ШАРОВОЙ СЕГМЕНТ

Область техники, к которой относится полезная модель
Заявляемая полезная модель относится к строительству, а именно к деталям опорных устройств, применяемых в мостостроении.
Шаровой сегмент предназначен для использования в составе опорных устройств, например, таких как опорная часть или сдвиговой упор при строительстве и реконструкции мостов и других искусственных сооружений в качестве промежуточного звена, передающего эксплуатационные нагрузки от пролетного строения к опоре моста.
Уровень техники
Известна опорная часть моста, включающая стальной нижний балансир, выполненный со сферической вогнутой рабочей поверхностью, на которой размещен листовой полимерный антифрикционный материал и контактирующий с ним стальной верхний балансир с опорной шаровой поверхностью, которая в зоне контакта с листовым полимерным антифрикционным материалом выполнена с полированной поверхностью и контактным слоем, который образован наплавкой рабочей поверхности верхнего балансира антикоррозионной сталью 12Х18Н10Т (Патент РФ №65504, дата публикации 10.08.2007 г., класс МПК E01D 19/04).
Недостатком является низкая технологичность, связанная со значительным расходом наплавочного материала, возможность деформаций и появления трещин от внутренних напряжений, возникающих в следствии неравномерного остывания наплавляемого материала.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является опорная часть составного балансира моста (Патент РФ №168616, дата публикации 13.02.2017 г., класс МПК E01D 19/04) включающая несущую часть в виде металлического тела из конструкционной стали со сферической опорной поверхностью, с которой соединена прессованием в три приема - вытяжка, формование сферической поверхности и калибровка, оболочка толщиной 2 мм, полученная из полированного с внешней стороны листа высоколегированной нержавеющей стали, закрепленного к металлическому телу обжимом на прессе либо сваркой в защитных газах или механическим креплением с помощью вальцовки или винтов с потайной головкой.
Недостатком данной конструкции является низкая плотность прилегания ответных сферических поверхностей пар скольжения, обусловленная технологией изготовления. Из специальной литературы (Э.Л. Мельников, «Холодная штамповка днищ», Москва, Машиностроение, 1986 г.), известно, что штамповка листового материала с вытяжкой и калибровка обжимом на прессе не дают необходимой точности выполнения сферы. Отклонение радиуса сферы от теоретического может достигать нескольких процентов, что при радиусах сфер в опорных частях в несколько сот миллиметров, даст недопустимое отклонение. Кроме того, операция нанесения оболочки делится на переходы, во время которых оболочка под влиянием внутренних напряжений может менять форму.
Кроме невысокой плотности прилегания сферической поверхности оболочки, к недостаткам относится необходимость дополнительной фиксации оболочки на поверхностях металлического тела (сегмента), и как следствие, пониженная надежность.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей является повышение надежности опорных устройств, включающих шаровой сегмент.
Технический результат заключается в повышении надежности устройства за счет обеспечения более плотного прилегания и более надежного закрепления сферической и цилиндрической поверхностей оболочки на ответных поверхностях металлического тела сегмента.
Указанный технический результат достигается тем, что
шаровой сегмент, включающий несущую часть в виде металлического тела из конструкционной стали со сферической опорной поверхностью, с которой, используя упомянутую несущую часть в качестве пуансона, соединена оболочка, полученная из полированного с внешней стороны листа высоколегированной нержавеющей стали, закрепленной к металлическому телу, при этом
на цилиндрической поверхности оболочки, расположенной на ответной ей цилиндрической поверхности металлического тела сегмента, с натягом и плотным касанием, установлено обжимное кольцо.
Указанный результат достигается также тем, что на цилиндрической поверхности металлического тела по всему периметру выполнена кольцевая проточка. На цилиндрической поверхности металлического тела сегмента выполнены канавки или зацепы, которые могут быть любой формы, количества и размеров. На цилиндрической поверхности в проточке выполнены вышеописанные канавки или зацепы. Обжимное кольцо зафиксировано с помощью дополнительных средств фиксации, например, болтами, винтами, заклепками, или с помощью сварки.
Такое техническое решение обеспечивает плотное прилегание и надежное закрепление сферической и цилиндрической поверхностей оболочки на ответных поверхностях металлического тела сегмента.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан шаровой сегмент и его детали
На фиг. 2 показан узел А и его детали
На фиг. 3 показан узел А исполнение с проточкой
На фиг. 4 показан узел А исполнение с канавками
На фиг. 5 показан узел А исполнение проточки с канавками
На фиг. 6 показан узел А вариант исполнения канавок
На фиг. 7 показан узел А крепление сваркой общим швом
На фиг. 8 показан узел А крепление сваркой раздельными швами
На фиг. 9 показан узел А крепление винтом
Осуществление полезной модели
приж.
