Стрелы автокранов: назначение, конструкции и кинематические схемы
Назначение стрел автокранов
Стрела автокрана — это ключевой элемент, который обеспечивает перенос груза с точки А в точку Б, поддержание его на нужной высоте и вылете. Именно от конструкции стрелы зависят грузоподъёмность, вылет, рабочая зона, устойчивость и маневренность крана. Хорошо сконструированная стрела позволяет работать на больших вылетах при меньших самопроизведённых нагрузках на базу и ходовую часть, обеспечивает безопасность работы, а также удобство транспортировки и хранения. Кроме того, стрела должна выдерживать динамические нагрузки: изгиб, кручение, ударные воздействия при манипуляциях с грузами.
1-головная секция стрелы, 2-стрела, 3-гразовая лебедка, 4-выносная опора, 5-нижняя опорная рама, 6-крюковая обойма
Основные типы стрел и их конструктивные особенности
Автокраны оснащаются стрелами разных типов, в зависимости от задач и условий эксплуатации. Два основных подхода — шарнирные и телескопические стрелы.
Шарнирные стрелы
Шарнирные стрелы обычно состоят из нескольких звеньев, соединённых шарнирами и гидроцилиндрами. По числу звеньев выделяют двухзвенные и трёхзвенные конструкции. Двухзвенные шарнирные стрелы являются наиболее распространёнными: они обеспечивают достаточную рабочую зону, сравнительно просты в обслуживании и более надёжны в условиях, когда вылет не слишком экстремален. Трёхзвенные стрелы используют в ситуациях, где требуется большая гибкость, узкие условия работы или когда двухзвенная стрела не может обеспечить нужный вылет или положение крюка.
Телескопические стрелы
Телескопические стрелы состоят из выдвижных секций (балок), которые удлиняются и втягиваются. Они компактны в транспортном положении и позволяют оператору плавно регулировать вылет стрелового оборудования. Телескопические стрелы бывают с коробчатым (закрытым) и открытым профилем секций. Закрытый профиль обеспечивает большую жёсткость на изгиб, меньший уровень вибраций и шумов, но усложняет конструкции и обслуживанию, а также может быть дороже в изготовлении.
Верхние, средние и нижние звенья: конструкции и конструкции несущих элементов
Стрела, особенно шарнирно-телескопическая, делится на несколько звеньев: верхнее (конечное, ближе к крюку), средние (если есть) и нижнее (основная масса, ближе к кронштейну и поворотному узлу). В верхнем звене часто ставят гидроцилиндры, либо односторонние, либо телескопические. Тип конструкции верхнего звена сильно влияет на скорость выдвижения и втягивания штоков, на точность позиционирования, на устойчивость при нагрузке на большой вылет. В некоторых современных конструкциях цилиндры размещают внутренне, внутри силовой балки, что позволяет уменьшить габариты, но усложняет подвод масла и обслуживание.
Нижние звенья (или основной корпус стрелы) часто выполняются из листового металла, с профилями П-образного или коробчатого закрытого сечения. Закрытые профили дают больше жёсткости, особенно при большой грузоподъёмности, но требуют более сложного производства. При сварке нижних звеньев особое внимание уделяется швам: нужно, чтобы швы были качественными, с плавным переходом к основному металлу, с допустимыми зазорами и допусками после механической обработки (например, непараллельность, несоосность элементов кронштейнов, бобышек и др.).
Кинематические схемы работы стрел
Кинематическая схема стрелы показывает, как взаимодействуют звенья, гидроцилиндры и шарниры, какая траектория движения крюка возможна. Например, в двух- или трёхзвенной шарнирной стреле движение крюка происходит по сложной кривой, зависящей от углов наклона каждого звена, длины звеньев и положения гидроцилиндров. Телескопические стрелы строят так, чтобы задавать вылет через последовательное выдвижение секций; кинематика проста, но требует учёта изменения жёсткости и сопротивления секций.
Технические параметры, важные в кинематике стрел, включают: длину каждого звена, угол раскрытия шарниров, максимальный и минимальный вылет, скорости выдвижения и втягивания гидроцилиндров, отличия между скоростями выдвижения и втягивания при постоянном расходе, когда поршневая и штоковая полости имеют разные площади.
Технические данные и требования
При проектировании стрел и выборе оборудования важно учитывать следующие технические характеристики:
Отношение рабочей площади поршневой полости к штоковой. В стрелах с поршневыми односторонними цилиндрами оно может быть значительным (например, >3), что приводит к различию скоростей выдвижения и втягивания.
Толщина листов стенок, высота и ширина профиля, а также геометрические допуски после сварки и механической обработки (например, несоосность осей бобышек, непараллельность поверхностей) — они влияют на износ, люфты и устойчивость стрелы.
Ребра жёсткости: для стрел нижнего звена расстояние между ребрами жёсткости обычно находится в пределах нескольких сотен миллиметров (например, 300-400 мм), чтобы уменьшить боковые прогибы.
Материалы — сталь марок, которые обеспечивают надлежащую прочность, пластичность и стойкость к усталостным нагрузкам; часто используются усиленные стали, термообработанные элементы.
Тепловое расширение и устойчивость к температурным условиям: размеры стрел после сварки и при эксплуатации могут изменяться, поэтому важно проектировать зазоры и компенсаторы.
Современные и перспективные направления
Возможности совершенствования стрел автокранов включают внедрение композитных материалов в усиленные и лёгкие секции, использование компьютерного моделирования напряжений и динамических нагрузок, автоматизация регулировки вылета и отслеживания реальной нагрузки на стрелу, интеграция датчиков деформаций и мониторинга состояния стрелы в реальном времени. Также развивается направление применения телескопических систем с множеством секций, где каждая секция с гидроцилиндром снабжается управлением, что позволяет более точно и плавно менять вылет стрелы.
Стрела автокрана — это сложный, но критически важный узел, от конструкции которого зависит безопасность, эффективность и срок службы всей машины. Знание конструкций звеньев, кинематических схем, технических требований и современных тенденций даёт возможность проектировать и эксплуатировать стрелы, соответствующие высоким стандартам и задачам.
1-прямоугольное, 2,3-трапециевидное, 4,7-гексагональное, 5-октагональное, 6-гнутый профиль, 8-овоидное