Měření jeřábových drah pro jejich montáž, revizi a údržbu

1. Úvod

Jeřáb je zařízení určené pro přemisťování břemen svislým směrem. Vynález jeřábu souvisí s vynálezem kola a kladky, které objevili Sumerové 3 000 let před naším letopočtem. Doložené zmínky o využití jeřábu jsou z dob starověkého Řecka a Říma, velké stavby se zde neobešly bez pomoci zdvihacích zařízení. Historii jeřábu pěkně popisují následující slova: „Dřevěné kolo se těžce otáčí. Kdo jej pohání, kdo je v něm uzavřen? Podle starých římských reliéfů se v jeho bednění nacházejí živí lidé, otroci. Zatímco v potu tváře šlapou, lano se navíjí na hřídel, a tím je poháněn velký stavební jeřáb. Ve starém Římě se bez pomoci jeřábů na stavbách neobešli. Neobešli se ovšem také bez nelidské dřiny. Ještě v pozdním středověku byli k takové dřině odsouzeni trestanci nebo chudáci, kteří takto poháněli kolostroje.“ [1] Bubnový jeřáb zobrazuje obrázek 1 vlevo.

K nejznámějším historickým jeřábům patří Gdaňský jeřáb (viz obr. 1 vpravo), který sloužil pro stavbu stěžňů na plachetnicích a dokázal zvednout dvakrát 2 tuny do výšky 27 m. Poprvé je jeřáb zmiňován v roce 1367 a je to největší středověký jeřáb, který je dnes součástí Ústředního námořního muzea. 

2. Typy jeřábů a hlavní definice

Typy jeřábů můžeme rozdělit podle několika kritérií, jako jsou celkový tvar, druh pohonu, druh pohybu a vykonávané práce, případně místo použití. Nejčastější rozdělení je podle celkového tvaru jeřábu, kde rozlišujeme:

• mostové jeřáby,
• portálové a poloportálové jeřáby,
• věžové a sloupové jeřáby,
• konzolové jeřáby,
• kolejové a silniční jeřáby,
• plovoucí jeřáby,
• lanové jeřáby. 

Mostové a portálové jeřáby se pohybují po jeřábové dráze, což je konstrukce určená pro pojezd jeřábu, tvořená nosníkovou konstrukcí s kolejnicemi nebo ocelovými nosníky podvěsných jeřábů nebo nosníkem pojízdného kladkostroje (zdvihadla), popř. samostatnou kolejí na podloží. Součástí jeřábové dráhy je i nutné příslušenství, zejména nárazníky, narážky, lávky, plošiny, žebříky, zábradlí, popř. nosníky a konzoly trolejí. K dalším důležitým termínům patří:

• Větev jeřábové dráhy je část konstrukce jeřábové dráhy, po níž pojíždí pojezdová kola jeřábu.
• Pole větve jeřábové dráhy je část větve jeřábové dráhy mezi dvěma sousedními podporami, popř. s prodloužením nosníku za poslední podporu, tj. s převislým koncem.
• Rozchod jeřábové dráhy je vodorovná vzdálenost mezi svislými osami jeřábových kolejnic obou větví jeřábové dráhy mostových, portálových a poloportálových jeřábů a vodorovná vzdálenost mezi svislými osami pojížděných nosníků vnějších větví jeřábové dráhy podvěsného jeřábu.
• Výška jeřábové dráhy je svislá vzdálenost od úrovně země k úrovni hlavy kolejnice jeřábové dráhy.
• Jeřáb je stroj pro cyklickou činnost určený pro zdvihání a přemísťování břemen v prostoru, která jsou zavěšena na háku nebo uchopena jiným prostředkem.
• Jeřáb mostového typu je jeřáb s prostředkem pro uchopení břemene zavěšeným na kočce, na zdvihové jednotce/kladkostroji nebo výložníkovém jeřábu a tento prostředek se může pohybovat podél mostu.
• Mostový jeřáb je jeřáb s mostovými nosník, přímo podepřenými pojezdovými jednotkami na kolejnicových drahách.
• Portálový jeřáb je jeřáb s mostovými nosníky, podepřenými nohami na kolejnicových drahách.
• Provozní tolerance je hodnota, o kterou je dovoleno, aby se měnil určený rozměr, vyplývající z používání jeřábu a jeho drah. 
  
