У пошуках компромісу - основні засоби
В останні роки вітчизняні Краностроітель активно освоюють виробництво стріл складного профілю. Що ж дають нові конструкції і з якими проблемами стикається конструктор в пошуку найкращих технічних рішень?
З появою телескопічних стріл коробчатий, або прямокутний, профіль став і залишається донині найпоширенішим в силу того, що технологія виробництва порівняно проста, конструкція не пред'являє підвищених вимог до сталі - 10ХСНД прекрасно справляється з завданнями навіть з урахуванням «доброзичливого» відносини наших металургів до запитів машинобудування. Досить демократичні допуски дозволяють швидко і без зайвих витрат підготувати виробництво, яке не потребує дорогого, великогабаритного та важкого обладнання. Як у будь-якої медалі, у цієї простоти є зворотний бік - високі енерго- і трудовитрати на розкрій металу і зварювання.
З переходом на стріли гнутого профілю - коробчаті з округленими кутами, восьмигранні, багатогранні або псевдоовоідние і гладкі овоїдні змінюється технологія виробництва. Строго кажучи, термін «овоід» - жаргонізм, але так як кращої назви профілю, віддалено нагадує яйце, ще не придумали, і ми будемо ним користуватися. Технологія виробництва овоідную і інших складних профілів передбачає застосування преса з довгим столом і спеціальним оснащенням, обладнання лазерного різання і засобів контролю розмірів і форми великогабаритних деталей. При високій вартості, тривалі терміни поставки і монтажних та пусконалагоджувальних робіт сучасне обладнання дає можливість підприємству здійснити прорив в технологіях, продуктивності та економічної ефективності. За рахунок передових технологій і продуктивного обладнання з великим ресурсом собівартість крана може не тільки зберегтися на колишньому рівні, але навіть знизитися, незважаючи на збільшення вартості матеріалів, перш за все стали.
Відомо, що для виготовлення овоїдного або навіть простого коробчатого профілю з гнутих напівкороби потрібні термооброблені дрібнозернисті сталі. Це пов'язано з вимогою до стабільності механічних властивостей стали при згинанні в напівкороби і стабільності розмірів вже готових напівкороби. Вітчизняна металургія не здатна виробляти сталі з такими властивостями, а тому в конструкцію овоідную стріл заздалегідь закладають стали класу S700 і WELDOX 700 і вище.
Технології виготовлення напівкороби для овоидной стріли є різні. Напівкороби відштамповують одним ударом преса. Другим дотискати ударом під контролем електроніки напівкороби надають остаточну форму. Для цієї технології потрібні великогабаритні змінні штампи для напівкороби різних розмірів, зміна яких вимагає временни'х витрат і вантажопідйомних механізмів. Поверхня виготовленого таким способом напівкороби гладка. Альтернативний спосіб - це отримання овоїдного профілю шляхом багаторазового згину, і поверхня напівкороби при цьому виходить гранованою. Для виготовлення стріл великого діаметра кранів вантажопідйомністю 100 т і вище можна застосувати спосіб, близький до трубопрокату. Виробництво стріл овоїдного профілю вимагає значних інвестицій, і кожна Кранобудівна компанія приймає рішення створювати таке виробництво у себе або замовляти стріли на стороні, у спеціалізованій компанії виходячи зі своїх обсягів виробництва і можливостей. У Європі відома бельгійська фірма Vlassenroot, яка виготовляє стріли, висувні опори і рами для КРАНОБУДІВНА заводів, в тому числі для Liebherr, яка прийшла до повної відмови від власного виробництва стріл. Іванівський «Автокран», навпаки, створює виробництво гнутих стріл для всієї лінійки кранів.
Вибір між власним виробництвом і замовленням на стороні, вибір між технологіями - завжди пошук компромісу між багатьма факторами. Тут беруть до уваги і обсяги виробництва, і логістику, і енерговитрати, і кадрову проблему, і залежність від постачальників, і т. Д.
Недолік звичайної коробчатой стріли прямокутного перетину в її масі, що обмежує довжину стріли і відповідно Подстрелова простір. Основне навантаження при підйомі вантажу в площині підвісу несуть товсті верхній і нижній листи стріли. Більш тонкі бічні листи зберігають форму стріли і також працюють: верхня половина на розтягнення, нижня на стиск. При повороті платформи виникають значні бічні навантаження, і бічні листи точно так же, як верхній і нижній листи, починають працювати на вигин, тонка стінка може не витримати і втратити стійкість, т. Е. Деформуватися. Збереження стійкості бічної стінки - одна з основних проблем при конструюванні коробчатой стріли. Для цього ставлять ребра жорсткості, які обтяжують стрілу і збільшують витрати на її виготовлення. Невеликі заокруглення кутів практично нічого не змінюють. Тільки при переході до великих радіусах заокруглення, при переході до овоідную або псевдоовоідному профілем радикально змінюється картина навантажень. І тут ми підходимо до найцікавішого: чому овоидная форма краща для кранового стріли.
Ще в давнину люди зрозуміли, що найефективнішою формою несучої балки є арка. Арочна форма перерозподіляє вертикальне навантаження в радіальну і працює на стиск, а не на розтягнення, причому по всій своїй поверхні, т. Е. Напруги розподіляються на бо'льшую площа. Арка не прогинається, а стискається і працює без втрати стійкості. Таким чином, арочна форма - найбільш ефективний шлях підвищити стійкість конструкцій крана стріли, який реалізований в овоідную профілі. Овоідную профіль створює сприятливі умови для роботи металу. Звідси і виникає економія маси. Верхня частина овоїдного профілю стріли працює на розтяг, тому верхню полицю доцільно робити широкою. А нижній напівкороби є перевернуту арку в чистому вигляді. Бічна поверхня стріли в будь-якому випадку навантажена менше нижньої і верхньої, і на неї доцільно перенести зварений шов. Місце стику визначають не довільно посередині, а розрахунковим шляхом, в найменш навантаженої зоні.
