Способ осуществления объемной несущей прямоугольной конструкции Российский патент 2023 года по МПК E06B1/38 F16M1/00 

Изобретение относится к области производства несущих конструкций, например, к области производства рам или опор для размещения оборудования с движущимися частями.

Несущие конструкции для размещения технологического оборудования широко используют в различных отраслях промышленности. В большинстве случаев это объемные конструкции, сделанные из проката различных металлов, преимущественно стального проката. Так известны способы получения рамных конструкций из стального проката, в частности из стальных труб прямоугольного сечения, заключающиеся в соединении элементов этих труб различными методами сварки (Металлические рамы. [Электронный ресурс] - URL: https://aresmet.ru/products/tekhnologicheskie-metallokonstruktsii/metallicheskie-ramy/ (дата обращения 01.03.2023). Недостатком таких способов являются сложность и неудобство монтажа конструкций в местах соединительных узлов и повышенная концентрация напряжений в узлах соединения, что приводит к деформации самих узлов или соединяемых концов элементов конструкции.

Известно также осуществление конструкций из пластикового полого проката, в большинстве случаев из стеклопластика. Такие конструкции используют преимущественно в строительстве. Способ осуществления таких конструкций заключается в соединении пластиковых элементов конструкций с помощью соединителей методами проклеивания или резьбового соединения (Композитные профили пастилы конструкции. [Электронный ресурс] - URL:

https://flotenk.ru/uploacl/iblock/9c2/9c20ddfe21c65e377edafa2f2838426.pdf (дата обращения 01.03.2023). Недостатком приведенных в статье способов является их предназначение для строительных конструкций или стационарных конструкций, не испытывающих знакопеременные нагрузки или вибрацию. Кроме того, соединительные узлы таких конструкций имеют повышенную концентрацию напряжений, что приводит к их преждевременному износу, особенно в условиях вибрации и знакопеременных динамических нагрузок.

Наиболее близким (прототипом) по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ осуществления объемных каркасных прямоугольных, конструкций для размещения оборудования, заключающийся в соединении стальных профильных конструкционных элементов в соединительных узлах с помощью соединителей и закрепление этого соединения резьбовыми метизами. При этом в соединительных узлах используют 4 и более резьбовых соединения (Каркас из профильной трубы без сварки. [Электронный ресурс] - URL: https://pipe-s.ru/kak-sdelat-karkas-iz-profil-noy-truby-bez-svarki/ (дата обращения 01.03.2023). Недостатком данного технического решения является повышенная концентрация напряжений в узле соединений конструкционных элементов, что приводит к деформации самих узлов или соединяемых концов элементов конструкции. Ослабление соединительного узла в таких случаях происходит за счет большого количества отверстий/перфораций в соединителе и на концах конструкционных элементов, что повышает концентрацию напряжений в области отверстий. Особенно такая высокая концентрация напряжений проявляется в случае использования неметаллических, например, композитных конструкционных элементов.

Решаемой задачей заявляемого изобретения является снижение концентрации напряжений в узлах соединения объемной несущей прямоугольной конструкции, образованной соединением между собой линейных конструкционных элементов с помощью соединительных узлов.

Указанный технический результат в заявляемом изобретении достигается за счет реализации способа осуществления объемной несущей прямоугольной конструкции, заключающегося в соединении и/или присоединении линейных конструкционных элементов и/или их концов в узлах соединения. При этом узлы соединения, содержащие 4 соединения и/или присоединения линейных конструкционных элементов и/или их концов заменяют на два последовательно выполненных по Т-образному типу узла соединения, а именно, содержащих не более.3 соединений линейных конструкционных элементов, одновременно соединяемые линейные конструкционные элементы каждого узла соединения пространственно располагают в одной вертикальной или горизонтальной плоскости, которые сопряжены и взаимоперпендикулярны друг другу, что обеспечивает возможность образования объемной прямоугольной конструкции.

Заявляемое изобретение имеет следующие, общие с ближайшим аналогом существенные признаки: соединение и/или присоединение линейных конструкционных элементов и/или их концов в узлах соединения.