  

3. Normy a předpisy

Měření geometrických parametrů jeřábových drah se provádí pro potřeby předání nové nebo opravené dráhy, splnění povinnosti provádět pravidelnou kontrolu dráhy, zjištění skutečného stavu dráhy pro potřeby údržby, zjištění příčiny poruchy, zjištění velikosti odchylek pro vyrovnání dráhy a řídí se následujícími normami.

ČSN 73 5130 – Jeřábové dráhy, zde jsou uvedeny požadavky na prostorovou úpravu, konstrukční požadavky, tolerance (tabulka 1) a požadavky na rektifikaci pojízdných mostových jeřábů a portálových mostových jeřábů. Platí pro projektování, výrobu, montáž a provoz kolejnicových drah pojízdných jeřábů a zdvihadel. Touto normou se řídíme, pokud jde v rámci jeřábových drah o kontrolu a údržbu.

ČSN EN 1090-2 +A1 (73 2601) – Provádění ocelových konstrukcí a hliníkových konstrukcí – Část 2: Technické požadavky na ocelové konstrukce (2012) Nové vydání, norma třídí konstrukce, uvádí jejich výrobní tolerance (tabulka 1) na přesnost provádění ocelových konstrukcí tak, aby se zajistila odpovídající úroveň mechanické únosnosti a stability, použitelnosti a trvanlivosti. Jsou zde stanoveny mezní úchylky od projektovaných rozměrů a tvaru jeřábové dráhy. Tato norma definuje třídy následků poruchy konstrukce.

• CC3 – Velké následky s ohledem na ztráty lidských životů nebo významné následky ekonomické, sociální nebo pro životní prostředí.

Stadiony, budovy určené pro veřejnost, kde jsou následky poruchy vysoké (např. koncertní sály).

• CC2 – Střední následky s ohledem na ztráty lidských životů nebo značné následky ekonomické, sociální nebo pro životní prostředí.

Obytné, administrativní a průmyslové budovy a budovy určené pro veřejnost, kde jsou následky poruchy středně závažné.

• CC1 – Malé následky s ohledem na ztráty lidských životů nebo malé / zanedbatelné následky ekonomické, sociální nebo pro životní prostředí.

Zemědělské budovy, kam lidé běžně nevstupují (např. budovy pro skladovací účely, skleníky). 

Tab. 1 Funkční a montážní tolerance jeřábové dráhy

ČSN ISO 12488-1 (27 0202) – Tolerance pro pojezdová kola a pro jeřábové a příčné dráhy / Druhé vydání (2012), stanovuje jednotlivé třídy tolerance, vybrané především na základě projektované souhrnné délky pojíždění (tab. 2), požadované výrobní a provozní tolerance pro jeřábové dráhy.

Tab. 2 Třídy tolerance dle ČSN ISO 12488-1

ČSN 73 2604 Ocelové konstrukce – Kontrola a údržba ocelových konstrukcí pozemních a inženýrských staveb (2012), tato norma uvádí požadavky na kontrolu a údržbu ocelových konstrukcí. Stanovuje, že při podrobné prohlídce se má zaměřit geometrický tvar konstrukce a stanovuje intervaly prohlídek pro ocelové konstrukce uvedené v tabulce 3. 

