СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ПОДКРАНОВОГО ПУТИ Российский патент 1998 года по МПК B66C6/00 

Изобретение относится к реконструкции покрановых путей преимущественно тяжелого режима работы (7К - 8К), например, в конвертерных и мартеновских металлургических цехах.

Известен подкрановый путь, выполненный из разрезных сварных подкрановых балок [1, с. 183-207], прикрепленных к колоннам цеха жестко без амортизации посредством листовых накладок на сварке, в том числе и потолочной [1, с. 200, рис. 10, 31]. Примем это решение за прототип.

Недостатки прототипа следующие:
1. Низка долговечность сварных двутавровых подкрановых балок из-за очень высокой концентрации напряжений (до четырех единиц) в узлах подкрановых балок [2, с. 138, п. 10]. Такая высокая концентрация, например, в узле пересечения трех сварных швов: верхнего поясного шва балки и вертикального и горизонтального шва опорного ребра. Такая же недопустимая концентрация (до четырех единиц) в сварных потолочных швах.

2. Затруднена рихтовка подкранового пути при неравномерной осадке опор, так как соединение жесткое неразъемное. Для рихтовки необходим подъемный стреловой кран и демонтаж технологического оборудования в цехе. В прототипе имеется неиспользованный резерв повышения несущей способности за счет превращения разрезного пути в неразрезной.

После 0,5-1,5 миллиона циклов нагружений в подкрановых балках и их узлах появляются усталостные трещины [3, с. 128, рис. III. 13] и нарушают нормальную эксплуатацию подкрановых путей.

После появления усталостных трещин производят ремонт подкрановых конструкций известными способами [3, с. 191, рис. IV. 34].

Недостатки известных способов усиления следующие:
1. Опасные концентраторы напряжений, от которых возникают усталостные трещины, не ликвидируются.

2. Добавляются новые опасные концентраторы с Кэф до четырех единиц, так как во всех известных решениях невозможно подварить корень шва у усиливающих элементов. Поэтому усталостные трещины в усиленных балках появляются быстрее, чем в новых.

Целью предлагаемого изобретения является повышение долговечности, снижение материалоемкости и облегчение рихтовки подкранового пути.

Цель достигается тем, что верхние четверти опорных и промежуточных ребер жесткости ликвидируют и остатки швов зачищают заподлицо шлифовальным кругом. Опасные концентраторы напряжений устраняют. На опорах разрезные подкрановые балки соединяют друг с другом симметричными относительно балок балансирами швеллерными в сечении. Балансиры опирают по центру тяжести на колонну и снабжают по концам подвесками. В верхней полке балансира имеются отверстия, ответные существующим отверстиям в верхних поясах подкрановых балок. В центре балансир снабжен смотровым окном, окаймленным кольцевым ребром, обеспечивающим устойчивость стенки балансира. Верхнюю полку каждого балансира подводят под пояс балки и соединяют их фрикционными шпильками. К подвескам же подвешивают дополнительные трубчатые амортизирующие опоры, обеспечивающие уменьшение пролета балки и, соответственно, уменьшающие пропорционально квадрату пролета изгибающие моменты. На опоре балок долговечность повышена за счет ликвидации опасных концентраторов напряжения и восприятием балансирами 2/3 локальных воздействий и передачи их, минуя верхнюю повреждаемую зону стенки, непосредственно на колонны. Балансиры упрощают рихтовку подкранового пути, так как при загружении одного из пролетов обеспечивают в смежных пролетах возникновение отрицательной опорной реакции на опорах и, следовательно, обеспечивают поддомкрачивание балок без специальных механизмов. В пролете взамен ликвидированных верхних четвертей промежуточных ребер устанавливают с каждой стороны балки продольное ребро с просверленными в нем отверстиями и затем соединяют его с поясами балки посредством швеллеров и фрикционных шпилек, образуя замкнутый трубчатый контур. То есть концентраторы напряжений ликвидированы, в сотни раз повышена изгибная жесткость верхнего пояса балки и в десятки раз жесткость пояса при кручении. Локальные напряжения снижены во много раз и обеспечена работа усиленной балки в зоне неограниченной долговечности.

Сопоставление разработанного подкранового пути с прототипом показывает его отличие от последнего тем, что опасные концентраторы ликвидированы, разрезные подкрановые балки соединены друг с другом и опираются на опоры через балансиры, воспринимающие локальные воздействия. К балансирам же подвешены дополнительные упругие опоры, обеспечивающие уменьшение изгибающих моментов в балке.

Таким образом, устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сопоставление предлагаемого устройства с другими техническими решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показано устройство для усиления подкранового пути - общий вид (вид А); на фиг.2 - соединение подкранового пути с колонной; на фиг.3 - усиление подкранового пути в пролете (Б-Б).

