ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И КЛАССИФИКАЦИЯ СТРЕЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ КРАНОВ

Никита. Погорелов, Максим Роженцов

группа К21, II курс, КГБОУ НПО «ПУ№1», г.Барнаул, Алтайский край

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И КЛАССИФИКАЦИЯ СТРЕЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ КРАНОВ

Самоходная машина, служащая для изменения местоположения грузов, установленная на автомобильное шасси ― вот что такое автокран. Без кранов не обойтись при монтаже зданий, сооружений и громоздкого технического оборудования, а также при перемещении по горизонтали и вертикали значительных по весу грузов. Автокраны часто применяют в логистических центрах вместо манипуляторов, так как у тех может не хватать мощности. Автокранам можно не только разгружать, но и разбирать, а также растаскивать завалы, потому их используют силы МЧС[4].

Стрела для автокрана, как в принципе и для любого другого крана, это самый важный рабочий механизм, который обеспечивает работу всего крана в целом.

Благодаря развитию технологий на сегодняшний день имеется широкий выбор стрелового оборудования автокранов.

Сам автокран хорошо описан в литературных источниках.

Однако, в ходе изучения стрелового оборудования автокранов, мы выяснили, что в литературе приведена классификация автокранов, их общее устройство и основные характеристики, конструкционные расчеты узлов автокранов, есть информация и по стреловому оборудованию автокранов, но отсутствует ее обобщение и систематизация. Поэтому ясной картины по стреловому оборудованию при его изучении нами получено не было.

Тема работы актуальна, поскольку обобщение и систематизация информации, имеющейся по стреловому оборудованию кранов, несет в себе практическое применение при изучении общего устройства автокранов и может дать полную картину видения стрелового оборудования в целом.

Цель работы: произвести обобщение информации по современным видам стрелового оборудования автомобильных кранов и систематизировать ее в рамках имеющихся классификаций автокранов.

Конструкторская идея, заложенная в устройство автокранов, за историю их существования менялась всего дважды, и каждую такую революцию сопровождало появление новых технических решений, направленных на увеличение производительности и безопасности при работе с грузами[4].

Длительное время на автомобильных стреловых самоходных кранах в качестве рабочего оборудования преобладали решетчатые стрелы на гибком подвесе, конструированию и расчету которых были посвящены многие исследования.

Для подъема грузов массой 25 т в 1940-е годы применяли громоздкие прицепные конструкции, напоминающие краны-укосины и агрегатируемые в составе шасси одноосных тягачей скреперов или балластных тягачей. Много энергии двигателя затрачивалось при этом на подъем стрелы тросами и удержание ее в заданном положении. Для автокранов середины прошлого века типичны высокий механический износ тормозного механизма барабана и тросов, необходимость запасовки каната[4].

Достаточно надежные и апробированные методики оптимального проектирования позволили создать решетчатые стрелы, обладающие малым собственным весом и значительной жесткостью[1]. Однако они были дороги в изготовлении, значительно увеличивали общие габариты автомобильных стреловых самоходных кранов, что отрицательно влияло на их мобильность, особенно в условиях городских и промышленных инфраструктур. Таким образом, применение тросового привода и ферменных стрел ограничивало использование автокранов во многих секторах экономики.

В начале 60-х гг. XX в. широкое распространение на автомобильных стреловых самоходных кранах получили телескопические стрелы. Появление автомобильных стреловых самоходных кранов с телескопической стрелой не только явилось принципиально новым этапом в краностроении, но и революционизировало само использование кранов. Отпала необходимость в многочасовом монтаже с трудоемкой запасовкой канатов, появилась возможность быстрого изменения длины стрелы без операций по установке и снятию секций стрелы. Особенно явно преимущества рабочего оборудования с телескопической стрелой обнаружились при необходимости выполнения работы в стесненных условиях, например при реконструкции действующих предприятий, внутри цехов, а также на строительных площадках внутри городских кварталов[2].

