Принцип работы судового крана: как работает гидравлический судовой кран

Судовой кран — это кран, закреплённый на палубе судна, который перемещает грузы, запасы и оборудование между судном, причалом и другими судами. Большинство небольших и средних судовых кранов, эксплуатируемых в настоящее время, являются гидравлическими: насос подаёт масло под давлением через распределитель в цилиндры и гидромоторы, которые, в свою очередь, поднимают стрелу, поворачивают кран и приводят в действие лебёдку. В данном руководстве шаг за шагом объясняется, как работает судовой кран, почему его грузоподъёмность изменяется в зависимости от вылета и при движении палубы, а также в каких областях он обычно применяется.

С 2003 года мы производим гидравлические краны в Xuzhou (Китай), в том числе судовые краны-манипуляторы с шарнирно-сочленённой и телескопической стрелой грузоподъёмностью от 0,8 т до 25 т. Все приведённые ниже данные взяты из наших собственных технических чертежей, поэтому вы можете сравнивать реальные значения расхода масла, рабочего давления и грузоподъёмности, а не общие маркетинговые заявления.

Как работает судовой кран?

Гидравлический судовой кран представляет собой цепочку преобразований энергии, начинающуюся с бортового двигателя и заканчивающуюся грузом, подвешенным на крюке. Каждое звено этой цепочки соответствует физическому компоненту, который можно обнаружить на самом кране:

1. Источник энергии. Электродвигатель или дизельный двигатель приводит в действие гидравлический насос.
2. Насос. Насос забирает масло из бака и обеспечивает постоянный расход, измеряемый в литрах в минуту.
3. Распределитель. Оператор перемещает рычаг или использует пульт дистанционного управления, и распределитель направляет масло на выбранную функцию.
4. Исполнительные механизмы. Цилиндры поднимают, складывают и выдвигают стрелу; гидромотор поворачивает кран; другой гидромотор вращает барабан лебёдки.
5. Конструкция. Фундамент на палубе, опорно-поворотное устройство, колонна и стрела принимают на себя нагрузку и передают действующие силы на палубу.
6. Возврат. Масло возвращается через распределитель в бак, где оно охлаждается и отстаивается, прежде чем насос вновь засасывает его.

В последующих разделах соблюдается та же последовательность, а затем объясняется, что меняется на движущейся палубе. Названия и расположение всех компонентов см. в нашем руководстве по деталям и конструкции судового крана.

Откуда берётся энергия

Для гидравлического крана не имеет значения, что приводит в действие его насос, при условии, что насос обеспечивает необходимый расход при требуемом давлении. На судне гидравлическая энергия обычно поступает из одного из трёх источников:

• Электрическая гидростанция на палубе. Электродвигатель, насос и масляный бак, объединённые в один узел и питающиеся от судового генератора. Она относительно бесшумна, гибка в размещении и работает независимо от главного двигателя.
• Насос с приводом от двигателя (PTO). Насос, установленный на валу отбора мощности от главного или вспомогательного двигателя. Он использует энергию, уже имеющуюся на борту; однако двигатель должен работать, а изменения частоты вращения двигателя напрямую влияют на скорость работы крана.
• Существующая гидравлическая система судна. Многие рабочие и рыболовные суда уже используют гидравлическую кольцевую магистраль для лебёдок и рулевого механизма, и кран может быть подключён к ней при условии наличия достаточного резервного расхода.

На страницах с описанием наших судовых кранов-манипуляторов указано, что подача масла может осуществляться либо от гидравлической системы судна, либо от электрической или дизельной гидростанции, которую мы поставляем в комплекте с краном. Аналогичный принцип, применяемый к автотранспортным средствам, включая выбор коробки отбора мощности (PTO) и подбор насоса, объясняется в нашем руководстве «Гидравлический кран для грузовика».

Независимо от источника питания, в техническом чертеже крана точно указаны все необходимые параметры. Расход масла определяет скорость выполнения каждого движения, а давление в системе — величину усилия, которое могут развивать цилиндры и гидромоторы. В таблице приведены соответствующие данные из чертежей шести наших судовых кранов.

