КАТКОВАЯ ПОПЕРЕЧНО-ПОДВИЖНАЯ ОПОРНАЯ ЧАСТЬ МОСТА Российский патент 1996 года по МПК E01D19/04 

Изобретение относится к строительной конструкции и может быть использовано в мостостроении при изготовлении опорных частей мостов и других широких линейно протяженных конструкций.

Известна опорная часть скольжения, функции которой состоят в обеспечении скольжения и поворота в вертикальной плоскости конца пролетного строения. В соответствии с этими функциями опорная часть включает в себя элементы скольжения и шарнир. В качестве шарнира может служить шар, шаровой сегмент, тангенциальные, стаканные, эластомерные и другие типы опорных частей, а в качестве элемента скольжения фторопласт, политетрафторэтилен, смазанные металлические поверхности и т.п. [1]
Основным недостатком опорных частей скольжения является значительные габариты поверхности скольжения при обеспечении больших продольных перемещений пролетного строения, что приводит к повышенной металлоемкости подферменников, ригелей и опор.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является катковая поперечно-подвижная опорная часть, включающая верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенный между ними каток, обеспечивающий продольное перемещение пролетного строения, и установленный на одну из плит элемент скольжения с политетрафторэтиленовой плитой, позволяющая обеспечить большие продольные перемещения конца пролетного строения при меньшей материалоемкости опор [2]
Недостатком данной опорной части является ненадежность работы конструкции из-за наличия элемента скольжения с политетрафторэтиленовой плитой, подверженной старению, быстрой изнашиваемости, резкому увеличению коэффициента трения при засорении контактных поверхностей, низких температурах, больших скоростях перемещений и большом суммарном пути перемещения до величины коэффициента трения скольжения металла по металлу. Кроме того, наличие элемента скольжения усложняет конструкцию катковой поперечно-подвижной опорной части, требует применения в ней различных по своим свойствам и надежности материалов, учета этих свойств при проектировании, изготовлении и монтаже, повышая трудоемкость этих операций.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности работы опорной части за счет исключения применения в ней дополнительных элементов скольжения, снижении коэффициента трения.

Технический результат достигается тем, что катковая поперечно-подвижная опорная часть включает верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенный между ними каток, и она снабжена шевронными реечными передачами, содержащими по одной рейке, сопряженной с шестерней, установленной на скользящей посадке на одной из цапф катка, минимальная длина пути скольжения шестерен по которым равна половине длины заданного поперечного перемещения опорной части, а радиус катка r определен выражением

где К экспериментально определенный коэффициент вращательно-осевого перемещения катка;
Δ и δ накопительные длины перемещений опорной части соответственно вдоль и поперек оси моста в единицу времени, мм/сутки;
G модуль сдвига материала катка, МПа;
l длина контактной поверхности катка, мм;
Н горизонтальное усилие на опорную часть в направлении оси катка, Н.

Кроме того, одна из опорных плит составлена из двух частей, сопряженных между собой через цилиндрический шарнир, оси которого перпендикулярна оси катка.

На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция (поперек оси моста) катковой поперечно-подвижной опорной части, смещенной в крайнее левое поперечное положение, с рейками, прикрепленными к одной из опорных плит, общий вид: на фиг. 2 вид сбоку на опорную часть; на фиг. 3 то же, что и на фиг. 1, но с рейками, прикрепленными к разным опорным плитам; на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 5 то же, что и на фиг. 3, но с опорной частью, смещенной в крайнее правое поперечное приложение, и выполненное по варианту с цилиндрическим шарниром в одной из опорных плит; на фиг. 6 вид сбоку на фиг. 5; на фиг. 7 то же, что и на фиг. 1, но с двумя парами реечных передач.

Катковая поперечно-подвижная опорная часть включает верхнюю 1 и нижнюю 2 опорные плиты, размещенный между ними каток 3 и шевронные реечные передачи с рейками 4 и шестернями 5, установленными на цапфах 6 катка на шпонках или шлицах 7. Одна из плит может быть составлена по толщине из двух частей 8 и 9, сопряженных между собой через цилиндрический шарнир.

При продольных перемещениях пролетного строения моста движется и верхняя опорная плита 1, вращая каток 3 между нею и нижней опорной плитой 2. Одновременно вращаются установленные на скользящей посадке на цапфах 6 катка шестерни 5 по рейкам 4.

Шевронные реечные передачи, препятствуя соскакиванию шестерен с реек, являются противоугонным устройством, предназначенным для предотвращения произвольного поворота катка в плане. Они обеспечивают поступательное перемещение оси катка, следуя за перемещением верхней опорной плиты 1, двигающейся вслед за проектным строением моста. При широких мостах пролетные строения имеют продольные перемещения от изменения температуры и от воздействия подвижной нагрузки и поперечные, в основном температурные. Они значительно меньше по величине, чем продольные. Неравномерность солнечной радиации на элементы пролетного строения может привести к некоторому искривлению балок пролетного строения в плане с поворотом также верхней опорной плиты.

