Гратчаста підкранова конструкція, Банк патентів
Винахід відноситься до металевих конструкцій, що несуть, зокрема до двоконсольної балки для підкранових шляхів. Двоконсольна балка містить верхній пояс, виконаний з широкополочного прокатного двотавра. Верхній пояс підкріплений центральними та опорними коромислами, вигнутими відповідно до епюрами згинальних моментів у середині прольоту та на опорах балки. Кожне коромисло має по кінцях фланці, з'єднані з верхнім поясом фрикційними шпильками. Між кожним опорним коромислом та верхнім поясом розміщений амортизатор, звальцьований із прокатного двотавра. Амортизатор з'єднаний із серединою опорного коромисла фрикційними шпильками та спирається на опорну балку. Між амортизаторами та верхнім поясом є зазор δ, що закривається при перевантаженні амортизатора. Описана конструкція дозволяє усунути високу концентрацію напруги у вузлах, що збільшує термін її служби в десять разів і більше і знижує матеріаломісткість на 15% порівняно з відомими. Усунено трудомісткі ручні процеси під час її виготовлення. Застосування амортизаторів дозволяє знизити як динамічні впливу, а й шум у цеху. 2 іл.
ОПИС ВИНАХОДУ ДО ПАТЕНТУ
Винахід відноситься до металевих підкранових конструкцій. Відома гратчаста підкранова конструкція, що містить верхній пояс, виконаний з прокатного двотавра, і грати з куточків. З'єднання у вузлах виконано за допомогою фасонок на зварюванні [1, с.196, рис. 10.20]. Приймемо це рішення за зразок. Перевага прототипу - знижена матеріаломісткість (на 15 - 20%) в порівнянні з суцільно-стінчастими балками [1, с. 198, табл. 10.17].
Гратчасті підкранові конструкції мають суттєвий недолік - низьку довговічність [2, с. 158, рис. 3.21]. Упідкранових балках через надмірно високу концентрацію напруги до чотирьох одиниць [3, с. 138, п. 10,б] виникають втомні тріщини, що повністю виводять їх з ладу через 1 - 3 роки інтенсивної експлуатації.
Мета пропонованого винаходу - зниження матеріаломісткості та трудомісткості виготовлення, підвищення довговічності.
Зниження матеріаломісткості досягається виконанням підкранової конструкції з решітчастими двоконсольними і однопрогоновими балками, що чергуються, спираються на колони, встановлені з постійним кроком l. Довжина прольоту l0 однопрогонової балки дорівнює
де l - крок колони; b - база крана; Δ - мінімальна відстань між колесами двох зближених кранів.
Саме проліт l0 забезпечує вирівнювання по модулю опорного (Моп) та прогонового (Мпрол) моментів у двоконсольній балці та забезпечує найбільш раціональне використання матеріалу.
Двоконсольна балка підкріплена відповідно до епюри згинальних моментів у ній центральними та опорними коромислами, гнутими по плавній кривій. Таке підкріплення забезпечує додаткове зниження згинальних моментів у верхньому поясі і, отже, зниження матеріаломісткості.
Підвищення довговічності досягнуто зниженням концентрації напруги до мінімуму.
Кожна з коромисел виконана з прокатного елемента (двутавра, швелера, тавра, куточка) гнутим по плавній кривій. Коромисла розміщені симетрично щодо середини балки, а опорні - симетрично щодо опор, при цьому кінець кожного коромисла з'єднаний з верхнім поясом за допомогою фланця та фрикційних шпильок. Забезпечено достатнє видалення вузла сполучення від локальних динамічних впливів коліс крана та з'єднання виконане з мінімальною концентрацією.
Зниження динамічних впливівдосягнуто опиранням балки на опори через кільцеві амортизатори, розміщені між верхнім поясом та опорним коромислом. Амортизатор у верхній точці спирається на опорний елемент, введений всередину амортизатора, а його низ з'єднаний фрикційними шпильками з опорним коромислом. Над амортизатором між ним та верхнім поясом виконаний зазор δ. Отже амортизатор служить пружною підвіскою. При перевантаженні підкранової конструкції зазор закривається і додаткова опорна реакція балки передається в зоні контакту безпосередньо на опору і цим амортизатор оберігається від перевантаження.