Модель	Тип стрелы	Максимальная нагрузка	Рекомендуемая мощность	Расход масла	Давление	Масляный бак	Поворот
SQ08ZA3TJ+1	Шарнирно-сочленённая, с лебёдкой	800 kg	3,5 kW	8 L/min	18 MPa	20 L	330°
SQ3.2ZA3TJ	Шарнирно-сочленённая, с лебёдкой	3 200 kg	15 kW	25 L/min	25 MPa	60 L	360°
SQ5ZA3TJ	Шарнирно-сочленённая, с лебёдкой	5 000 kg	22 kW	35 L/min	28 MPa	100 L	360°
SQ8ZA4TJ	Шарнирно-сочленённая, с лебёдкой	8 000 kg	25 kW	40 L/min	28 MPa	160 L	360°
SQ10ZA6TJ	Шарнирно-сочленённая, с лебёдкой	10 000 kg	30 kW	40 L/min	30 MPa	160 L	360°
SQ10SA4T	Телескопическая	10 000 kg	37 kW	63 L/min	26 MPa	200 L	360°

Эти значения можно проверить с помощью простого инженерного правила: гидравлическая мощность в киловаттах примерно равна расходу в L/min, умноженному на давление в MPa и делённому на 60. Например, для модели SQ8ZA4TJ требуется 40 × 28 ÷ 60, или примерно 18,7 kW гидравлической мощности, а на чертеже рекомендуется привод мощностью 25 kW, что обеспечивает запас на потери КПД насоса и двигателя. Следовательно, если ваше судно не может обеспечить такую мощность, кран будет работать медленно или остановится при полной нагрузке.

Распределитель превращает движение рычага в движение крана

Гидрораспределитель — это гидравлический пульт управления крана. Он содержит по одной секции, или золотнику, для каждой функции: основная стрела, внешняя стрела, выдвижные секции, поворот и лебёдка. Когда оператор перемещает рычаг, соответствующий золотник сдвигается и открывает канал от насоса к одной стороне цилиндра или гидромотора, а одновременно — с противоположной стороны обратно в бак. Перемещение рычага в другую сторону меняет направление потока, в результате чего стрела опускается или кран поворачивается в противоположную сторону.

Ход рычага также регулирует скорость. Небольшое перемещение открывает золотник лишь частично и пропускает часть потока, что обеспечивает точное управление, необходимое для плавной посадки груза на качающуюся палубу. Когда все рычаги находятся в нейтральном положении, масло циркулирует обратно в бак, и все функции остаются в неподвижном состоянии. Нашими судовыми кранами можно управлять с помощью ручных рычагов, с возвышенного сиденья или с радиопульта, при этом гидравлический принцип работы одинаков для всех конфигураций.

Цилиндры: изменение вылета, складывание и телескопирование

Основную часть подъёмных работ выполняют гидравлические цилиндры. Давление масла действует на поверхность поршня, и поскольку сила равна произведению давления на площадь, цилиндр с большим внутренним диаметром преобразует умеренное давление в огромную толкающую силу. От цилиндров зависят три основных вида движения:

• Изменение вылета. Гидроцилиндр основной стрелы поднимает и опускает внутреннюю стрелу вокруг оси шарнира на колонне. При подъёме стрелы крюк приближается к крану и поднимается выше.
• Складывание. На кране-манипуляторе с шарнирно-сочленённой стрелой второй цилиндр складывает внешнюю стрелу вокруг шарнирного соединения. Это позволяет крану доставать за фальшборт или в трюм, а затем складываться в компактную конфигурацию на палубе.
• Телескопирование. Цилиндры выдвижения внутри стрелы выдвигают её секции наружу для увеличения вылета. Телескопические краны получают свой вылет именно таким образом; краны-манипуляторы с шарнирно-сочленённой стрелой также используют этот принцип для внешней стрелы.

На чертеже нашего телескопического судового крана-манипулятора SQ10SA4T показано, как угол наклона стрелы влияет на грузоподъёмность. При выдвинутой до 9,02 m стреле, расположенной горизонтально под углом 0°, крюк находится на вылете 9,0 m, а грузоподъёмность составляет 2 200 kg. При подъёме до 60° та же стрела приближает крюк до 4,4 m, а грузоподъёмность увеличивается до 4 300 kg; при угле 75° эти показатели составляют 2,3 m и 7 000 kg. Кран не стал мощнее; груз просто сместился ближе к центру поворота.

Какая конфигурация стрелы подходит для конкретного судна — это отдельный вопрос. В нашей статье о типах кранов, используемых на судах, приводится их сравнение, а на страницах категорий представлены наши судовые краны-манипуляторы с шарнирно-сочленённой стрелой и судовые краны-манипуляторы с телескопической стрелой.

Поворот: как поворачивается кран

Поворот — это вращение всего крана вокруг его основания. Гидромотор, обычно соединённый через редуктор, приводит в движение небольшую шестерню, которая входит в зацепление с большим зубчатым венцом опорно-поворотного устройства. Опорно-поворотное устройство воспринимает вес крана и опрокидывающий момент груза, при этом обеспечивая возможность вращения верхней конструкции.

