VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

За многие десятилетия, прошедшие с тех пор, когда начался выпуск подъемных кранов с телескопической стрелой, конструкция стрелы постоянно эволюционирует. На сегодняшний день в мире существует довольно значительное количество видов поперечного сечения стрел. При этом каждый производитель крановой техники выделяет в том или ином типе стрелы свои плюсы.

В настоящее время используется большое количество профилей секций стрелы - прямоугольный (коробчатый), трапециевидный, гексагональный, октагональный, многогранный, U-образный (или овоидный) и т.д. Самым прогрессивным в настоящее время считается овоидное сечение. На рисунке 1 показаны некоторые профили, используемые для секций стреловых кранов. Но, несмотря на это, стрелы с другим профилем широко используются как российскими, так и иностранными производителями. Так, прямоугольное сечение, несмотря на его простоту, до настоящего времени широко используется не только на отечественных автокранах Клинцы, Ивановец (производства ОАО «Автокран»), Ульяновец, Угличмаш и др., но и за рубежом. Пример тому - автокраны грузоподъемностью до 45 т американской фирмы Manitex.

Гексагональный профиль сечения стрелы с параллельными и непараллельными боковыми плоскостями нашел применение на кранах Галичанин, Ивановец (производства ЗАО «Газнром-кран»), Tadano, Grove, LinkBelt, Sennebogen, AnhuiLiugong, TerexChangjiang, Locatelli, TCM и тд(на упомянутом выше рисунке - № 4,7).

Октагональный профиль используется на кранах Челябинец (на рисунке - № 5).

Стрелы, изготовляемые из двух гнутых полукоробов с параллельными вертикальными и горизонтальными плоскостями и скругленными углами, применены на кранах Галичанин, Terex,Changjiang, Locatelli (на рисунке - N° 6). Профиль сечения стрелы, называемый различными производителями поразному.

Сообразный или овоидный, нашел применение на кранах Ивановец, Luna, Liebherr, Terex, Grove, Tadano, Zoomlion, и др. (на рисунке - № 8).

В настоящее время практически все самоходные краны оснащаются телескопическими многосекционными стрелами. От конструкции телескопических стрел в основном зависят грузовысотные характеристики кранов.

Конструкция стрелы должна удовлетворять следующим важнейшим требованиям:

• форма секции стрелы должна быть пригодна для экономически оправданной технологии производства;

• для уменьшения контактных сил между отдельными телескопическими секциями секции должны быть спроектированы такой формы, чтобы в зонах контакта возникали минимальные дополнительные усилия;

• между секциями стрелы, а также между секциями и скользящими опорами должны быть небольшие зазоры для обеспечения боковой устойчивости и малого угла закручивания;

- с целью снижения веса возможно использование высокопрочных сталей с мелкозернистой структурой, при этом высокая нагрузочная способность этих сталей может быть реализована только при отсутствии возможности появления риска выпучивания (местной потери устойчивости) относительно тонких стенок поперечного сечения стрелы, при проверке местной устойчивости должны учитываться как продольные усилия в стреле, гак и усилия, действующие в направлении поперек стрелы.

Рис. 1 - Некоторые формы сечений телескопическихстрел:

1 – прямоугольное;2, 3 – трапециевидное;4, 7 – гексагональное;5 – октагональное;6 – сечение стрелы, изготовленной из двухгнутых полукоробов, с параллельными вертикальными и горизонтальными плоскостями и скругленными углами;8 – U-образное (овоидное)

Выбор геометрии сечений определяется возможностями технологии производства, компоновкой сборочных элементов, уровнем трудоемкости, весовыми и габаритными ограничениями, соотношением нагруженности секций в плоскости подвеса и из плоскости подвеса. По всем указанным факторам стрелы с овоидными поперечными сечениями имеют решающие преимущества по сравнению со стрелами, имеющими коробчатые сечения. Главные плюсы овоидного сечения - большой коэффициент местной устойчивости, высокие прочностные свойства, сравнительно низкая металлоемкость.

Рассмотрим подробнее преимущества овоидного сеченияперед наиболее популярным сейчас коробчатым.Недостаток обычной коробчатой стрелы прямоугольного сечения в ее массе, ограничивающей длину стрелы и соответственно подстреловое пространство. Основную нагрузку при подъеме груза в плоскости подвеса несут толстые верхний и нижний листы стрелы. Более тонкие боковые листы сохраняют форму стрелы и также работают: верхняя половина на растяжение, нижняя на сжатие. При повороте платформы возникают значительные боковые нагрузки, и боковые листы точно так же, как верхний и нижний листы, начинают работать на изгиб, тонкая стенка может не выдержать и потерять устойчивость, т. е. деформироваться.