Стріла за рахунок овоидной форми витримує великі навантаження як в площині підвісу, так і бічні при повороті крана, ніж коробчатая з тією ж площею перетину. Міцнішу і легку овоидную стрілу можна робити довше, збільшити число секцій і виграти в висоті підйому і в Подстрелова просторі.
Що стосується круглого перетину, то згідно сопромату труба не найкраща форма для моменту опору вигину. На верхню і нижню точки круглого перетину будуть припадати надмірні навантаження. Крім того, остання секція стріли мала б схильність до крутіння при повороті крана і особливо при перекладі гуська в робоче положення і назад в транспортний. Овоідная ж стріла крім того, що ефективніше працює на вигин, одночасно протистоїть крученню.
Краностроітель завжди в пошуку компромісу між кращими Вантажовисотні характеристиками і кращою ціною. Тому сьогодні на ринку таке розмаїття профілів.
Отже, секції зварили, вставили їх одна в іншу, але як тепер вирішити проблему тертя при їх висуненні? Це непроста конструкційна і технологічна проблема, і її вирішують за допомогою плит ковзання. Якщо у нас коробчатая стріла, то плити ковзання, що представляють собою бруски із спеціального матеріалу з проточками для змащення, встановлюють в кінцях секції в кутах короба, на поверхню секції також накладають, точніше розмазують консистентне мастило. Як правило, застосовують графітні мастила - суміш тонкомолотого графіту з солідолом.
Для плит ковзання брали різні матеріали. Спочатку була бронза, потім вуглепластик і інші синтетичні матеріали з наповнювачами - самозмащувальної, протизношувальними та іншими добавками, які вводять при формуванні вихідної маси. Якщо рецептура і конструкція підібрані вдало, то механізм не потребує обслуговування, довго не зношується, не вимагає частого контролю, регулювання та розбирання для заміни. Існує два основних типи плит ковзання - нерухомі, які просто механічно фіксуються, і рухливі самоустановлювальні. Самоустановлювальні плити зустрічаються все рідше, сьогодні простіше зробити точний профіль стріли і плити. Плити для стріл овоїдного профілю являють собою великі деталі по висоті, що доходять до середини перетину стріли, і довгі, наскільки дозволяє конструкція стріли. Механічні властивості поліаміду, який сьогодні застосовують для плит ковзання, гірше, ніж металу, тому плиту роблять максимально великий, щоб і площа контакту була якомога більше. За товщиною плиту роблять з припуском, щоб вона приробилися вже в процесі експлуатації. Сконструювати, а тим більше виготовити самовстановлюється плиту зі складним профілем і механізмом переміщення в двох площинах надзвичайно складно і нетехнологично, але повністю від само-встановлюються плит поки не відмовилися.
У верхній частині зовнішньої секції стріли виникає локальна зона перевантаження, яка наростає при висуненні внутрішньої секції. Ці перевантаження є обмежуючим фактором при розрахунку товщини металу зовнішньої секції. Крім того, оголовок секції додатково підсилюють охоплює поясом, на технічному сленгу має назву «коміром» або «бородою». Охоплює пояс буває різного ступеня розвиненості і складається з поперечних і поздовжніх ребер жорсткості. Як і будь-яке технічне рішення, розміри пояса є компроміс між допустимим навантаженням на основний метал і плиту ковзання і складністю вузла, т. Е. Затратами на його виготовлення.
Тепер про таке явище, як закладення секцій одна в іншу. При телескопування секція висувається не повністю, частина внутрішньої секції залишається всередині зовнішньої, компенсуючи вигинає момент. Закладення, величина якої може досягати 2 м, не працює на довжину стріли, але вона необхідна, щоб сприймати навантаження, інакше метал не витримає і сомнется. Це все одно що тримати вудлище однією рукою або двома руками.
Пошук оптимального рішення для того чи іншого елемента стріли завжди компроміс між технічною досконалістю і ціною. Овоідная стріла легше коробчатой і дає істотні переваги в вантажопідйомності, висоті підйому і Подстрелова просторі. Розробка і виробництво овоидной стріли вимагають значних інвестицій, але сучасні технології істотно продуктивніше і економічніше традиційних. Перспективи овоїдного профілю настільки привабливі, що вітчизняне кранобудування вже перейшло на виробництво кранів г / п 32 т і вище на профілі з округленими кутами, восьмигранні і овоїдні. Більш того, стрілами з гнутим профілем комплектують 25-тонники, а іванівський «Автокран» обіцяє в перспективі і 16-тонники оснащувати овоіднимі стрілами.
Але і коробчатую стрілу рано скидати з рахунків, її потенціал не вичерпаний. Очевидно, що вона довго ще буде залишатися в бюджетному сегменті вітчизняних кранів малої вантажопідйомності. Американська Кранобудівна фірма Manitex з успіхом використовує цю конструкцію на кранах г / п до 45 т. Коробчатий профіль застосовують виробники короткобазних кранів - Terex, Grove, Tadano, Kato на кранах г / п до 80 т, а також численні виробники кранів-маніпуляторів.
