Металлическая подкрановая конструкция

 

Изобретение относится к области реконструкции подкрановых путей, преимущественно цехов черной и цветной металлургии с тяжелым режимом работы кранов (7K-8K). Цель предполагаемого изобретения - повышение выносливости подкрановой балки и облегчение ее сборки. Поставленная цель достигается тем, что верхний пояс выполнен гнутым U-образным в сечении, содержащем отбортованные горизонтальные краевые участки "a", переходящие по кривой в участки "b", наклоненные к краевым под углом 45^oC60^oC и соединенные друг с другом криволинейным участком "c", причем стенка балки соединена с участком "c" по линии симметрии балки, при этом в U-образную величину вложен U-образный амортизатор, взаимодействующий и соединенный верхними краями с подошвой рельса, а нижней частью - с дном выемки, причем подошва рельса западает в U-образную выемку на (0^oC1) его высоты, взаимодействует с ней боковыми кромками, а шейка рельса соединена фрикционными болтами с U-образным элементом посредством U-образных симметричных относительно рельса накладок. U-образный амортизатор может быть заменен низкомодульным материалом, например чугунной дробью, заполняющей выемки на (2/3^oC1/2) ее высоты. Выемка может быть залита на (2/3^oC1/2) и жидким чугуном или другим аналогичным сплавом с пониженным модулем упругости. 2 с.ч. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области реконструкции подкрановых путей, преимущественно цехов черной и цветной металлургии с тяжелым режимом работы кранов (7К-8К).

В таких цехах подкрановые конструкции быстро разрушаются от усталости [1, с. 126] Усталостные трещины поражают верхнюю зону подкрановой балки и выводят подкрановые конструкции из строя. Замена подкрановых балок нарушает непрерывный технологический процесс выплавки стали и приносит большие убытки [1, с. 12, п. 1.3] Известна металлическая подкрановая балка а.с. 882909 [2] в которой нижняя часть выполнена в виде тавра, ориентированного стенкой вверх, а верхний пояс из листа соединен со стенкой тавра посредством накладок ломаного сечения. Опорные ребра выполнены из швеллеров, причем последние приварены к стенке тавра, к поясам и к накладкам ломаного сечения. Примем а.с. 882909 за прототип [2] Недостатки прототипа следующие: 1. Соединение опорного ребра с балкой на сварке выбрано ошибочно, так как в верхней зоне создана зона пониженной выносливости. Вертикальная жесткость ребра в несколько раз выше жесткости промежуточного сечения балки [3, с. 9] Такое конструктивное решение нарушает принцип равновыносливости прототипа и неизбежно приводит к появлению усталостных трещин от верхних концов сварных швов опорных ребер, так как эффективный коэффициент концентрации достигает в этой зоне четырех единиц [4, с. 138, п. 10, б] что недопустимо.

2. Повышена трудоемкость изготовления балок, так как накладки ломаного сечения присоединены к стенке тавра посредством фрикционных болтов.

3. Горизонтальная тормозная сила T действует с эксцентриситетом, равным высоте рельса (h_p).

Цель изобретения повышение выносливости подкрановой балки и облегчение ее сборки.

Поставленная цель достигнута тем, что верхний пояс выполнен симметричным гнутым U-образным желобчатым в сечении, содержащем отбортованные горизонтальные краевые участки "a", переходящие по кривой в участки "b", наклоненные к краевым под углом 135.150^o и соединенные друг с другом криволинейным участком "c", по линии симметрии балки, при этом рельс снабжен U-образным амортизатором, размещенным в желобе пояса, взаимодействующим и соединенным верхними краями с подошвой рельса, при этом подошва рельса западает в желоб пояса на 0,5. 0,75 его высоты и взаимодействует с ним боковыми кромками, а шейка рельса соединена фрикционными болтами с поясом посредством ковшеобразных симметричных относительно рельса накладок. Амортизатор может быть заменен низкомодульным материалом, например чугунной дробью, заполняющей желоб на 2/3.1/2 ее высоты.

Желоб может быть залит на 2/3.1/2 и жидким чугуном или другим аналогичным сплавом с пониженным модулем упругости.

Сопоставление показывает, что заявляемая подкрановая конструкция отличается от прототипа тем, что верхний пояс выполнен гнутьем из целого листа с желобом посредине и плавными по кривой переходами от одного участка к другому; рельс западает в желоб пояса и упирается в его дно через амортизатор, соединенный с подошвой рельса и увеличивающий моменты инерции рельса при изгибе (j_пел) и кручении (J^кр_рел).

