Напряжения, вызываемые поперечной нагрузкой от собственного веса, обычно невелики; их можно значительно снизить, если приложить продольную силу с эксцентрицитетом.

Стрелы малой длины, работающие на сжатие, проще всего изготовить из одной катаной трубы. Однако при увеличении длины и сравнительно небольших осевых нагрузках применение катаных цилиндрических труб становится невыгодным, так как вес чрезмерно возрастает. Такие трубы имеют излишнюю толщину стенок и обычно их сечение может быть использовано полностью лишь при больших нагрузках; кроме того, постоянство сечения по длине также приводит к утяжелению конструкции. Вследствие этого длинные трубчатые стрелы выгоднее выполнять вальцованными или штампованными из

листа, толщину которого выбирают, исходя из требуемого по нагрузкам сечения. При этом конец трубы делают цилиндрическим и для обеспечения необходимой заделки стрелы уширяют основание.

При большой ширине основания стрелы толщину образующих ее листов выбирают из условия обеспечения их местной устойчивости или ставят диафрагмы. Этого можно избежать, если нижнюю часть стрелы выполнить из двух ветвей.

Рис. 110. Схема действия нагрузок на стрелу, работающую на сжатие:
а — сплошного сечения в виде оболочки; б — с основанием из двух цилиндрических труб; в — с основанием из сплющенных труб или специальных гнутых профилей

Рис. 111. Стрелы трубчатого или коробчатого сечения, работающие на сжатие:
а — вертикальная плоскость; б — горизонтальная; в — очертание в плане стрелы минимального веса. А — эпюра вертикальных распределенных нагрузок; Б — эпюра моментов от вертикальных распределенных нагрузок-я — эпюра горизонтальных распределенных нагрузок; Г—эпюра моментов от горизонтальных нагрузок; F — площадь сечения нижнего пояса

В этом случае в расчете нужйо учитывать, что нижняя часть стрелы представляет собой раму Ч Каждая ветвь может представлять собой цилиндрическую или сплющенную трубу, овальную или прямоугольную коробку, сваренную из гнутых профилей.

Две последние конструкции удобны тем, что сокращается длина перехода от нижней к верхней части стрелы.

Решетчатые стрелы чаще всего делают четырехпоясными, хотя наиболее рациональны трехпоясные, так как при этом не требуется поперечных диафрагм, а число решеток уменьшается до трех. Однако стрелы треугольного сечения легко выполнимы лишь при использовании труб или штампованных профилей.

В торцах секций четырехпоясных стрел предусматриваются диафрагмы. Для повышения жесткости таких стрел фирмой Линк Белт (США) ставятся диагональные поперечные стержни, связывающие все узлы.

Боковую плоскость стрел, работающих на сжатие, в средней части обычно делают постоянной высоты, а по концам сужают. При этом для упрощения изготовления длина средней части должна составлять не менее половины всей длины стрелы.

Для снижения веса решетчатых стрел нужно добиваться уменьшения отношения площади сечения раскосов к площади сечения поясов. Так как сечение раскосов обычно определяется предельной гибкостью, целесообразно выполнять их из труб. Применение труб для поясов решетчатых стрел менее эффективно, но и в этом случае экономия в весе составляет примерно 15%.

В решетчатых стрелах большой длины дополнительная экономия достигается благодаря тому, что при одинаковой гибкости панели трубчатых поясов могут иметь в 2—3 раза большую длину, нежели панели поясов из уголков. В результате сокращается расход металла на вспомогательные элементы и тем самым уменьшается строительный коэффициент.

Дальнейшее снижение веса может быть достигнуто при выборе оптимальных параметров стрел. Исследование зависимостей веса сжатой стрелы от ее конфигурации, отношения высоты и ширины к длине и шагу решетки, проведенное ВНИИСтройдормашем, привело к следующим выводам:

1. Наиболее выгодными являются стрелы трехгранного сечения.
2. Наиболее выгодным является очертание трехгранной стрелы в плане (см. рис. 110, б). Криволинейное очертание может быть заменено двумя прямыми, данными пунктиром.
3. Оптимальная высота стрелы, изготовленной из стали марки Ст. 3, зависит в основном от ее длины и составляет 0,035/ при I = 25 м и увеличивается на 0,005/ на каждые 25 м длины стрелы.
4. Оптимальная гибкость нижнего пояса трехгранной стрелы Я = 40.

Можно отметить, что кривые веса от указанных параметров достаточно пологи вблизи минимума. При малых длинах стрел разница между обычными и оптимальными конструкциями невелика.