Отличают заявляемое изобретение от прототипа следующие существенные признаки:

- узлы соединения, содержащие 4 соединения и/или присоединения линейных конструкционных элементов и/или их концов, заменяют на два последовательно выполненных по Т-образному типу узла соединения,

- каждый из последовательно выполненных узлов содержит не более 3 соединений и/или присоединений линейных конструкционных элементов, образованных путем соединения концов элементов или присоединения конца элемента к телу другого элемента,

- линейные конструкционные элементы каждого из последовательно выполненных узлов пространственно располагают в одной вертикальной или горизонтальной плоскости,

- плоскости размещения линейных конструкционных элементов последовательно выполненных узлов сопряжены и взаимоперпендикулярны друг другу.

Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне признаков, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.

Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены пояснения и уточнения, использованных выше понятий и терминов, а также раскрытие признаков изобретения с указанием причинно-следственных связей их осуществления.

Основной идеей заявляемого технического решения является осуществление способа, позволяющего снизить нагрузки на соединительный узел в несущих конструкциях из линейных конструкционных элементов, предназначенных, в частности, для размещения оборудования с подвижными частями. Реализация идеи заключается в использовании узлов соединения, соединяющих ограниченное количество линейных конструкционных элементов, из которых состоит конструкция и расположении этих соединяемых конструкционных элементов в одной плоскости с дальнейшей комбинацией таких плоскостей в объемную конструкцию. Наиболее распространенными способами закрепления соединяемых конструкционных элементов являются сварка, резьбовые соединения, болтовые соединения. Во всех этих случаях имеет место повышение механических напряжений в области закрепления соединяемых конструкционных элементов, что может приводить или приводит к деформации концов элементов в узлах соединения или самих соединителей. Поэтому снижение количества мест соединений в узлах соединения снижает общую концентрацию напряжений в узле соединений конструкции.

В настоящем изобретении под прямоугольной конструкцией понимают конструкцию в форме прямоугольного параллелепипеда, осуществленную за счет соединения линейных конструкционных элементов между собой под прямым углом. Под линейным конструкционным элементом следует понимать целостный, линейно-протяженный конструкционный элемент, предназначенный для получения заданной конструкции. Этот элемент может быть выполнен из различных материалов, например, сталей, металлических сплавов, композиционных металлов и других материалов. Линейный конструкционный элемент может быть полым, например, полый профиль или целостным, например, стержневым. По форме выполнения линейный конструкционный элемент может- быть круглым, квадратным, прямоугольным, в виде уголка, тавра и т.д. Соединением указанных элементов выполняют несущую конструкцию для размещения оборудования.

Соединение осуществляют в узле соединения, который представляет собой конструкционный узел, включающий части соединяемых конструкционных элементов в местах их соединения. Соединение может быть осуществлено методом сварки при непосредственном контакте соединяемых элементов. Вариантом сварки можно считать методы склеивания, например, для композиционных материалов. Другими методами соединения линейных конструкционных элементов являются методы соединения с помощью фитингов штекерного и гнездового типа, которые предполагают использование резьбовых и болтовых соединений. Соединение линейных конструкционных элементов может быть осуществлено путем соединения концов линейных конструкционных элементов или присоединением конца линейного конструкционного элемента к целостному телу другого линейного конструкционного элемента. В любом случае в данном техническом решении под количеством соединений (связей) узла соединения понимают число отводов (подводов) линейных конструкционных элементов от/к узлу соединения. Соединение только концов конструкционных элементов имеет место в угловых узлах соединения. Присоединение конца линейного конструкционного элемента к целостному телу другого линейного конструкционного элемента имеет место в узлах, выполненных на боковых или внутренних линейных элементах конструкции.

Между двумя соединительными узлами выполняют только один линейный конструкционный элемент, который, в частности, может быть составным. Таким образом можно наращивать конструкцию с помощью соединительных узлов и сопряженных с ними линейных конструкционных элементов. В одном узле соединяют не более 3 линейных конструкционных элементов. Эти элементы, соединяемые в одном узле, располагают в одной плоскости. Это может быть вертикальная или горизонтальная плоскость. Для двух последовательно расположенных узлов соединения, содержащих по 3 соединения, эти плоскости взаимоперпендикулярны и являются сопряженными, они сопрягаются по виртуальному ребру пересечения плоскостей.

