RU201435U1

RU201435U1 - Portal beam

Info

Publication number: RU201435U1
Application number: RU2020136008U
Authority: RU
Inventors: Евгений Константинович Козловский; Алексей Дмитриевич Дмитриев; Дмитрий Владимирович Колменков; Андрей Алексеевич Уваркин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «СКАЙ ТЕХНОЛОДЖИ 2015»
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2020-12-15

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения (станкостроения), в частности к стальным (алюминиевым) сборным конструкциям, преимущественно к сборным портальным балкам, эксплуатируемым в условиях высоких динамических нагрузок, в частности, к балкам промышленного оборудования по обработке поверхностей.Технической проблемой полезной модели является высокая металлоемкость и высокая инерционность (низкая скорость смены вектора движения) балки, соответственно, невозможность использования такой балки для динамичной работы нагруженных систем.Техническая проблема решается за счет конструкции портальной балки, содержащей верхний и нижний пояса, соединенные с парой вертикальных стенок. Верхний и нижний пояса, размещенные симметрично относительно друг друга, выполнены в виде металлических или композитных профилей с двойным крестовым сечением, между которыми закреплена перемычка, выполненная также из профиля с двойным крестовым сечением, ориентированная перпендикулярно по отношению к верхнему и нижнему поясу, образуя с ними двутавр. Одна из вертикальных стенок выполнена в виде швеллера, закрепленного к перемычке болтовыми соединениями с предварительным нанесением клея на соединяющиеся поверхности. При этом перемычка, швеллер и вертикальная стенка закреплены к поясам как сверху, так и снизу при помощи болтовых соединений с предварительным нанесением клея на соединяющиеся поверхности. Вертикальная стенка и швеллер могут быть закреплены к поясам и перемычке с одной общей стороны, а вертикальная стенка может иметь Х-образную перфорацию. При этом вертикальная стенка и швеллер дополнительно скреплены между собой точечной сваркой, выполненной на стыках между Х-образной перфорации вертикальной стенки.Техническим результатом является снижение металлоемкости и удельной плотности конструкции, при сохранении прочностных характеристик на кручение и изгиб, что позволяет применять данную конструкцию для высокодинамичных нагруженных систем без риска деформации геометрии портальной балки при ее работе.The utility model relates to the field of mechanical engineering (machine-tool building), in particular to steel (aluminum) prefabricated structures, mainly to prefabricated portal beams operated under high dynamic loads, in particular, to beams of industrial equipment for surface treatment. The technical problem of the utility model is high metal consumption and high inertia (low speed of change of the motion vector) of the beam, respectively, the impossibility of using such a beam for the dynamic operation of loaded systems. The technical problem is solved by the design of the portal beam containing the upper and lower chords connected to a pair of vertical walls. The upper and lower chords, placed symmetrically with respect to each other, are made in the form of metal or composite profiles with a double cross section, between which a jumper is fixed, also made of a profile with a double cross section, oriented perpendicular to the upper and lower chords, forming with them I-beam One of the vertical walls is made in the form of a channel, fixed to the lintel by bolted connections with preliminary application of glue to the connecting surfaces. In this case, the lintel, the channel and the vertical wall are fixed to the belts both from above and below by means of bolted joints with preliminary application of glue to the connecting surfaces. The vertical wall and channel can be fixed to the chords and the web from one common side, and the vertical wall can have an X-shaped perforation. In this case, the vertical wall and the channel are additionally fastened to each other by spot welding performed at the joints between the X-shaped perforation of the vertical wall. The technical result is a decrease in metal consumption and specific density of the structure, while maintaining the strength characteristics for torsion and bending, which makes it possible to use this structure for highly dynamic loaded systems without the risk of deformation of the gantry geometry during its operation.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения (станкостроения), в частности к стальным (алюминиевым) сборным конструкциям, преимущественно к сборным портальным балкам, эксплуатируемым в условиях высоких динамических нагрузок, в частности, к балкам промышленного оборудования по обработке поверхностей.The utility model relates to the field of mechanical engineering (machine tool construction), in particular to steel (aluminum) prefabricated structures, mainly to prefabricated portal beams, operated under high dynamic loads, in particular, to beams of industrial equipment for surface treatment.

