Стрела телескопическая

Полезная модель относится к подъемно-транспортным механизмам, в частности к телескопическим стрелам, монтируемым на мобильных грузоподъемных кранах.
Грузовысотные характеристики мобильных кранов зависят от конструкции телескопической многосекционной стрелы. Секции стрелы изготавливают с различной формой профиля, в том числе прямоугольной, трапециевидной, гексагональной, октагональной, многогранной, U-образной (или овоидной) и т.д. Выбор формы профиля секции связан с технологическими возможностями производства, весовыми и габаритными ограничениями стрелы, условиями ее эксплуатации.
Известно, что наиболее высокие грузовысотные характеристики имеют стрелы с овоидной формой профиля секций, обладающих большим коэффициентом местной устойчивости (исключительной жесткостью на кручение и на изгиб), высокими прочностными свойствами, низкой металлоемкостью.
Секция с овоидной формой профиля, как правило, образована из двух полукоробов, верхнего прямоугольного со скругленными углами и нижнего близкого по форме к полуэллипсу. Полукороба изготавливают из листа металла. Для формирования из листа металла полуэллипса необходимо использовать специальные крупногабаритные штампы и мощное прессовое оборудование. Таким образом, получение овоидной формы профиля секции связано с высокой трудоемкостью и высокой себестоимостью.
С целью снижения затрат на изготовление секции стрелы производят секции с профилем, имитирующим овоидную форму.
Из уровня техники известна стрела подъемного крана (RU 175228, МПК В66С 23/00, опубл. 28.11.2017 г.), представляющая собой телескопические секции из входящих друг в друга профилей, разделенных опорами скольжения. Профиль каждой секции выполнен из двух встречно направленных сваренных вдоль секции полукоробов. Профиль нижнего полукороба содержит, по меньшей мере, один участок окружности между двумя вертикальными участками, а профиль верхнего полукороба образован горизонтальным участком между двумя вертикальными, каждый из которых связан с концом горизонтального участка соответствующим наклонным участком. Опоры скольжения установлены в нижнем полукоробе по всей поверхности участка окружности, а в верхнем полукоробе - по частям поверхности в зонах стыков между горизонтальным, наклонными и вертикальными участками.
Участок окружности нижнего полукороба может быть получен методом многогранной гибки листа металла, при котором необходимо выполнить большое количество технологических операций, либо может быть получен одним гибом большого радиуса, выполнение которого возможно только на специализированном дорогостоящем оборудовании. Получение же участка окружности методом горячей прокатки требует использования специального прокатного стана.
Таким образом, изготовление секции телескопической стрелы с участком окружности (форма близкая к овоидной) либо не технологично, либо слишком затратно.
Кроме того, выполнение профиля нижнего полукороба с участком окружности требует использования опор скольжения с наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями, повторяющими контуры секций. Изготовление опор скольжения такой формы  не технологично и, как следствие, дорогостояще. При многогранной гибке профиля секции форма опор скольжения также должна иметь многогранную форму, получение которой требует применения большого количества технологических операций, специальной оснастки и шаблонов.
Из уровня техники также известна стрела грузоподъемного устройства (RU74117, МПК В66С23/687, опубл. 20.06.2008 г.), содержащая трехсекционные верхнюю часть стрелы и нижнюю часть стрелы, соединенные сваркой, причем верхняя часть стрелы выполнена в виде п-образного профиля с округленными в сопряжениях углами. Поперечное сечение нижней части секции стрелы выполнено в виде полуэллипса.
Недостатком данного решения, как и предыдущего аналога, является выполнение нижней части секции стрелы в форме полуэллипса.
Также известна форма профиля крановой балки (RU 2499763, МПК В66С23/678, опубл. 10.10.2011 г.), состоящего из двух оболочек, которые выполнены зеркально симметричными и предпочтительно в области первой точки (S1) пересечения и второй точки (S2) пересечения  соединены друг с другом. Нижняя часть каждой оболочки содержит участок k1, выполненный в форме дуги окружности, либо имеющий приблизительную форму дуги окружности, которая может быть аппроксимирована многоугольником.
Недостатком известного технического решения является изготовление нижней части секции стрелы либо с участком в форме дуги окружности, либо с большим количеством гибов.
