Решетчатая балка, а именно элемент стрелы башенного крана
Изобретение относится к башенным кранам. Решетчатая балка содержит элементы боковой стороны решетчатой балки, ограниченной верхним продольным ребром (2) и нижним продольным ребром (3), и включает сжатые стержни (14), по существу перпендикулярные продольным ребрам (2, 3), растянутые наклонные стержни (17) меньшей длины, соединяющие каждый вершину (15) одного из сжатых стержней (14) с нижним продольным ребром (3), и другие растянутые наклонные стержни (19) большей длины, соединяющие каждый вершину одного из сжатых стержней (14) с нижним продольным ребром (3) в точке (20), сдвинутой вперед по отношению основания следующего сжатого стержня. Достигается усовершенствование конструкции решетчатой балки. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение имеет отношение к разбиению на треугольные ячейки (триангуляцию) решетчатой балки, в частности консольной балки. Более точно, это изобретение имеет отношение к решетчатой балке, а именно элементу стрелы или элементу стрелы противовеса башенного крана.
Известным образом стрела башенного крана, вдоль которой перемещается обычно тележка стрелы, образована последовательностью элементов стрелы, соединенных вдоль одной линии таким образом, чтобы получить стрелу необходимой длины. Каждый элемент стрелы представляет собой конструкцию типа решетчатой балки треугольного, четырехугольного или трапецеидального сечения, содержащей элементы пояса фермы (продольные ребра), образующие попарно плоскости. В каждой из этих плоскостей оба продольных ребра соединены между собой более длинными деталями типа стержней, которые формируют треугольный элемент, называемый «триангуляция». Такой тип конструкции применим также и для стрелы противострелы башенного крана, несущей противовес, уравновешивающий стрелу и поднимаемый груз.
Этот тип решетчатой балки отличается тем, что касается боковых сторон, что в рабочем состоянии верхнее продольное ребро всегда растянуто, а нижнее продольное ребро всегда сжато.
Наиболее распространенная в настоящее время компоновка треугольных элементов стрелы башенного крана представлена на фиг.1 прилагаемого схематического изображения, которое показывает в аксонометрии часть элемента стрелы. Здесь изображен элемент стрелы треугольного сечения, единственное верхнее продольное ребро которого обозначено цифрой 2, тогда как его два нижних продольных ребра обозначены цифрой 3.
Треугольный элемент, повторяясь в продольном направлении с шагом Р на каждой боковой стороне элемента рассматриваемой стрелы, включает
- стержни 4 и 5, перпендикулярные продольным ребрам 2 и 3, соединяющие каждый верхнее продольное ребро 2 с одним из нижних продольных ребер 3;
- другие стержни 6 и 7, наклонные, причем каждый наклонный стержень, называемый «диагональ», соединяет вершину одного из предыдущих стержней 4 или 5 с основанием одного из следующих таких стержней.
Нижняя горизонтальная сторона элемента стрелы имеет другую конструкцию с поперечинами 8, 9, 10 и зигзагообразно расположенными диагональными стержнями 11, 12.
В качестве примера подобного известного треугольного элемента стрелы сошлемся на заявку на изобретение FR 2773550A от имени Заявителя или на ее эквивалент - документ ЕР 0928769 А.
Вновь обратимся к фиг.1. Если рассмотреть усилия в двух боковых треугольниках, расположенных последовательно с шагом Р, то они будут, независимо от значения поднимаемого краном груза или положения груза, следующими
- для стержней 4 и 5 - сжимающими;
- для стержней 6 и 7 - растягивающими.
Следовательно, длина стержней 4 и 5 должна быть как можно малая с тем, чтобы избежать потери устойчивости, обусловленной сжатием. Длина других стержней 6 и 7 может быть большей.
Основной недостаток компоновки треугольных элементов такого типа состоит в том, что размеры треугольников не оптимальны и особенно в том, что соответствующая конструкция имеет сравнительно большую массу.
Настоящее изобретение имеет целью устранение этого недостатка путем оптимизации конструкции элемента решетчатой балки, в частности элемента стрелы или стрелы противовеса башенного крана, уменьшая число последовательных деталей элемента и уменьшая, таким образом, его боковую поверхность, воспринимающую ветровую нагрузку, следовательно, снижая стоимость изготовления и стоимость эксплуатации крана.