Известны: металлическая балка (патент RU 2105843 C1), включающая пояса, плоскую перфорированную стенку, поперечные опорные и продольные подкрепляющие ребра жесткости; металлическая балка с мультигофрированной стенкой (патент RU 91584 U1), содержащая сжатый и растянутый пояса, соединенные поперечно-гофрированной стенкой. Недостатками приведенных конструкций является низкая технологичность при изготовлении балок, а также сложность выставления и соблюдения заданной геометрии боковых стенок при сборке балок путем сварки боковых стенок к поясам.Known: a metal beam (patent RU 2105843 C1), including belts, a flat perforated wall, transverse support and longitudinal reinforcing ribs; a metal beam with a multi-corrugated wall (patent RU 91584 U1), containing compressed and stretched belts connected by a transverse corrugated wall. The disadvantages of the above structures are low manufacturability in the manufacture of beams, as well as the complexity of setting and observing the given geometry of the side walls when assembling the beams by welding the side walls to the chords.

В качестве ближайшего аналога выбрана «высокоресурсная портальная двухстенчатая подкрановая балка» (патент RU 2677375 C1), состоящая из верхнего и нижнего пояса, соединенных с парой вертикальных стенок. Пояса выполнены из портальных симметрично размещенных относительно горизонтальной оси рельсов. Каждая пара вертикальных стенок каждого из рельсов снабжена горизонтальными рядами отверстий с регулярным шагом и соединена высокоресурсными шпильками с шайбами. Соединенные между собой пара портальных рельсов и пара вертикальных стенок образуют замкнутый контур, обладающий аномально высоким моментом инерции при кручении.As the closest analogue, a "high-resource portal two-wall crane girder" (patent RU 2677375 C1) was selected, consisting of an upper and a lower chord connected to a pair of vertical walls. The belts are made of portal rails symmetrically placed relative to the horizontal axis. Each pair of vertical walls of each of the rails is provided with horizontal rows of holes with regular spacing and connected by high-resource pins with washers. A pair of portal rails and a pair of vertical walls connected to each other form a closed loop with an abnormally high moment of inertia during torsion.

Недостатком этого устройства является высокая металлоемкость конструкции, соответственно, высокая удельная плотность, что оказывает дополнительную нагрузку на опорные устройства и высокую инерцию при динамических нагрузках.The disadvantage of this device is the high metal consumption of the structure, respectively, the high specific density, which imposes an additional load on the support devices and high inertia under dynamic loads.

Известное решение принято за прототип полезной модели.The well-known decision was made for the prototype of the utility model.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: портальная балка, содержащая верхний и нижний пояса, соединенные с парой вертикальных стенок, снабженных горизонтальными рядами отверстий.For the claimed device revealed the following common with the prototype essential features: a portal beam containing an upper and lower chord, connected to a pair of vertical walls, equipped with horizontal rows of holes.

Технической проблемой полезной модели является высокая металлоемкость и высокая инерционность (низкая скорость смены вектора движения) балки, соответственно, невозможность использования такой балки для динамичной работы нагруженных систем.The technical problem of the utility model is the high metal consumption and high inertia (low speed of changing the motion vector) of the beam, respectively, the impossibility of using such a beam for the dynamic operation of loaded systems.

Техническая проблема решается за счет конструкции портальной балки, содержащей верхний и нижний пояса, соединенные с парой вертикальных стенок, снабженных горизонтальными рядами отверстий, отличающейся от прототипа тем, что верхний и нижний пояса, размещенные симметрично относительно друг друга, выполнены в виде металлических или композитных профилей с двойным крестовым сечением, между которыми закреплена перемычка, выполненная также из профиля с двойным крестовым сечением, ориентированная перпендикулярно по отношению к верхнему и нижнему поясу, образуя с ними двутавр. Одна из вертикальных стенок выполнена в виде швеллера, закрепленного к перемычке болтовыми соединениями с предварительным нанесением клея на соединяющиеся поверхности. При этом перемычка, швеллер и вертикальная стенка закреплены к поясам как сверху, так и снизу при помощи болтовых соединений с предварительным нанесением клея на соединяющиеся поверхности. Вертикальная стенка и швеллер могут быть закреплены к поясам и перемычке с одной общей стороны, а вертикальная стенка может иметь Х-образную перфорацию. При этом вертикальная стенка и швеллер дополнительно скреплены между собой точечной сваркой, выполненной на стыках между Х-образной перфорации вертикальной стенки.The technical problem is solved due to the design of a portal beam containing upper and lower chords connected to a pair of vertical walls equipped with horizontal rows of holes, which differs from the prototype in that the upper and lower chords, placed symmetrically relative to each other, are made in the form of metal or composite profiles with a double cross section, between which a lintel is fixed, also made of a profile with a double cross section, oriented perpendicularly to the upper and lower chords, forming an I-beam with them. One of the vertical walls is made in the form of a channel, fixed to the lintel by bolted connections with preliminary application of glue to the connecting surfaces. In this case, the lintel, the channel and the vertical wall are fixed to the belts both from above and below by means of bolted connections with preliminary application of glue to the connecting surfaces. The vertical wall and the channel can be fixed to the chords and the web from one common side, and the vertical wall can have an X-shaped perforation. In this case, the vertical wall and the channel are additionally fastened to each other by spot welding performed at the joints between the X-shaped perforations of the vertical wall.