Балочные стрелы, работающие на изгиб, выполняются в виде четырех- или трехгранных пространственных ферм. Такие стрелы применяются в случаях, когда они выполняются ломаными или если вылет изменяется за счет передвижения грузовой тележки вдоль стрелы по ее нижнему поясу или специально подвешенной балке. Поперечные сечения наиболее распространенных конструкций стрел, работающих на изгиб, показаны на рис. 112.

При использовании уголков проще всего выполнить решетчатые стрелы четырехпоясными. Более рациональны

трехпоясные стрелы с верхним поясом и решеткой из труб.

В обоих случаях целесообразно в качестве ездовых балок использовать нижние пояса фермы. Конструкция по рис. 112, д, ранее широко распространенная, кажется на первый взгляд весьма рациональной, так как позволяет сократить ширину грузовой тележки и ее вес. Однако опыт показал, что под действием поперечных нагрузок двутавр легко деформируется. Кроме того, эти нагрузки вызывают кручение стрелы, что было причиной многих поломок (рис. 113).

Рис. 112. Поперечные сечения стрел, работающих на изгиб:
а — четырехпоясная с ездой по нижнему поясу; б — четырехпоясная с ездой по подвесному двутавру; в — трехпоясная с ездой по вертикально-расположенным нижним поясам; г — то же, с наклонно расположенными нижними поясами; д — трехпоясная с нижним поясом из двутавра

В боковой плоскости стрелы, работающие на изгиб, чаще всего имеют формы, показанные на рис. 114. Стрелы, показанные на рис. 114, а, удерживаются жесткой тягой или тросовой подвеской. Если необходимо иметь возможность поднять стрелу, то подвеску заменяют полиспастом.

Применение многолучевых вант (рис. 114, б) позволяет снизить вес стрелы. Но такая конструкция, будучи статически неопределима, надежна только при тщательной регулировке натяжения вант. Было много случаев деформирования таких стрел при неправильной регулировке или неравномерной вытяжке вант.

По предложению И. П. Барсова стрелы с многолучевыми вантами выполняются из отдельных шарнирных звеньев.

Другое решение задачи заключается в автоматическом регулировании натяжений вант с помощью уравнительного устройства, укрепляемого на головке башни (рис. 115). Здесь стрела подвешена на двух вантах, прикрепленных к траверсе, которая одним концом присоединена к головке башни, а другим удерживается полиспастом, образованным неподвижной ветвью грузового каната. Ход полиспаста ограничен упорами.

При таком устройстве соотношения натяжений в вантах определяются положением траверсы, причем натяжение в ванте не может превышать определенной величины, определяемой натяжением грузового каната и кратностью полиспаста. Подбором координат точек крепления вант и траверсы, а также соответствующим выбором кратности полиспаста можно добиться желаемого распределения усилий в вантах.

Рис. 113. Кран со сломанной трех-поясной стрелой

Рис. 114. Стрелы, работающие на изгиб:
а — одноподвесная; б — многоподвесная; в — консольная; г — план стрелы с боковыми вантами

Консольные стрелы выполняются переменного сечения с переменной высотой или с переменным сечением поясов и раскосов (рис. 114, в). Последнее удобно при большом объеме производства кранов разных типоразмеров, так как можно, используя несколько стандартных секций, компоновать стрелы разной несущей способности.

Рис. 115. Двухвантовая стрела с устройством для автоматического регулирования натяжений вант:
1 — узел, обведенный кружком на верхнем рисунке

При большой длине стрелы существенное влияние оказывают боковые нагрузки от сил инерции и ветра. Для его уменьшения были выполнены стрелы с боковыми вантами (рис. 114, г). Дополнительные ванты несколько усложняют монтаж крана и поэтому их целесообразно применять главным образом в тех случаях, когда кран долгое время работает на одном месте. Для той же цели основные ванты выполняют парными и располагают наклонно, закрепляя на уширенной головке башни.

Стрелу, удерживаемую оттяжкой, рассчитывают на совместное действие изгиба от собственного веса, веса подвижного груза и сжатия осевой силой, создаваемой в ней оттяжкой.

Кроме того, необходимо учитывать поперечные силы от действия ветра на груз и на стрелу и от сил инерции, возникающих при повороте стрелы.

Кривизна стрелы (башни) по ГОСТу 13556—68 не должна превышать 0,001 ее длины; в месте сопряжения стрелы с башней (башни с порталом или поворотной платформой) неперпендикулярность не должна превышать 0,002. Для решетчатых конструкций кривизна элемента решетки должна быть не более 0,0013 длины.