Для этой цели объектом изобретения является решетчатая балка, а именно элемент стрелы или элемент стрелы противовеса башенного крана, причем этот треугольный элемент для боковой стороны вышеупомянутой балки или вышеупомянутого решетчатого элемента, ограниченного верхним продольным ребром и нижним продольным ребром и разделенного в продольном направлении через заранее определенный шаг Р, содержит:
- сжатые стержни, по существу перпендикулярные продольным ребрам, соединяющие каждый верхнее продольное ребро с нижним продольным ребром, причем эти сжатые стержни следуют один за другим с интервалом, равным удвоенному шагу Р;
- растянутые наклонные стержни меньшей длины, соединяющие каждый вершину одного из сжатых стержней с нижним продольным ребром в точке, расположенной на расстоянии шага Р вперед от основания этого сжатого стержня;
- другие растянутые наклонные стержни большей длины, соединяющие каждый вершину одного из сжатых стержней с нижним продольным ребром в точке, расположенной на расстоянии двух шагов Р вперед от основания этого сжатого стержня, по существу, с основанием следующего сжатого стержня.
Решетчатая балка, а именно элемент стрелы или элемент стрелы противовеса башенного крана, объект изобретения, отличается также большим расстоянием между сжатыми стержнями, т.е. их меньшим числом, и «диагоналями» двух типов, одни - более короткие, и другие - более длинные. Следует заметить также, что эта конструкция отличается особой конструкцией узлов сборки в зоне верхних продольных стержней, причем каждый из этих узлов является точкой соединения сжатого стержня, наклонного «короткого» стержня и наклонного «длинного» стержня.
Сжатые стержни обеспечивают восприятие основных усилий. «Длинные» наклонные стержни также выполняют функцию восприятия основных усилий. Что касается «коротких» наклонных стержней, то их назначение - восприятие вертикальных усилий, возникающих вследствие прохождения тележки, и предотвращение потери устойчивости нижних продольных ребер.
Все эти стержни, идет ли речь об сжатых стержнях или об растянутых наклонных стержнях «коротких» или «длинных», выполнены, преимущественно, из труб круглого или овального сечения со сплющенными и срезанными концами для выполнения узлов сборки. В частности, для выполнения верхних узлов сборки, которые образуют точки соединения трех типов стержней решетчатой балки, преимущественно предусмотрено:
- сжатые стержни имеют сплющенный и срезанный верхний конец с прямолинейным верхним ребром, параллельным продольной оси верхнего продольного ребра и приваренным к этому ребру;
- более длинные растянутые наклонные стержни имеют сплющенный и срезанный верхний конец с прямолинейным верхним ребром, параллельным продольной оси верхнего продольного ребра и приваренным к этому ребру, причем верхний сплющенный конец этих стержней имеет также заднее ребро, по существу вертикальное, прилегающее к соответствующему переднему ребру верхнего сплющенного конца сжатого стержня, и эти два прилегающих ребра приварены одно к другому;
- более короткие растянутые наклонные стержни имеют сплющенный и срезанный верхний конец, накрывающий верхние сплющенные прилегающие концы сжатого стержня и растянутого более длинного наклонного стержня, при этом верхний сплющенный конец каждого более короткого растянутого наклонного стержня приварен по периметру к верхним сплющенным концам других стержней, на которые он наложен.
Согласно особому выполнению этой решетчатой балки соответствующие нейтральные волокна сжатых стержней и растянутых наклонных стержней большей длины, принадлежащих двум боковым сторонам, пересекаются в точках, расположенных в горизонтальной плоскости, содержащей нейтральное волокно верхнего продольного ребра.
Для балки или элемента стрелы треугольного сечения нейтральные волокна соответственно сжатых стержней и растянутых наклонных стержней большей длины, принадлежащих двум боковым сторонам, все пересекаются в точках, расположенных в вертикальной плоскости, содержащей нейтральное волокно верхнего продольного ребра.
Опять же для балки или элемента стрелы треугольного сечения нейтральные волокна соответственно растянутых наклонных стержней меньшей длины, принадлежащих двум боковым сторонам, также пересекаются в точках, расположенных в вертикальной плоскости, содержащей нейтральное волокно верхнего продольного ребра.
