Более половины площади нашей страны находится севернее изотермы января минус 20°С, продолжительность зимнего периода в северных районах превышает 200, а в высоких широтах и 300 суток. Глубина сезонного промерзания грунта составляет 1,5-3 м, значительная часть территории покрыта вечномерзлыми грунтами. Приведенные в обобщенном виде климатические факторы обусловливают ряд специфичных технических требований к исполнению грузоподъемных машин. Ниже на примере кранов-трубоукладчиков приведены технические решения по выбору материалов для несущих конструкций, устройств безопасности и компоновки машин.
В современном строительстве магистральных трубопроводов краны-трубоукладчики являются наиболее универсальными грузоподъемными машинами и используются практически при всех видах работ: в составе изоляционно-укладочной колонны при укладке трубопроводов в траншею, при сварочно-монтажных работах, при транспортировании, погрузке и разгрузке труб и плетей, а также при монтаже и других подъемно-транспортных работах. Принципиальные отличия кранов-трубоукладчиков от других грузоподъемных машин заключаются в том, что при работе в колонне при укладке трубопровода в траншею нагрузка на крюке крана-трубоукладчика носит переменный характер, так как зависит от массы и упругости приподнятого участка трубопровода, рельефа местности и согласованности действий крановщиков (машинистов). На безопасность эксплуатации кранов-трубоукладчиков также негативно влияет удаленность трасс трубопроводов от ремонтных баз, отсутствие надежных дорожных коммуникаций, сложный рельеф местности и т.п. Безопасность эксплуатации кранов-трубоукладчиков обеспечивается при условии строгого выполнения правил безопасности, государственных стандартов и других нормативных документов руководством и специалистами организаций, занимающихся проектированием, изготовлением, реконструкцией, ремонтом и монтажом кранов-трубоукладчиков, а также руководителями, специалистами и обслуживающим персоналом предприятий, эксплуатирующих краны-трубоукладчики.

В России до 1997 г. не было Правил устройства и безопасной эксплуатации кранов-трубоукладчиков. Сложность разработки этого документа, помимо того, что он создавался впервые, заключалась в том, что такие Правила должны распространяться на все краны-трубоукладчики, эксплуатируемые в России, в том числе на краны-трубоукладчики иностранного производства. На строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов находится в эксплуатации относительно большое количество кранов-трубоукладчиков производства фирм Caterpillar, Komatsu, Liebherr, Fiat-Allis и других, спроектированных и изготовленных в соответствии с национальными стандартами ISO 8813 и SAE J 734b. Технические требования к конструкциям машин и их параметрам, заложенные в указанных стандартах, имеют ряд расхождений с требованиями ГОСТ 15619-70 «Трубоукладчики. Общие технические требования», действовавшими в нашей стране.
По просьбе предприятий-изготовителей и организаций, эксплуатирующих краны-трубоукладчики, в 2000 г. комиссией Госгортехнадзора России были разработаны изменения к Правилам устройства и безопасной эксплуатации кранов-трубоукладчиков (ПБ 10-157-97). Ука- занные изменения № 1 (ПБИ 10-371 (157)-00) постановлением Госгортехнадзора России от 21.07.2000 г. № 43 были утверждены и введены в действие совместно с Правилами устройства и безопасной эксплуатации кранов-трубоукладчиков (ПБ 10-157-97) с 01.10.2000 г.
Статья 2.1.2. Правил устанавливает: «Проектирование и изготовление кранов-трубоукладчиков, предназначенных для эксплуатации в районах с расчетной температурой ниже - 40°С, должны осуществляться в исполнении УХЛ (ХЛ) по ГОСТ 15150». ГОСТ 15150 является основным нормативно-техническим документом, устанавливающим исполнение, категорию, условия эксплуатации, хранения и транспортирования технических изделий в зависимости от воздействия климатических факторов внешней среды. По этому стандарту критерием районирования территории страны является температура воздуха. У нас выделено два макроклиматических района:
• макроклиматический район с умеренным климатом - У, где средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха равна минус 45°С;
• макроклиматический район с холодным климатом - ХЛ, где средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха ниже минус 45°С.