Согласно изобретению, узлы соединения, располагаемые на двух параллельных вертикальных линейных конструкционных элементах или стойках, позволяют закрепить между ними параллельные горизонтальные линейные конструкционные элементы или боковые перекладины, образуя таким образом плоскую раму или боковину. Две параллельные боковины, соединенные между собой путем соединения боковых перекладин также линейными конструкционными элементами или внутренними перекладинами образуют прямоугольную несущую конструкцию, каждый узел которой имеет не более 3 соединений. Горизонтальное и вертикальное масштабирование такой конструкции и ее элементов позволяет получить пространственную конструкцию любого объема. Выполнение между боковыми перекладинами дополнительных внутренних перекладин позволяет формировать полки и основания для крепления различного оборудования. При выполнении внутренних перекладин удобно использовать составные горизонтальные боковые перекладины.

Заявляемое изобретение является техническим решением, т.к. представляет собой решение задачи достижения заявленного технического результата путем реализации технической системы, состоящей из технических элементов. При этом вся совокупность существенных признаков данного изобретения объединена единым творческим замыслом, а именно реализацией способа осуществления несущей прямоугольной конструкции для размещения оборудования путем соединения определенным образом конструкционных элементов, что позволяет снизить концентрации напряжений в узлах соединения конструкции и повысить надежность ее эксплуатации.

Данное техническое решение является промышленно применимым в области осуществления несущих конструкций. Его выполнение должны осуществлять специально подготовленные специалисты. Использование изобретения предназначено для получения несущих конструкций для размещения оборудования. При осуществлении заявляемого технического решения используют устройства, приборы и материалы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления изобретения являются методы механической обработки материалов и монтаж. Средствами осуществления являются ручной инструмент и электроинструмент.

Приведенное выше описание показывает, что заявляемое изобретение обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно:

обеспечивает снижение концентрации напряжений в узлах соединения объемной несущей прямоугольной конструкции, образованной соединением линейных конструкционных элементов с помощью соедини тельных узлов за счет снижения количества таких соединен и й/и рисоед и нений в самом узле. Указанный технический результат повышает надежность эксплуатации конструкции за счет снижения механических напряжений в узлах соединения линейных конструкционных элементов в условиях размещения на конструкции оборудования с движущимися частями.

Из приведенного описания также следует, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, позволяющая реализовать назначение и достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. не известно применение данной совокупности существенных признаков с достижением заявленного технического результата. Другими словами, заявляемое изобретение не известно из уровня техники.

В ходе изучения уровня техники осуществления несущих конструкций под оборудование не выявлены технические решения, существенные признаки которых в своей совокупности совпадают с отличительными существенными признаками заявляемого изобретения и позволяют достичь заявляемого технического результата. Таким образом, подтверждено отсутствие известности влияния отличи тельных существенных признаков заявляемого изобретения на заявленный технический результат.

Следует также обратить внимание, что использование всей заявленной совокупности существенных признаков, в том числе совокупности отличительных признаков, для получения заявленною технического результата не следует явным образом для специалистов из уровня техники, т.к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.

Действительно, использование всей совокупности существенных признаков заявляемою изобретения для целей достижения технического результата и реализации назначения не следует для специалистов явным образом из уровня техники за счет использования совокупности следующих технических решений:

целенаправленного снижения концентрации напряжений в узлах соединения объемной несущей прямоугольной конструкции за счет распределения нагрузки по 2 соседним соединительным узлам с числом соединений не более 3 в каждом и осуществлении соединений каждого узла водной вертикальной или горизонтальной плоскости.

Здесь следует заметить, что указанные отличительные существенные признаки заявляемого изобретения взаимосвязаны и позволяют достичь технического результата только при совместной реализации, в том числе с использованием других существенных признаков.

Описание заявленного изобретения проиллюстрировано на фигурах 1, 2, 3.

