Трехглавый арочный рельс

 

Изобретение относится к подкрановым конструкциям с тяжелым интенсивным режимом работы кранов. Трехглавый рельс содержит главную главу, воспринимающую вертикальные воздействия, и две боковые, размещенные на краях подошвы и воспринимающие горизонтальные воздействия. Подошва рельса очерчена по круговой арке. Рельс выполнен сбалансированным. Баланс сечения обеспечен равенством статических моментов верхней и нижней половин сечения относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести сечения и делящей сечение пополам. Технический результат изобретения - повышение функциональных возможностей рельса и придание ему амортизирующих свойств. 3 табл., 3 ил.

Изобретение относится к подкрановым конструкциям с тяжелым интенсивным режимом (8К...7К )работы кранов.

Рельс предназначен для установки на подкрановых балках с трубчатым верхним поясом.

Известен трехглавый рельс [1, патент 2081049], обладающий отличными характеристиками (прототип). Известен также обычный рельс [2, с. 60] (аналог). К сожалению, прототип и аналог невозможно установить на подкрановую балку с трубчатым верхним поясом, и они не обладают амортизирующими способностями.

Технический результат изобретения - повышение функциональных возможностей рельса и придание ему амортизирующих свойств.

Технический результат реализован выполнением рельса арочным в сечении, причем арка очерчена по дуге круга, а сечение выполнено сбалансированным. Баланс сечения обеспечен равенством статических моментов верхней половины _Xв и нижней S_Xн относительно главной оси X, делящей высоту сечения рельса пополам S_Xв=S_Xн, (1) где S_Xв и S_Xн - статические моменты относительно главной оси X.

Равенство статических моментов обеспечивает также равенство верхнего и нижнего моментов сопротивления W_Xв=W_Xн (2) и максимум главного момента инерции J_X.

Сравнение разработанного рельса с прототипом показывает его существенное отличие - арочную основу, обеспечивающую рациональное распределение материала по сечению и к тому же придание рельсу амортизирующих свойств.

На фиг. 1 показано сечение разработанного рельса; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 - заготовка для рельса.

Рельс имеет главную главу 1, которая размещена в замке круговой арки 2, представляющей подошву рельса. На пятах арки 2 размещены боковые главы 3.

Обозначим площадь сечения круговой арки A_n, толщину арки (подошвы) - t_n.

Тогда площадь сечения арки равна A_n=0.5π(d+t_n)t_n (3) и расстояние y_n от оси X_H, проходящей по нижней грани рельса до центра тяжести арки, Обозначим ширину главной главы b_г и толщину t_г. Тогда площадь сечения главной главы A_Г=b_Гxt_Г (5)
Обозначим ширину боковой главы b_Б, толщину - t_Б. Тогда площадь сечения боковой главы
A_Б=b_Бxt_Б (6)
Обеспечим прохождение главной оси Х точно по середине высоты сечения


Площадь сечения рельса должна оставаться постоянной А-const. Следовательно, площадь сечения двух боковых глав равна
2A_Б=А-A_Г-A_n (8)
Подставив (8) в (7), получаем необходимую площадь сечения главной главы А_Г при заданных
А - площади всего сечения (такой же, как у стандартного рельса);
d - внутреннем диаметре круговой арки;
t_n - толщине круговой арки;
t_г - толщине главной главы;
b_Б=t_Г- ширине каждой из боковых глав;
h=d/2+t_n+t_Г - высоте рельса

Имея площади всего сечения арки и главной главы, находим площадь сечения двух боковых глав 2A_Б и толщину каждой из боковых глав
t_Б=A_Б/b_Б (10)
Проверяем ширину главной главы
b_Г=A_Г/t_Г (11)
Таким образом, сечение сбалансированного рельса, очерченного по круговой арке, получено.

Характеристики рельса вычисляются по известным формулам сопромата
,
а затем находят главный момент инерции рельса

Верхний и нижний моменты сопротивления будут одинаковы
W_ХВ=W_ХН=2J_X/h (13)
Главный момент инерции относительно вертикальной оси Y будет равен

Тогда момент сопротивления

Все характеристики рельса найдены.

Реализуем полученные зависимости на конкретном рельсе. Выполним расчет арочного кругового рельса, имеющего такую же площадь сечения, как рельс КР 100 [2,с.60] - А-113,32 см².

Разработаем рельс для подкрановой балки с верхним поясом, выполненным из трубы ⊘ 402 мм, d=40,2 см, т.е. внутренний диаметр арки будет таким же d= 40,2 см.

Примем:
толщину стенки арки t_n=0,8 см
толщину главной главы t_Г=3,5 см
ширину боковой главы b_Б=3,5 см
Тогда высота рельса

Расстояние от оси X_H до центра тяжести арки

Площадь сечения арки
An=0.5π х 41 х 0,8=51,522 см
Площадь сечения главной балки

Площадь сечения двух боковых глав
2A_Б=113,2-28,8-51,522=33 см²
Толщина боковой главы


Главный момент инерции
J_X=25769,4-113,32 х 12,2²=8902,9 см⁴ (310,8%),
было 2864,73 см⁴ (100%)
Момент сопротивления
W_X=2•8902,9/24.4=729,7 см³ (193,6%),
было 376,94 см³ (100%)
Главный момент инерции

было 941 см⁴(100%)
Следовательно, эффективность разработанного рельса высока.

Моменты инерции увеличились
J_X в 3,1 раза, J_Y в 29,8 раза.

Моменты сопротивления увеличились
W_X в 1,94 раза, W_Y в 8,74 раза.

По приведенному примеру расчета составлен сортамент трехглавых арочных рельсов (см. табл. 1 и 2).

В табл. 3 приведены сравнительные характеристики предлагаемых и известных рельсов.

Арочное сечение рельса амортизирует, сглаживая динамические воздействия и тем самым повышая выносливость.

Рельс закрепляется на подкрановой балке с трубчатым верхним поясом, составляя с ней единое целое и тем самым увеличивая несущую способность подкрановой конструкции около 2 раз.

Рельс легко прокатывается. Сначала прокатывается плоская заготовка (фиг. 3) и затем из нее формируется арочное сечение рельса.

Производство рельсов может быть легко налажено модернизацией действующих станов.

Список литературы
1. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Патент России 2081049, В 66 С 7/08, Бюл. 16, 10.06.1997.

2. Сахновский М.Н. Справочник конструктора строительных сварных конструкций. "Промiнь", Днепропетровск 1975, с.237.

Формула изобретения

Трехглавый несимметричный относительно главной горизонтальной оси Х рельс, содержащий главную главу, воспринимающую вертикальные воздействия Р, и две боковые, размещенные на краях подошвы и воспринимающие горизонтальные воздействия Т, отличающийся тем, что подошва рельса очерчена по круговой арке, причем рельс выполнен сбалансированным:
S_Xв=S_Xн,
где S_в и S_н - статические моменты инерции соответственно верхней и нижней половин сечения относительно главной горизонтальной оси X, делящей сечение пополам,
а площадь сечения главной главы рельса находится по формуле

где А - площадь всего сечения рельса (такая же, как у стандартного рельса);
h - высота сечения рельса;
t_Г - толщина главной главы рельса;
b_Б - ширина каждой из боковых глав;
А_П=0,5π(d+t_П)t_П - площадь сечения подошвы;
y_П - расстояние от оси Х_Н до центра тяжести подошвы, очерченной по круговой арке;
d - внутренний диаметр подошвы;
t_П - толщина подошвы,
а площадь сечения каждой из боковых глав находится по формуле
2А_Б=А-А_Г-А_П.

РИСУНКИ

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