Устройство для многоточечной подвески крупногабаритного элемента Советский патент 1987 года по МПК F16M11/00 

13

пературных деформаций при подвеске Э на узкое основание. Устройство содержит неподвижную опору 3 и подвижные опоры 4 и 5, обеспечивающие устранение температурных деформаций при многоточечной подвеске крупногабаритного в двух измерениях плоского алюминиевого Э 1 на основание 2, ширина которого меньше ширины Э 1. Неподвижная опора 3 выполнена в виде плоской горизонтальной фермы (Ф), состоящей из двух стоек, двух раскосов, двух подкосов и наклонной плоской Ф из че1

Изобретение относится к опорным устройствам и может быть использовано для подвески плоского крупногабаритного в двух измерениях элемента и алюминиевых сплавов на стальную башн

Цель изобретения - повышение надежности устройства путем уменьшения поперечных температурных деформаций при подвеске элемента на узкое основание.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид, на фиг. 2 - вид А нафиг. на фиг. 3 - неподвижная опора; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - схема для анализа деформа- ций в плоской ферме; на фиг. 6 - то же, при стальных подкосах (вместо предлагаемых алюминиевых подкосов)-, на фиг. 7 - схема для анализа поперечных деформаций злемента при отклонении стоек.

Устройство содержит элемент 1, выполнениьш, например, из алюминие- вьгх сплавов и подвешенный, например на стальное основание 2 с помощью неподвижной опоры 3 и ряда подвижных опор 4 и 5. Неподвижная опора 3 установлена на верхнем конце основания 2 и поддерживает верхний край элемента 1 . При изменении темпера- туры верхний край 6 элемента 1 не- подвижет в вертикальном направлении Подвижные опоры 4 и 5 расположены равномерно по высоте основания 2 и поддерживак1т элемент 1 в поперечных сечениях 7 и 8, которые при перепаде температуры перемещаются в вер

5715 тырех стержней. Каждая подвижная опора выполнена в виде аналогичной плоской Ф. Стержни, стойки и раскосы неподвижной и подвижных опор выполнены из материала, -идентичного по коэффициенту линейного температурного расширения материалу основания, подкосы - из материала, идентичного по коэффициенту линейного температурного расширения материалу Э, а длина каждого из них определяется по соответствующей аналитической зависимое ти. 7 ил,

тикальном направлении. Неподвижная

3и подвижные 4 и 5 опоры обеспечивают восприятие и передачу на основание 2 весовых и ветровых нагрузок от злемента 1. Расположение подвижных опор

4и 5 при повышении температуры показано пунктиром (фиг. 2).

Неподвижная точка 9 элемента 1 расположена в верхнем сечении 6 на вертикальной оси 10 (оси симметрии). Любая точка 11 в верхнем сечении 6 перемещается при перепаде температуры в горизонтальном направлении, а любая точка 12 на оси 10 перемещается вдоль этой оси. Любая точка 13 элемента 1, не лежащая в сечении 6 или на оси 10, при перепаде температуры перемещается вдоль линии 14, соединяющей точку 13 с неподвижной точкой 9.

Неподвижная опора 3 выполнена в виде плоской горизонтальной фермы из стержней 15-20, при этом 15 и 20 - подкосы, 16 и 19 - стойки, 17 и 18 - раскосы, и наклонной фермы из четырех наклонных стержней 21-24. Стержни 15 и 20 выполнены из алюминия, все остальные - из стали. Стержни 15-24 одними концами закреплены на основании 2 в четырех точках 25- 28, а другими концами - в пяти точках 9, 29-32, лежащих в верхнем сечении 6 элемента 1. Стержни 17, 18, 22 и 23 образуют стержневую пирамиду, на вершине которой закреплена неподвижная точка 9 элемента 1. Эта стержневая воспринимает три

31

составляющие нагрузок: вертикальную весовую нагрузку, горизонтальную боковую нагрузку от ветра и горизонтальную поперечную ветровую нагрузку на элемент. Стойки 16 и 19 пер- пендикулярны к плоскости элемента 1 и вместе с наклонными стержнями 21 и 24 образуют пару двухстержневых рамок, поддерживающих элемент 1 в точках 30 и 31.

Каждая пара стержней 16-21 и 19- 24 воспринимает вертикальную весовую нагрузку и поперечную ветровую нагрузку, так как плоскость каждой пары стержней при изменении темпе- ратуры поворачивается вокруг вертикальных осей, проходящих через точки 25 и 27 и 26-28 на основании 2. Подкосы 15 и 20 поддерживают точки 29 и 32 элемента 1, воспринимают по- перечную ветровую нагрузку от элемента 1 и не препятствуют горизонтальному смещению точек 29 и 32 при температурном расширении элемента 1, В совокупности неподвижная опора 3, состоящая из стержней 15-24, обеспечивает неподвижность в вертикальном направлении сечения 6 элемента

1,а также свободу горизонтального смещения точек 29-32 при темпера- турном расширении элемента 1 в поперечном направлении.