Зниження трудомісткості досягнуто виконанням елементів однотипними та виключенням ручних операцій при виготовленні та монтажі підкранової конструкції.
Порівняння заявленого пристрою з прототипом показує суттєві відмінності. Виконання двоконсольної балки забезпечує вирівнювання прогонового і опорного моментів, що призводить до зниження матеріаломісткості за рахунок зближення обрису підкранової конструкції з епюрою згинальних моментів в ній. Виконання підкріплювальних елементів у вигляді коромисел із фланцями дозволяє ліквідувати високу концентрацію напруги та знизити її до мінімуму. Кільцеві опорні амортизатори забезпечують зниження динамічних дій. Концентрація напруг у них та з'єднаннях також мінімальна.
Досягнуто зниження концентрації напруги в 3 - 4 рази. За рахунок того, що підкранова конструкція працює в зоні необмеженої довговічності, забезпечена її надійна інтенсивна експлуатація до повного зносу будівлі. Кільцеві амортизатори зменшують ексцентриситет передачі горизонтальних впливів на колону, що призводить до спрощення кріплень. Концентрація напруги в амортизаторах також мінімальна. Зміною ж прольоту балкивставки регулюють опорні згинальні моменти у двоконсольній балці, домагаючись їх найбільшого вирівнювання.
Таким чином, розроблена конструкція відповідає критерію винаходу "новизна".
Порівняння заявленого рішення не тільки з прототипом, але й іншими технічними рішеннями не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють пристрій від прототипу, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "суттєві відмінності".
На фіг.1 зображено розроблена підкранова конструкція - двоконсольна гратчаста балка; на фіг. 2 - вузли сполучення елементів.
Двоконсольна балка містить верхній пояс 1, виконаний, наприклад, з широкополочного прокатного двотавра. Відстань між опорами балки – l. Виліт кожної консолі – с. Двоконсольні балки чергуються з однопрогоновими з довжиною прольоту l0 (1), знайденою з умови рівності за модулем прогонового Мпрол і опорного Моп моментів.
На двоконсольну балку спираються праворуч і ліворуч однопрогонові і тиснуть на консоль відповідно з силою
Мостові крани розміщені на двоконсольній балці за правилом Вінклера [5, с. 241], так як воно справедливе і для двоконсольної балки. Рівнодіюча від сил, що знаходяться на середньому прольоті, зміщена вліво від середини на Δ/4, тоді критична сила праворуч від середини на відстань також Δ/4 і ліва опорна реакція Rлев більше правої Rпр.
Опорний момент справа дорівнює Mоп = -Fпр * з = -Fпр(l-l0)/2, а максимальний прогоновий момент під критичною силою
Опорні реакції Rпр і Rлев знайдемо, взявши суму моментів відповідно щодо лівої і правої опор.
Підставивши 2 і 5 в 3 і 4 і прирівнявши Мпрол = Моп, отримаємо квадратне рівняння для визначення довжини прольоту однопрогонової балки l0
і отримаємоз нього вираз (1).
Верхній пояс 1 підкріплений центральними коромислами 2 і 3 опорними відповідно до епюрами згинальних моментів в балці, тобто в середині прольоту і на опорах.
Кожне з коромисел 2,3 забезпечене кінцями фланцями 4, з'єднаними з верхнім поясом фрикційними шпильками 5.
Між кожним опорним коромислом 3 і верхнім поясом 1 розміщений амортизатор 6, звальцований, наприклад, прокатного двутавра і спирається на опору 7 вгорі.
Амортизатор 6 з'єднаний з серединою опорного коромисла 3 фрикційними шпильками 4 а зверху між ним і верхнім поясом є зазор δ, що закривається при перевантаженні амортизатора 6.
Таким чином, підкранова конструкція складається з ідентичних елементів верхнього пояса 1, коромисел 2,3 і амортизаторів 6.