Tab. 3 Intervaly prohlídek

ČSN 27 0142 Jeřáby a zdvihadla – Zkoušení provozovaných jeřábů a zdvihadel. Tato norma platí pro zkoušení všech provozovaných jeřábů a zdvihadel s ručním i motorickým pohonem, pokud výrobce nestanoví jinak. Pro měření jeřábových drah odkazuje na ČSN 73 5130 a také stanovuje lhůty revizí (1 až 4 roky) a zkoušek (2 až 8 roků)

ČSN 73 0420-1 – Přesnost vytyčování staveb – Část 1: Základní požadavky, Norma nám stanovuje přesnosti (nejistoty) pro všechny druhy staveb, pro které nebyly vydány zvláštní technické normy nebo předpisy. Jsou zde uvedena kritéria přesnosti, mezní vytyčovací odchylky a směrodatné odchylky, které můžeme vypočíst ze stavební tolerance.

ČSN EN 1993-6 (73 6205) – Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí. Část 6: Jeřábové dráhy, pojednává o navrhování ocelových konstrukcí jeřábových drah. Norma obsahuje potřebné údaje o materiálu, návrh ložisek a mezní hodnoty deformace vlivem zatížení aj.

ČSN 27 2430 – Jeřábové dráhy. Prostorová úprava, tuto nyní již neplatnou normu zmiňuji jako zajímavost. Její účinnost skončila k datu: 1. 8. 1987, ale je to jediná norma, která jasně definuje přesnost měření jeřábových drah.

ČSN EN 1990-2 (73 0002) – Eurokód 0: Zásady navrhování konstrukcí, stanovuje zásady a požadavky na bezpečnost, použitelnost a trvanlivost konstrukcí, popisuje zásady pro jejich navrhování a ověřování a uvádí pokyny pro související hlediska spolehlivosti konstrukcí. Jsou zde uvedeny zásady pro stanovení zatížení a jejich účinků na konstrukci, zásady pro určení odolnosti konstrukce.

Metodický návod pro určování prostorových vztahů jeřábových drah. Tento dokument je nyní již neplatný, ale velmi podrobně popisuje metodiku pro měření jeřábových drah metodou záměrné přímky.

ČSN 272435 Jeřábové dráhy dočasné, upravuje zásady pro dočasné jeřábové dráhy například na staveništích

ČSN ISO 4301-5 Jeřáby. Klasifikace. Část 5: Mostové a portálové mostové jeřáby, ČSN ISO 4301-1 Jeřáby a zdvihací zařízení. Klasifikace. Část 1: Všeobecně. Obě uvedené normy jsou především terminologické. 

3. Měření geometrických parametrů jeřábové dráhy

Stanovení geometrických parametrů jeřábové dráhy obsahuje určení rozměrů a tvarů objektu a polohy jeho částí vzhledem k hlavní polohové čáře nebo hlavní ose objektu.

Podle dle ČSN 735130 se určují následující parametry dráhy.

• Rozchod jeřábové dráhy.
• Výškové úroveň hlavy kolejnice od teoretické výšky jeřábové dráhy.
• Výšková úroveň obou kolejnic v příčném směru.
• Výšková úchylka v podélném směru kolejnice na délce 2 m.
• Úchylka kolejnice v bočním pro celou délku kolejnice.
• Úchylka kolejnice v bočním směru na délce 2 m.
• Sklon pojezdové plochy kolejnice v podélném a bočním směru.
• Posun svislé osy kolejnice od osy nosníku. 

Platí pro nové jeřábové dráhy a teplotu 20 °C, jsou-li za provozu překročeny o 20 %, musí se jeřábová dráha vyrovnat. Příčné a výškové úchylky polohy kolejnic, úchylky rozchodu a rozdíl výškových úrovní obou kolejnic se musí zjišťovat v místech všech podpor dráhy a na převislých koncích nosníků delších než 3 m. Jeřáby musí být odstaveny do krajní polohy a musí být mimo provoz. Měření nesmí být ovlivněno pojezdem jeřábů v sousedních lodích.

Vzhledem k velkému množství variant geometrického a konstrukčního uspořádání jeřábových drah, není možno jednoznačně určit vhodnou metodu měření. Je nezbytně nutné znát pracovní prostředí, veškerá měření naplánovat a dohodnout vhodnou koordinaci prací z hlediska možného přerušení výroby a především dbát všech bezpečnostních pravidel pro práce u elektrických zařízení a pro práce ve výškách.