Каждая подвижная опора 4 и 5 выполнена в виде плоской горизонтальной фермы из шести стержней 33-38; двух стальных стоек 34 и 37, двух стальных раскосов 35 и 36 и двух алюминиевых подкосов 33 и 38. При температурном расширении элемента 1 в вертикальном направлении все стерж- ни 33-38 поворачиваются вокруг горизонтальной линии, проходящей через опорные точки 39 л 40 на основании

2.Точки 41-45 на элементе 1 имеют свободу перемещения в вертикальном направлении. Точка 43 закреплена раскосами 35 и 36 в горизонтальной плоскости (в плоскости чертежа), а точки 41, 42, 44 и 45 имеют возможность горизонтального смещения при темпера- турном расширении элемента 1 в его поперечном сечении (показано пунктиром) . Подвижная опора воспринимает и передает на основание 2 все нагрузки лежащие в горизонтальной плоскости (ветровые), но не работает на вертикальные нагрузки от веса элемента 1.

По конструкции стержни 33-38 подвиж15 -4

ной опоры аналогичны стержням 15-20

неподвижной опоры.

Рассмотрим условия совместно рабты стальных и алюминиевых стержней плоской ферме (фиг. 4). При изменении температуры вследствие разности коэффициентов температурного расширения алюминиевых сплавов и стали происходит относительное перемещение точек элемента 1 относительно стального основания 2. Положение стержней 33-38 и концов элемента 1 при повышении температуры показано пункт.иром. Для обеспечения заданной плоскостности элемента 1 при температурном расширении необходимо обеспечить перемещение точек 41, 42, 44 и 45 в горизонтальном (на чертеже) направлении и не допустить смещение этих точек по направлению к основанию 2. Если бы элемент 1 был выполнен из стали, то подкосы 33 и 38 можно было выполнить также стальными, и проблемы подвески не возникло бы.

На схеме конструкции одной половины плоской фермы (другая половина симметрична) (фиг. 5) пунктиром показаны положения частей при повышении температуры. Точка Г на стальной ферме 1 принимается за неподвижную и температурные смещения точек и частей конструкции определяются относительно этой точки Г. Точка Д перемещается в точку Д, причем величина перемещения равна

ЛЛ ГД -4t I- л t 0,

(О

где L ГД,

ut - перепад температуры, градус, cic коэффициент температурного расширения стали.

Точка А перемещается в точку Л по линии ГА, так как треугольник из стальных стержней 35 и 36 и ребра 39-40 (фиг. 4) стальной мачты при температурном расширении превращается в подобный треугольник. Величина АА равна

АА, АГ -4 t-dc H4toic . (2)

Точка Б перемещается в точку Б при этом вертикальная составляющая перемещения равна АА (так как АГ БД), а горизонтальная составляющая перемещения равна

513157

ЖБ ЛБ -ut-dai L -и I oi, (3)

где cLc(- коэффициент температурного

расширения алюминиевых сплавов . Стойка 37 (БД) занимает положение

, а угол наклона определяют из

треугольника

. j rR.ut( , БД -(l+ t-oic) L t((c)

10

H-(1-t-4t-o c)

(4)

Рассмотрим перемещение точки В. Чтобы не нарушать плоскость элемента 1, вертикальное смещение должно быть равно АА, а горизонтальное смещение обусловлено расщирением алюминиевого элемента 1 и равно t-o. По

ложение точки В определяется пересечением дуг г и г с центрами в точках Б и Д,, причем (1 + + 4t- ,) , (1+ л t ) . Необходимо подобрать длину алюминиевого подкоса 38, чтобы точка пересечения дуг находилась в плоскости элемента 1, т. е. в точке В .

Рассмотрим треугольник Л-, (фиг. 5) и обозначим АГ БД Н; БВ К, ДВ 1:

B,,B,-n, (L-t-K)(l+ato(o,)-Ld+ at Ыс);(5)

ЕД Н .(1 + dt ); (6)

(В,Е)2 + (Г,Д) (Д,В,)2 . (7)

Из условия расширения алюминиевог подкоса

Д,В,Д,В(1+/)1Чч) 1 -(1+/51-с „) .(8)

Подставим полученные выражения в уравнение (7):

()(1- Лt«:o()-L(UлtWc)J l-(1+Afc c«)После возведения в квадрат и приведения подобных членов получим

L+K-H. +К . -t-CH+n-dt-o c l-(1+/it-o c); tK+L-л t oia+К Л tVo,-Ь to/cJ

д t 1 -d+zjt o/c.) ;

K +2K1- dt oio,+2KL Jtdo,-2ia +

+L(4t-uia)+2Kl(4to()2 - ,

-21.2 (ut)2.ciotc +K2()2 -

-2KUflt)2c(ieic+T (Jt-ci с)/+н2 + 2П +

-i-flt oCc+Ho (),l2-At-drt +

n2 (if(i.).