Соответственно макроклиматическим районам на территории России для технических изделий установлены следующие климатические исполнения: для макроклиматического района с умеренным климатом - исполнение У; для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом - УХЛ и холодным климатом - исполнение ХЛ. Причем, если основным назначением изделий является эксплуатация в районе с холодным климатом и экономически нецелесообразно их использование вне пределов этого района, вместо - УХЛ рекомендуется ХЛ.
Для кранов-трубоукладчиков в исполнении ХЛ (УХЛ), эксплуатирующихся всегда на открытом воздухе, установлен диапазон температур окружающего воздуха от +40 до -60°С, при котором машины должны сохранять потребительские свойства. По причинам экономической и технической целесообразности и по согласованию с Заказчиком в ряде случаев допускается ограничивать нижний диапазон температур. Однако все элементы кранов-трубоукладчиков должны рассчитываться на воздействие всего диапазона рабочих температур при перерывах в работе (эксплуатации в нерабочем состоянии), в том числе, когда краны-трубоукладчики остаются под нагрузкой длительное время, а также при их хранении и транспортировании.
Невыполнение указанных требований, например эксплуатация машин с установленной изготовителем температурой работы под нагрузкой минус 25°С в северных районах (меньше -25°С), может привести к разрушению их несущих металлоконструкций, а также к отказам систем управления и устройств безопасности с возможными серьезными последствиями.
Помимо температуры окружающего воздуха ГОСТ 15150-69 нормирует также дифференцированно по климатическим исполнениям машин значения относительной влажности. Значения других факторов - атмосферного давления, плотности потока солнечного излучения, интенсивности осадков, плотности озона, скорости ветра, снежной пыли - приведены вне связи с видом исполнения и устанавливаются по необходимости в зависимости от условий эксплуатации.
Статистические данные о климатических факторах по макроклиматическим районам и по их экстремальным пунктам, которыми следует пользоваться при установлении технических требований, выборе режимов испытаний, правил эксплуатации, хранения и транспортирования любых технических изделий, приведены в ГОСТ 16350.
Конструкции кранов-трубоукладчиков и других грузоподъемных машин, их узлов и деталей в исполнениях У, ХЛ (УХЛ) должны выдерживать эксплуатационные нагрузки с учетом возможности хрупких разрушений под воздействием низких температур. Хладостойкость сталей характеризуется величиной гарантированной ударной вязкости (не менее 29 Дж/см2) при низшей температуре их эксплуатации. В отечественном краностроении широко применяются низколегированные стали, изготавливаемые с добавками легирующих элементов: хрома, никеля, молибдена, марганца, кремния, ванадия, титана, бора, алюминия и других, предназначенных для повышения прочностных свойств и хладостойкости. Низколегированные стали по хладостойкости разделены на 15 категорий. Категория стали - показатель (порядковый номер), характеризующий гарантированный уровень пластичности (ударную вязкость) при заданной температуре. Стали 6 - 9-й категорий поставляются с контролируемой ударной вязкостью при температуре минус 40, 50 и 60°С. Сертификаты на металлы основных (расчетных) элементов металлоконструкций грузоподъемных машин должны входить в комплект их сопроводительной технической документации. Указанное в равной степени относится к импортным машинам.
Для надежного пуска двигателей внутреннего сгорания после длительной стоянки при низких температурах требуется ряд дополнительных мероприятий. К ним относятся: установка аккумуляторных батарей повышенной емкости, оснащение силовой установки предпусковым подогревателем, впрыск во всасывающий воздушный тракт двигателя легковоспламеняющихся жидкостей и др.
Электропроводка должна осуществляться преимущественно медными проводами с морозостойкой изоляцией, желательно в броневой защите. Для уплотнений, манжет, прокладок следует использовать морозостойкие резины и прокладочные материалы. Специальные требования предъявляются к лакокрасочным и смазочным материалам.