В целом, таким образом, получают боковой треугольный элемент стрелы башенного крана, который обеспечивает:
- снижение числа последовательных деталей для изготовления элементов стрелы;
- выигрыш в массе этого элемента стрелы, приводящий в свою очередь к уменьшению массы противовеса и самой конструкции стрелы противовеса;
- уменьшение боковой поверхности элемента стрелы, воспринимающей ветровую нагрузку, вызывающее в свою очередь уменьшение поверхности стрелы противовеса, компенсирующей ветровую нагрузку.
Комплекс этих преимуществ приводит, в свою очередь, к существенному экономическому выигрышу как при изготовлении элементов стрелы крана, так и при эксплуатации этого крана, в частности при его монтаже на стройке.
Изобретение будет более понятно с помощью описания, которое следует далее, со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, представляющие в качестве не ограничивающего примера вариант изготовления этой решетчатой балки применительно к элементу стрелы башенного крана:
фиг.1 (уже упоминавшаяся) - это аксонометрическое изображение части элемента стрелы с треугольным элементом в соответствии с уровнем техники;
фиг.2 - это вид сбоку элемента стрелы с этим треугольным элементом в соответствии с уровнем техники;
фиг.3 - это вид сбоку элемента стрелы с треугольным элементом, согласно изобретению;
фиг.4 - это аксонометрическое изображение части элемента стрелы с треугольным элементом, согласно изобретению;
фиг.5 - это аксонометрическое изображение в увеличенном масштабе, показывающее верхний сборочный узел из треугольных элементов, согласно изобретению;
фиг.6 - это вид сбоку этого сборочного узла;
фиг.7 - это поперечный разрез верхней части элемента стрелы, согласно изобретению.
Схематическое изображение фиг.1 напоминает известный принцип треугольного построения на отрезке элемента стрелы башенного крана. В дополнение на фиг.2 показан элемент стрелы целиком, обозначенный цифрой 13, изготовленный с таким треугольным элементом, который повторен с шагом Р по всей длине элемента 13 стрелы. Именно вид сбоку на элемент 13 стрелы показывает треугольный элемент с его по существу вертикальными стержнями и его наклонными стержнями.
Для сравнения на фиг.3 показан элемент 13 стрелы, согласно изобретению, выполненный, в том, что касается его двух боковых сторон, с треугольными элементами, представленный также в аксонометрии (для отрезка этого элемента стрелы) на фиг.4.
Ведя речь об элементе 13 стрелы, рассматривают, в частности, треугольный элемент одной или другой боковой стороны, ограниченной верхним продольным ребром 2 и одним из нижних продольных ребер 3.
Боковые треугольные элементы включают сжатые стержни 14, по существу вертикальные, которые соединяют каждый точку 15 верхнего продольного ребра с точкой 16 нижнего продольного ребра 3. Сжатые стержни 14 повторяются с регулярным интервалом 2Р, равным предварительно определенному удвоенному шагу Р.
Боковые треугольные элементы включает также растянутые наклонные стержни 17, каждый из которых соединяет вершину 15 сжатого стержня 14 с точкой 18 нижнего продольного ребра 3 причем точка 18 расположена на шаг Р впереди основания 16 этого же сжатого стержня 14.
Наконец, боковые треугольные элементы содержат другие растянутые наклонные стержни 19, большей длины, чем предыдущие. Каждый растянутый стержень 19 соединяет вершину 15 одного из сжатых стержней 14 с точкой 20 нижнего продольного ребра 3, которая расположена на два шага Р вперед основания 16 этого же сжатого стержня 14, следовательно, основания следующего сжатого стержня 14.
Из предыдущего описания следует, что вершина 15 каждого сжатого стержня 14 образует верхний сборочный узел, где стыкуются (на боковой стороне элемента 13 стрелы) сжатый стержень 14, растянутый наклонный стержень 17, более короткий, и растянутый наклонный стержень 19, более длинный, и где все эти три стержня 14, 17, 19 соединены непосредственно или не непосредственно с верхним продольным ребром 2.
Что касается нижней горизонтальной стороны элемента 13 стрелы, то ее изготавливают традиционным образом, используя поперечины 8, 9, 10, одинаково расположенные с шагом Р, и диагональные стержни 11, 12, расположенные зигзагообразно.
Ссылаясь на фиг.5, 6 и 7, опишем теперь в предпочтительном варианте реализации детали боковой стороны решетчатой балки, относящиеся, в частности, к узлу 15 верхней сборки.
