Способ уменьшения изгибающих моментов и поперечных сил в подкрановых балках
Владельцы патента RU 2487079:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства" (RU)
Изобретение относится к подкрановым и мостовым конструкциям, воспринимающим воздействия движущихся по ним транспортных средств. При движении колес кранов по рельсовым путям, уложенным по подкрановым балкам или главным балкам мостовых переходов, происходит изменение в них изгибающих моментов и поперечных сил, а последние определяют материалоемкость всей балочной системы. Для уменьшения изгибающих моментов и поперечных сил в подкрановых балках при движении колес сцепки из пары мостовых кранов по рельсам, уложенным по подкрановым балкам, пару мостовых кранов фиксируют друг относительно друга на таком расстоянии, чтобы расстояние между ближайшими колесами первого и второго кранов было равно или более максимального расстояния между колесами балансирных тележек каждого из мостовых кранов. Достигается снижение материалоемкости подкрановых конструкций путем уменьшения внешних воздействий сцепки из пары мостовых кранов, движущихся на постоянном фиксированном расстоянии друг от друга. 4 ил., 3 табл.
Предлагаемое изобретение относится подкрановым и мостовым конструкциям, воспринимающим воздействия движущихся по ним транспортных средств.
Известно, что при движении колес кранов по рельсовым путям, уложенным по подкрановым балкам или главным балкам мостовых переходов, вызывает изменение в них изгибающих моментов и поперечных сил, а последние определяют материалоемкость всей балочной системы.
Максимальный изгибающий момент Mmax от системы подвижных сил, зафиксированных друг относительно друга и катящихся по однопролетной разрезной балке, возникает при конкретном неблагоприятном положении сцепки от пары сближенных кранов. Очевидно, что расстояние между парой сближенных кранов влияет на величину максимального изгибающего момента Mmax. Неблагоприятное положение, при котором возникает максимальный изгибающий момент Mmax от сцепки пары сближенных кранов, находят следующим образом:
1) определяют число колес, которые помещаются на подкрановой балке;
2) находят положение центра тяжести этих сил (положение равнодействующей поместившихся на балке сил); сила, ближайшая к центру тяжести, - критическая;
3) систему подвижных сил перемещают по балке так, чтобы центр тяжести этих сил и критическая сила оказались на равных расстояниях от середины пролета балки;
4) максимальный изгибающий момент Mmax возникает под критической силой и его находят обычным образом.
Если при движении кранов часть сил сошли с балки, то центр тяжести ищут заново [1, прил.1].
За прототип примем любой типовой мостовой кран, например колодцевый мостовой кран тяжелого 8К режима работы грузоподъемностью 16/20 т [2, Т2, с.64]. Подвес груза жесткий. Кран по ГОСТ 12612-79*.
Недостаток прототипа - избыточная величина максимального изгибающего момента Mmax от системы подвижных сил, зафиксированных друг относительно друга.
Техническая задача изобретения - снижение материалоемкости подкрановых конструкций путем уменьшения внешних воздействий сцепки из пары мостовых кранов, движущихся на постоянном фиксированном друг от друга расстоянии.
Техническая задача по способу уменьшения изгибающих моментов в каждой из подкрановых балок от воздействий колес пары мостовых кранов, движущихся по рельсам, уложенным по подкрановым балкам, зафиксированных друг относительно друга, решена следующим образом.
Уменьшение изгибающих моментов в каждой из подкрановых балок заключается в том, что пару мостовых кранов фиксируют друг от друга на таком расстоянии, чтобы расстояние между ближайшими колесами первого и второго кранов было равно или более максимального расстояния между колесами балансирных тележек каждого из мостовых кранов.
Пример конкретной реализации
Требуется рассчитать разрезную подкрановую балку двутаврового сечения пролетом 12 м под два колодцевых крана тяжелого 8К режима работы грузоподъемностью 16/20 т [2, Т.2, с.64]. Захват груза жесткий клещами. Кран по ГОСТ 12612-79* предназначен для транспортирования слитков, загрузки их в нагревательные колодцы и подачи на рольганги прокатных станов клещами. Сталь балки - малоуглеродистая по ГОСТ 27772-88, С255, ВСт3 сп5-1 [3]. Сварка поясных швов балки автоматическая с K-образной разделкой кромок.
Пролет крана 28 м, наибольшие нормативные силы воздействий колес кранов Рн=4000 гН, масса крана G=195 т, крановый рельс ГОСТ 4121-62 Кр 120. Схема сцепки из двух сближенных кранов Q-16/20 т [2, Т.2, с.64, табл.IV.2.23] показана на фиг.2.