5

0

5

О

15 6

Via треугольника БВД видно, что 1. . Производим сокращение левой части уравнения на , а правой на 1 , Оставшиеся члены резко разделяются по своим численным значениям: члены со значениями оСр и cL, в первой степени ; члены с квадратами оС(|,и d и с их произведением.В практическом диапазоне значений Н, L, К, 1 (в пределах 1-3 м) и ut (до 50 - ) численные значения членов первой группы в 1000-5000 раз больше значений членов второй группы. После исключения членов второго порядка малости ввиду их пренебрежимо малых значений

2KL-4t о.а+2К. ufdd -2KL-J t-o(j. + + 2Н Л 2l2 ufoi.

Производим сокращение каждого чле- t

на на , что свидетельствует о независимости равенства от величины и знака температурного перепада t:

KL-o «+K o o-KI/oictH o c l o c.. (10)

fj rt

Так как 1 Н +К, то при подстановке в равенство (10), получим

KL+ota+K bidrKJ.-oCс+Н о( е Л с а+к2о о,

«2

или KL()-H() , или

5

5

0

5

и К

(11) 2

Подставив (11) в выражение 1

2 2

- Н +К , получим

л

--, или .-/РТи (12)

Используя расчетное соотношение (12), можно для реальной конструкции подобрать длину 1 алюминиевого подкоса и длину Н стоек при заданном значении ширины 2L поперечного сечения стального основания. I

Если вместо алюминиевого подкоса 38 использовать подкос стальной, то это вызовет поперечные деформации плоского элемента 1 (фиг. 6). Пунктиром показано положение точек и частей конструкции при повышении температуры. Так как 0 еСр,, то г и точка Bj пересечения дуг г и г- будет лежать ниже, чем точка В (фиг. 5). Треугольник БВД подобен треугольнику смещений МВВ, поэтому можно определить величину поперечной деформации

/Ih

7

MB, cos

Проблема подвески алюминиевого элемента 1 на стальном основании 2 состоит в обеспечении таких противоречивых технических требований, как обеспечение развязки температурных расширений в вертикальном и поперечном горизонтальном направлениях и обеспечение увеличенной площади опи рания. В предлагаемом устройстве эт техническое противоречие решено с помощью введения алюминиевых подкосов и установкой стальных стоек перпендикулярно плоскости подвешиваемо элемента.

Введение алюминиевых подкосов 15 20, 33 и 38 позволяет увеличить площадь опирания элемента 1, уменьшить длину его консольных частей и уменьшить деформацию элемента 1 при вет- ровой поперечной нагрузке.

Формула и 3 обретени

O

5

0

5

содержащее неподвижную и подвижные onopf.i, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства путем уменьшения поперечных температурных деформаций при подвеске элемента на узкое основание, неподвижная опора выполнена в виде горизонтальной плоской фермы, состоящей из двух стоек, двух раскосов, .двух подкосов и наклонной плоской фермы из четырех стержней, а каждая подвижная опора - в виде горизонтальной плоской фермы, аналогичной ферме неподвижной опоры, раскосы опор закреплены в неподвижной точке элемента, стержни наклонной фермы неподвижной опоры соединены на элементе с соответствующими раскосами и стойками, стержни стойки и раскосы неподвижной и подвижных опор выполнены из материала, идентичного по КТЛР материалу основания, а подкосы из материала, идентичного по КТЛР материалу элемента, а длина 1 к аждого из них определяется из выУстройство для многоточечной под- вескМ крупногабаритного элемента на вертикальное основание, выполненное из материала с иным коэффициентом температурного линейного расширения (КТЛР), чем у материала элемента.

30

где Н - высота стойки;

L - половина ширины основания.

Фи2.

Изобретение относится к опорным устройствам и может быть использовано для подвески плоского крупногабаритного в двух измерениях элемента (Э) из алюминиевого сплава на стальную башню. Целью изобретения является повышение надежности устройства путем уменьшения поперечных темff § (О 6 со ел сл .1

6-5

J

0Utff

JL

Фиг. 5

6f

Ai

Л