Základním požadavkem měření je s maximální možnou přesností zaměřit geometrický tvar, abychom následným výpočtem a dalším zpracováním mohli vyhodnotit úchylky od projektovaných či výrobních hodnot vyplývajících z platných norem. Dalším stanoviskem pro zvolení vhodné měřické metody je velikost (především délka a rozchod) a tvar jeřábové dráhy, přístrojové vybavení a v neposlední řadě i možnost doby odstavení jeřábové dráhy z provozu. 

3.1. Metoda záměrné přímky

Nejstarší, avšak stále jedna z nejpřesnějších metod měření, kdy již v průběhu vlastního zaměření máme k dispozici předběžné výsledky, které jsou dány přímo měřenými hodnotami. Výhodou této metody je relativně malá možnost chyby mezi body na jedné kolejnici. Nevýhodou je pohyb celé měřické skupiny po jeřábové dráze.

Záměrná přímka je nejčastěji realizována spojnicí počátečního a koncového bodu - střednice každé kolejnice nebo jako odsazená rovnoběžka těchto bodů. Záměrnou přímku přitom reprezentuje záměrná osa teodolitu nebo viditelná laserová stopa.

Vlastní měření probíhá následujícím postupem:

• Rozměření kolejnic a vyznačení jejich střednic speciálními přípravky na měření jeřábových drah (středicí nůžky s průbojníkem, obrázek 2 vlevo) nad středy podpor jeřábové dráhy,

• Realizace záměrné přímky – na počáteční bod první kolejnice (vyznačený střed) se pomocí speciální upínací podložky obrázek 2 vpravo (umožňující stabilizaci přímo na temeno kolejnice) umístí teodolit nebo totální stanice a provede se orientace na koncový bod této kolejnice rovněž stabilizovaný vhodným trvalým způsobem.
• Směrový průběh kolejnice se zjišťuje přikládáním měřítka a odečtem číselné hodnoty skutečné odchylky nad každým vyznačeným bodem ve směru od koncového bodu záměrné přímky k počátečnímu a následně zpět. Odchylka dvojího měření by neměla překročit hodnotu 1 mm.
• Vytyčení kolmic v počátečním a koncovém bodě původní záměrné přímky a je-li to možné, tak ve vzdálenosti daného příslušného rozchodu jeřábové dráhy vyhotovíme rovnoběžku s původní záměrnou přímkou na druhé kolejnici. Poté opakujeme postup pro zjištění směrových odchylek druhé kolejnice.
• Zaměření odchylky kolmosti nárazníků od krajních vyznačených bodů a zaměření rozchodů jeřábové dráhy v jednotlivých příčných řezech. Rozchod jeřábové dráhy se měří kalibrovaným pásmem nebo ručním laserovým dálkoměrem. Měření by se mělo provést alespoň třikrát a rozdíl hodnot by neměl přesáhnout 1 mm.
• Výškový průběh kolejnice se zaměří nivelací, každý bod dvakrát, s následnou kontrolou rozdílu odchylek do 1 mm. [4] 

Při využití metody záměrné přímky jsou výsledné geometrické parametry měřeny přímo nebo je lze jednoduše vypočítat z přímo měřených hodnot. Norma ČSN 735130 udává i náležitosti protokolu, který má obsahovat technickou zprávu (popis a údaje o jeřábové dráze, účel měření, popis měření, přístroje a pomůcky, klimatické podmínky, jména a kvalifikace pracovníků, zhodnocení výsledků údaje o použitých výchozích bodech, posudek o dodržení/překročení úchylek) a grafické znázornění s vyznačením směrového a výškového průběhu, vyznačení hodnot úchylek, rozchod, sklon a vychýlení polí dráhy. Ukázka grafického znázornění je na obrázku č. 3.