Техническая сущность предложенного устройства поясняется чертежами, где:The technical essence of the proposed device is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 - портальная балка (вид в сечении);in fig. 1 - portal beam (sectional view);

на фиг. 2 - портальная балка (вид спереди);in fig. 2 - portal beam (front view);

на фиг. 3 - портальная балка (общий вид).in fig. 3 - portal beam (general view).

В качестве примера, на фиг. 1 показано сечение портальной балки промышленного станка по обработке поверхностей, содержащей одинаковые верхний и нижний пояса 1, выполненные из профиля с двойным крестовым сечением, симметрично размещенные относительно друг друга и соединенные с парой вертикальных стенок, причем одна из вертикальных стенок выполнена в виде швеллера 5. Двойное крестовое сечение представляет собой два крестообразных профиля, соединенные между собой путем экструзии. Профиль с двойным крестовым сечением снабжен канавками со стенками для потайного крепления гаек болтового соединения 4 (на фиг. не показано). Между поясами 1 крепится перемычка 3, выполненная из профиля с двойным крестовым сечением, ориентированная перпендикулярно по отношению к верхнему и нижнему поясу 1 и уменьшающая гибкость вертикальной стенки 2. By way of example, in FIG. 1 shows a cross-section of a portal beam of an industrial machine for surface treatment, containing the same upper and lower chords 1, made of a profile with a double cross section, symmetrically placed relative to each other and connected to a pair of vertical walls, one of the vertical walls in the form of a channel 5. The double cross-section is made up of two cross-shaped profiles connected by extrusion. The profile with a double cross-section is provided with grooves with walls for secret fastening of the nuts of the bolted connection 4 (not shown in the figure). Between the chords 1 a jumper 3 is attached, made of a profile with a double cross section, oriented perpendicular to the upper and lower chords 1 and reducing the flexibility of the vertical wall 2.

Профили 1 и 3 могут быть выполнены из легкого металла, например, алюминия или композита, например, полимербетона.Profiles 1 and 3 can be made of light metal, such as aluminum, or a composite, such as polymer concrete.

Вертикальные стенки 2, 5 снабжены горизонтальными рядами сквозных отверстий с регулярным шагом.Vertical walls 2, 5 are provided with horizontal rows of through holes with regular spacing.

Швеллер 5 закреплен к перемычке 3 болтовыми соединениями 4 с предварительным нанесением клея на соединяющиеся поверхности.Channel 5 is fixed to the lintel 3 by bolted connections 4 with preliminary application of glue to the connecting surfaces.

Вертикальная стенка 2, пояса 1 и перемычка 3 как сверху, так и снизу соединены болтовым соединением 4 с предварительным нанесением на соединяющиеся поверхности клея. The vertical wall 2, the chord 1 and the bridge 3, both from the top and from the bottom, are connected by a bolted joint 4 with a preliminary application of glue to the connecting surfaces.