Стержни разного типа 14, 17 и 19 все изготовлены из труб круглого или овального сечения, причем их концы сплющены и срезаны таким образом, чтобы получить сборочный узел. В частности, верхние концы сжатых стержней 14, растянутых наклонных стержней 17 меньшей длины и растянутых наклонных стержней 19 большей длины - эти концы сплющенные и срезанные, обозначенные соответственно цифрами 21, 22 и 23, выполнены таким образом, чтобы получить верхний сборочный узел 15.
Верхний сплющенный конец 21 каждого сжатого стержня 14, который представляет собой, как правило, форму прямоугольника или параллелограмма, имеет, в частности, прямолинейное верхнее ребро 24, параллельное продольной оси А верхнего продольного ребра 2, здесь трубчатого. Это ребро 24 приварено к верхнему продольному ребру 2 вдоль образующей этого продольного ребра 2.
Верхний сплющенный конец 23 каждого растянутого наклонного стержня 19 большей длины представляет собой, как правило, форму пятиугольника и имеет, в частности, верхнее прямолинейное ребро 25 и заднее прямолинейное ребро 26. Верхнее ребро 25, параллельное продольной оси А верхнего продольного ребра 2, приварено к этому продольному ребру 2 вдоль его образующей сварным швом, являющимся продолжением сварного шва верхнего ребра 24 верхнего сплющенного конца сжатого стержня 14. Заднее ребро 26, по существу вертикальное, прилегает к переднему ребру 27 верхнего сплющенного конца 21 сжатого стержня 14. Оба прилегающих ребра 26 и 27 приварены одно к другому.
Верхний сплющенный конец 22 каждого растянутого наклонного стержня 17 меньшей длины, представляющий собой, как правило, прямоугольную форму, наложен снаружи на примыкающие друг к другу верхние сплющенные концы 21 и 23 сжатого стержня 14 и растянутого наклонного стержня 19 большей длины, накрывая эти два сплющенных конца 21 и 23. Верхний сплющенный конец 22 растянутого наклонного стержня 17 по периметру 28 приварен к сплющенным концам 21 и 23 других стержней 14 и 19.
Наконец, на фиг.6 и 7 даны дополнительные уточнения по поводу нейтральных волокон разных стержней 14, 17 и 19 треугольных элементов боковой стороны решетчатой балки, элемента 13 стрелы.
Рассмотрим сначала в каждой боковой стороне элемента 13 стрелы нейтральное волокно 29 сжатого стержня 14 и нейтральное волокно 30 растянутого наклонного стержня 19 большей длины, который к нему присоединен. Оба нейтральных волокна 29 и 30 пересекаются в одной точке 31, расположенной в горизонтальной плоскости Р1, в которой лежит нейтральное волокно верхнего продольного ребра 2, совпадающее здесь с продольной осью А этого верхнего продольного ребра.
Рассмотрим теперь симметричные стержни, принадлежащие соответственно двум боковым элементам 13 стрелы. Их нейтральные волокна 29, 30, соответственно сжатых стержней 14 и растянутых наклонных более длинных стержней 19, все пересекаются в одной точке 33, расположенной в вертикальной плоскости Р2, в которой лежит нейтральное волокно (ось А) верхнего продольного ребра 2.
Было доказано расчетным путем, что треугольные элементы боковой стороны решетчатой балки, описанной ранее, дают преимущественное решение в смысле уменьшения массы, в частности, для элементов стрелы относительно большой высоты, например для элементов стрелы, высота которой превышает примерно один метр.
В соответствии с ранее сказанным решетчатая балка с боковой стороной из треугольных элементов, являющаяся объектом изобретения, в особенности применима при изготовлении башенного крана без оголовка мачты, но это не исключает ее применения для башенного крана с оголовком мачты в качестве носителя стрелы, в частности для консольных частей кранов с носителями стрелы.
Не выходят за рамки изобретения в том виде, как это описано в прилагаемой формуле изобретения:
- выполнение решетчатой балки с применением стержней любого типа, например трубчатых стержней овального или прямоугольного сечения, или уголковых профилей, или же плоских стержней, причем эти стержни могут быть постоянного или переменного по длине поперечного сечения;
- изменения конструктивных деталей, таких как верхний сборочный узел;
- изменения размеров, например, смещая вперед или назад положение верхнего сборочного узла;
- изменения положения точек пересечения нейтральных волокон;
- применение той же компоновки для боковых сторон элементов стрелы с сечением, отличным от треугольного, например прямоугольного или трапецеидального сечения;
- применение этой компоновки к элементам стрелы противовеса башенного крана или для других балок или элементов решетчатой балки.