Потеря местной устойчивости листового материала проявляется в том, что лист металла при сжатии теряет плоскую форму и принимает волнообразную форму (происходит как бы выпучивание листовой поверхности). Этот эффект может возникнуть в сжатых поясах нижних листов секций. Чем длиннее и тоньше лист металла, тем скорее произойдет потеря устойчивости. Для крановых конструкций это недопустимо.Сохранение устойчивости боковой стенки – одна из основных проблем при конструировании коробчатой стрелы. Для этого ставят ребра жесткости, которые утяжеляют стрелу и увеличивают затраты на ее изготовление. Небольшиескругления углов практически ничего не меняют. Овоидный профиль по сравнерию с другими имеет самый высокий коэффициент местной устойчивости.

Стрела с овоидным профилем имеет высокие прочностные свойства благодаря тому, что происходит перераспределение вертикальной нагрузки в радиальную, действующую на большую площадь. Как следствие, уменьшаются местные напряжения в элементах стрелы. Большойкоэффициент местной устойчивости, высокие прочностные свойства стрел с овоидным профилем дают возможность уменьшить толщину листов секций, избавиться от усиливающих накладок и, следовательно, уменьшить массу стрелы. А значит, получить более высокие грузовысотные характеристики.

Овоидный профиль поперечного сечения стрелы обладает исключительной жесткостью на кручение и на изгиб, что позволяет снизить массу стрелы или обеспечить соответствующее повышение грузоподъемности стрелы. Высокая жесткость стрелы обеспечивает минимальное перемещение головки стрелы в плоскости подвеса и из плоскости подвеса, что особенно важно для машинистов и стропальщиков при выполнении грузовых и монтажных операций. Аэродинамические формы овоидной стрелы уменьшают ветровую нагрузку на стрелу и повышают безопасность работы. Малообслуживаемые направляющие - скользуныовоидных стрел (изготавливаются из полиамида) обеспечивают меньшую и равномерную удельную нагрузку по всей площади контакта со смежной секцией, что способствует уменьшению их износа и сокращает затраты на эксплуатацию.

Оценив по достоинству преимущества овоидиого профиля секций стрелы, в настоящее время практически все ведущие европейские производители стреловых кранов применяют именно этот профиль.

Передовые технологии в краностроении внедряются и российскими производителями. Яркий тому пример - ивановский завод «Автокран». На этом предприятии в 2012 году введена в эксплуатацию новая линия по производству стрел овоидного профиля.

Основной особенностью производства стрел овоидного профиля, в отличие, например, от стрел многогранного профиля, является использование одного пресс-воздействия для получения требуемого радиуса в сечении. Размер получаемого радиуса при этом зависит от величины радиусной части пуансона, а также от толщины и свойств применяемого листового металла и определяется опытным путем.Секция стрелы сваривается сварочным швом двух полукоробов. Сварочный шов проходит по нейтральной линии напряжений рассчитанной конструкторами при максимальной нагрузке. Стрела может быть собрана из четырёх либо из пяти секций соответственно разного размера, и визуально профиль каждой из секции стрелы отличается от другой. Это также связано с расчётами по прочностным характеристикам стрелы, её нагруженности и работы в разных режимах (поднятие, опускание, телескопирование).

В качестве конструкционного материала, используемого при производстве этих стрел, применяется высокопрочная сталь типа Weldox.

Для большей наглядности былипроведены сравнительные испытания серийно выпускаемых кранов грузоподъёмностью 25 тонн – КС-45717К-1Р с 4-х секционной стрелой овоидного сечения и КС-45717К-3Р с 4-х секционной стрелой многогранного гнутого профиля. Испытания проводились в строгом соответствии с паспортными характеристиками данных автокранов. В результате испытаний установлено, что

- на вылете 7м и длине стрелы 21м грузоподъёмность увеличена на 21%;

- на вылете 7м и длине стрелы 25м грузоподъёмность увеличена на 21%;

- на вылете 9м и длине стрелы 30м грузоподъёмность увеличена на 36%.

Испытания показали, что кран с овоидной стрелой на одинаковом вылете поднимает на 1,5 – 2 тонны больше. Таким образом, переход на овоидное сечение стрел позволило поднять грузовысотные характеристики крана по сравнению с краном многогранного гнутого профиля на рабочих вылетах до 20-30%. Конечно сравнение характеристик автокрана с овоидной стрелой и стрелой коробчатого сечения не будет выдерживать никакой критики.

Рис. 2 – Характеристика автокрана со стрелой 23 м (а) и стрелой 23 м (б) на различных вылетах

На рынке автокранов на данный момент присутствует большой выбор вариантов сечений телескопических стрел. Каждый производитель сам выбирает, какой тип геометрии ему подходит больше исходя из своих технических наработок, производственных мощностей и потребностей рынка. Но нельзя не отметить то, насколько перспективы овоидного профиля сейчас привлекательны, ведь его применение дает существенные преимущества перед коробчатой стрелой. Но и коробчатую стрелу рано сбрасывать со счетов, ее потенциал не исчерпан. Очевидно, что она долго еще будет оставаться в бюджетном сегменте отечественныхи некоторых зарубежных кранов малой грузоподъемности.

Список источников:

1. Федор Швецов, СТТ, 2012 №7

2. Малютин Л.Л., «Основные Средства» №11/2009

3. www.awdkran.ru

Код для цитирования: Скопировать