Амортизатор распределяет локальные воздействия рельса на большую длину балки и надежно закрепляет рельс; рельс западает в желоб на 0,5.0,75 его высоты и за счет этого эксцентриситет силы T уменьшается до нуля и локальный крутящий момент M_кр также уменьшается до нуля и соответственно повышается выносливость. Одновременно рельс надежно фиксируется в поперечном направлении боковыми кромками подошвы; шейка рельса соединена фрикционными болтами посредством ковшеобразных накладок с желобчатым поясом. Поэтому рельс, амортизатор, желобчатый пояс и две ковше-образные накладки работают как единое целое в системе верхнего пояса подкрановой балки во много раз увеличивая изгибную (j_пояса) и крутильную (J^кр_пояса) жесткость пояса по сравнению с прототипом; предложенная конструкция разрабатывалась исходя из принципа равновыносливости, поэтому опорные ребра выполнены из уголков и соединены со стенкой балки и поясными фрикционными болтами, обеспечивающими минимальную концентрацию напряжений [4, с. 138, п. 12] трудоемкость изготовления подкрановой конструкции ниже, чем у прототипа, так как соединение желобчатого пояса и стенки балки сварное.

Таким образом, заявленная подкрановая конструкция соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан общий вид подкрановой конструкции; на фиг. 2 ее поперечное сечение, на фиг. 3а, б разрезы; на фиг. 4, 5 упрощенная подкрановая конструкция.

Подкрановая конструкция содержит подкрановую балку 1, состоящую из верхнего U-образного желобчатого пояса 2, прокатного или гнутого из листа, стенки 3 и нижнего пояса 4. Рельс 5 западает в желоб пояса 2 амортизатором 6, соединенным с подошвой рельса 5. Шейка рельса 5 соединена с верхним поясом 2 балки 1 фрикционными шпильками 7 посредством ковшеобразных накладок 8. Тормозная балка 9 соединена с желобчатым поясом 2 также посредством фрикционных шпилек 7.

Подкрановая конструкция изготавливается следующим образом. Заготовки нарезают гильотиной или газорезкой. Желобчатый U-образный пояс 2, амортизатор 6 и ковшеобразные накладки прокатывают или изготавливают гибкой на листогибочном станке, обеспечивая плавные по кривой переходы от одного участка в другому. Отверстия продавливают пуансоном, а затем рассверливают. Шпильки затягивают пневмогайковертами с гарантированным натягом. Амортизатор 6 приваривают автоматической сваркой к подошве рельса 5. Ковшеобразные накладки 8 соединяют сначала с рельсом 5 и затягивают фрикционные шпильки 7. В собранном виде рельс, ковшеобразные накладки 8 и амортизатор 6 опускают сверху или надвигают поступательно с торца на балку 1. Сначала амортизатор 6 входит в U-образную выемку верхнего пояса 2, а затем и рельс 5 на 0,5.0,75 его высоты. Рельс 5 сразу же занимает проектное положение и надежно фиксируется в поперечном направлении боковыми кромками подошвы. Таким образом осуществлен безвыводный монтаж рельса 5. Затем устанавливают вертикальные шпильки 7 и затягивают их. Конструкция составного верхнего пояса преднапрягается и объединяется в единое целое и моменты инерции его при изгибе (J_пояса) и кручении (J^кр_пояса) определяются как составного сечения. Их величина повышается по сравнению с прототипом во много раз. Желоб балки улавливает и фиксирует рельс и уменьшает эксцентриситет силы T, поэтому M_кр уменьшается до нуля, рельс надежно фиксируется в поперечном направлении и монтируется безвыверочным способом.

Желобчатая форма верхнего пояса обеспечивает удаление верхнего поясного шва из напряженной зоны в малонапряженную, так как локальные напряжения затухают пропорционально кубу расстояния [3, с. 9] Амортизатор 6 обеспечивает распределение локальных напряжений на большую длину балки и за счет этого экстремумы локальных напряжений снижаются в два и более раз. Амортизатор 6 соединен с рельсом 5 и за счет этого значительно повышает изгибные и крутильные характеристики рельса. Таким образом, более тяжелый рельс может быть заменен более легким и получена соответствующая экономия материала.

Ковшеобразная форма верхнего пояса позволяет объединить его с рельсом, амортизатором и ковшеобразными накладками в единое целое и тем самым во много раз повысить изгибные и крутильные характеристики составного верхнего пояса по сравнению с прототипом.