Фиг. 1 - объемная несущая прямоугольная конструкция, вид спереди;

Фиг. 2 - объемная несущая прямоугольная конструкция, вид сверху;

Фиг. 3 - объемная несущая прямоугольная конструкция, вид сбоку.

На указанных фигурах приведены следующие обозначения:

1 - линейный конструкционный элемент.

2 - боковина,

3 - стойка.

41 - боковые перекладины.

42 - внутренние перекладины,

51 - узел соединения, расположенный настойке,

52 - узел соединения, для связывания боковин горизонтальными перекладинами, расположенный на боковой перекладине.

6 - Т-образный соединитель (фитинг).

Согласно изобретению несущую прямоугольную конструкцию для размещения оборудования осуществляют следующим образом.

1. Изготавливают по размеру линейные конструкционные элементы 1. Конструкционные элементы могут быть изготовлены из сталей, металлических сплавов, композиционных металлов и других материалов. Линейные конструкционные элементы могут быть полыми, например, полый профиль пли целостными, например, стержневыми. По форме выполнения линейные конструкционные элементы могут быть круглыми, квадратными, прямоугольными, в виде уголка, тавра и т.д.

2. Подготавливают фитинги с тремя отводами, расположенными в одной плоскости, Т-образные фитинги и двумя отводами. Г-образные фитинги. Фитинги изготовлены из сталей, металлических сплавов, композитных материалов или пластмассы. Возможно также осуществлять соединение линейных конструкционных элементов путем сварки для стальных материалов и металлических сплавов.

3. Собирают боковины 2 конструкции, состоящие из стоек 3 и связующих их перекладин, это боковые перекладины 41. Соединение выполняют в узле соединения, расположенном па стопке 51. Причем стойки и связующие их боковые перекладины могут быть выполнены составными для организации внутренних перекладин и полок. Собирают боковины путем вертикального соединения с помощью Т-образных фитингов 6 линейных конструкционных элементов с последующим присоединением сбоку по горизонтали боковых перекладин. При этом все соединения выполняют в вертикальной плоскости. В верхней части стоек могут быть использованы Г-образпыс фитинги. Узловые соединения с фитингами закрепляют с помощью резьбовых или заклепочных соединений, а также проклеиванием. Возможно также осуществлять соединение линейных конструкционных элементов путем сварки для стальных материалов и металлических сплавов.

4. Соединяют боковины внутренними перекладинами 42 также с помощью Т-образных фитингов с тремя отводами, располагаемыми в горизонтальной плоскости, а также с помощью сварки для металлических материалов. Соединение выполняют в узле соединения, расположенном па боковой перекладине 52. Узловые соединения с фитингами фиксируют с помощью резьбовых или заклепочных соединений, а также приклеиванием.

5. На собранной конструкции размещают оборудование.

Пример 1.

Для изготовления объемной прямоугольной несущей конструкции сначала подготавливали 4 стойки из линейных конструкционных элементов полого профиля 60x40x2 из стали 09Г2С. Затем стойки попарно соединяли между собой двумя рядами горизонтальных перекладин (боковых перекладин) из элементов полого профиля 40x40x2 из стали 09Г2С. Таким образом, получали боковые вертикальные конструкции или боковины, которые соединяли между собой горизонтальными поперечными перекладинами (внутренними перекладинами), используя соединительные узлы на боковых перекладинах. Эти узлы выполнены на боковых перекладинах и являются отдельно стоящими от стоек. Узловые соединения с гнездовыми фитингами фиксировали с помощью резьбовых или заклепочных соединений. В результате этого получали объемную конструкцию с несущими горизонтальными перекладинами. Внутренние горизонтальные перекладины образовали полки, которые предназначены для размещения оборудования. При этом в собранной конструкции в каждом составном узле соединены три элемента полого профиля, а в верхней части стоек 2 элемента. Собранную конструкцию крепили к иолу с помощью резьбовых соединений, после чего на ее полках размещали оборудование. Оборудование обеспечивали дополнительными узлами и коммуникациями, после чего начинали эксплуатацию.