Предложено два конструктивных варианта: в первом обе рейки 4 прикреплены к одной из плит, например 1 (фиг. 1 и 2), а во втором к разным плитам 1 и 2 (фиг. 3-7). В первом варианте каток стремится следовать за произвольным перемещением плиты 1, допуская также вынужденный поворот в плане. Эти достигается повышение надежности работы деталей опорной части и снижение коэффициента трения, поскольку каток катится вдоль траектории перемещения конца пролетного строения. Во втором варианте возможность вынужденного поворота в плане практически исключена, однако обеспечивается принудительное вращение катка. Вращение катка создается одинаковыми крутящими моментами, передаваемыми от обеих плит 1 и 2 через шестерни 5, шпонки 7 и цапфы 6 на каток 3. Этим исключается проскальзывание при качения катка, что возможно при повышенном загрязнении опорной части. В первом варианте внешний диаметр шестерен назначают менее диаметра катка, а во втором диаметр катка приравнивают диаметру длительной окружности шестерни, которую устанавливают на цапфы на шлицевом или шпоночном соединении с обеспечением скользящей посадки. При этом минимальная длина контактной поверхности l катка и плиты во втором варианте определена выражением

где b расчетная длина контактной поверхности катка и плиты;
d диаметр катка;
а длина заданного поперечного перемещения опорной части.

При поперечных перемещениях пролетного строения взаимодействие каждой шестерни только с одной рейкой не препятствует смещению катка вдоль его оси относительно плит. При этом рейки увлекают за собой шестерни, которые свободно скользят по цапфам. Длина пути этого скольжения составляет не менее половины заданного поперечного перемещения пролетного строения, как это следует из фиг. 5. Для обеспечения нормального скольжения соотношение длины втулки шестерни к диаметру цапфы принимают не менее 0,8.

Указанное скольжение всегда происходит одновременно с качением катка вследствие воздействия температуры и нагружения. Как показали результаты эксперимента коэффициент трения скольжения катка вдоль его оси, за счет обнаруженного эффекта вращательно-осевого перемещения, значительно меньше при вращении, чем при его отсутствии. Использование этого эффекта позволяет отказаться от применения элементов скольжения и выполнять каток и плиты из одного материала, например, высокопрочной стали.

В процессе монтажа пролетного строения или его эксплуатации опорные плиты могут оказаться непараллельными в поперечном сечении моста. Вследствие этого может возникнуть концентратор напряжений на более нагруженном участке контактной поверхности, что может привести к появлению задиров или других дефектов на ней, которые будут препятствовать продольному вращательно-осевому перемещению катка. Во избежание этого целесообразно одну из опорных плит делать по толщине составной из частей 8 и 9. Они сопряжены между собой через цилиндрический шарнир, который может быть образован обращенными друг к другу выпуклой и вогнутой поверхностями этих частей. Ось шарнира перпендикулярна оси катка. В этом случае неравномерность передачи на каток опорной нагрузки будет компенсирована взаимным поворотом частей 8 и 9 относительно друг друга.

Предлагаемая катковая поперечно-подвижная опорная часть исключает применение в ней дополнительных элементов скольжения и позволяет использовать только один тип материала в ее конструкции, например, высокопрочные стали и наплавки, и за счет этого повысить надежность ее работы.

Изобретение относится к области мостостроения и касается конструкции катковой поперечно-подвижной опорной части. Опорная часть содержит верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенный между ними каток. Отличие состоит в том, что опорная часть снабжена шевронными реечными передачами, имеющими по одной рейке и сопряженной с ней шестерней, установленной на скользящей посадке на одной из цапф катка, минимальная длина пути скольжения шестерен по которым равна половине длины заданного поперечного перемещения опорной части, а радиус катка определен по приведенной зависимости. При этом одна из опорных плит может быть выполнена из двух частей, сопряженных между собой через цилиндрический шарнир, ось которого перпендикуляра оси катка. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Катковая поперечно-подвижная опорная часть, содержащая верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенный между ними каток, отличающаяся тем, что она снабжена шевронными реечными передачами, имеющими по одной рейке и сопряженной с ней шестерней, установленной на скользящей посадке на одной из цапф катка, минимальная длина пути скольжения шестерен по которым равна половине длины заданного поперечного перемещения опорной части, а радиус катка r определен из выражения

где k экспериментально определенный коэффициент вращательно-осевого перемещения катка;
Δ и δ накопительные длины перемещений опорной части соответственно вдоль и поперек оси моста в единицу времени, мм/сутки;
G модуль сдвига материала катка, МПа;
l длина контактной поверхности катка, мм;
H горизонтальное усилие на опорную часть в направлении оси катка, Н. 2. Опорная часть по п.1, отличающаяся тем, что одна из опорных плит выполнена из двух частей, сопряженных между собой через цилиндрический шарнир, ось которого перпендикулярна к оси катка.