Переход производителей на полностью гидрофицированный привод всего рабочего оборудования и устранение из конструкции автокрана полиспастов в корне поменял представление об автокране как о строительной машине и позволил создать новый класс техники – гидроманипуляторы[3].

Одна из классификаций учитывает основное стреловое оборудование. Если раньше, наблюдая за траекторией груза, мы видели, в основном, решетчатую стрелу, то теперь налицо завидное разнообразие[4]:

 - телескопические стрелы, оборудованные жёстким подвесом (гидравлическими цилиндрами);

 - решетчатые, имеющие гибкий подвес, то есть использующие стальные тросы;

 - башенно-стреловое исполнение;

 - стрелы с гуськом.

Особенности устройства стрел автокранов.

Стрелы постоянной длины.

Стрелы постоянной длины бывают основные и удлиненные.

Часто можно видеть кран, где за основную стрелу, на конце которой уже висит крюк, выступает дополнительное удлинение, имеющее свой крюк[1].

Это гусёк (рис. 4), позволяющий увеличить длину стрелы. Для чего он нужен?

Допустим, на высоту 40 метров надо поднять какое-то не слишком тяжёлое оборудование: антенну, мачту мобильной связи, вентиляционное оборудование.

Лёгкие недорогие краны способны поднять грузы до высоты 30 метров. Крайне невыгодно для этих целей заказывать мощный и дорогой кран, ведь деньги приходится платить за воздух: груз-то сам по себе лёгкий, просто у таких кранов стрела длиннее. Вот для этих целей и нужен лёгкий гусёк, удлиняющий стрелу более, чем на 10 метров.

Крепится он шарнирно на конце стрелы за очень короткое время. Гусёк увеличивает работоспособность автокрана, оптимизирует его работу.

Гуськи, как правило, устанавливают только на удлиненных стрелах.

Оборудование с основной стрелой (рис. 1; рис. 2) представляет собой сварную пространственную ферму прямоугольного поперечного сечения, пояса и раскосы которой выполнены из проката углового профиля. Состоит она из двух частей: нижней и верхней, соединенных между собой болтами или пальцами. В торцах обеих частей, которыми они соединяются друг с другом, установлены диафрагмы, обеспечивающие устойчивую работу стрелы при скручивающих нагрузках.

Удлиненная стрела (рис. 3) отличается от основной стрелы тем, что в месте разъема основной стрелы устанавливают одну, одну — две или одну — три секции 6 стрелы, каждая длиной 4 м. Конструкция секции такая же, как у стрелы. В ее торцах установлены диафрагмы, обеспечивающие устойчивую работу стрелы  при скручивающих нагрузках. Секции присоединяют к основанию и головке основной стрелы, а также друг к другу болтами или пальцами.

Грузоподъемность кранов с удлиненными стрелами меньше кранов с основной стрелой.

Решетчатые стрелы с подвесом на тросах более сложны при монтаже, чем телескопические, но зато они значительно легче их. Это огромный плюс. Выходит, что при одинаковом прикладываемом усилии грузоподъёмность решетчатой стрелы будет намного выше.

Гусек выполнен из труб в виде сварной треугольной пространственной фермы. Тупая вершина фермы опорная, ею гусек устанавливают на втулках оси головки стрелы. Крепят гусек специальными хомутами с болтами.

Если надо смонтировать объёмное и высокое сооружение, применяют башенно-стреловые краны (рис. 5). Отличие таких автокранов от других в том, что основная стрела играет роль опорной башни, а длинный клюв используется в качестве горизонтальной стрелы. Башенно-стреловое оборудование является дополнительным сменным рабочим оборудованием автомобильных кранов с механическим приводом. Этот вид стрелового оборудования имеет значительные преимущества по сравнению с другими, так как позволяет получить под стрелой наибольшее свободное пространство.

