спецтехникаЗолотое сечениеПокупатели кранов редко обращают внимание на форму их стрел, а ведь от этого важного элемента во многом зависят грузовысотные характеристики машины, особенности их обслуживания и ремонтатрела – самый сложный и от-С ветственный элемент автокрана.Профили секций стрелы проектируют так, чтобы напряжения от нагрузок при работе были минимальны. Кроме того, стрелы должны быть экономичны в производстве – количество применяемых технологических приспособлений всегда стараются уменьшить, а допуски при изготовлении деталей, напротив, применить по возможности наибольшие. Для обеспечения устойчивости стрелы и минимизации ее закручивания за счет выборки зазоров в сочленениях секций требуется точный расчет профилей и конструкции скользунов (опорных башмаков, по которым скользят короба секций при работе телескопического механизма). Чем зазоры меньше (естественно, в разумных пределах: уменьшать их до возможности заклинивания недопустимо), тем лучше. Для снижения массы при изготовлении стрел авто92 РЕЙС НОЯБРЬ 2010кранов применяют лишь высокопрочные стали. Однако их характеристики могут быть реализованы только при достижении достаточной местной устойчивости больших и относительно тонкостенных поперечных сечений. А высокие и широкие поперечные сечения необходимы для восприятия продольной силы и изгибающих моментов в стреле. По мере развития краностроения и появления на заводах нового оборудования применяемые профили стрел изменялись. Профиль I (см. рис.) по-прежнему используется для малых кранов. Усилия от верхних скользунов вызывают изгибающий момент MO в верхнем поясе, нагружающий угловые швы. Нижний пояс и боковые стенки выполнены из толстых листов для предотвращения потери местной устойчивости. По этой причине стрелы с профилем I считаются тяжелыми конструкциями.Профиль II. Его характеристики в основном аналогичны характеристикам профиля I. Из-за более широкого нижнего пояса сжимающие напряжения в нем уменьшаются, но условия устойчивости менее благоприятны. Этот профиль использовался для мощных, но относительно коротких стрел. Более широкий нижний пояс лучше воспринимает изгиб от боковых нагрузок, чем у профиля I. Профиль III реализует попытку повышения устойчивости нижнего пояса за счет уменьшения его ширины. Однако при этом возрастают напряжения в нижнем поясе из-за уменьшения момента сопротивления сечения. В верхнем поясе нельзя использовать более тонкие листы, поскольку здесь изгибающие моменты от местной нагрузки на скользуны больше, чем в профилях I и II. Это еще больше нагружает угловые швы.Профили стрел 1 2 31. Овоидный 2. Прямоугольный 3. «Камышинский» Профиль IV (восьмиугольный) выполнен из верхнего и нижнего полукоробов, сваренных примерно по нейтральным волокнам, то есть расположенным в слое, не подвергнувшемуся сжатию или растяжению при штамповке. Для изготовления полукоробов требуется специальное оборудование. Усилия от скользунов P нагружают верхний и нижний пояса под углом 45°, то есть они выше в √2 = 1,414 раза, по сравнению с усилиями от скользунов, работающих по горизонтальным поясам. Наличие плеча f приводит к возникновению изгибающих моментов в наклонных частях верхнего и нижнего поясов. Это требует их усиления. Боковые нагрузки хорошо воспринимаются скользунами, а вот скручивающие воспринимаются ими хуже, поскольку секции могут поворачиваться в опорах, особенно если ширина профиля примерно равна его высоте. Профиль V отличается от профиля IV тем, что под скользунами от опорных давлений не возникают изгибающие моменты в поясах, поэтому суммарные напряжения уменьшаются. Но расчетная ширина В для поверки местной устойчивости велика, поэтому для больших профилей приходится использовать ребра жесткости, что затрудняет компоновку сечений многосекционных стрел. Скручивающие моменты воспринимаются лучше, чем профилем IV, однако если они достаточно велики, требуются дополнительные опоры. Профиль VI – еще один шаг на пути прогресса. Нижний пояс сделан ломаным, с углом 20° по центру, поэтому расчетная ширина короба при проверке местной устойчивости нижнего пояса уменьшена почти в два раза. Но сосредоточенная нагрузка на нижнем поясе требует увеличения толщины нижнего полукороба либо местного усиления. Большое преиму-щество нижнего скоса состоит в том, что телескопирование производится, по сути, в направляющей призме. Но в больших тонкостенных сечениях боковые стенки должны иметь ребра жесткости.. Профиль VII отличается от профиля VI тем, что на нижнем полукоробе имеется горизонтальный участок. Это улучшает работу нижнего пояса на местную устойчивость. Длина наклонных участков поперечного сечения меньше, чем у предыдущего профиля, что снижает местные напряжения под скользунами. В целом по металлоемкости профиль достаточно выгоден, поэтому и широко применяется в современном краностроении. Например, в России его производство налажено на камышинском заводе «Газпромкран». Профиль VIII представляет собой поперечное сечение, в котором нижняя часть закруглена почти во всей сжатой области. Это закругление эллиптической или круглой формы может быть спроектировано так, чтобы практически исключить потерю устойчивости нижнего пояса, несмотря на то, что напряжения в поясе близки к пределу текучести высокопрочной стали. Такое сечение называют овоидным. В варианте VIIIа профиль имеет эллиптическую стенку, которая доходит примерно до нейтральных волокон. Именно там обычно приваривают более тонкостенную верхнюю часть с закругленными прямыми углами в верхнем поясе. В варианте VIIIb закругленная нижняя стенка несколько выступает выше слоя с нейтральными волокнами. Верхняя оболочка также скруглена с большими радиусами. Верхние углы больше 90°, а значит, больше и запас устойчивости боковых стенок. Как правило, на стрелах с профилем VIII скользуны охватывают нижнюю стенку коробаПрофили стрел Профиль IПрофиль IIПрофиль IIIПрофиль IVПрофиль VПрофиль VIСтрела с восьмиугольным профилем IV отлично держит боковые нагрузки......