Виготовлення підкранової конструкції легко механізується і навіть автоматизується. Заготовки для верхнього пояса 1 нарізаються газорізанням, кінці фрезерують, отвори продавлюють пуансоном, потім розсвердлюють на проектний діаметр. Коромисла 2,3 та амортизатори 6 вальцюють. Складання здійснює на спеціальних складальних станах з гарантованою затяжкою фрикційних шпильок пневмогайковертом.
Підкранові балки оснащені гальмівними балками, що з'єднуються з нижньою полицею верхнього пояса 1 фрикційними шпильками. Знижене розміщення гальмівної балки дозволяє використовувати найбільш ефективну триголову рейку [6].
Подкранова конструкція працює наступним чином. При русі мостових кранів у двоконсольних балках виникають опорні та прогонові згинальні моменти, які близькі один до одного. В однопрогонової балці також виникає момент, близький до цих значень. Таким чином, двоконсольна балка складається з трьох гратчастих: центральної та двох опорних з'єднаних в єдине ціленерозрізним верхнім поясом. Стики центральної та опорних балок знаходяться в зонах, де згинальні моменти близькі до нуля. Верхній пояс працює як нерозрізна багатопрогонова балка.
Обрис двоконсольної гратчастої балки близький до епюрі згинальних моментів у ній, що забезпечує значне зниження матеріаломісткості.
Економічний ефект досягається через зниження матеріаломісткості до 15%, підвищення довговічності в десять разів і більше в порівнянні з прототипом (усунена висока концентрація напруги у вузлах і розроблена конструкція працює в зоні необмеженої довговічності).
Економічний ефект досягається за рахунок зниження трудомісткості виготовлення (трудомісткі ручні процеси усунуті).
Амортизатори дозволяють знизити як динамічні впливу, а й шум у цеху. Зазор над амортизатором дозволяє захистити опорну конструкцію при перевантаженні крана.
Список литературы 1. Металеві конструкції/За ред. Н.П.Мельникова - М.: Будвидав, 1980 - 776с. (Довідник проектувальника).
2. Кікін А. І. та ін. Підвищення довговічності металевих конструкцій промислових будівель. - М.: Будвидав, 1969. - 415 с.
3. Довідник з кранів: У 2 т. Т1 / В.І. Брауді, М.М. Гохберг та ін; Під. заг. ред. Гохберга – М.: Машинобудування, 1988. – 536 с.
5. Муханов К.К. Металеві конструкції. Підручник для вишів. М.: Будвидав, 1978.
7. Балки підкранові сталеві під мостові опорні крани. Типові будівельні конструкції вироби та вузли. Серія 1.426.2-7, випуск 3, креслення К.М., ЦНДІ Проектстальконструкція ім. Н. П. Мельникова - Свердловськ, СФ ЦІТП, 1990-91с.
8. Довідник конструктора металевих конструкцій/Васильченко В.Т. та ін. – Київ: Будівельник, 1980 – 288с.
9.СНиП 11-23-81 Сталеві конструкції, - М: ЦИТП Держбуду СРСР, 1988. - 96 с.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Гратчаста підкранова конструкція, що містить підкранові балки з верхнім поясом з прокатного двотавра, що спирається на колони, встановлені з кроком l, що відрізняється тим, що балки виконані двоконсольними, що чергуються, і однопрогоновими з прольотом
де l - крок колони; b - база крана; Δ - мінімальна відстань між колесами двох зближених кранів, причому двоконсольна балка підкріплена центральними та опорними коромислами, гнутими по плавній кривій, розміщеними симетрично щодо середини балки, при цьому кінець кожного коромисла з'єднаний з верхнім поясом за допомогою фланця та фрикційних шпильок , а кожне опорне коромисло з'єднане в середині фрикційними шпильками з гнутим кільцевим амортизатором, розміщеним між опорним коромислом і верхнім поясом, при цьому між верхом амортизатора і верхнім поясом виконаний зазор δ, що закривається при перевантаженні, а опорний елемент балки введений всередину.