Расчетные силы, передающиеся на балку от колес кранов, определены в табл.1. Нормативные тормозные силы, передающиеся на рельс от колес кранов при тяжелом режиме работы 8К, 7К:
Tн=0,1Рн=0,1×4000=400 гН.
| Таблица 1 | ||||||
| Сосредоточенные силы, действующие на балку | ||||||
| Ориентация и величина сил | Нормативная, гН | Коэффициенты | Расчетная сила, гН | |||
| Надежности, γн | Динамичности, γдин | Сочетаний, Ψ | Массы, т | |||
| Вертикальная, Р | 4000 | 1,1 | 1,2 | 0,95 | 1,04 | 5216,65 |
| Горизонтальная, Е | 400 | 1,1 | 1,1 | 0,95 | - | 459,8 |
| Примечание: коэффициент m учитывает массу ремонтных грузов на тормозной балке и массу подкрановой балки |
На фиг.1 показана схема нагружения подкрановой балки парой стандартных мостовых кранов грузоподъемность Q=16/20 т по ГОСТ 12612-79* (прототип) для определения максимального изгибающего момента Mmax от системы подвижных сил, катящихся по однопролетной разрезной балке. Габарит крана 10,44 м; на фиг.2. показана схема нагружения подкрановой балки для определения максимальной поперечной силы Qmax от этой же пары кранов Q=16/20 т. Результаты расчета приведены в табл.2.
На фиг.3. показана схема нагружения подкрановой балки сцепкой пары мостовых кранов с габаритами кранов, увеличенными до 13,20 м за счет длины буферов, грузоподъемностью Q=16/20 т. По этой схеме определяем максимальный изгибающий момента Mmax от системы подвижных сил, катящихся по однопролетной разрезной балке; на фиг.4. показана схема нагружения подкрановой балки для определения максимальной поперечной силы Qmax от этой же сцепки пары кранов Q=16/20 т с увеличенными габаритами 13,20 м. Результаты расчета приведены в табл.3.
| Таблица 2 | ||||
| Результаты расчета однопролетной разрезной балки при воздействиях на нее пары мостовых кранов Q=16/20 т по ГОСТ 12612-79*. Габариты кранов 10,44 м (прототип) | ||||
| Нормативный момент | Расчетный момент | Ордината равнодейст. | Ордината критической силы | Поперечная сила Qmax |
| 33360,3 гНм | 43507,17 гНм | 6,73 м | 5,27 м | 17710,49 гН |
| 100% | 100% | 100% |
| Таблица 3 | ||||
| Результаты расчета и сравнения однопролетной разрезной балки при воздействиях на нее пары мостовых кранов, зафиксированных друг относительно друга. Грузоподъемность Q=16/20 т по ГОСТ 12612-79* Увеличиваем габариты крана до 13,20 м | ||||
| Нормативный момент | Расчетный момент | Ордината равнодейст. | Ордината критической силы | Поперечная сила Qmax |
| 24307,5 гНм | 31396,05 гНм | 7,42 м | 4,58 м | 17710,49 гН |
| 72,2% | 72,2% | 80,2% |
При увеличении габаритов крана за счет длины буферов происходит снижение максимального изгибающего момента Mmax на 27,8%, а максимальная поперечная сила Qmax уменьшилась на 19,8%.
Таким образом, сопоставление с аналогом показывает значительное уменьшение воздействий: максимальный изгибающий момент Mmax снизился на 27,8%, а максимальная поперечная сила Qmax уменьшилась на 19,8%. Значительное снижение внешних воздействий приводит соответственно к значительному снижению материалоемкости подкрановой балки.
Сопоставление с прототипом показывает, что воздействием колес сцепки из пары мостовых кранов, перемещающих массивный груз, легко управлять, увеличивая длину буферов у каждого из кранов. Этим мы ограничиваем минимальное сближение сцепки пары кранов и уменьшаем величину воздействий, передаваемых на подкрановые балки на 20-28%.
Экономический эффект возникает от того, что увеличивая длину буферов мостовых кранов добиваемся подъема сцепкой пары мостовых кранов большей величины груза без повреждения подкрановых балок.
Литература
1. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Бороздин А.Ю. Долговечные подкрановые конструкции. ПГУАС, Пенза: РИО. 2009.180 с.
2. Справочник по кранам: В 2 т. T.I. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций // В.И.Брауде, М.М.Гохберг, И.Е.Звягин и др.: Ред. М.М.Гохберг. - М.: Машиностроение, 1988. - 536 с.
Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов // М.П.Александров, М.М.Гохберг, А.А.Ковин и др.: Ред. М.М.Гохберг. - Л.: Машиностроение, 1988. - 559 с.
3. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции. - М.: 1990. - 96 с.
Способ уменьшения изгибающих моментов и поперечных сил в подкрановых балках при движении колес сцепки из пары мостовых кранов по рельсам, уложенным по подкрановым балкам, заключающийся в том, что пару мостовых кранов фиксируют относительно друг друга на таком расстоянии, чтобы расстояние между ближайшими колесами первого и второго кранов было равно или более максимального расстояния между колесами балансирных тележек каждого из мостовых кранов.