а с «камышинским» при хорошей жесткости недорога в производствеНОЯБРЬ 2010 РЕЙС 93 спецтехниканой безопасности грузоподъемных машин. Чтобы стрела отработала заложенный конструктором срок, необходимо ее грамотно обслуживать. Так, инструкция по техническому обслуживанию стрел самоходных кранов гласит: крановщик обязан регулярно производить смазку опор скольжения секций стрелы, проверять и регулировать зазоры в опорах скольжения. В стрелах, имеющих овоидное сечение, опоры скольжения имеют цилиндрическую форму, обеспечивая более плотное прилегание и центрирование секций, что позволяет совместить боковую и верхнюю опоры скольжения в одну конструкцию, это, в свою очередь, уменьшает количество необходимых регулировок зазоров. Согласно инструкции по безопасной эксплуатации стреловых самоходных кранов (РД-10-74-94) перед началом работы крановщик обязан произвести осмотр стрелового оборудования на предмет исправности и возможности безопасной работы. У стрел с овоидным сечением количество сварных швов меньше, что сокращает время осмотра и, соответственно, время подготовки к работе. Стрела с овоидным сечением при той же массе, что и стрела, например, с прямоугольным сечением, имеет более высокие прочностные свойства. Это позволяет снижать массу стрелы, в результате чего высота центра масс крана в транспортном положении снижается, что ведет к увеличению устойчивости крана в транспортном положении (например на поворотах). С другой стороны, более легкая стрела имеет меньшую жесткость, что в рабочем положении приводит к большим прогибам стрелы и усложняет работу крановщика на длинных стрелах и больших вылетах.Владимир СандлерГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОРПрямоугольный профиль – вчерашний день. Но груз держит......овоидный профиль, напротив, самый современный в мировом краностроениипочти до центра, что значительно уменьшает местные напряжения изгиба. Из эпюры приведенного напряжения σbg видно, что сжимающие напряжения в стреле имеют место почти исключительно в области, охватывающей нижнюю оболочку. Таким образом, значительно уменьшается угроза потери устойчивости, что было подтверждено как экспериментами, так и расчетами методом конечных элементов. Профиль IX отличается от овоидного профиля VIII лишь тем, что круглое или эллиптическое очертание нижнего полукороба заменено многоугольным, что позволяет применить для его изготовления более простое оборудование. По своим свойствам этот профиль почти не отличается от профиля VIII. В настоящее время для стрел автокранов лучшим считается профиль VIII с овальной нижней оболочкой. Иногда применяют круглую или сделанную из двух дуг и прямого участка, который удобно использовать для усиливающих накладок. Вот важнейшие преимущества овоидного профиля. Не нужны ребра жесткости, утяжеляющие и удорожающие стрелу. При изготовлении короба делают только два продольных сварных шва по нейтральным волокнам, а штамповку половинок легко автоматизировать. Небольшие зазоры в сочленении секций позволяют уменьшить высоту и ширину профиля, не теряя в грузоподъемности и жесткости стрелы. Хорошая местная устойчивость позволяет довести напряжения в наиболее нагруженных элементах до значений, близких к пределу текучести, а значит – применять высокопрочные стали (например, с пределом текучести 960 МПа). Если в 1980-е годы стрелы всех советских и польских кранов94 РЕЙС НОЯБРЬ 2010вплоть до грузоподъемности 250 т были прямоугольного сечения, то сегодня в крупном тоннаже превалирует овоидный профиль. В мировом краностроении нет единого подхода к выбору сечения стрел. Например, большинство европейских фирм применяют овоидные, а японские и американские на стрелах внедорожных короткобазовых кранов предпочитают прямоугольные.Особенности ремонта и эксплуатацииРемонт погнутых элементов секции стрелы обычно сводится к выправке этих деталей и усилению их приваркой ребер жесткости, а выполняют его специализированные ремонтные организации, имеющие разрешение на проведение таких работ. На заводеизготовителе выполнить ремонт стрелы можно практически во всех случаях. А особенно в тех, когда усиление накладками невозможно из-за тесного расположения механизмов внутри стрелы, и показана замена секции на новую. Если же вы обращаетесь в стороннюю организацию, убедитесь, что там ремонтируют стрелы по проектам (с чертежами и расчетами). При выяснении причины поломки стрелы (кто виноват: завод или оператор?) имеет смысл обратиться в организацию, имеющую лицензию на выполнение экспертизы промышленПрофили стрел VII VIIIООО «НИИ КРАНОСТРОЕНИЯ»IX