В предлагаемой полезной модели шарового сегмента на металлическое тело 1 наносят оболочку 2. Оболочку 2 выполняют из листа нержавеющей стали, полированной с наружной стороны (зеркальная поверхность). Оболочку 2 наносят, например, прессом, непосредственно на металлическое тело 1. На цилиндрической поверхности диаметра Д1 оболочки 2 закрепляют обжимное кольцо 3. Обжимное кольцо 3 имеет внутренний диаметр Д2 меньше, чем наружный диаметр Д1 оболочки 2, установленной на теле 1, на цилиндрической поверхности диаметром Д3. Такое сочетание размеров обеспечивает посадку с натягом. В этом случае упругие деформации обжимного кольца 3 создают прижимную силу N (фиг. 2 - фиг. 9), обеспечивая прижатие и плотное касание по всему периметру, как между металлическим телом 1 и оболочкой 2, так и между оболочкой 2 и обжимным кольцом 3. Плотное касание исключает попадание влаги и других посторонних предметов.
Плотное касание обжимного кольца 3 к оболочке 2, а последней, в свою очередь, к металлическому телу 1 позволяет использовать шаровой сегмент, например, в составных балансирах, где шаровой сегмент своей плоской частью устанавливают в углубление в листе верхнем, а горизонтальная нагрузка передается через цилиндрические поверхности сегмента на сам лист.
Точность радиуса закругления R1 шарового сегмента с нанесенной оболочкой 2 обеспечена плотным прилеганием оболочки 2 к сферической поверхности и зависит от размера металлического тела 1.
приж.
Обжимное кольцо 3 устанавливают в процессе нанесения оболочки 2, притянутой к металлическому телу 1, тем самым исключая возможность возвратных упругих деформаций, а прижимная сила N создает такое усилие, которое обеспечивает надежную фиксацию оболочки 2. Для создания дополнительного удерживающего эффекта на цилиндрической поверхности диаметром Д3 металлического тела 1 выполняют кольцевую проточку диаметром Д4 (фиг. 3, фиг. 5 - фиг. 9). В проточке диаметром Д4 выполняют канавки 4 или 5, препятствующие стягиванию оболочки 2 в сторону сферической поверхности. Канавки 4 и 5 могут быть выполнены не только в проточке диаметром Д4, но и на самой цилиндрической поверхности диаметром Д3. Канавки выполняют любой формы, но наиболее эффективными являются канавки 5 в виде зацепов «елочка».
Дополнительная надежность крепления оболочки 2 обусловлена радиусом сгиба R2, образованным переходом сферической поверхности радиусом R1 на цилиндрическую поверхность диаметром Д3, препятствующим смещению оболочки 2 по сфере металлического тела 1.
Как известно из уровня техники (Распоряжение ОАО «РЖД» от 12 декабря 2013 г. N 275 5р «Об утверждении и введении в действие Технических требований на опорные части с шаровым сегментом и антифрикционным покрытием»), для обеспечения качества прилегания ответных сферических поверхностей скольжения должно соблюдаться условие, чтобы разница отклонений радиусов сферических поверхностей шарового сегмента и выемки плит Δ не превышала 0,2 мм при диаметре зоны контакта D до 600 мм и Δ<=0,0003D при диаметре D больше 600 мм.
В противном случае, при несоответствии радиусов ответных сферических поверхностей скольжения, возможно замятие полимерного слоя и заклинивание опорной части при повороте (качании) пролетного строения моста вокруг осей.
В ходе проведенных экспериментальных работ установлено, что предлагаемая полезная модель шарового сегмента с обжимным кольцом 3 обеспечивает требования к геометрическим размерам сферической поверхности R. Крепление оболочки 2 обжимным кольцом 3 обеспечивает ее надежную фиксацию.
Использование дополнительных способов крепления оболочки 2 и обжимного кольца 3, такие как сварка 6, 7, 8 (фиг. 7, фиг. 8) или винтами 9 (фиг. 9) дополнительно увеличивают надежность конструкции.
Таким образом, повышается надежность всего опорного устройства, в котором применяется предлагаемый шаровой сегмент.