Мачтово-стреловые строительные краны изготовляются грузоподъемностью 5 - 40 т, с вылетом стрелы 10 - 35 м и высотой подъема 10 - 40 м. В зависимости от грузоподъемности и размеров крана стрела, мачта и подкосы выполняются деревянными или (чаще) металлическими, обычно решетчатой конструкции.Для поворота мачты со стрелой в ее основании закрепляется обод из уголка или швеллера, к которому крепятся концы двух канатов, охватывающих его с разных сторон. Канаты закрепляются на барабанах поворотной лебедки, сидящих на валу и включаемых поочередно для поворотов отдельными муфтами включения (фрикционными) или реверсированием. При вращении один канат наматывается на барабан, а второй сматывается с него, благодаря чему и осуществляется поворот мачты. Применение для поворота мачты жесткого привода (зубчатой передачи) затруднено тем, что мачта, в особенности в вантовых кранах, не сохраняет строго вертикального положения.
Грузовой и стреловой канаты идут через направляющие блоки к соответствующим барабанам лебедки; при этом они вводятся внутрь мачты (к оси вращения): грузовой канат в нижней части мачты, стреловой - в верхней. Пята крана воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, которые слагаются из горизонтальной составляющей усилия, направленного вдоль стрелы, тягового усилия, необходимого для поворота подъемного крана, и ветровой нагрузки. Кроме того, пята должна обеспечивать подвижность мачты в вертикальной плоскости, поскольку в результате неравномерного натяжения и упругости вант возможны ее отклонения от вертикали. Поэтому пятовой шарнир заключает в себе шаровую головку, опирающуюся на шаровую чашку, причем внутренняя полость головки образует цилиндрический подшипник, а верхняя ее часть - плоский кольцевой подпятник. Наличие в пяте шаровой поверхности обеспечивает правильную работу кольцевого подпятника и цапфы при отклонении мачты от вертикали.
Оголовок мачты жестконогого крана устроен следующим образом: в верхнюю часть мачты заделан стальной штырь, на который надета головка в виде стального стакана с бронзовой втулкой и с проушинами для крепления подкосов. На верхнюю часть штыря надето кольцо, к которому крепится обойма стрелового полиспаста. Для смазки узла имеется резервуар. У вантового крана на головной штырь надета конусная головка с отверстиями, служащими для присоединения концов канатных вант.
Для подъемного оборудования мачтово-стрелового типа целесообразнее всего применять двухбарабанные лебедки зубчато-фрикционного типа с добавочным валом поворотного механизма. Лебедка устанавливается вне площади, обслуживаемой краном; рукоятки и педали управления фрикционными муфтами и тормозами вынесены в одно место. Расчеты мачтово-стреловых кранов сводятся в основном к определению усилий в стреловом полиспасте, стреле, мачте и элементах крана, поддерживающих мачту, и могут быть произведены как аналитическим путем, так и графически.
Для определения усилия в стреловом полиспасте достаточно составить уравнение моментов относительно оси шарнира крепления стрелы к мачте. Стрела рассчитывается на сжатие от веса поднимаемого груза и изгиб от собственного веса. Сжимающее усилие, в стреле получается из уравнения моментов.
Наибольшее усилие ванта испытывает тогда, когда стрела крана находится с ней в одной плоскости. Для расчета подкосов у грузоподъемного строительного оборудования принимают случай, когда подкос сжат, т. е. когда стрела с грузом повернута вплотную к одному из подкосов. Приближенно считают, что плоскость подкоса совпадает с плоскостью стрелы. Мачта стрелового крана работает в основном на сжатие и изгиб.
Для определения усилия сжатия необходимо найти полную реакцию шаровой пяты. Горизонтальную составляющую находят из уравнения моментов относительно верхней опоры мачты крана. Вертикальная реакция пяты получается как сумма вертикальных сил: Так как грузоподъемность мачтово-стрелового крана является величиной постоянной, наибольшие нагрузки на элементы крана будут возникать при наибольшем вылете груза, т. е. при минимальном значении угла.
Особенности эксплуатации стационарных мачтово-стреловых кранов заключаются в следующем. Мачтово-стреловые краны устанавливаются на более или менее длительный срок и потому могут быть хорошо использованы лишь при больших объемах работ в данном пункте (концентрированные объемы работ). Отсюда вытекает область их применения:
1) монтаж стальных конструкций и оборудования в промышленном строительстве (доменные печи, коксовые батареи и т. п.);
2) бетонирование крупных бетонных массивов (фундаменты, плотины, шлюзы и т. п.);
3) погрузочно-разгрузочные работы на складах заполнителей и т. п.
При производстве монтажных работ целесообразно применять краны специальной конструкции с надставками («клювы» и «гуськи»), шарнирно присоединяемыми в конце стрелы и удерживаемыми в требуемом положении канатными оттяжками, при помощи которых можно изменять их вылет. Надставка стрелы снабжается самостоятельным грузоподъемным механизмом, канат которого идет к отдельному барабану лебедки. Специальная конструкция крана значительно увеличивает полезное пространство под стрелой и дает возможность производить монтаж крупногабаритных элементов.