3.2. Prostorová polární metoda

Pro měření jeřábové dráhy se v současnosti nejčastěji používá prostorová polární metoda, a to z důvodu zrychlení terénních měřických prací, bezpečnosti práce a v dnešní době i dostatečnou přesností a efektivností totálních stanic, projevující se vyšší přesností výsledných zaměřených geometrických parametrů.

Prostorovou polární metodou jsou určeny prostorové souřadnice Y, X, H každého bodu středu kolejnice jeřábové dráhy a čela nárazníků. Stanovisko přístroje volíme v ideálním případě ve výšce jeřábové dráhy, nebo na stativu umístěném na zemi přibližně v polovině délky a ose jeřábové dráhy. Volba stanoviska je závislá na výšce nadzemní jeřábové dráhy, na velikosti rozchodu a především na délce jeřábové dráhy. V případě delších drah je potřeba volit více stanovisek optimálně rozložených po celé délce dráhy.

Pro měření jeřábových drah by měly být použity totální stanice požadované přesnosti. Jak uvádí Hánek [5], přesnost měření vodorovných a zenitových úhlů by měla být lepší než 0,5 mgon, přesnost měření délek 1 až 3 mm. Směrodatná odchylka polohy měřeného bodu je pak závislá na vzdálenosti přístroje a měřeného bodu. V tabulce 4 jsou uvedeny odchylky polohy měřených bodů pro přístroje různých parametrů. Přesnost měření délek totální stanicí je udávána například 1 mm + 1 ppm, což znamená, že chyba měřené délky by neměla přesáhnout hodnotu 1 mm + 1 mm/km. Přesnost měření vodorovných a zenitových úhlů je udávaná ve vteřinách. 

Tab. 4 Polohová odchylka bodů dle parametrů přístroje

Při měření je potřeba ověřovat stabilitu přístroje kontrolou vodorovného směru, zenitového úhlu a délky na kontrolní body, minimálně na začátku a po konci měření každé kolejnice jeřábové dráhy. Prostorová poloha každého podrobného bodu je určena ze zaznamenaného vodorovného směru, zenitového úhlu a šikmé délky. Zaměření je realizováno na vyznačený střed kolejnice na odrazný hranol, hranol může být od středu kolejnice také odsazen o konstantní hodnotu.

Výsledkem měření prostorovou polární metodou jsou prostorové souřadnice (Y, X, H) měřených bodů v místním souřadnicovém systému. Tento souřadnicový systém můžeme libovolně transformovat pro potřeby interpretace výsledků. Nejčastěji se počátek systému volí na jednom začátku větve jeřábové dráhy a jedna osa směřuje do bodu koncového (viz obr. 4). Při zpracování lze body měřené na jednotlivých větvích dráhy proložit regresní přímkou, která může výsledná hodnoty vylepšit. Přímost, rozchod a výškové rozdíly kolejnic vypočteme prostým rozdílem souřadnic. Ty se v rozmezí několika centimetrů délky kolejnice nemohou výrazně měnit. Tím mizí nutnost propojovat obě větve kolmicemi a přesně rozměřovat polohu bodů. Jsou-li použity speciální přípravky pro odsazení hranolu od středu kolejnice, není potřeba jednotlivé body ani označovat důlčíkem. Totéž analogicky platí o výškových rozdílech. Pak při dvojím nezávislém měření nejsou místa měření zcela identická.

4. Závěr

Měření jeřábových drah je poměrně běžnou geodetickou činností. V současnosti je pro tato měření nejpoužívanější prostorová polární metoda. Využití této metody umožňuje dostupnost totálních stanic s dostatečnou přesností.

