БАЛКА

Область техники, к которой относится решение
Решение относится к области длинномерных несущих строительных элементов, в частности к балкам.
Уровень техники
Известна металлическая балка (FR2520031A1, опубл. 1983-07-22). Известная балка имеет верхнюю и нижнюю секции, соединенные между собой концами пар вертикальных стояков на фиксированных расстояниях. Все секции изготовлены из тонких стальных пластин с одинаковым квадратным сечением. Отверстие верхней секции повернуто вниз, отверстие нижней секции повернуто вверх, а стояки открыты наружу. Подступенки фиксируются перемычками перпендикулярно вертикальным и боковым крыльям верхней и нижней секций.
Однако в данном решении не раскрываются боковые элементы балки, изготовленные из цельного листа металла.
Известна выбранная в качестве прототипа балка (US3611666A, опубл. 1971-10-12). Известная балка состоит из пары металлических листовых компонентов. Эти компоненты устанавливаются вместе и механически блокируются. Конструкция обеспечивает устойчивость к сжимающим усилиям при уменьшении толщины листов. Балка проста в сборке, сварка компонентов не обязательна.
Однако данное решение обладает относительно большой массой, так как в нем содержится много излишнего металла.
Раскрытие полезной модели
В одном аспекте полезной модели раскрыта балка, содержащая соединенные металлические элементы, характеризующаяся тем, что боковые элементы балки изготовлены из листов с вырезанными по существу треугольными отверстиями, формирующими раскосы.
В дополнительных аспектах раскрыто, что балка содержит несколько боковых элементов, соединенных по их узким краям, при этом боковые элементы содержат на их узких краях по меньшей мере одно из шипов и пазов, причем по меньшей мере часть из шипов и пазов выполнены так, чтобы обеспечивать фиксацию соседних боковых элементов друг относительно друга; боковые элементы содержат пазы для фиксации в них шипов по меньшей мере одного из связей, верхних элементов, нижних элементов; по меньшей мере некоторые из связей выполнены в виде крестовины, изготовленной из металлического листа, причем связи содержат шипы для фиксации в пазах бокового элемента балки; в балке содержится нижний элемент, выполненный из листа металла, и верхний элемент, выполненный из листа металла, причем нижний элемент и верхний элемент содержат чередующиеся шипы и пазы для соответствующих пазов и шипов боковых элементов балки, причем высота шипа равна толщине листа металла; по меньше мере на одном из верхнего элемента, бокового элемента, нижнего элемента установлено средство для перемещения промышленного робота или подвижной каретки; не крайние треугольные отверстия имеют форму правильных треугольников; боковые элементы соединены друг с другом и по меньшей мере с одним из выполненного из листа металла нижнего элемента балки, верхнего элемента балки; боковые элементы соединены друг с другом выполненными из листов металла нижним элементом балки и верхним элементом балки.
Основной задачей заявленного решения является создание балки с точными геометрическими размерами и с большой прочностью при относительно небольшой массе.
Сущность решения заключается в том, что заявленная балка содержит элементы, которые представляют собой металлический лист с вырезанными по существу треугольными отверстиями, эти отверстия размещены так, чтобы формировать раскосы. Боковые края элементов балки содержат шипы и пазы для соединения с соседними элементами балки.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении точности геометрических параметров балки, повышении прочности и надежности при уменьшении ее веса.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает балку, взятую за прототип.
Фиг. 2 показывает известную балку.
Фиг. 3 показывает элемент балки.
Фиг. 4 показывает соединенные элементы балки.
Фиг. 5 показывает крестовину.
Осуществление полезной модели
В уровне техники широко известны тавровые, двутавровые, П-образные балки, которые широко применяются для различных целей, однако в областях, требующих высокой точности геометрических параметров (например, порталы для промышленных роботов), такие решения не подходят, так как для промышленного робота отклонение от горизонтали в несколько сантиметров может быть критичным. А длинные тавровые балки могут иметь и большее отклонение, которое не исправить на месте.
На фиг. 1 показана известная балка, изготовленная из двух металлических листов, однако эта балка используется для стеллажей и сложна в использовании для промышленного робота, так как вес робота может быть очень большим. Во-первых, ее сложно изготовить из толстого листа, так как деформации вследствие растяжения и сжатия металла при сгибании листа большой толщины становятся значительными, и металл теряет прочность в месте изгиба. Во-вторых, в предложенной балке имеется избыток металла, так как в ней нет «окон», вместо этого она представляет собой сплошной лист.
