Portalwippdrehkran nach GB/T 29560-2013: Parameter und Sicherheit

GB/T 29560-2013 ist die allgemeine Produktnorm für Portaldrehkrane und wurde 2013 veröffentlicht. Ein Portaldrehkran ist ein drehbarer Auslegerkran, dessen Portalunterbau den Durchgang von Schienen- oder Straßenfahrzeugen ermöglicht. Er verfügt über vier Arbeitsmechanismen: Hubwerk, Wippwerk, Drehwerk und Fahrwerk und wird häufig für Hubevorgänge in Hafenterminals, Kraftwerken, Werften sowie bei Montagearbeiten im Bauwesen eingesetzt. Im Vergleich zur spezifischen Hafennorm GB/T 17495 deckt diese Norm einen breiteren Abdeckungsbereich ab und gilt für Konstruktion, Fertigung und Abnahme aller allgemeinen Portaldrehkrane. Die Portaldrehkrane von Kelude Schwerindustrie werden gemäß dieser Norm konstruiert und gefertigt.

Typklassifizierung und Grundparameter

Die Norm klassifiziert Portaldrehkrane nach Verwendungszweck und Bauart in drei Kategorien. Universelle Portaldrehkrane – geeignet für allgemeine Umschlagsarbeiten in Hafenterminals und auf Lagerplätzen, mit einer Nenntragfähigkeit von 5~100 t und einer maximalen Arbeitsausladung von 25~45 m. Kraftwerks-Portaldrehkrane – ausgelegt für Montage und Wartung von Anlagen in Wasser- und Wärmekraftwerken, mit einer Tragfähigkeit von über 200 t und relativ geringerer Ausladung. Werft-Portaldrehkrane – konzipiert für das Anschlagen und Zusammenfügen von Schiffssektionen auf der Helling, mit hoher Tragfähigkeit (100~500 t) und großer Hubhöhe (bis zu 70 m und mehr). Die Norm unterscheidet zudem nach der Bauart der Drehverbindung: Säulendrehkrane (der Drehteil ist über eine Säule auf dem Portalrahmen gelagert) und Drehscheibenkrane (der Drehteil ist auf einer Drehbühne montiert und über eine Drehverbindung mit dem Portalrahmen verbunden). Die Säulenbauweise ist konstruktiv einfacher und hat eine höhere Tragfähigkeit, geeignet für große Portaldrehkrane. Die Drehscheibenbauweise zeichnet sich durch kompakte Bauweise und niedrigen Schwerpunkt aus, geeignet für kleine und mittlere Portaldrehkrane.

Hinsichtlich der Grundparameter legt die Norm die Tragfähigkeitsserien fest: 5 t, 10 t, 16 t, 25 t, 40 t, 63 t, 100 t, 160 t, 200 t – insgesamt 9 Stufen. Die Serien der maximalen Arbeitsausladung: 20 m, 25 m, 30 m, 35 m, 40 m, 45 m, 50 m – insgesamt 7 Stufen. Die Hubhöhe: Hafentypen in der Regel 20~30 m, Kraftwerkstypen 30~50 m, Werfttypen 50~70 m. Die Geschwindigkeitsparameter der Mechanismen: Hubgeschwindigkeit 10~40 m/min (Zweigang-Konfiguration: schwere Last langsam, leichte Last schnell), Wippgeschwindigkeit 30~60 m/min, Schwenkgeschwindigkeit 1,0~2,0 r/min, Fahrgeschwindigkeit 20~30 m/min. Die Triebwerksgruppe des gesamten Krans ist nicht niedriger als A6, die des Hubwerks nicht niedriger als A7. Die Bauhöhe des Portalunterbaus muss die Durchfahrtshöhe für darunter verkehrende Fahrzeuge gewährleisten – bei Schienenfahrzeugen mindestens 5,5 m, bei Straßenfahrzeugen mindestens 4,5 m. Die lichte Breite des Portalrahmens muss die Fahrzeugbreite zuzüglich des Sicherheitsabstands auf beiden Seiten berücksichtigen.

