пролетная балка

Формула изобретения

1. Пролетная балка преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом к оси балки, отличающаяся тем, что угол является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки и увеличивается к центру балки.

2. Пролетная балка по п.1, отличающаяся тем, что угол определяется по формуле



где

_n - угол в соответствующем секторе балки;

- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м³;

_Б - толщина стенки в базовом варианте балки, м;

Н - высота балки, м;

В - ширина балки, м;

а - толщина пояса, м;

M_n - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;

[ ] - величина допустимого напряжения, Па;

n - номер соответствующего сектора, начиная с середины балки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к отрасли подъемно-транспортных машин, а именно к пролетным балкам, преимущественно для кранов мостового типа.

Известна пролетная балка, преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены параллельными стенками, расположенными вдоль продольной оси балки [1]. Такая конструкция является базовой для пролетных балок указанного назначения и содержит одинаковые поперечные сечения вдоль продольной оси балки, а именно - в виде короба.

Недостатками известной пролетной балки являются ее высокая металлоемкость и недостаточная пространственная жесткость вследствие неравномерности распределения напряжений в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.

Известна пролетная балка, преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены стенками в виде симметричной волны, или синусоидальной с постоянным радиусом, или пилообразной с постоянным углом при вершине [2].

Эта пролетная балка имеет одинаковое конструктивное выполнение вдоль продольной оси балки, которое не учитывает увеличение напряжений к центру пролетной балки. Такое решение не обеспечивает пространственную жесткость балки вследствие неравномерности распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.

Известна пролетная балка, преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной балки оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом , который лежит в диапазоне от 30° до 60° к продольной оси балки [3].

У этой пролетной балки стенки установлены с одинаковым наклоном, поэтому она имеет одинаковое конструктивное выполнение вдоль продольной оси балки, которое не учитывает увеличение напряжений в направлении к центру пролетной балки. Такое решение не обеспечивает пространственную жесткость балки вследствие неравномерности распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.

Задачей заявляемого изобретения является создание пролетной балки, в которой достигнуто увеличение пространственной жесткости балки за счет равномерного распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки и возможность выполнения балки равного сопротивления.

Для решения поставленной задачи в известной пролетной балке, преимущественно для кранов мостового типа, содержащей верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом к оси балки, согласно изобретению угол наклона стенок к продольной оси балки является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки и увеличивается к центру балки.

В отдельном варианте выполнения угол определяется по формуле:

,

где

,

_n - угол в соответствующем секторе балки;

- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м³;

_Б - толщина стенки в базовом варианте балки, м;

Н - высота балки, м;

В - ширина балки, м;

а - толщина пояса, м;

M_n - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;

[ ] - величина допустимого напряжения, Па;

n - номер сектора, начиная с середины балки.

На фиг.1 изображена заявляемая пролетная балка (вид сверху); на фиг.2 - заявляемая пролетная балка (вид сбоку); на фиг.3 - сечение А-А фиг.2; на фиг.4 - вид D фиг.1; на фиг.5 - расчетная схема заявляемой пролетной балки; на фиг.6 - эпюра изгибающего момента для расчета заявляемой пролетной балки; на фиг.7 - сечение пролетной балки [1], которая выбрана в качестве базовой.

Пролетная балка содержит верхний пояс 1, нижний пояс 2 и стенки 3, которые примыкают к внутренним поверхностям поясов 1 и 2. Стенки 3 последовательно установлены под углом вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок 3. Угол является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки, которое расположено в определенном секторе балки. Угол наклона стенок к продольной оси балки увеличивается в направлении к центру балки С.

Угол в отдельном варианте выполнения определяется по формуле:

,

где

,

_n - угол в соответствующем секторе балки;

- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м³;

_Б - толщина стенки в базовом варианте балки [1], м (см. фиг.7);

Н - высота балки, м;

В - ширина балки, м;

а - толщина пояса, м;

M_n - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;

[ ] - величина допустимого напряжения, Па;

n - номер соответствующего сектора, начиная с середины балки.

Для реализации указанного изобретения необходимо определить значение угла наклона каждой стенки 3 к продольной оси балки в соответствующем секторе балки, которые обозначены как L₁, L₂ , L₃ и L_n (см. фиг.5, фиг.6).

Пример расчета угла приведен ниже.

Для определения угла рассмотрим схему нагрузки пролетной балки, которая приведена на фиг.5.

Для расчета были предоставлены следующие параметры:

- масса груза Q=16 т;

- пролет балки L=16,5 м;

- масса балки М_Б =2600 кг;

- масса грузовой тележки М_т =9000 кг;

- высота балки Н=0,9 м;

- ширина балки В=0,35 м;

- толщина пояса а=0,008 м;

- толщина стенки в базовом варианте балки _Б=0,006 м;

- допустимое напряжение [ ]=120 МПа.

Расчет величины угла стенки 3 к продольной оси балки осуществляется следующим образом (см. фиг.5).

Определяем нагрузку Р и q:

;

Определяем реакцию опоры R₁:

Определяем максимальную величину изгибающего момента в определенном секторе L₁ балки (изгибающий момент М₁ в первом сечении):

Строим эпюру изгибающего момента (см. фиг.6).

Расчет величины угла ₁ стенки 3 к продольной оси балки в секторе L₁ определяется следующим образом.

Определяем необходимый момент сопротивления для 1-й стенки:

.

Определяем _РЕАЛ1 для 1-й стенки:

.

Получаем угол ₁ наклона 1-й стенки:

.

Для определения угла ₂ наклона следующей стенки 3 определяем длину 1-го сектора:

.

По эпюре изгибающего момента и длине 1-го сектора L₁ определяется величина изгибающего момента для 2-го сектора L₂:

Затем определяем необходимый момент сопротивления для 2-й стенки:

.

_РЕАЛ2 вычисляем следующим образом:

.

Получаем угол ₂ наклона 2-й стенки:

.

Для определения угла ₃ наклона следующей стенки 3 вычисляем длину 2-го сектора L₂:

.

По эпюре изгибающего момента и длине 2-го сектора L₂ определяется величина изгибающего момента для 3-го сектора L₃.

Затем определяем необходимый момент сопротивления для 3-й стенки:

.

Вычисляем _РЕАЛ3:

Получаем угол ₃ наклона 3-й стенки:

.

Далее последовательно определяем величины углов вертикальных стенок до достижения конца пролета - симметрично относительно центра балки С.

За счет увеличения угла наклона стенок 3 к продольной оси балки в направлении к центру балки С возрастает относительное количество стенок 3 в центре балки С, обеспечивается повышение пространственной жесткости балки за счет равномерного распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки. Таким образом, обеспечивается возможность выполнения балки равного сопротивления.

Источники информации

1. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. - СПб.: Политехника, 2005, с.368.

2. Авторское свидетельство СССР № 1533980, м. кл. В66С 6/00, 07.01.1990.

3. Авторское свидетельство СССР № 470471, м. кл. В66С 6/00, 05.04.1973 (прототип).