Собранная конструкция имела габаритные размеры 850x1500x900 мм. Конструкция содержала две полки - внизу и посредине. На серединной полке высотой 600 мм выполняли вспомогательную обвязку и устанавливали на ней холодильный агрегат мощностью 1.8 кВт/час. На нижней полке размещали вспомогательное оборудование. Время работы холодильного агрегата на описанной конструкции составило 1.5 года. За это время нарушения целостности конструкции, деформации узлов соединения конструкционных элементов не было отмечено.

Пример 2.

Аналогично способу, приведенному в примере 1 была собрана другая конструкция также из указанных выше стальных линейных конструкционных элементов. Габаритные размеры конструкции и размеры элементов аналогичны. Однако гнездовые фитинги в узлах соединения содержали 4 от вода, расположенные в разных плоскостях. Соответственно были выполнены и соединения линейных конструкционных элементов полого профиля, т.е. узлы на стойках содержали но 4 соединения в двух плоскостях. На конструкции было установлено аналогичное оборудование. Через 1,5 года работы холодильного агрегата в отдельных узлах стоек были отмечены деформации концов конструкционных элементов или отводов фитингов. Эти узлы и конструкционные элементы были заменены.

Пример 3.

Аналогично способу, приведенному в примере 1 была собрана другая конструкция также из линейных конструкционных элементов. Габаритные размеры конструкции аналогичны. Однако линейные конструкционные элементы были изготовлены из стеклопластика методом пултрузии. Стойки были изготовлены из полого профиля размером 88х58х5 мм, а перекладины из полого профиля 40x40x3 мм. Гнездовые фитинги в узлах соединения содержали 3 отвода, расположенные в одной плоскости. Соответственно были выполнены и соединения линейных конструкционных элементов полого профиля, т.е. каждый узел на стойках содержал по 3 соединения конструкционных элементов, расположенные в одной плоское in. Узловые соединения с гнездовыми фитингами фиксировали с помощью резьбовых или заклепочных соединений. На конструкции было установлено аналогичное оборудование. Время работы холодильного агрегата на описанной конструкции составило 1,5 года. За это время нарушения целостности конструкции, деформации узлов соединения конструкционных элементов не было отмечено.

Приведенные в примерах данные наряду с изложенным выше описанием убедительно показывают достижение технического результата и реализацию назначения заявляемого изобретения при осуществлении совокупности всех заявленных существенных признаков.

Приведепные примеры не следует рассматривай, как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты и модификации описанных примеров в пределах объема нрав, изложенных в формуле изобретения.

Изобретение относится к области производства несущих конструкций. Способ осуществления объемной несущей прямоугольной конструкции заключается в соединении и/или присоединении линейных конструкционных элементов и/или их концов в узлах соединения. Узлы соединения, содержащие 4 соединения и/или присоединения линейных конструкционных элементов и/или их концов, заменяют на два последовательно выполненных по Т-образному типу узла соединения, а именно, содержащих не более 3 соединений линейных конструкционных элементов. Соединяемые линейные конструкционные элементы каждого узла соединения пространственно располагают в одной вертикальной или горизонтальной плоскости, которые сопряжены и взаимоперпендикулярны друг другу, что обеспечивает возможность образования объемной прямоугольной конструкции. Достигается снижение концентрации напряжений в узлах соединения объемной несущей прямоугольной конструкции. 3 ил.

Способ осуществления объемной несущей прямоугольной конструкции, заключающийся в соединении и/или присоединении линейных конструкционных элементов и/или их концов в узлах соединения, отличающийся тем, что узлы соединения, содержащие 4 соединения и/или присоединения линейных конструкционных элементов и/или их концов заменяют на два последовательно выполненных по Т-образному типу узла соединения, а именно, содержащих не более 3 соединений линейных конструкционных элементов, при этом соединяемые линейные конструкционные элементы каждого узла соединения пространственно располагают в одной вертикальной или горизонтальной плоскости, которые сопряжены и взаимоперпендикулярны друг другу, что обеспечивает возможность образования объемной прямоугольной конструкции.