Anforderungen an Metallkonstruktion und Mechanismen

Die Metallkonstruktion eines Portaldrehkrans besteht aus dem Portalrahmen (Portalstützen + unterer Querträger), der Drehbühne, dem A-Bock, dem Ausleger (Wippausleger) und der Gegengewicht-Traverse. Die Norm stellt Anforderungen an die Festigkeit und Steifigkeit der Hauptstrukturkomponenten. Die Festigkeitsberechnung des Portalrahmens muss sowohl vertikale Lasten (Druck aus Eigengewicht und Hublast) als auch horizontale Lasten (Biegemomente aus Windlast und Drehzentrifugalkraft) berücksichtigen. Der Ausleger wird typischerweise als Kastenquerschnitt oder Fachwerkquerschnitt ausgeführt; bei Auslegern mit einer Länge von über 30 m ist eine nichtlineare Stabilitätsanalyse erforderlich. Die Festigkeit und Steifigkeit des A-Bocks müssen den maximalen Kräften des Wippwerks standhalten. Die Drehbühne muss über ausreichende Torsionssteifigkeit und Präzision der Montageflächen verfügen. Die Kippstabilität des gesamten Portaldrehkrans ist für drei Betriebsbedingungen zu berechnen: Arbeitszustand (Nennlast bei maximaler Ausladung + Windlast), Nichtarbeitszustand (maximale Windlast + Eigengewicht) und Montage-/Demontagezustand. Die Stabilitätsbeiwerte für diese drei Bedingungen müssen mindestens 1,4, 1,5 bzw. 1,3 betragen.

Hinsichtlich der Mechanismen stellt die Norm spezifische Anforderungen an Hubwerk, Wippwerk, Drehwerk und Fahrwerk. Das Hubwerk muss mit einer Doppelbremse ausgestattet sein (Betriebsbremse + Sicherheitsbremse), wobei das Bremsmoment mindestens das 1,5-fache des Nenn-Hubmoments betragen muss. Das Verhältnis von Trommeldurchmesser zu Drahtseildurchmesser D/d muss mindestens 25 betragen (für Triebwerksgruppe A7 und höher). Für das Wippwerk wird eine Wippzahnstange oder ein hydraulisches Wippsystem empfohlen; der Sicherheitsfaktor für die Festigkeit der Wippzahnstange muss mindestens 5 betragen. Das Wippwerk muss mit einer beidseitigen Puffervorrichtung ausgestattet sein, um die Bewegung am Ende des Wippwegs zu verlangsamen. Das Drehwerk nutzt ein Planetengetriebe zum Antrieb der Drehverbindung; die Tragfähigkeit der Drehverbindung wird basierend auf dem Kippmoment bei maximaler Ausladung und der axialen Last ausgewählt. Das Fahrwerk verwendet einen Einzelantrieb, wobei jedes Antriebsrad mit einer eigenen Bremse ausgestattet ist. Die Windschutzeinrichtung muss eine elektrische Schienenklemme umfassen, die mit einem Windmesser gekoppelt ist und bei Überschreitung der Arbeitswindgeschwindigkeit automatisch die Schienen klemmt.

Sicherheitseinrichtungen und elektrische Anforderungen

Die Konfiguration der Sicherheitseinrichtungen beim Portalwippdrehkran ist umfassender als bei herkömmlichen Brückenkranen, da das Arbeitsgerät über vier Triebwerke verfügt und die Einsatzumgebung anspruchsvoll ist (Hafenterminal mit hohen Windgeschwindigkeiten). Zu den vorgeschriebenen Sicherheitseinrichtungen zählen: Überlastsicherung (Doppelbegrenzung nach Tragfähigkeit und Ausladung), Hubhöhenbegrenzer (doppelt ausgelegt, mechanisch und elektronisch), Senkendschalter, Wippen-Endschalter (separat für maximale und minimale Ausladung), Drehbegrenzer (begrenzt die Drehzahl, um Kabelschäden zu vermeiden), Windmesser (Alarm bei Windgeschwindigkeiten über 16 m/s, automatische Abschaltung der Arbeitsantriebe über 20 m/s), Windschienenklemme (elektrische Schienenklemme, die mit dem Windmesser gekoppelt ist und bei Stromausfall automatisch greift) sowie Not-Aus-Taster (im Führerhaus, auf der Drehbühne und am Boden). Die Norm legt außerdem fest, dass der Portalwippdrehkran mit einem Kollisionsschutz ausgestattet sein muss, um ein Zusammenstoßen der Ausleger bei parallelem Betrieb mehrerer Geräte im selben Bereich zu verhindern.

