Ферменные конструкции являются ключевым решением для стрел и элементов верхнего строения экскаваторов, особенно при работе на больших вылетах и пролетах. В отрасли экскаваторостроения применяются стрелы с двумя основными типами поперечного сечения: треугольным (характерным для отвальных стрел роторных экскаваторов и драглайнов) и прямоугольным. Боковые плоскости таких конструкций формируются из плоских, преимущественно раскосных ферм, что обеспечивает необходимую прочность и жесткость.
Типы решетчатых систем и их применение
На рис. 3.5.1 представлены наиболее распространенные системы решеток, используемых в фермах экскаваторов. Каждая система имеет свою область применения: одни (рис. 3.5.1, а—г) оптимальны для вертикальных ферм, другие (рис. 3.5.1, а, б, д) — для горизонтальных, где нагрузки могут менять направление. Для вертикальных ферм системы, показанные на рис. 3.5.1, д—е, оказываются более металлоемкими по сравнению с треугольными (рис. 3.5.1, a-в). В треугольных фермах для сокращения длины панели сжатого, а иногда и растянутого пояса, применяют дополнительные стойки (рис. 3.5.1, в). Консольные конструкции, где все раскосы работают исключительно на растяжение, наиболее рационально выполнять по системе, представленной на рис. 3.5.1, г.Максимальной пространственной жесткостью обладает конструкция, в которой все четыре фермы являются раскосными, и в каждой ее панели присутствует рамный раскос, создающий устойчивую пространственную решетку.
Материалы и технологии изготовления
Стержни ферм могут иметь как одноэлементное, так и составное сечение. Одиночные уголковые профили используются только для легких горизонтальных и вспомогательных ферм. Сварные составные сечения поясов, собранные из листов, обладают преимуществами перед сечениями из профильной стали с соединительными планками, особенно в отношении технологичности и веса. Сопротивление усталости сварного растянутого пояса из листов напрямую зависит от конструкции узлов присоединения к нему раскосов как вертикальных, так и горизонтальных ферм.Значительное распространение в современном экскаваторостроении получили конструкции из гнутого и профилированного металла, в особенности из труб. Использование трубчатых элементов позволяет существенно сократить расход металла, особенно для стержней и поясов, сечение которых часто определяется не прочностью, а предельной гибкостью. Замкнутые профили, к которым относятся трубы, отличаются не только высокими показателями жесткости, но и меньшей площадью поверхности, подверженной коррозии, а также улучшенными аэродинамическими характеристиками.