СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ДВУТАВРОВОЙ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ Российский патент 1999 года по МПК B66C7/00 B66C6/00 

Изобретение относится к металлическим конструкциям, преимущественно подкрановым с интенсивным тяжелым режимом работы (8K....7K), например,в черной и цветной металлургии.

Известна металлическая двутавровая подкрановая балка, содержащая верхний пояс с отверстиями для крепежных болтов и закрепленный на нем рельс [1, с. 186-204, рис. 10...11] Примем это решение за прототип.

Недостатки прототипа следующие:
1. Низкая долговечность верхней зоны подкрановой балки, подверженной динамическим, подвижным воздействиям, передающимся от колес крана сосредоточенно через рельс: P и T - соответственно вертикальные и горизонтальные воздействия;
M_кр - локальные крутящие воздействия, передающиеся на верхний пояс, так как силы P и T действуют с эксцентриситетом.

Эти динамические воздействия приводят к усталостным разрушениям в балках [2, с. 128];
2. Неэффективность рекомендуемых методов усиления [2, с. 101], так как вносятся дополнительные концентраторы напряжений [3, с. 138], усиление работает только как временное, и само разрушается от усталости;
3. Сложность и трудоемкость известных способов усиления.

Задача, на решение которой, направлено изобретение - повышение долговечности и несущей способности усиляемой подкрановой балки.

Задача решается усилением подкрановой балки трехглавым арочным в сечении рельсом и трубчатым амортизатором, размещенным под центральной главой рельса и обеспечивающим компенсацию вертикальных динамических воздействий колес крана и передачу их над стенкой балки. Преднапряжение всей конструкции фрикционными шпильками обеспечивает работу усиленного сечения как единого целого. Материал амортизатора и рельса выполняют кроме своей основной функции роль усиляющих элементов, работая в составе сечения усиленной балки.

Повышение долговечности достигается за счет превращения верхней части балки в трубчатое замкнутое сечение, обладающее в сотни раз большими моментами инерции при изгибе и кручении. За счет такой конструкции динамические локальные напряжения, возникающие в верхней зоне обычных двутавровых подкрановых балок и вызывающих их усталостные разрушения, снижаются ниже предела выносливости [4], и разработанная конструкция работает в зоне неограниченной долговечности [5].

Усиляющие элементы: трубчатый амортизатор и трехглавый арочный в сечении рельс превращают подкрановый путь, выполненный из разрезных балок в неразрезной, одновременно увеличивая высоту сечения.

Несущая способность пути за счет этого увеличивается в несколько раз. Усиление конструкции выполняется механизированно ранее разработанным методом надвижки [6,7,8] с минимальными трудозатратами. Крепления заменяемой изношенной плети рельсов демонтируют, наращивают заменяемую плеть с одного конца пути трехглавым рельсом, опирающимся на трубчатый амортизатор, по концам пути устанавливают устройства для поступательного перемещения новой и вытягивания старой плети рельсов [8], перемещают поступательно изношенную старую и новую плеть рельсов, выталкивая старую и втягивая новую плеть на усиляемые подкрановые балки, посредством толкающего усилия со стороны наращиваемого конца, производимого одновременно с тянущим усилием на него со стороны другого конца, совмещают отверстия в трехглавом рельсе и верхнем поясе подкрановой балки, устанавливают фрикционные шпильки, пневмогайковертом затягивают шпильки с расчетным усилием, обеспечивая включение в работу сечения усиляющих элементов: трехглавого рельса и трубчатого амортизатора, компенсируя зазор между поясом и рельсом, равный 06-1 толщины верхнего пояса балки, и эксплуатируют усиленный подкрановый путь.

Сопоставление предложенного способа и устройства с прототипом показывает их существенное отличие. В предлагаемом устройстве разработан специальный арочный трехглавый рельс, выполняющий кроме своей основной функции роль усиляющего элемента. Арочный рельс установлен на трубчатый амортизатор, также выполняющий кроме основной функции (смягчение динамических воздействий) роль усиляющего элемента. Трехглавый рельс и амортизатор заменяют металлоемкий крановый рельс, причем расход высокопрочной износостойкой стали уменьшается, так как рельс выполнен тонкостенным, а трубчатый амортизатор из обычной малоуглеродистой стали спокойной плавки. Разработанная конструкция обеспечивает превращение верхнего пояса в трубчатый замкнутый контур, обладающий в сотни раз большими моментами инерции при изгибе и кручении, что позволяет резко снизить все динамические напряжения, являющиеся основной причиной появления усталостных трещин в балках.