Die Stromversorgung des elektrischen Systems erfolgt beim Portalwippdrehkran über eine Kabeltrommelversorgung – das Kabel wird vom Stromanschluss am Hafenboden geführt und über die Kabeltrommel beim Fahren des Krans automatisch auf- und abgewickelt. Die Aufwickelgeschwindigkeit der Kabeltrommel muss an die Fahrgeschwindigkeit des Krans angepasst sein, um ein Reißen oder Aufstauen des Kabels zu vermeiden. Die elektrische Steuerung erfolgt über eine SPS, die die logische Steuerung und Fehlerdiagnose aller Triebwerke übernimmt. Die Motoren der einzelnen Triebwerke sind mit einer frequenzgesteuerten Drehzahlregelung ausgestattet, die ein sanftes und präzises Regeln ermöglicht. Das Führerhaus muss über eine Klimaanlage und Heizung verfügen, um eine angenehme Raumtemperatur zu gewährleisten. Die Schwingungsbeschleunigung im Führerhaus darf 0,5 m/s² nicht überschreiten. Der Elektroraum ist mit einer Heiz- und Entfeuchtungseinrichtung auszustatten, um Korrosion durch Salznebel zu verhindern. Die Schutzart (IP) der elektrischen Komponenten im Außenbereich darf IP55 nicht unterschreiten. Der Erdungswiderstand der Erdungsschutzanlage des Portalwippdrehkrans darf 4 Ω nicht überschreiten; jeder Triebwerksmotor muss über einen eigenen Kurzschlussschutz und Überlastschutz verfügen. Die Norm fordert darüber hinaus eine Blitzschutzanlage für die gesamte Maschine; der Erdungswiderstand des Blitzableiters darf 10 Ω nicht überschreiten.

Prüfverfahren und Werksabnahme

Die Norm legt die Anforderungen an die Stückprüfung und die Abnahmeprüfung vor Ort für Portalwippdrehkrane fest. Vor Auslieferung ist an jedem Kran eine Leerlaufprüfung durchzuführen, bei der alle Triebwerke 1 Stunde lang mit Nenngeschwindigkeit laufen, ohne ungewöhnliche Geräusche oder Übertemperatur zu zeigen. Bei der Nennlastprüfung (100 % SWL) wird die Nennlast bei jeder typischen Ausladung angehoben und der vollständige Arbeitszyklus – Heben, Senken, Wippen und Drehen – durchgeführt; dabei werden die Durchbiegung am Ende des Hauptauslegers und der Bremsweg der einzelnen Triebwerke gemessen. Bei der Dynamischen Belastungsprüfung wird das 1,1-fache der Nennlast angehoben und jeder Arbeitsvorgang bei maximaler Geschwindigkeit mindestens 5-mal ausgeführt; dabei wird geprüft, dass keine bleibende Verformung an Strukturbauteilen und keine Risse an Schweißnähten auftreten. Bei der Statischen Belastungsprüfung wird das 1,25-fache der Nennlast bei maximaler Ausladung 10 Minuten lang gehalten und die bleibende Verformung der Struktur gemessen. Bei der Stabilitätsprüfung darf der Kran bei maximaler Ausladung und Anheben des 1,4-fachen der Nennlast nicht umkippen. Das Zahnspiel des Drehverbindungszahnkranzes im Drehwerk ist vor Auslieferung zu messen und zu dokumentieren; diese Werte dienen als Referenz für spätere Inspektionen.

Prüfverfahren und Werksabnahme

Die Norm legt die Anforderungen an die Stückprüfung und die Abnahmeprüfung vor Ort für Portalwippdrehkrane fest. Vor Auslieferung wird an jedem Kran eine Leerlaufprüfung durchgeführt; alle Triebwerke laufen 1 Stunde mit Nenngeschwindigkeit. Bei der Nennlastprüfung wird die Nennlast bei jeder typischen Ausladung angehoben und der vollständige Arbeitszyklus ausgeführt; dabei werden Durchbiegung und Bremsweg gemessen. Bei der Dynamischen Belastungsprüfung wird das 1,1-fache der Nennlast angehoben; jeder Arbeitsvorgang wird mindestens 5-mal ausgeführt. Bei der Statischen Belastungsprüfung wird das 1,25-fache der Nennlast bei maximaler Ausladung 10 Minuten lang gehalten. Bei der Stabilitätsprüfung darf der Kran bei maximaler Ausladung und Anheben des 1,4-fachen der Nennlast nicht umkippen. Das Zahnspiel des Drehverbindungszahnkranzes wird vor Auslieferung gemessen und dokumentiert; diese Werte dienen als Referenz für spätere Inspektionen.

Vergleichstabelle der Konstruktionsparameter für Portalwippdrehkrane

Die folgende Vergleichstabelle zeigt die Kernparameter der Konstruktionsparameter für Portalwippdrehkrane und dient zur Referenz für Auswahl- und Bedienpersonal.

Häufige Fragen