Таким образом, использование разработанной металлической подкрановой конструкции позволит качественно изменить сопротивляемость ее циклическим воздействиям, переведя из области ограниченной в область неограниченной выносливости (см. график на фиг.6).

На фиг. 4 показана подкрановая конструкция, облегчающая монтаж-демонтаж рельса продольным поступательным его перемещением (авт.св. 358248, M Кл. B 66 C 7/08. Б.И. N 33, 1972; авт.св. 678012, М Кл.² B 66 C 1/42, Б.И. N 29, 1979; авт.св. 1146353, М Кл. E 01 B 29/16, Б.И. N 11, 1985).

Цель достигнута выполнением тормозной балки 9 гнутьем с U-образным желобом, содержащим два горизонтальных верхних и нижний участка и два вертикальных участка, соединенных между собой по плавной кривой, причем рельс западает в желоб тормозной балки, а последняя в желоб пояса на 0,5.0,75 высоты рельса. Тормозная балка соединена с поясом, при этом пустота под желобом тормозной балки заполнена чугунной дробью, а звенья рельсов соединены с балкой только по ее концам. Западая в желоб, рельс 5 надежно фиксируется в поперечном направлении. Одновременно в зависимости от глубины западания уменьшается эксцентриситет горизонтальной силы T по отношению к центру тяжести верхнего пояса и локальный крутящий момент M может быть уменьшен до нуля.

С целью облегчения монтажа-демонтажа рельса последний может быть закреплен на балке короткими (400 500 мм) ковшеобразными элементами 7 только по концам балки. При износе рельса крепежные элементы 7 демонтируют, плеть рельсов наращивают с одного конца, поступательно перемещают по желобу (авт.св. 358248, авт. св. 1146353) и укорачивают с другого конца. После замены плети рельсов устанавливают крепежные элементы 7 по концам каждой балки.

На фиг. 5 показана еще более упрощенная конструкция. Крановый рельс 5 закрепляют в желобе посредством заполнения пазух между рельсом и желобом чугунной дробью. В этом случае отпадает необходимость в рельсовых креплениях, так как чугунная дробь надежно заанкеривает рельс в желобе. Замена рельсов полностью автоматизируется описанным выше способом.

Для облегчения поступательного перемещения рельса на нем закрепляют вибратор и осуществляют продольное перемещение посредством автоматического устройства для захвата и продольного перемещения кранового рельса (авт.св. 678012).

Формула изобретения

1. Металлическая подкрановая конструкция, содержащая тавровую нижнюю часть, ориентированную стенкой вверх, и верхний пояс, соединенный с последней посредством накладок ломаного сечения, и опирающийся сверху рельс, отличающаяся тем, что верхний пояс выполнен гнутым симметричным -образным, содержащим отбортованные горизонтальные краевые участки "а", переходящие по кривой в участки "b", наклонные к краевым и соединенные друг с другом криволинейным участком "с" по линии симметрии балки, при этом рельс снабжен U-образным амортизатором, размещенным в -образном верхнем поясе, взаимодействующим и соединенным верхними краями с подошвой рельса, при этом подошва рельса западает в -образный пояс на 0,5 0,75 его высоты и взаимодействует с ним боковыми кромками, а шейка рельса соединена фрикционными болтами посредством -образных симметричных относительно нее накладок.

2. Конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что выемка в поясе заполнена низкомодульным материалом на 2/3 1/3 его глубины.

3. Металлическая подкрановая конструкция, содержащая тавровую нижнюю часть, ориентированную стенкой вверх, и верхний пояс, соединенный с последней посредством накладок ломаного сечения, и опирающийся сверху рельс, отличающаяся тем, что верхний пояс выполнен гнутым симметричным -образным, содержащим отбортованные горизонтальные краевые участки "а", переходящие по кривой в участки "b", наклонные к краевым и соединенные друг с другом криволинейным участком "с", причем стенка балки соединена с участком "с" по линии симметрии балки, при этом рельс снабжен U-образным амортизатором, размещенным в -образном верхнем поясе, взаимодействующим и соединенным верхними краями с подошвой рельса, при этом подошва рельса западает в -образный пояс на 0,5 0,75 его высоты и взаимодействует с ним боковыми кромками, и снабжена желобчатой тормозной балкой, имеющей гнутый -образный желоб, причем желоб тормозной балки вложен в выемку верхнего пояса, а между желобом тормозной балки и верхним поясом размещена чугунная дробь.

4. Конструкция по п. 3, отличающаяся тем, что рельс закреплен в желобе посредством заполнения пазух между ним и желобом чугунной дробью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6