Диапазон поворота определяется конструкцией: на чертежах указан угол поворота 330° для компактной модели SQ08ZA3TJ+1 и 360° для более крупных моделей, приведённых в таблице выше. При остановке поворота тормоз гидромотора или удерживающий клапан фиксируют кран в заданном положении, что особенно важно в море, поскольку при крене палубы подвешенный груз тянет стрелу вниз по наклону. В нашем руководстве по механизмам поворота кранов более подробно описаны схемы с зубчатым венцом, червяком и шестерней.

Подъём груза: лебёдка, стальной канат и запасовка

Кран без лебёдки поднимает груз исключительно за счёт перемещения стрелы, поэтому высота крюка изменяется только при движении стрелы. Кран, оснащённый лебёдкой, может независимо поднимать и опускать крюк, поэтому большинство судовых кранов оснащены лебёдкой: это позволяет экипажу опускать груз глубоко в трюм или на стоящую у борта лодку, а затем поднимать его вертикально.

Лебёдка состоит из барабана, приводимого во вращение гидромотором через редуктор, а также из тормоза, который удерживает барабан при остановке гидромотора. Канат проходит от барабана вдоль стрелы, перекидывается через шкив на оголовке стрелы и спускается к крюку. Когда канат запасован через крюковую подвеску с несколькими ветвями, как на фотографии на обложке данного руководства, каждая дополнительная ветвь принимает на себя часть нагрузки, поэтому лебёдке требуется меньшее тяговое усилие, хотя крюк при этом движется соответственно медленнее.

Правила США по погрузочно-разгрузочным работам для кранов, входящих в состав постоянного оборудования судна, 29 CFR 1918.55, устанавливают три практических требования к подъёмной системе. Во-первых, на барабанах без канавок должно оставаться не менее «трёх полных витков каната, а на барабанах с канавками — двух полных витков». Во-вторых, тормоза «должны контролироваться во время эксплуатации», и если они не способны удержать груз, кран использовать запрещается. В-третьих, если кран оснащён функцией опускания с приводом, «не должно происходить свободного падения грузозахватного устройства при закреплённом грузе».

В представленном ниже 55-секундном видео показаны эти узлы на нашем кране SQ8ZA4TJ — судовом кране-манипуляторе с шарнирно-сочленённой стрелой грузоподъёмностью 8 t, оснащённом лебёдкой: гидромотор поворота, распределитель и направляющие шлангов на колонне, барабан гидравлической лебёдки и стойка рычагов управления.

Грузовой момент: почему грузоподъёмность уменьшается с увеличением вылета

Грузовой момент — это вес груза на крюке, умноженный на расстояние по горизонтали от центра поворота; именно этот момент в конечном счёте ограничивает любой кран. Стальная конструкция, опорно-поворотное устройство и фундамент на палубе должны выдерживать этот момент; поэтому чем дальше крюк выдвигается наружу, тем меньший груз разрешается поднимать крану.

Грузовысотная характеристика нашего 5-тонного судового крана SQ5ZA3TJ наглядно иллюстрирует эту зависимость. Он поднимает 5 000 kg на вылете 2,1 m, что соответствует его номинальному моменту 10,5 t·m. На вылете 4,45 m грузоподъёмность составляет 2 350 kg, на вылете 6,2 m — 1 600 kg, а при максимальном вылете 8,05 m — 1 100 kg.

Пример сценария (иллюстрация, не реальная запись о клиенте): экипаж планирует поднять с причала поддон с запасами весом 1 500 kg с помощью крана SQ5ZA3TJ, при этом поддон находится на расстоянии 6,2 m от крана. Согласно характеристике, на этом вылете допускается 1 600 kg. Если вес крюка, строп и скоб составляет 60 kg, общий вес равен 1 560 kg, что укладывается в пределы номинальной грузоподъёмности, но оставляет очень небольшой запас. Если судно накренится в сторону от причала, груз сместится наружу, и вылет увеличится. Более безопасным вариантом будет приблизить судно к причалу или опустить поддон ближе к крану.

В наших руководствах по грузовому моменту крана и чтению грузовысотной характеристики крана этот расчёт объясняется более подробно.

