiem są sytuacje, w których uzyskano specjalne pozwolenie Urzędu Dozoru Technicznego na taki transport.

Dla każdego żurawia należy również prowadzić książkę dyżurów oraz dziennik konserwacji, w którym będą zapisywane czynności serwisowe. Regularne inspekcje są kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa żurawia. Wszystkie komponenty muszą być regularnie sprawdzane pod kątem zużycia i uszkodzeń.

Rola operatora i kabina

Operator żurawia jest odpowiedzialny za sterowanie maszyną i wykonanie wszystkich operacji podnoszenia. Podnoszenie i opuszczanie ładunków to kluczowe zadania operatora, wymagające precyzji i koncentracji, aby zapobiec uszkodzeniom materiałów oraz zapewnić bezpieczeństwo na placu budowy. Operatorzy muszą być wysoko wykwalifikowani i przeszkoleni, aby bezpiecznie obsługiwać maszynę. W kabinie operatora, która jest miejscem zarządzania wszystkimi operacjami żurawia, operatorzy wspomagani są przez sensory, systemy kontroli obciążenia, czujniki wiatru oraz ograniczniki stref pracy.

Nowoczesne żurawie wieżowe oferują operatorom luksus pracy dzięki nowoczesnej i przestronnej kabinie, która jest wyposażona w szereg udogodnień. W pełni regulowany, komfortowy fotel oraz joystick i sterowniki dopasowane do dłoni, zapewniający komfort pracy.

Przykład zastosowania: Żuraw KR 90-5

Żuraw KR 90-5 został zbudowany od podstaw, a firma ANIRO aktywnie uczestniczyła w tym zadaniu. Stworzona została pełna dokumentacja elektryczna, wykonano nowoczesne sterowanie oparte o jednostkę PLC SIEMENS SIMATIC S7-1500 oraz panel HMI dla komunikacji z operatorem. KR 90-5 jest pierwszym polskim górnoobrotowym żurawiem wieżowym, zaprojektowanym i wyprodukowanym w Polsce. Jest to typowy żuraw klasy średniej, kompaktowy, łatwy w transporcie, potrzebujący niewielkiej ilości samochodów do transportu i mogący poszczycić się bardzo dobrymi parametrami technicznymi, tj. udźwigiem 5 ton oraz 1400 kilogramów na 50-metrowym wysięgu. Nowy żuraw rozwiązaniami technicznymi dorównuje produktom z rynku niemieckiego.

Najczęściej zadawane pytania

Jak działa żuraw wieżowy?

Działa na zasadzie obracania się wokół własnej osi, składa się z wysokiego masztu i długiego wysięgnika, na którym podnoszone są ładunki za pomocą liny i wyciągarki. Przeciwwaga stabilizująca zapewnia równowagę, a specjalne kotwy mogą zwiększyć jego stabilność. Jego ruchy są sterowane za pomocą zaawansowanych systemów napędowych i kontrolnych.

Kto może obsługiwać żuraw wieżowy?

Obsługę żurawia wieżowego może prowadzić wyłącznie osoba posiadająca aktualne uprawnienia operatora UDT w kategorii IŻ (żurawie wieżowe). Operator musi być osobą pełnoletnią, ukończyć kurs teoretyczno-praktyczny zakończony egzaminem państwowym i posiadać aktualne badania lekarskie dopuszczające do pracy na wysokości. Dodatkowo wymagane jest przeszkolenie stanowiskowe z zakresu procedur bezpieczeństwa na danym placu budowy.

Czy żurawie wieżowe są odporne na silny wiatr?

Tak, jednak każdy żuraw ma określony przez producenta dopuszczalny zakres pracy przy wietrze. Zazwyczaj maksymalna prędkość wiatru dla bezpiecznego podnoszenia ładunków wynosi 10-15 m/s. Powyżej tej wartości praca jest wstrzymywana, a żuraw zostaje ustawiony w tzw. tryb swobodnego obrotu (weathervaning), co pozwala mu ustawić się z wiatrem i zminimalizować opór aerodynamiczny. W stanie postoju, konstrukcje są odporne nawet na znacznie silniejsze podmuchy - zgodnie z normą PN-EN 14439.

tags: #sterowanie #silnikami #w #zuraw #wiezowy