На протяжении многих десятилетий с самого начала производства кранов с телескопической стрелой конструкция стрелы всегда развивалась. На данном этапе в мире существует достаточно большое количество профилей поперечного сечения телескопических стрел. В то же время любой изготовитель кранового оборудования подчёркивает свои превосходства в той либо иной форме стрелы [5].
Основным рабочим механизмом, выполняющий основную работу автомобильных кранов, является телескопическая стрела. Подъёмные характеристики автокрана зависят от конструкции стрелы. Выбор типа стрелы оборудования определяется на этапе проектирования с учётом технических и экономических возможностей любого завода, который производит автокраны. Конструкция стрелы должна соответствовать следующим предъявленным требованиям:
- Конструкция секции стрелы должна соответствовать экономически обоснованной технологии производства;
- Чтобы уменьшить усилия контакта между отдельными телескопическими секциями, секции должны быть сконструированы таким образом, чтобы в зонах контакта возникали минимальные дополнительные усилия;
- Между секциями стрелы, а также между секциями и опор скольжения должны быть маленькие проёмы для обеспечения боковой устойчивости и маленького угла скручивания;
- Для уменьшения веса возможно применять высокопрочные стали с мелкозернистой структурой. В то время как высокая несущая способность данной стали возможно реализована только в том случае, если нет риска убытка устойчивости (локальная потеря устойчивости). Относительно тонких стенок поперечного сечения телескопической стрелы проверяется локальная устойчивость на продольные усилия в стреле, так и усилия, действующие в направлении, поперечном к стреле [2].
Рис. Некоторые формы сечения телескопических стрел: а – прямоугольное (уголковая); б, в – трапециевидное; г, ж – гексагональное; д – октагональное; е – сечение стрелы, изготовленной из двух гнутых полукоробов, с параллельными вертикальными и горизонтальными плоскостями и скруглёнными углами; з – U-образное (овоидное)
В данный момент применяется огромное множество типов профилей поперечного сечения: прямоугольный, трапециевидный, шестиугольный, восьмиугольный, изогнутый профиль, U-образный. Самое современное на сегодня является U-образное сечение стрелы. Изучим некоторые типы профилей секций телескопической стрелы. На данный момент уголковое (рис. а) поперечное сечение стрелы практически не применяется в новых моделях автомобильных кранов, но остаётся в некоторых иностранных и российских модификациях. Достоинствами подобных стрел являются: низкая себестоимость, возможность применять дешёвые марки стали и простой технологией изготовления. Минусы данной конструкции, которые проявляются при высоких нагрузках, содержатся в том, что при подъёме груза в плоскости подвешивания большая часть нагрузки распределяется на верхний и нижний листы стрелы. В это время боковые листы удерживают форму стрелы, в то время как верхняя половина не работает на растяжение, а нижняя – на сжатие. Очень часто торцевые листы стрелы могут изготавливать из более тонкого материала. Но при повороте с нагрузкой возникают веские боковые нагрузки, и данные листы стрелы начинают изгибаться, что может привести к деформации тонкой стенки. В соответствии с этим при изготовлении четырехгранных стрел применяются ребра жёсткости, но они придают вес стреле, а также увеличивают стоимость ее изготовления [1].
Стрела автокрана построена из двух изогнутых полукоробов, с параллельными вертикальной и горизонтальной плоскостями и закруглёнными углами (рис. е). Такая конфигурация повышает устойчивость автокрана и уменьшает массу стрелы, а усовершенствованный изогнутый профиль секций стрелы во многом улучшает весовые характеристики при среднем и максимальном увеличении стрелы и совершенствует параметры устойчивости автокрана. Стрела оказалась более гибкой. Восприимчивость напряжений посредством одинакового распределения усилия по все протяжённости стрелы была практически исключена. Также снижается нагрузка на нижнюю раму и выдвижные опоры. Это даёт возможность достичь высокой грузоподъемности при средних и максимальных увеличениях стрелы и во многом повысить надёжность и безопасность [4].
Существует ещё шестиугольный профиль секции (рис. г, ж) который построен из верхнего П-образного и нижнего трапециевидного профиля, соединённого двумя швами сварочного соединения посередине. Гексагональный (шестиугольный профиль) профиль стрелы автокрана гарантирует образцовый баланс стрелы и снижает ее деформацию. Вот поэтому шестиугольный профиль считается наиболее успешным в изготовлении стрел для автокранов. Прогиб стрелы уменьшается при повороте и подъёме груза. Процесс выдвижении стрелы во многом облегчается. Увеличивается точность отслеживания переносимого груза.
Следующим профилем является овальный либо U-образный профиль. Это профиль, имеющий округлое поперечное сечение, близкое к окружности в нижней зоне, и П-образный изогнутый профиль с углами, закруглёнными по определённому радиусу в верхней зоне профиля (рис. з). Секция стрелы сварена при помощи сварного шва из 2 полукоробов. Сварка шва осуществляется вдоль линии нейтрального напряжения, разработанной конструкторами при высокой нагрузке. Стрела может иметь 5 секций различной длинны и на вид профиль любой секции стрелы имеет различие между собой. Это также связано с расчётами характеристик изгиба и скручивании стрелы, ее нагрузки и работы в разных условиях (подъем, опускание, выдвижении стрелы). Исходя из этого U-образный профиль стрелы увеличивает прочностные характеристики в сравнении с такими же стрелами прямоугольного и многогранного изогнутого профиля. Стрелы U-образного профиля имеют самый высокий параметр устойчивости нижней зоны от продольного сжатия. К плюсам U-образной секции относятся огромный коэффициент локальной устойчивости, высокая прочность и снижение затрат на её производство. Из-за своей конструкции, U-образная стрела может выдерживать большие нагрузки, с удлинением стрелы. При этом на изготовлении стрелы используется металл меньшей толщины по сравнению с другим профилем [6].
Исходя из этого, на рынке автомобильных кранов существует большой выбор разновидности поперечного сечения для телескопических стрел. Любой изготовитель отдаёт предпочтение, какой тип профиля ему наиболее подходит для конструирования, исходя из его технических возможностей и технологических разработок, производственных мощностей и потребностей рынка. Следует выделить, что овальное сечение применяется в автомобильных кранах большинства изготовителей из-за его прочностных характеристик. В сравнении с другими U-образный профиль имеет превосходство приблизительно в 20-30% [3].