Также из уровня техники известна типовая конструкция (фиг. 2), которая состоит из следующих элементов:
1 - портальной рамы;
2 - верхних продольных связей;
3 - поперечных связей;
4 - верхнего пояса фермы;
5 - распорки верхних продольных связей;
6 - подвески;
7 - нижнего пояса фермы;
8 - раскоса;
9 - стойки;
10 - продольной балки нижней части;
11 - поперечины;
12 - продольных связей нижней части;
13 - нижних продольных связей фермы.
Эта конструкция состоит из множества элементов, которые должны быть соединены посредством сварки и/или болтовых соединений. Каждое отклонение в каждом элементе негативно сказывается на ее геометрических параметрах и/или прочности, надежности.
Разработчиками было предложено изготавливать балку из листового металла, так как современные технологии позволяют нарезать листы с высокой точностью на лазерных станках. При таком подходе вырезанные на лазерном станке элементы балки имеют очень высокую точность геометрических размеров, изготавливаются из одного цельного куска металла, что повышает их надежность и прочность, а также надежность и прочность балки в целом.
Из таких нарезанных элементов быстро и легко может быть собран пролет балки, а из пролетов сама балка. Балка может состоять из любого количества пролетов, начиная с одного.
Основное предназначение балки, изготовленной из упомянутых элементов, - обеспечение возможности точного перемещения промышленного робота или произвольной подвижной каретки, для чего к балке крепится либо рельс, либо зубчатая рейка (средство перемещения механизма).
Конкретная толщина используемого листового металла, длина и ширина элементов балки подбираются в зависимости от расчетных нагрузок и параметров промышленного робота или каретки: его веса, размеров рабочей зоны и прочих значимых параметров.
Под балкой в данном описании понимается металлическая сборная конструкция с длиной не меньше рабочей зоны промышленного робота, в некоторых вариантах осуществления балка состоит из нескольких частей (пролетов), при этом предпочтительно длина боковых элементов балки (нарезанных из цельного листа металла) равна длине пролета (расстояние между опорами пролета) или исходного размера листового материала. Боковые элементы балки соединяются друг с другом с помощью соединения шип-паз и сварки, что обеспечивает высокую точность, прочность и надежность соединения.
Основным элементом заявленной балки является элемент, показанный на фиг. 3. Этот элемент представляет собой боковой элемент балки, который принимает на себя основную вертикальную нагрузку, создаваемую весом промышленного робота и собственным весом балки. Нагрузка в других направлениях, как правило, значительно меньше.
Боковой элемент балки представляет собой лист металла с вырезанными окнами по существу треугольной формы. Под «по существу треугольной формой» понимаются и треугольники как таковые, и скругленные треугольники, и фигуры, которые представляют собой треугольники с усеченными вершинами, и треугольники с выпуклыми или вогнутыми (дугообразными) сторонами, а также другие фигуры, которые с приемлемой точностью можно назвать треугольниками. Требования к вышеупомянутым треугольникам определяются необходимостью формирования раскосов, которые обеспечивают прочность конструкции при воздействии силы тяжести. В зависимости от нагрузки, прикладываемой к балке, окна могут быть больше или меньше, что определяет размер раскоса, который, в свою очередь, определяет прочность и надежность балки. С другой стороны размер окна определяет уменьшение веса балки. Заявитель полагает, что специалист в данной области техники без приложения творческих усилий сможет определить оптимальный размер окна и раскосов для того, чтобы обеспечить надежную работу балки при заданной нагрузке. Существенным в данном решении является использование элемента балки, вырезанного из цельного листа металла, и применение треугольных окон, которые обеспечивают формирование раскосов.
Боковой элемент балки содержит по меньшей мере один шип и/или по меньшей мере один паз для соединения с соседним боковым элементом (см. фиг. 4). Такое решение обеспечивает более точное и надежное соединение элементов, которое дополнительно обеспечивается сваркой.
Поскольку боковой элемент принимает на себя основную нагрузку, то требования к другим элементам, формирующим балку, не такие высокие. Поэтому по меньшей мере часть связей также может быть выполнена из листового металла. Также из листа могут быть вырезаны верхняя и нижняя части балки.