Статья 2.1.2. Правил ПБ 10-157-97 требует: «Грузоподъемность и момент устойчивости, а также габариты крана-трубоукладчика должны соответствовать государственным стандартам, техническим условиям, а в случае их отсутствия должны быть установлены другими нормативными документами». Основными эксплуатационными характеристиками кранов-трубоукладчиков являются: грузоподъемность, грузовая и собственная устойчивость, тяговое усилие, удельное давление на грунт, масса и габариты.
Параметры зарубежных кранов-трубоукладчиков регламентированы, в основном, двумя стандартами: SAE J 734 B и ISO 8813. В указанных стандартах фигурируют два понятия грузоподъемности: грузоподъемность крана-трубоукладчика с выдвинутым противовесом, когда его удерживающий момент Mу равен грузовому моменту Mопр, а коэффициент запаса по грузовой устойчивости К=My / Mопр= 1 (SAE J 734 B), и грузоподъемность крана-трубокладчика, составляющая 85% от грузоподъемности по SAE J 734 B, К=1,17 (ISO 8813). В соответствии с РД 36.22.04-98 «Краны-трубоукладчики. Нормы расчета», разработанным ВКТИ монтажстроймеханизация и согласованным Гос-гортехнадзором России 03.03.1999 г., грузоподъемность кранов-трубоукладчиков при работе с единичным грузом определяется при значении К = 1,4. В паспорте на кран-трубоукладчик приводится величина номинальной грузоподъемности (в тоннах) при К = 1,4. Там же указывается максимальная нагрузка на крюке при выполнении работ в колонне, когда К = 1 (SAE J 734 B). Диаметры магистральных трубопроводов, при прокладке которых краны-трубоукладчики являются основными технологическими машинами, составляют 529, 720, 820, 1020, 1220 и 1420 мм. В этой связи параметрический ряд кранов-трубоукладчиков достаточно широк, например, их грузоподъемность колеблется от 6,3 до 80 т.
На стадии проектирования кранов-трубоукладчиков параметры, установленные техническим заданием, подтверждаются расчетами. Технические расчеты выполняются с целью:
• определения и подтверждения значений технических характеристик машины;
• определения эксплуатационных параметров машины;
• проверки требуемой устойчивости, прочности машины в целом и ее отдельных узлов;
• подтверждения выполнения требований Правил устройства и безопасной эксплуатации кранов-трубоукладчиков;
• обоснования применения комплектующих изделий.
Расчет кранов-трубоукладчиков включает: расчет развески, расчет грузовой и собственной устойчивости машины, определение коэффициентов запаса прочности канатов, прочностной расчет несущих металлоконструкций и приводных узлов, расчет крюков, определение удельных давлений движителя машины на грунт.
Удельное давление гусениц на грунт является одним из важных показателей эксплуатационных качеств крана-трубоукладчика. Снижение значения этого показателя положительно сказывается на безопасности выполнения работ по укладке трубопровода в траншею. В этом случае левая, наиболее нагруженная гусеница, перемещается по грунту в непосредственной близости от кромки траншеи, вызывая тем самым опасность его обрушения. Примером удачной компоновки является ходовая часть кранов-трубоукладчиков RL 22B, RL 42B и RL 52 производства фирмы LIEBHERR, у которых левая ходовая тележка снабжена уширенной гусеницей.
Отечественные производители и зарубежные импортеры, например фирма Komatsu, кранов-трубоукладчиков по требованию потребителя устанавливают на обе ходовые тележки уширенную гусеничную ленту. Такое решение также снижает риск обрушения грунта. Однако при этом увеличиваются масса и габариты по ширине крана-трубоукладчика.
Впрочем, обо всех мелочах и особенностях можно рассказывать очень долго. Эту тему можно назвать в чем-то даже бесконечной. Этой же статьей мы лишь хотели подкинуть «пищи для размышлений» и начать структурировать малую часть всех необходимых сведений.
Cranes & Access rus, №2 (Март)