1. Решетчатая балка, а именно элемент (13) стрелы или элемент противовеса стрелы башенного крана, отличающаяся тем, что эта решетчатая балка содержит для элемента боковой стороны вышеупомянутой балки или вышеупомянутого решетчатого элемента (13), ограниченного верхним продольным ребром (2) и нижним продольным ребром (3) и разделенного в продольном направлении через заранее определенный шаг (Р) сжатые стержни (14), по существу перпендикулярные продольным ребрам (2, 3), соединяющие каждый верхнее продольное ребро (2) с нижним продольным ребром (3), причем эти сжатые стержни (14) следуют один за другим с интервалом (2Р), равным удвоенному шагу (Р); растянутые наклонные стержни (17) меньшей длины, соединяющие каждый вершину (15) одного из сжатых стержней (14) с нижним продольным ребром (3) в точке (18), расположенной на расстоянии шага (Р) вперед от основания этого сжатого стержня (14); другие растянутые наклонные стержни (19) большей длины, соединяющие каждый вершину одного из сжатых стержней (14) с нижним продольным ребром (3) в точке (20), расположенной на расстоянии двух шагов (Р) вперед от основания (16) этого сжатого стержня (14), следовательно с основанием следующего сжатого стержня (14).
2. Решетчатая балка по п.1, отличающаяся тем, что сжатые стержни (14), растянутые наклонные короткие стержни (17) и длинные стержни (19) выполнены из труб круглого или овального сечения со сплющенными и срезанными концами (21, 22, 23) для выполнения сборочного узла (15).
3. Решетчатая балка по п.2, отличающаяся тем, что для выполнения верхнего сборочного узла (15) сжатые стержни (14) имеют сплющенный и срезанный верхний конец (21) с прямолинейным верхним ребром (24), параллельным продольной оси (А) верхнего продольного ребра (2) и приваренным к этому ребру (2); более длинные растянутые наклонные стержни (19) имеют сплющенный и срезанный верхний конец (23) с прямолинейным верхним ребром (25), параллельным продольной оси (А) верхнего продольного ребра (2) и приваренным к этому ребру (2), причем верхний сплющенный конец (23) этих стержней (19) имеет также заднее ребро (26) по существу вертикальное, прилегающее к соответствующему переднему ребру (27) верхнего сплющенного конца сжатого стержня (14), и эти два прилегающих ребра (26, 27) приварены одно к другому, более короткие растянутые наклонные стержни (17) имеют сплющенный и срезанный верхний конец (22), накрывающий верхние сплющенные прилегающие концы (21, 23) сжатого стержня (14) и растянутого более длинного наклонного стержня (19), при этом верхний сплющенный конец (22) каждого более короткого растянутого наклонного стержня (17) приварен по периметру (28) к верхним сплющенным концам (21, 23) других стержней (14, 19), на которые он наложен.
4. Решетчатая балка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что соответствующие нейтральные волокна (29, 30) сжатых стержней (14) и растянутых наклонных стержней (19) большей длины, принадлежащих двум боковым сторонам, пересекаются в точках (31), расположенных в горизонтальной плоскости (Р1), содержащей нейтральное волокно (А) верхнего продольного ребра (2).
5. Решетчатая балка по п.4, отличающаяся тем, что для балки или элемента (13) стрелы треугольного сечения нейтральные волокна (29, 30) соответственно сжатых стержней (14) и растянутых наклонных стержней (19) большей длины, принадлежащих двум боковым сторонам, все пересекаются в точках (33), расположенных в вертикальной плоскости (Р2), содержащей нейтральное волокно (А) верхнего продольного ребра (2).
6. Решетчатая балка по п.5, отличающаяся тем, что нейтральные волокна (32) соответственно растянутых наклонных стержней (17) меньшей длины, принадлежащих двум боковым сторонам, также пересекаются в точках, расположенных в вертикальной плоскости (Р2), содержащей нейтральное волокно (А) верхнего продольного ребра (2).