Разработанная конструкция превращает разрезной подкрановый путь в неразрезной, значительно (1,5. . . 2 раза) повышая его несущую способность при статических воздействиях и повышая надежность в экстремальных ситуациях.

Обеспечивается также прогрессивный способ усиления методом надвижки [6,7,8,] с минимальными трудовыми затратами.

На фиг. 1 показана схема способа усиления двутавровой подкрановой балки; на фиг. 2 - поперечный разрез усиленной двутавровой подкрановой балки с плоским верхним поясом; на фиг.3 - с желобчатым верхним поясом.

Усиливаемая подкрановая балка 1 имеет плоский или желобчатый верхний пояс 2. На верхнем поясе размещен старый изношенный рельс 8, подлежащий замене.

Заменяемую плеть рельсов 8 наращивают с одного конца подкранового пути новым трехглавым рельсом 3, выполненным в сечении арочными. Арка может быть круговая или иная. Под рельсом размещен трубчатый амортизатор 4, поддерживающий центральную главу трехглавого рельса и опирающийся на балку над стенкой. Диаметр трубчатого амортизатора 4 превышает стрелу подъема арки рельса на 0,6...1 толщины верхнего пояса 2. То есть боковые главы рельса 3 охватывают верхний пояс 2 с боков, а по вертикали между поясом и рельсом имеется зазор, равный 0,6....1 толщине верхнего пояса 2, так как рельс опирается на амортизатор 4. Зазор предназначен для преднапряжения всей конструкции фрикционными шпильками 5, обеспечивающими закрытие зазора при их затяжке пневмогайковертом. Подкрановая балка с плоским верхним поясом усилена по всей длине швеллером 6, размещенным между верхним поясом 2 и продольным ребром 7. Для повышения долговечности соединения выполнены фрикционными шпильками 5. При выполнении подкрановой балки с плоским верхним поясом рельс фиксируется на балке боковыми главами. При выполнении подкрановой балки с желобчатым поясом рельс 3 фиксируется на балке 1 трубчатым амортизатором 4, западающим в желоб пояса 2 и под арку рельса 3.

После наращивания изношенной плети 8 с одного конца подкранового пути трехглавым рельсом 3 с амортизатором 4 устанавливают на одном конце пути специальное толкающее устройство 9, а с другой стороны - тянущее устройство 10 и, включив эти устройства, вдвигают рельс 3 с амортизатором 4 поступательно, одновременно выталкивая и втягивая изношенную плеть 8 и укорачивая ее за пределами пути. После заползания новой плети рельсов 3 с амортизаторами 4 целиком совмещают отверстия в верхнем поясе 2 и рельсе 3, для облегчения затяжки фрикционных шпилек 5 воздействуют на центральную главу рельса 4 сверху колесом мостового крана и пневмогайковертом осуществляют гарантированную затяжку фрикционных шпилек 5, закрывая зазор по вертикали между рельсом 4 и верхним поясом 2 и обеспечивая совместную работу в сечении усиленной балки 1 трубчатого амортизатора 4 и трехглавого рельса 3.

Вертикальные динамические воздействия P передают на подкрановую балку 1 через центральную главу трехглавого рельса 3 и затем амортизатор 4 распределяет его по длине балки, уменьшая величину динамических локальных напряжений при центральном сжатии во много раз и снижая их ниже предела выносливости зоны соединения пояса 2 балки с ее стенкой.

Динамические воздействия T от горизонтальных боковых роликов крана передаются на боковые главы рельса без эксцентриситета по отношению к центру пояса, поэтому неблагоприятный локальный крутящийся момент M_кр полностью ликвидирован и локальные напряжения от него снижены до нуля. Момент инерции же при кручении I_кр увеличен в сотни раз.

Таким образом, обеспечена работа балки в зоне неограниченной долговечности [5].

Усиляющие элементы: трехглавый рельс и трубчатый амортизатор превратили разрезной подкрановый путь в неразрезной, обеспечив этим и за счет увеличения высоты сечения балки повышение несущий способности в несколько раз.