Что меняется, когда кран находится на судне

Гидравлический принцип аналогичен принципу работы крана-манипулятора на грузовике или причального крана; однако судно находится в постоянном движении, и это движение изменяет характер воздействия сил на конструкцию крана:

• Крен и дифферент. Когда палуба наклоняется, груз по-прежнему висит вертикально вниз. На низкой стороне крюк оказывается дальше от крана, чем вылет, указанный на стреле, и стрела принимает на себя боковую нагрузку, на которую она не рассчитана.
• Бортовая и килевая качка, волнение. Движение судна заставляет груз раскачиваться и создаёт динамические силы каждый раз, когда канат резко натягивается. Подъём с лодки, которая поднимается и опускается у борта, — самый сложный случай.
• Кран вызывает крен судна. Груз, вынесенный за борт, смещает центр тяжести судна, и на небольшом судне или барже крен может быть значительным. В нашем руководстве по кранам на баржах приведена простая оценка крена.
• Палуба должна выдерживать кран. Основание передаёт весь момент на конструкцию палубы. Правило 6 британских Правил торгового судоходства о подъёмных операциях требует, чтобы подъёмное оборудование обладало достаточной прочностью и устойчивостью, «учитывая, в частности, напряжения, возникающие в точке его крепления или фиксации».

Грузовысотная характеристика обычно рассчитывается для горизонтального основания крана. Если поставщик крана не предоставил конкретных данных по крену, соблюдайте явный запас относительно значений характеристики, снижайте скорость всех движений и приостанавливайте подъём, если из-за качки судна груз становится трудно контролировать. Ваш корабельный инженер должен подтвердить прочность палубы и остойчивость судна при работе крана на полном вылете.

Устройства безопасности в гидравлическом контуре

Поскольку масло под давлением обеспечивает рабочую силу крана, большинство защитных устройств представляют собой клапаны, встроенные в гидравлический контур. Типичный судовой гидравлический кран включает в себя следующие элементы:

• Главный предохранительный клапан. Он срабатывает, когда давление достигает заданного предела, благодаря чему насос не может создать в системе давление, превышающее рабочее.
• Удерживающие клапаны на цилиндрах. Установленные непосредственно на каждом цилиндре, они запирают масло, благодаря чему стрела не может опуститься в случае разрыва шланга или потери давления. В нашей статье о гидрозамке объясняется, как они работают.
• Ограничитель грузового момента. На большинстве гидравлических кранов он измеряет давление в главном подъёмном цилиндре и при достижении предела блокирует любое движение, которое привело бы к увеличению грузового момента, в то время как движения, уменьшающие его, обычно остаются доступными.
• Тормоз лебёдки. Тормоз, обычно пружинного действия, удерживает барабан, когда гидромотор лебёдки не работает.
• Концевые выключатели. Они предотвращают удар крюка об оголовок стрелы и чрезмерное сматывание каната. Те же правила США гласят, что системы обхода концевых выключателей «должны быть заблокированы во время всех грузовых операций».

Ни одно из этих устройств не заменит обученного и компетентного оператора.

Где используются судовые краны

На крупных контейнерных терминалах используются специализированные причальные контейнерные краны, тогда как описанные здесь гидравлические судовые краны предназначены для выполнения небольших повседневных подъёмных работ на судах и вокруг них:

• Провизия, запасы и запасные части на грузовых судах, поднимаемые с причала на палубу. В нашем руководстве по палубным кранам рассматриваются вылет и укладка по-походному.
• Рабочие и рыболовные суда, на которых небольшой кран-манипулятор с шарнирно-сочленённой стрелой используется для работы с сетями, ящиками для улова, ловушками и оборудованием. См. руководство по кранам для лодок.
• Баржи и понтоны, перевозящие строительные материалы, трубы или дноуглубительное оборудование. В руководстве по кранам для барж рассматриваются подбор крана и крен.
• Стационарные пьедесталы на причалах, пирсах и стальных платформах. См. руководство по пьедестальным кранам.
• Работы в гаванях и доках наряду с другими доковыми кранами, сравнение которых приведено в статье «Какие краны используются в доках».

Наши гидравлические судовые краны-манипуляторы предназначены для портов, барж, рабочих судов и судов прибрежного плавания, и мы подбираем каждый кран под судно, на котором он будет работать.

Правила, применимые к кранам на судах

В Великобритании общие правила подъёма грузов, как правило, не применяются на борту судов. В обзоре HSE по LOLER отмечается, что «любое подъёмное оборудование, используемое на судах, как правило, исключается, поскольку в законодательстве о торговом мореплавании предусмотрены иные положения, касающиеся безопасности данного оборудования». Этими положениями являются Правила 2006 года о торговом мореплавании и рыболовных судах (подъёмные операции и подъёмное оборудование).