Рельсовый подкрановый путь состоит из разрезных подкрановых балок 1, опирающихся на консоли колонн 2. Подкрановые балки имеют опорные и промежуточные ребра 3. Верхняя часть опорных и промежуточных ребер 3 балок 1 срезаны с каждой стороны на 1/4 - 1/5 их высоты и остатки швов зашлифованы. Подкрановые балки 1 соединены между собой балансирами 4, расположенными симметрично относительно балок. Каждый из балансиров швеллерный в сечении и снабжен по центру окном 5, обрамленным кольцевым ребром 6, по концам подвесками 7. Подвески 7 соединены с балансиром фрикционными шпильками 8. К подвескам 7 подвешены трубчатые балки 9, служащие дополнительными амортизирующими опорами подкрановых балок 1. Сверху стык балок перекрыт накладками 10, соединенными с балками 1 и балансирами 4 фрикционными шпильками 8. Накладки 10 соединены также с кольцевым ребром 6 регулирующей шпилькой 11. Подкрановый рельс 12 соединен с колонной 2 амортизатором-регулятором 13 с регулирующей шпилькой 14. Тормозная балка 15 расположена между рельсом 12 и подкрановой балкой 1. Швеллерный пояс 16 тормозной балки 15 подвешен листовым шарниром 17 к колонне 2 и опирается на подкос 18, соединенный с балансиром 4. Надкрановая часть колонны 2 смещена по отношению к подкрановой части 19 наружу с целью снижения материалоемкости рамы. Листовой шарнир 17 передает на колонну 2 только вертикальные усилия. В пролете же (фиг.3) подкрановая балка 1 усилена продольным ребром 20 и швеллерами 21, соединенными друг с другом фрикционными шпильками 8.

Монтаж балансиров производят в следующей последовательности. С усиливаемых подкрановых балок 1 срезают верхнюю четверть опорных и промежуточных ребер и шлифтуют места резки шлифовальным кругом. Внизу между опорных ребер ставят распорные прокладки. В каждом из балансиров сверлят отверстия под шпильки 8, соответствующие существующим отверстиям в верхних поясах подкрановых балок 1. Для облегчения монтажа отверстия следует выполнить овальными вдоль пути. Заранее к балансирам подвешивают подвески 7 и к одной из них подвешивают балки 9. Подъемным устройством поднимают балансиры 4 на подкрановый путь и опирают их по центру тяжести на консоль колонны 2. Укладывают накладки 10 и соединяют их тягами 11 с балансирами 4. Совмещают отверстия в поясах балок 1 и в верхней полке балансира 4 и соединяют их фрикционными шпильками 8 с гарантированным натягом пневмогайковертом. Затягивают и шплинтуют болты по центру балансира и на подвесках 7, преднапрягая подкрановый путь и включая в работу дополнительные упругие трубчатые опоры 9. Рельс 12 соединяют с колонной 2 амортизатором-регулятором 13, а пояс 16 тормозной балки 15 подвешивают листовым шарниром 17 к колонне 2 и опирают на подкос 18, замыкающий упругий контур из подкрановой 1 и тормозной 15 балок.

В пролете же разрезных балок 1 после зашлифовки остатков концентраторов напряжений и сверления отверстий в продольном ребре усиления устанавливают последнее на нижние части вертикальных ребер как на столики, и в самом благоприятном положении (сверху вниз) накладывают продольный поясной шов, приваривая продольное ребро к стенке балки сначала с одной, а затем с другой стороны стенки. Шов легко выполнить с полным проваром, так как толщина продольного ребра 8. ..10 мм. При большей толщине необходимо сделать разделку кромки.

Продольные ребра рационально сместить по высоте относительно друг от друга. Затем устанавливают усиливающие швеллеры 21 и соединяют их с верхним поясом балки и усиливающим продольным ребром 20, образуя замкнутый трубчатый контур, разделенный стенкой балки пополам.

Такое усиление обеспечивает полную безопасность даже в том случае, если в верхнем поясном шве есть усталостные трещины. Теперь пояс присоединен к стенке балки через надежные фрикционные шпильки и через швы продольных ребер жесткости. Эти швы значительно удалены от локальных воздействий (200-250 мм), поэтому напряжения в них не могут превысить предела выносливости соединения. Надежность будет обеспечена даже при полном разрушении верхнего поясного шва усиливаемой балки.

