ПРОЛЕТНАЯ БАЛКА
STRUCTURAL JIB

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 α, 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 α к оси балки, согласно изобретению угол α 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 α определяется по формуле:
,
где
,
n
α - угол α в соответствующем секторе балки;
3
- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м;
Б
δ - толщина стенки в базовом варианте балки, м;
Н - высота балки, м;
В - ширина балки, м;
а - толщина пояса, м;
n
M - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;
[σ] - 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 α вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок 3. Угол α 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 α наклона стенок к продольной оси балки увеличивается в направлении к центру балки С.
Угол α в отдельном варианте выполнения определяется по формуле:
,
где
,
n
α - угол α в соответствующем секторе балки;
3
- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м;
Б
δ - толщина стенки в базовом варианте балки [1], м (см. фиг.7);
Н - высота балки, м;
В - ширина балки, м;
а - толщина пояса, м;
n
M - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;
[σ] - величина допустимого напряжения, Па;
n - номер соответствующего сектора, начиная с середины балки.
1
2
3
n
Для реализации указанного изобретения необходимо определить значение угла α наклона каждой стенки 3 к продольной оси балки в соответствующем секторе балки, которые обозначены как L, L, L и L (см. фиг.5, фиг.6).
Пример расчета угла α приведен ниже.
Для определения угла α 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;
Б
- масса балки М=2600 кг;
т
- масса грузовой тележки М=9000 кг;
- высота балки Н=0,9 м;
- ширина балки В=0,35 м;
- толщина пояса а=0,008 м;
Б
- толщина стенки в базовом варианте балки δ=0,006 м;
- допустимое напряжение [σ]=120 МПа.
Расчет величины угла α стенки 3 к продольной оси балки осуществляется следующим образом (см. фиг.5).
Определяем нагрузку Р и q:
;
1
Определяем реакцию опоры R:
1
1
Определяем максимальную величину изгибающего момента в определенном секторе L балки (изгибающий момент М в первом сечении):
Строим эпюру изгибающего момента (см. фиг.6).
1
1
Расчет величины угла α стенки 3 к продольной оси балки в секторе L определяется следующим образом.
Определяем необходимый момент сопротивления для 1-й стенки:
.
РЕАЛ1
Определяем δ для 1-й стенки:
.
1
Получаем угол α наклона 1-й стенки:
.
2
Для определения угла α наклона следующей стенки 3 определяем длину 1-го сектора:
.
1
2
По эпюре изгибающего момента и длине 1-го сектора L определяется величина изгибающего момента для 2-го сектора L:
Затем определяем необходимый момент сопротивления для 2-й стенки:
.
РЕАЛ2
δ вычисляем следующим образом:
.
2
Получаем угол α наклона 2-й стенки:
.
3
2
Для определения угла α наклона следующей стенки 3 вычисляем длину 2-го сектора L:
.
2
3
По эпюре изгибающего момента и длине 2-го сектора L определяется величина изгибающего момента для 3-го сектора L.
Затем определяем необходимый момент сопротивления для 3-й стенки:
.
РЕАЛ3
Вычисляем δ:
3
Получаем угол α наклона 3-й стенки:
.
Далее последовательно определяем величины углов вертикальных стенок до достижения конца пролета - симметрично относительно центра балки С.
За счет увеличения угла α 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).