Башня и стрела представляют собой сварные пространственные фермы прямоугольного поперечного сечения, пояса и раскосы которых выполнены из проката углового профиля. Стрела состоит из двух секций: нижней (основания) и верхней (головки), соединяемых между собой болтами.

Выдвижные стрелы.

Выдвижные секции стрелы позволяют быстро изменять длину стрелы без рабочей нагрузки.

Основная выдвижная стрела. Выдвижение секции стрелы осуществляется канатным механизмом, барабан и штурвал которого крепятся на валу неподвижной секции стрелы.

Удлиненная выдвижная стрела включает в себя основную стрелу и промежуточные секции (вставки) длиной 2 или 4 м. Кроме того, в комплект входят удлиненные растяжки и указатель вылетов. Неподвижная или выдвижная секция основной стрелы имеет разъем, которым секция делится на две части, соединяемые между собой болтами. Удлиняют неподвижную или выдвижную секции стрелы, устанавливая в месте разъема промежуточные секции. Обычно предусматриваются одна или две модификации удлиненной выдвижной стрелы.

Колесные краны с телескопической стрелой производят, пожалуй, наиболее сильное впечатление. В сложенном виде стрела напоминает межконтинентальную баллистическую ракету, приютившуюся на спине тягача, а затем, почти как та же ракета, взлетает высоко в небо. Главное достоинство складной стрелы – ее компактность, упрощающая передвижение. Да и привести «телескоп» в рабочее положение можно всего за несколько минут[5].

Количество секций в телескопической стреле зависит от предполагаемого применения[3]. В автокранах грузоподъёмностью до 10 тонн применяются двухсекционные стрелы, свыше 10 тонн применяются трёхсекционные, для тяжёлых кранов-вездеходов чаше применяются четырёхсекционные, но иногда и трёх - и пятисекционные. В разрезе профиль секций чаще прямоугольный (простота и технологичность), но может быть и трапециевидным, и закруглённым, и сложным для тяжёлых кранов. В телескопических стрелах обычно устанавливают фиксаторы. Они дают возможность передать нагрузку на стрелу, ведь во время подъёма груз удерживают и поднимают только гидроцилиндры. Чтобы расширить эксплуатационные возможности кранов-вездеходов с телескопической стрелой, их иногда снабжают дополнительным оборудованием в виде жёстко прикреплённого к оголовку стрелы удлинителя, либо гуськами разной длины.

С появлением телескопических стрел коробчатый, или прямоугольный, профиль стал (и остается по сей день) самым распространенным, в силу того, что технология производства сравнительно проста, конструкция не предъявляет повышенных требований к стали – 10ХСНД прекрасно справляется с задачами даже с учетом «доброжелательного» отношения наших металлургов к запросам машиностроения[2]. Достаточно демократичные допуски позволяют быстро и без лишних затрат подготовить производство, не требующее дорогостоящего, крупногабаритного и тяжелого оборудования. Как у любой медали, у этой простоты есть оборотная сторона – высокие энерго- и трудозатраты на раскрой металла и сварку.

С переходом на стрелы гнутого профиля – коробчатые со скругленными углами, восьмигранные, многогранные или псевдоовоидные и гладкие овоидные меняется технология производства. Технология производства овоидных и других сложных профилей подразумевает применение пресса с длинным столом и специальной оснасткой, оборудования лазерной резки и средств контроля размеров и формы крупногабаритных деталей. При высокой стоимости, длительных сроках поставки и монтажных и пусконаладочных работ современное оборудование дает возможность предприятию совершить прорыв в технологиях, производительности и экономической эффективности. За счет передовых технологий и производительного оборудования с большим ресурсом себестоимость крана может не только сохраниться на прежнем уровне, но даже снизиться, несмотря на увеличение стоимости материалов, прежде всего - стали.

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. 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. Небольшие скругления углов практически ничего не меняют. Только при переходе к большим радиусам скругления, при переходе к овоидному или псевдоовоидному профилю радикально меняется картина нагрузок.