Две части этих правил непосредственно вытекают из принципа работы. Правило 9 требует, чтобы подъёмное оборудование на судне, безопасная рабочая нагрузка которого зависит от вылета, было оснащено «точным указателем, хорошо видимым для оператора», отображающим вылет и безопасную рабочую нагрузку на этом вылете. Правило 12 требует, чтобы оборудование, подверженное воздействию условий, вызывающих износ, например на открытой палубе, подвергалось тщательному освидетельствованию не реже одного раза в 12 месяцев, а съёмные грузозахватные приспособления и оборудование для подъёма людей — не реже одного раза в 6 месяцев, либо в соответствии с программой освидетельствований.

В США 29 CFR 1918.51 гласит, что безопасная рабочая нагрузка, указанная на грузовом устройстве, «не должна превышаться», а грузовое устройство подлежит осмотру перед каждым использованием.

Некоторым судам также требуется одобрение палубных кранов классификационным обществом. Наши гидравлические судовые краны-манипуляторы не сертифицированы классификационным обществом, поэтому, если для вашего судна или проекта это необходимо, уточните этот вопрос у нас перед оформлением заказа.

Часто задаваемые вопросы

Как работает судовой кран, если объяснить простыми словами?

Двигатель приводит в действие гидравлический насос, а насос подаёт масло через распределитель в цилиндры и гидромоторы. Цилиндры поднимают, складывают и выдвигают стрелу, один гидромотор поворачивает кран, а другой приводит в действие лебёдку, которая поднимает и опускает крюк.

Что приводит в действие гидравлический судовой кран?

Электрическая гидростанция на палубе, насос с приводом от главного или вспомогательного двигателя либо собственная гидравлическая система судна. В чертеже крана указаны необходимые расход масла и давление, например для нашей модели SQ5ZA3TJ — 35 L/min при 28 MPa.

Почему грузоподъёмность судового крана снижается на полном вылете?

Потому что предел определяется грузовым моментом, равным произведению груза на вылет. Наша модель SQ5ZA3TJ поднимает 5 000 kg на вылете 2,1 m, но только 1 100 kg на вылете 8,05 m. Крен судна может привести к тому, что фактический вылет превысит запланированный, поэтому оставляйте запас.

В чём разница между изменением вылета и поворотом?

Изменение вылета — это подъём или опускание стрелы в вертикальной плоскости, что меняет вылет и высоту крюка. Поворот — это вращение всего крана вокруг его основания, в результате чего крюк перемещается по кругу.

Как часто необходимо освидетельствовать кран на судне?

В соответствии с британскими Правилами торгового судоходства о подъёмных операциях кран, подверженный воздействию погоды, должен проходить тщательное освидетельствование не реже одного раза в 12 месяцев, а съёмные грузозахватные приспособления — каждые 6 месяцев, если только программа освидетельствований не предусматривает иные интервалы. Ознакомьтесь также с правилами вашего государства флага и руководством по эксплуатации крана.

Как мы составили это руководство

Мы собрали данные о расходе, давлении, объёме масляных баков, углах поворота и грузоподъёмности из технических чертежей BOB-LIFT моделей SQ08ZA3TJ+1, SQ3.2ZA3TJ, SQ5ZA3TJ, SQ8ZA4TJ, SQ10ZA6TJ и SQ10SA4T, а также из грузовысотной характеристики модели SQ5ZA3TJ. Информация о вариантах привода, режимах управления и ответ об одобрении классификационного общества взяты с наших действующих страниц судовых кранов-манипуляторов. Цитаты взяты из официального текста eCFR (29 CFR 1918.51 и 1918.55), а также с сайтов legislation.gov.uk и hse.gov.uk. Achord Chan, Product Operations Director, проверил данное руководство в ноябре 2026 года. Оно не заменяет руководство по эксплуатации вашего крана, рекомендации вашего корабельного инженера или правила вашего государства флага.

Подберите судовой кран для вашего судна

Сообщите нам самый тяжёлый груз, необходимый вылет, свободную площадь палубы и то, как судно может обеспечить гидравлическое питание. Мы порекомендуем судовой кран-манипулятор с шарнирно-сочленённой или телескопической стрелой и вышлем его чертёж и грузовысотную характеристику, чтобы ваш корабельный инженер мог проверить палубу и остойчивость. На каждый кран предоставляется 12-месячная гарантия на всю машину, стандартные запасные части отправляются с завода в течение 48 часов, а наша сервисная служба отвечает в течение 12 часов. Свяжитесь с нами для получения коммерческого предложения.