Při porovnání této metody s metodou záměrné přímky má nesporné výhody. Bezpečnost, po jeřábové dráze se musí pohybovat pouze jeden pracovník, který označí střed kolejnice a přiloží odrazný hranol. Měřič s totální stanicí se pohybuje pouze po podlaze haly. Rychlost měření polární metodou je přibližně o 50 % rychlejší než metoda záměrné přímky. Doba potřebná pro změření dráhy dlouhé 100 m je přibližně 1,5 hodiny. Při této metodě odpadá rozměřování bodů na kolejnicích, zároveň se měří jak rozchod a přímost, tak i výška kolejnice. Při použití záměrné přímky je nutné každý bod rozměřit a pak se rozchod, přímost i výška měří zvlášť. Přesnost obou zmiňovaných metod je srovnatelná, zde záleží na přesnosti použité totální stanice. Vybavení pro měření polární metodu lze pořídit v rádu statisíců, ve druhém případě se pohybuje cenově o jeden řád níže. Totální stanice své využití najdou při velkém množství geodetických činností, kde jsou nezbytné. Je nutné znovu připomenout, že totální stanice musí mít odpovídající parametry přesnosti. Vybavení pro měření pomocí orientační přímky je specifické a v dnešní době je lze k jiným činnostem použít jen omezeně.

Určitou nejasnosti do měření a zvláště vyhodnocení parametrů jeřábových drah vnáší kolize technických norem, kdy tolerance geometrických parametrů jeřábových drah obsahují hned tři normy: ČSN 735130, ČSN EN 1090-2+A1 a ČSN ISO 12488-1. Udávané tolerance jsou však velice podobné a mnohdy shodné.

Posledním poznatkem je to, že se v současnosti jeřábové dráhy budují často bez revizních lávek nebo plošin. Tím se práce při měření geometrických parametrů ztěžují a pro dodržení zásad bezpečnosti se práce prodražují. 

Tento příspěvek vznikl za podpory projektu SP2015/126 Přesnost historických měřických přístrojů, důlních map a dokumentace sbírky akademika Čechury.

Literatura

[1] Danková, Z. Zajímavosti: Stavební jeřáby a jejich historie. Web Epoch Times [online]. 18. 10. 2014 [cit. 2015-10-12]. Dostupné z: http://www.velkaepocha.sk/2014101622403/Stavebni-jeraby-a-jejich-historie.html. 

[2] Oficiální stránky hradu Žebrák, Točník, [cit. 2015-10-12] Dostupné z: http://www.tocnik.com/?Tocnik%3ASoucasnost. 

[3] cz, [cit. 2015-10-12] Dostupné z: http://odcestovat.cz/destinace/evropa/polsko-gdansk/jerab/. 

[4] Fischer, S. Zaměření a vyhodnocení geometrických parametrů jeřábové dráhy, Bakalářská práce, VŠB-TU Ostrava, 2015.

[5] Hánek P. a O. Buršíková. Měření jeřábových drah totálními stanicemi, Geodetický a kartografický obzor, ročník 39/81, 1993, číslo 1.

[6] Krpata, L. Měření jeřábových drah [cit. 2015-10-12] Dostupné z: http://www.presnamereni.cz/mereni-jerabovych-drah.

[7] Procházka, J. Sylabus přednášky č. 10 z ING3: Aplikace IG v průmyslu [online]. Praha: ČVUT, Katedra speciální geodézie, 2014 [cit. 2014-12-10]. Dostupné z: http://k154.fsv.cvut.cz/vyuka/geodezie/ing3/Sylabus_ING3_10.pdf. 

[8] Metodický návod pro určování prostorových vztahů jeřábových drah [984311MNI78]. Praha, ČUGK 1978.

[9] ČSN 73 5130. Jeřábové dráhy. Praha: Český normalizační institut, 1994. 16 s.

[10] ČSN EN 1090-2+A1. Provádění ocelových konstrukcí a hliníkových konstrukcí -část 2: Technické požadavky na ocelové konstrukce. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012. 176 s.

Recenzent: Ing. Ladislav Šeremeta, LAMI KAPPA, spol. s r. o., Teplice, vedoucí odborné skupiny montážních a optických měření při ATD ČR, z. s., certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik montážních a optických měření – kategorie III