Усиленный подкрановый путь работает следующим образом. При движении груженого мостового крана подкрановые балки изгибаются. Изгибающий момент в балке уменьшен по сравнению с первоначальным пропорционально квадрату пролета балки. То есть если пролет за счет дополнительных опор уменьшен с 12 до 10 м, то изгибающий момент уменьшился в 144/100 = 1,44 раза и во столько же раз повысилась несущая способность подкранового пути.

Долговечность подкранового пути также повысилась, так как все соединения выполнены с минимальной концентрацией напряжений [2, с. 136], а опасные концентраторы ликвидированы.

Рихтовка подкранового пути теперь также легко выполняется. Используя массу мостового крана, загружают смежный с рихтуемым пролет балки, ослабляют анкерные болты и подкрановая балка за счет отрицательной опорной реакции приподнимается на опоре на требуемую величину. Подкладывают подкладки и анкерные болты затягивают.

Экономический эффект возникает за счет:
1) ликвидации самых опасных концентраторов напряжений в верхней зоне балки, являющихся очагами возникновения усталостных трещин, и разгрузки этой зоны;
2) уменьшения изгибающего момента пропорционально квадрату уменьшения расстояния между опорами;
3) упрощения рихтовки подкрановых путей.

Литература
1. Металлические конструкции /Под ред. Мельникова Н.П. -М.: Стройиздат, 1980, 775 с. (Справочник проектировщика).

2. Справочник по кранам: В 2т., т.1./ Под ред. Гохберга М.М. -М.: Машиностроение, 1988, 536 с.

3. Кикин А. И. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий. -М.: Стройиздат, 1984, 301 с.

Рельсовый подкрановый путь состоит из разрезных подкрановых балок 1, опирающихся на консоли колонн 2. Подкрановые балки имеют опорные и промежуточные ребра, Верхняя часть опорных и промежуточных ребер балок 1 срезаны с каждой стороны на 1/4...1/5 их высоты и остатки швов зашлифованы. Подкрановые балки 1 соединены между собой балансирами 4, расположенными симметрично относительно балок. Каждый из балансиров швеллерный в сечении и снабжен по центру окном 5, обрамленным кольцевым ребром 6, по концам подвесками 7. Подвески 7 соединены с балансиром высокопрочными шпильками 8. К подвескам 7 подвешены трубчатые балки 9, служащие дополнительными амортизирующими опорами подкрановых балок 1. Сверху стык балок перекрыт накладками 10, соединенными с балками 1 и балансирами 4 высокопрочными шпильками 8. Накладки 10 соединены также с кольцевым ребром 6 регулирующей шпилькой 11. Подкрановый рельс 12 соединен с колонной 2 амортизатором-регулятором с регулирующей шпилькой. Тормозная балка расположена между рельсом 12 и подкрановой балкой 1. Швеллерный пояс тормозной балки подвешен листовым шарниром к колонне 2 и опирается на подкос, соединенный с балансиром 4. Усиление подкранового пути позволит ликвидировать опасные напряжения в верхней зоне балки, уменьшить изгибающий момент и упростить рихтовку. 3 ил.

Способ повышения долговечности рельсового подкранового пути, содержащего сварные разрезные подкрановые балки с ребрами жесткости, заключающийся в том, что ликвидируют опасные концентраторы напряжения и снижают передачу локальных воздействий на вертикальные ребра подкрановых балок, отличающийся тем, что срезают верхние четверти вертикальных опорных и промежуточных ребер жесткости, укладывают продольные ребра жесткости с отверстиями в нем в середине пролета балки с одной и другой стороны стенки на оставшиеся части вертикальных ребер жесткости, приваривают продольные ребра жесткости к стенке балки в положении сверху вниз, размещают между верхним поясом балки и каждым продольным ребром жесткости с одной и другой стороны балки швеллеры, ориентированные полками наружу, совмещают отверстия в поясе балки в каждом ребре и швеллере и соединяют их фрикционными шпильками с гарантированным натягом, устанавливают на опоры балок балансиры, подкрепляя верхний пояс балки, укладывают на стыки балок накладки, а в нижней части балок между опорными ребрами жесткости ставят распорки, соединяют верхние пояса смежных балок на опорах с накладками и с верхним поясом балансиров, а нижнюю центральную часть каждого балансира - с консолью соответствующей колонны, подвешивают по концам балансиров на подвесках дополнительные трубчатые опоры, подхватывающие нижние пояса балок по обе стороны от опоры, напрягают подвески, включая в работу дополнительные трубчатые опоры, устанавливают амортизатор-регулятор, соединяющий подкрановый рельс с колонной в горизонтальной плоскости, подвешивают внешний пояс каждой тормозной балки на листовом шарнире к колонне и одновременно соединяют его наклонной стойкой с нижней частью балансира и регулируют амортизатором-регулятором прямолинейность рельсового пути.