Балка может иметь треугольное или, предпочтительно, прямоугольное сечение, верхний и нижний элементы балки также изготавливаются из листового материала посредством формирования с помощью лазерной резки элемента нужной конфигурации. Верхний и нижний элементы могут совпадать по рисунку вырезов (отверстий) с боковыми элементами, а могут иметь иной рисунок, что не влияет на сущность заявленного решения.
Вместо листового верхнего элемента могут использоваться уголки или трубы.
Если балка выполнена треугольной, то связи внутри нее не устанавливаются, но поскольку такую балку сложнее закреплять на опорах, то предпочтительно использовать прямоугольную балку.
Внутри прямоугольной балки для обеспечения ее жесткости устанавливаются крестовины (фиг. 5). Крестовины содержат шипы, которые вставляются в соответствующие пазы в боковых и/или верхних/нижних элементах балки, далее крестовины привариваются к соответствующим элементам балки. Шипы обеспечивают дополнительную прочность балки, а также обеспечивают высокую точность монтажа элементов.
Для обеспечения прочности балки могут использоваться не только крестовины, но и обычные прямолинейные связи, на концах каждой из которых выполняется шип. Прямолинейные связи могут быть выполнены из плоского листа, из уголка, из трубы любого сечения.
Описание изготовления устройства
Для изготовления изделия на станке с лазерной резкой из листа металла изготавливают элементы балки требуемой формы: боковые элементы, верхний и/или нижний элемент, связи, крестовины и т.д. Причем при нарезке формируют шипы и пазы в местах предполагаемого соединения элементов.
Затем вырезанные элементы соединяют, совмещая шипы с пазами, и сваривают вместе.
Если на балку устанавливаются средства для перемещения промышленного робота (рельсы, зубчатые рейки и т.п.), то их закрепляют разъемными соединениями (болтами и гайками).
Затем балку помещают на заранее установленные стойки и закрепляют на них с помощью сварки.
Вариант 1 осуществления
В данном варианте осуществления крестовина своими концами крепится в углах прямоугольной балки с помощью шипов и пазов, а затем приваривается к элементам, с которыми соприкасается. Поскольку крестовина изготовлена из цельного куска металла, то ее надежность выше, а вес меньше по сравнению с аналогичным сварным элементом или по сравнению с двумя прямолинейными связями.
Вариант 2 осуществления
В данном варианте осуществления боковые элементы, нижний и верхний элементы балки на своих длинных сторонах содержат чередующиеся шипы и пазы (с высотой/глубиной равной толщине листа металла, из которого эти элементы изготовлены), обеспечивающие возможность надежной фиксации и точной установки элементов относительно друг друга.
Поскольку в данном варианте осуществления шипы не выступают за листы, их нельзя случайно зацепить при установке балки, таким образом обеспечивается высокая надежность.
Вариант 3 осуществления
В данном варианте осуществления шипы имеют в целом прямоугольную форму и содержат скосы по краям для упрощения соединения элементов балки друг с другом.
Вариант 4 осуществления
В данном варианте осуществления заявляется опорная конструкция, содержащая балку и по меньшей мере две стойки, приваренные к балке. Причем стойки изготовлены из листов металла с вырезанными в них отверстиями, по форме стойка может представлять собой параллелепипед или четырехугольную пирамиду со срезанной вершиной. В двух боковых листах стойки (если смотреть на длинную сторону балки) отверстия - треугольные, а в переднем и заднем - прямоугольные. Такое решение обеспечивает высокую прочность конструкции при небольшом весе.
В зависимости от области применения и специфики выполняемых работ балка для промышленного робота испытывает повышенные нагрузки в соответствующих направлениях (в направлении силы тяжести, перпендикулярно силе тяжести, крутящие нагрузки) треугольные отверстия, образующие раскосы, усилители необходимо использовать в тех элементах балки, которые испытывают эти нагрузки. В тех частях балки, которые не испытывают повышенных нагрузок возможно выполнять прямоугольные отверстия, чтобы уменьшать общий вес балки без значимого уменьшения ее прочности.
Профиль балки (ее боковых поверхностей) может быть не только прямоугольным, но и в виде трапеции, треугольника, дуги, что не влияет на сущность решения.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления решения, не выходящие за пределы сущности и объема данного решения.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы решения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы решения.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое решение, и что данное решение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.