Из уровня техники известна стрела подъемного крана (RU 175228, МПК В66С 23/00, опубл. 28.11.2017 г.), представляющая собой телескопические секции из входящих друг в друга профилей, разделенных опорами скольжения. Профиль каждой секции выполнен из двух встречно направленных сваренных вдоль секции полукоробов. Профиль нижнего полукороба содержит два участка окружности между двумя вертикальными участками и горизонтальный участок между двумя участками окружности. Профиль верхнего полукороба образован горизонтальным участком между двумя вертикальными, каждый из которых связан с концом горизонтального участка соответствующим наклонным участком. Опоры скольжения установлены в нижнем полукоробе по всей поверхности участков окружности, а в верхнем полукоробе - по частям поверхности в зонах стыков между горизонтальным, наклонными и вертикальными участками.
Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатком технического решения является выполнение профиля нижнего полукороба с двумя участками окружности, на которых установлены опоры скольжения с цилиндрической внутренней и наружной поверхностями.
Техническая задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в создании телескопической стрелы, секции которой обладают необходимой жесткостью и прочностью, характерной для секций овоидной формы, но при этом имеющие упрощенную технологию изготовления и, как следствие, низкую себестоимость.
Решение поставленной задачи в стреле телескопической, содержащей, по крайней мере, три секции, разделенные опорами скольжения, при этом каждая секция стрелы состоит из верхнего и нижнего полукоробов, профиль верхнего полукороба образован горизонтальным участком, размещенным между двумя вертикальными участками, указанные вертикальные участки соединены с концами горизонтального участка наклонными участками, профиль нижнего полукороба образован горизонтальным участком между двумя вертикальными участками, достигается тем, что, вертикальные участки нижнего полукороба соединены с концами горизонтального участка через два наклонных участка, расположенных по отношению друг к другу под углом 140°-150°, при этом верхний наклонный участок соединен с вертикальным участком под углом 150°-160°, а нижний наклонный участок соединен с горизонтальным участком под углом 145°-155°.
Кроме того, техническое решение может быть характеризовано следующим.
Наклонные участки верхнего полукороба расположены симметрично под углом 145°-155°, по отношению к горизонтальному участку.
Верхний и нижний полукороба получены из листовой стали методом гиба.
Верхний и нижний полукороба встречно направлены и соединены сварным швом в месте стыковки вертикальных участков.
Секции стрелы разделены десятью опорами скольжения.
Опоры скольжения выполнены в виде плит прямоугольного поперечного сечения.
При этом четыре опоры скольжения установлены на верхнем полукоробе на наклонных участках.
А шесть опор симметрично установлены на нижнем полукоробе секции, таким образом, что четыре опоры размещены на нижних наклонных участках, а две опоры размещены на верхних наклонных участках.
Выполнение профиля нижнего полукороба секции стрелы с двумя наклонными участками, симметрично размещенными между горизонтальным и вертикальными участками под углами 140°-150°, 150°-160°, 145°-155°, приближает форму нижнего полукороба к овоидной.
Точная величина углов для каждой конкретной секции стрелы определяется по результатам прочностных расчетов стрелы в целом, как оптимальная для наиболее нагруженных положений стрелы.
Путем проведения большого количества расчётов доказано, что при изготовлении нижнего полукороба секции стрелы с указанными углами гиба листовой стали профиль секции стрелы оказывается максимально близким к овоидной форме, обладая практически такими же жёсткостью и прочностными характеристиками.
При выполнении нижнего полукороба с меньшим количеством гибов существенно снижаются прочностные характеристики секции стрелы. Большее же количество гибов нижнего полукороба дает незначительный прирост прочности секции, при этом для обеспечения равномерного распределения нагрузки на опоры скольжения необходимо выполнить достаточно точный расчет формы профиля, что достаточно трудоемко.
Стрела с предложенной формой профиля секции имеет высокие прочностные свойства благодаря тому, что происходит перераспределение вертикальной нагрузки, воздействующей на верхнюю часть секции стрелы при подъеме груза, в радиальную, действующую на наклонные участки нижнего полукороба, в результате чего, уменьшаются местные напряжения в элементах стрелы.
При этом предложенная форма профиля секции стрелы технологична в изготовлении, так как требует малого количества гибочных операций листа металла на листогибочном прессе с использованием универсального инструмента, а также позволяет использовать опоры скольжения простой прямоугольной формы.