Экономический эффект возникает за счет обеспечения надежной эксплуатации подкрановой инструкции не менее 50 лет; за счет повышения несущей способности подкранового пути, что позволяет использовать мостовые краны значительно большей грузоподъемности чем ранее; за счет снижения динамических воздействий и, следовательно, снижения шума; за счет повышения надежности при любых экстремальных ситуациях, так как путь превращен в неразрезной; за счет снижения трудоемкости усиления.

Список литературы
1. Металлические конструкции Под ред. Н. П. Мельникова. - М.: Стройиздат 1980. - 776 с. - (Справочник проектировщика).

2. Повышение долговечности металлических конструкции промышленных зданий Под ред. А.М.Кикина - М.: Стройиздат 1984. - 301 с.

3. Справочник по кранам: В 2 т. Т.1. / Под ред. М.М. Гохберга - М.: Машиностроение, 1988. - 543 с.

4. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета. - Дисс.на соиск. учен.степени доктора техн.наук. Пенза. 1992 - 349 с.

5. Нежданов К. К. Нежданов А. К., Металлическая подкрановая конструкция Неждановых: Патент России N 1791340 М. кл. B 66 C 6/00 действует с 1993.

6. Нежданов К.К. и др. Способ замены кранового рельса: а.с. N 358248. М. Кл. B 66 C 7/08. 1972.

7. Нежданов К. К. и др. Способ замены рельсового пути: а.с. 1146353 М. Кл. E 01 B 29/05 1985.

8. Нежданов К. К. Автоматическое устройство для захвата и продольного перемещения кранового рельса: а.с. 678012, М. Кл. B 66 C 1/42, 1979.

Способ и устройство для усиления двутавровой подкрановой балки относится к металлическим конструкциям преимущественно подкрановых цехов черной и цветной металлургии. Усиленная подкрановая балка содержит трехглавый арочный в сечении рельс, опирающийся на подкрановую балку через трубчатый амортизатор. Высокопрочные фрикционные шпильки объединяют элементы усиления и подкрановую балку в единое целое. Новым является форма трехглавого рельса и опирание его на балку через амортизатор. Рельс и амортизатор выполняют дополнительную функцию усиляющих элементов. При осуществлении способа вдвигают трехглавый рельс совместно с амортизатором с одного конца цеха, одновременно втягивая выталкиваемую старую изношенную плеть рельса с другого конца цеха и укорачивают ее. Изобретение обеспечивает долговечность и несущую способность усиляемой подкрановой балки. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ усиления двутавровой подкрановой балки, содержащей верхний пояс с отверстиями и установленный на нем посредством креплений изношенный рельс, заключающийся в том, что демонтируют крепления, соединяющие изношенный рельс с балкой, наращивают этот рельс с одного его конца новым рельсом, перемещая его поступательно тянущим усилием, укорачивают изношенный рельс с его другого конца и закрепляют новый рельс на упомянутой балке, отличающийся тем, что наращивание изношенного рельса осуществляют трехглавым арочным в сечении рельсом с размещенным под аркой рельса трубчатым амортизатором, а перемещение рельса осуществляют до совмещения отверстий в новом рельсе с отверстиями в верхнем поясе балки посредством толкающего усилия со стороны наращиваемого конца, производимого одновременно с упомянутым тянущим усилием на него со стороны другого конца, при этом трубчатый амортизатор размещают между центральной главой арки рельса и стенкой балки, образуя зазор между боковыми главами рельса и балкой, равный 0,6-1 толщины верхнего пояса балки, устанавливают в отверстия фрикционные шпильки и затягивают их пневмогайковертом для исключения этого зазора, преднапрягая конструкцию и зажимая трубчатый амортизатор. 2. Устройство для усиления подкрановой балки, содержащее установленный посредством креплений на верхнем поясе балки рельс, отличающееся тем, что рельс выполнен трехглавым с центральной и боковыми главами и сечением в виде арки, опирающимся последней через трубчатый амортизатор на подкрановую балку над ее стенкой, причем боковые главы рельса выполнены с возможностью охватывания верхнего пояса балки с боков, а крепления выполнены фрикционными шпильками. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что верхний пояс подкрановой балки выполнен в сечении с желобом для центрирования и фиксации трубчатого амортизатора. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подкрановая балка снабжена продольным ребром, соединенным с верхним поясом балки посредством швеллера, ориентированного полками наружу, причем соединение полок швеллера с поясом и ребром выполнено посредством фрикционных шпилек.