Еще в древности люди поняли, что самой эффективной формой несущей балки является арка. Арочная форма перераспределяет вертикальную нагрузку в радиальную и работает на сжатие, а не на растяжение, причем по всей своей поверхности, т. е. напряжения распределяются на большую площадь. Арка не прогибается, а сжимается и работает без потери устойчивости. Таким образом, арочная форма – наиболее эффективный путь повысить устойчивость конструкций крановой стрелы, который реализован в овоидном профиле. Овоидный профиль создает благоприятные условия для работы металла. Отсюда и возникает экономия массы. Верхняя часть овоидного профиля стрелы работает на растяжение, поэтому верхнюю полку целесообразно делать широкой. А нижний полукороб представляет собой перевернутую арку в чистом виде. Боковая поверхность стрелы в любом случае нагружена меньше нижней и верхней, и на нее целесообразно перенести сварной шов. Место стыка определяют не произвольно посередине, а расчетным путем, в наименее нагруженной зоне.

Стрела за счет овоидной формы выдерживает большие нагрузки как в плоскости подвеса, так и боковые при повороте крана, чем коробчатая с той же площадью сечения. Более прочную и легкую овоидную стрелу можно делать длиннее, увеличить число секций и выиграть в высоте подъема и в подстреловом пространстве.

Что касается круглого сечения - труба не лучшая форма для момента сопротивления изгибу. На верхнюю и нижнюю точки круглого сечения будут приходиться чрезмерные нагрузки. Кроме того, последняя секция стрелы имела бы склонность к кручению при повороте крана и, особенно, при переводе гуська в рабочее положение и обратно в транспортное. Овоидная же стрела помимо того, что эффективнее работает на изгиб, одновременно противостоит кручению.

Овоидная стрела легче коробчатой и дает существенные преимущества в грузоподъемности, высоте подъема и подстреловом пространстве. Разработка и производство овоидной стрелы требуют значительных инвестиций, но современные технологии существенно производительнее и экономичнее традиционных. Перспективы овоидного профиля настолько привлекательны, что отечественное краностроение уже перешло на производство кранов г/п 32 т и выше на профили со скругленными углами, восьмигранные и овоидные. Более того, стрелами с гнутым профилем комплектуют 25-тонники, а ивановский «Автокран» обещает в перспективе и 16-тонники оснащать овоидными стрелами.

Но и коробчатую стрелу рано сбрасывать со счетов, ее потенциал не исчерпан. Очевидно, что она долго еще будет оставаться в бюджетном сегменте отечественных кранов малой грузоподъемности. Американская краностроительная фирма Manitex с успехом использует эту конструкцию на кранах г/п до 45 т. Коробчатый профиль применяют производители короткобазных кранов – Terex, Grove, Tadano, Kato на кранах г/п до 80 т, а также многочисленные производители кранов-манипуляторов.

В ходе анализа стрелового оборудования автомобильных кранов нами была составлена и предложена классификационная схема, изображенная на рис. 7.

		Рис. 7. Классификация стрелового оборудования автокранов

Данная классификация очень удобна, ее использование поможет при изучении материала по стреловому оборудованию автокранов. Систематизированная компановка учебного материала позволяет получить целостное представление об изучаемом предмете.

Список литературы

1.       Зайцев Л. В., Полосин М. Д. Автомобильные краны: Учеб. для СПТУ.— 4-е изд., испр. и доп. – М: Высш. шк., 1987. – 208 с: ил.

2.       Малютин Л.Л. Крановые стрелы. В поисках компромисса.// Основные Средства. 2009. №11.

3.       http://www.avtozakaz-barnaul.ru/avtokran-avtokrany-ot-14-do-75-tonn-v-barnaule

4.       http://www.megastroika.biz/index/vse_chto_nuzhno_znat_stroiteljam_ob_avtokranakh/0-131

5.       http://www.popmech.ru/article/7840-kivayuschie-mastodontyi/

6.       Скачано с www.znanio.ru