Возможность использования опор скольжения прямоугольной формы обуславливает технологичность и сниженную себестоимость их производства.
Предложенная форма профиля секции стрелы с шестью прямоугольными опорами скольжения на нижнем полукоробе обеспечивает равномерное распределение нагрузки на опоры скольжения при относительно невысокой точности изготовления профиля.
Расположение верхних и нижних опор скольжения под углом к вертикальной и горизонтальной плоскостям исключает боковые люфты выдвижных секций и обеспечивает дополнительную жесткость конструкции телескопической стрелы.
Предложенная форма секции позволяет существенно расширить модельный ряд выпускаемых телескопических стрел (расширение арсенала известных средств) и область их применения.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых представлено:
на фиг. 1 - общий вид стрелы телескопической (изометрическая проекция);
на фиг. 2 - поперечный профиль одной секции стрелы;
на фиг. 3 - поперечный профиль двух секций стрелы с опорами скольжения между ними.
Представленный на чертежах вариант выполнения телескопической стрелы и ее секций с опорами скольжения приведен прежде всего в целях иллюстрации и не должен быть истолкован как ограничение объема притязаний.
Телескопическая стрела состоит из первой неподвижной секции 1 и внутренних выдвижных секций 2 и 3. Выдвижных секций 2, 3 может быть две, три или четыре в зависимости от необходимых грузовысотных характеристик крана. В транспортном положении секции 1, 2, 3 стрелы размещены внутри друг друга, что обеспечивает минимальную длину стрелы и соответственно минимальные габариты грузоподъемного устройства (крана), необходимые, например, при его транспортировке к месту выполнения работы.
Телескопическая стрела закреплена на основании поворотной платформы (рамы) грузоподъемного устройства (крана).
Каждая секция 1, 2, 3 стрелы представляет собой протяженную коробчатую конструкцию, образованную верхним 4 и нижним 5 полукоробами, встречно направленными и соединенными сварным швом 6 в месте стыковки вертикальных участков (стенок) полукоробов 4 и 5. При подъеме груза верхний полукороб 4 секции телескопической стрелы испытывает напряжения растяжения, а нижний полукороб 5 - напряжения сжатия. В предложенном варианте выполнения секции 1, 2, 3 телескопической стрелы стыковочный сварной шов 6 полукоробов 4 и 5 находится в зоне минимальных напряжений, т.е. не испытывает значительных нагрузок, что повышает срок службы и надежность конструкции телескопической стрелы.
Профиль верхнего полукороба 4 образован горизонтальным участком (полкой) 7 между двумя вертикальными участками (стенками) 8, каждый из которых связан с концом горизонтального участка 7 соответствующим наклонным участком 9. Наклонные участки 9 расположены симметрично под углом 145° - 155° по отношению к горизонтальному участку 7.
Профиль нижнего полукороба 5 образован горизонтальным участком (полкой) 10 между двумя вертикальными участками (стенками) 11, каждый из которых связан с концом горизонтального участка 10 через два наклонных участка 12 и 13, соединенных между собой под углом 140° - 150°, При этом наклонные участки 12 и 13 расположены симметрично. Угол соединения верхнего наклонного участка 12 с вертикальным участком 11 - 150° - 160°, а угол соединения нижнего наклонного участка 13 с горизонтальным участком 10 - 145° - 155°.
Верхний 4 и нижний 5 полукороба секции изготавливают из листовой конструкционной стали, например, из высокопрочной стали типа Weldox, гибом с получением изделия заданного профиля. Нижний полукороб 5 образован из листа стали шестью гибами, верхний полукороб 4 образован из листа стали четырьмя гибами. При этом механические свойства и толщину листовой конструкционной стали выбирают в зависимости от испытываемых секциями 1, 2, 3 стрелы нагрузок. Толщина листовой стали верхнего 4 и нижнего 5 полукоробов может быть разной.
Предложенная форма профиля нижнего полукороба 5, образованная шестью гибами, выполненными под указанными углами, приближает профиль нижнего полукороба 5 к овоидной форме. Проведенные расчеты и испытания опытных образцов показали, что прочностные характеристики и жёсткость секции 1 или 2 или 3 стрелы с данной формой профиля близки по характеристикам к секции, имеющей овоидную форму профиля. Однако получение предложенной формы секции стрелы технологично (просто в изготовлении) и менее затратно.
Секции 1, 2, 3 телескопической стрелы разделены между собой опорами скольжения 14, 15, которые обеспечивают минимальный коэффициент трения между двигающимися поверхностями. В преимущественном варианте выполнения секции 1, 2, 3 стрелы снабжены десятью опорами скольжения 14, 15. Каждая опора скольжения 14, 15 выполнена в виде плиты прямоугольного поперечного сечения. При этом четыре опоры 14 скольжения установлены на верхнем полукоробе 4 на наклонных участках 9, соединяющих горизонтальный участок 7 с вертикальными участками 8. Шесть опор 15 симметрично установлены на нижнем полукоробе 5 секции, таким образом, что четыре опоры 15 размещены на нижних наклонных участках 13, а две опоры 15 размещены на верхних наклонных участках 12, соединенных с вертикальными участками 11 полукороба 5. Расположение верхних 14 и нижних 15 опор скольжения под углом к вертикальной и горизонтальной плоскостям исключает боковые люфты при выдвижении секций 2, 3 и обеспечивает дополнительную жесткость конструкции телескопической стрелы. Данное расположение опор скольжения 14, 15 обеспечивает строгую направленность перемещения секций 2, 3 относительно друг друга.
При этом, шесть нижних опор 15 закреплены на свободном конце большей секции и две верхние 14 -  на корневой части выдвижной секции. Габаритные размеры и форма всех верхних опор 14 скольжения одинакова. Габаритные размеры и форма всех нижних опор 15 скольжения одинакова.
Опоры скольжения 14, 15 могут быть изготовлены из износоустойчивой пластмассы с антифрикционными свойствами, например, из полиамида, полиэтилентерефталата, полиэфиримида с различным сочетанием наполнителей.
Выдвижение секций 2, 3 стрелы обеспечивается, по крайней мере, одним гидроцилиндром телескопирования (на чертежах не показан), установленным в концевой части стрелы. Если стрела трехсекционная, то выдвижение секций 2, 3 дополнительно обеспечивается одной системой канатных полиспастов (на чертежах не показана). При выполнении стрелы из четырех секций, их выдвижение дополнительно обеспечивается двумя системами канатных полиспастов. Выдвижение первой выдвижной секции 2 стрелы осуществляется гидроцилиндром телескопирования, выдвижение второй 3 и последующих выдвижных секций стрелы осуществляется канатными полиспастами выдвижения. Затягивание секций 2, 3 происходит в обратном порядке. Затягивание первой выдвижной секции 2 осуществляется гидроцилиндром телескопирования, второй 3 и последующих выдвижных секций - канатными полиспастами задвижения. При наличии одного гидроцилиндра телескопирования секции стрелы выдвигаются и затягиваются синхронно.
Выдвижение второй выдвижной секции 2 стрелы также может осуществляться дополнительным гидроцилиндром телескопирования, установленным в концевой части стрелы. При этом данная секция 2 стрелы не оснащается полиспастами выдвижения и задвижения. В этом случае выдвижение и втягивание первой 2 и второй 3 выдвижных секций между собой не синхронизованы.
Работа телескопической стрелы осуществляется следующим образом.
Мобильный грузоподъемный кран (на чертежах не показан) с телескопической стрелой в сложенном состоянии подъезжает к месту выполнения работы, где осуществляется вывешивание крана на рельефе местности с помощью выдвижных гидравлических опор. Затем стрела в сложенном состоянии поднимается гидроцилиндром подъема (на чертежах не показан), и внутренние секции 2, 3 выдвигаются на нужную длину при помощи гидроцилиндра телескопирования и системы канатных полиспастов. Подъем груза возможен на стреле любой длины от минимальной до максимальной.
В предлагаемой стреле верхние 4 и нижние 5 полукороба секций выполнены из профиля, полученного методом гибки листа на листогибочном прессе, что обеспечивает стабильность его размеров по длине и ширине. Это упрощает конструкцию стрелы в целом и ее сборку.
Опоры скольжения 14, 15 изготовлены из полимеров, например, фрезерованием или литьем под давлением.
Предлагаемая стрела телескопическая обладает повышенной надежностью в эксплуатации, технологична в изготовлении, может быть произведена в условиях отечественной промышленности с использованием известного оборудования, материалов и технологий.