В одном из вариантов изготовления (см. фиг.2, фиг.3), вертикальная стенка 2 может иметь, например, Х-образную перфорацию. Кроме того, вертикальная стенка 2 и швеллер 5 могут быть закреплены к поясам 1 и перемычке 3 с одной общей стороны, на которой будет установлено исполнительное устройство или каретка (например, печатная голова промышленного принтера), для усиления (на фигурах показана для примера правая сторона), и дополнительно скреплены между собой точечной сваркой, выполненной на стыках между Х-образной перфорацией вертикальной стенки 2. Точечная сварка, как и клей, дополнительно усиливает фиксацию боковых стенок 2, 5 с поясами 1 и перемычкой 3. Использование Х-образной перфорации снижает металлоемкость боковой стенки при сохранении необходимых физико-технических свойств для обеспечения прочности всей конструкции портальной балки на изгиб и кручение при высокой динамике работы.In one embodiment (see FIG. 2, FIG. 3), the vertical wall 2 can have, for example, an X-shaped perforation. In addition, the vertical wall 2 and the channel 5 can be fixed to the chords 1 and the web 3 on one common side, on which the actuator or carriage (for example, the print head of an industrial printer) will be installed, for reinforcement (the figures show for example the right side ), and additionally fastened to each other by spot welding performed at the joints between the X-shaped perforation of the vertical wall 2. Spot welding, like glue, additionally enhances the fixation of the side walls 2, 5 with chords 1 and a bridge 3. The use of X-shaped perforation reduces metal consumption of the side wall while maintaining the necessary physical and technical properties to ensure the strength of the entire structure of the portal girder in bending and torsion with high dynamics of work.

Испытания показали, что двойное крестовое сечение профилей позволяет сделать ее простой в изготовлении, снизить металлоемкость и инерционность балки, сохранив устойчивость к деформации и изгибу в направлениях действия динамических нагрузок. Использование боковой вертикальной стенки 2 и швеллера 5 дополнительно повышает сопротивление всей портальной балки к воздействию на кручение и изгиб, исключая деформацию портальной балки при заданных нагрузках.Tests have shown that the double cross-section of the profiles makes it easy to manufacture, reduce the metal consumption and inertia of the beam, while maintaining resistance to deformation and bending in the directions of action of dynamic loads. The use of a side vertical wall 2 and a channel 5 additionally increases the resistance of the entire portal girder to torsion and bending, eliminating the deformation of the gantry girder under given loads.

Пример процесса изготовления.An example of a manufacturing process.

Портальная балка изготавливается, например, из алюминиевого профиля 100×50 мм, с двойным крестовым сечением - верхний и нижний пояса 1, а также перемычка 3 выполняются из одинакового профиля и крепятся друг с другом, симметрично оси Х, по двутавровой геометрии, то есть, получая сечение, близкое по форме к букве «I». Крепеж осуществляется болтовыми соединениями 4 с предварительным нанесением на соединяющиеся поверхности клея. Применение двутаврового закрепления профилей позволяет избежать таких проблем, как изгибы, кручение и деформация геометрии портальной балки. Затем одна из сторон портальной балки (на фиг. 1 показана в качестве примера справа) усиливается двумя элементами - боковой вертикальной стенкой 2 и швеллером 5. Сначала швеллер 5 П-образной формы без перфорации крепится к перемычке 3 болтовыми соединениями 4, с предварительным нанесением клея. Затем боковая стенка 2, заранее перфорированная Х-образными вырезами, крепится к верхнему и нижнему поясу 1 болтовыми соединениями 4, также с предварительным нанесением клея. В самом конце после отвердевания клея швеллер 5 и боковая стенка 2 дополнительно скрепляются между собой точечной сваркой 6, выполненной на стыках между Х-образной перфорацией вертикальной стенки 2.The portal girder is made, for example, of an aluminum profile 100 × 50 mm, with a double cross-section - the upper and lower chords 1, as well as the lintel 3 are made of the same profile and are attached to each other, symmetrically to the X axis, according to I-beams, that is, getting a cross-section close in shape to the letter "I". Fastening is carried out by bolted joints 4 with preliminary application of glue to the connecting surfaces. The use of I-beam fastening avoids problems such as bends, torsion and deformation of the gantry geometry. Then one of the sides of the portal girder (in Fig. 1 is shown as an example on the right) is reinforced with two elements - a side vertical wall 2 and a channel 5. First, a U-shaped channel 5 without perforation is attached to the lintel 3 with bolted joints 4, with preliminary application of glue ... Then the side wall 2, pre-perforated with X-shaped cutouts, is attached to the upper and lower chord 1 with bolted joints 4, also with preliminary application of glue. At the very end, after the glue has hardened, the channel 5 and the side wall 2 are additionally fastened together by spot welding 6, made at the joints between the X-shaped perforation of the vertical wall 2.

Шаг сварки определяется в зависимости от шага перфорации.The welding pitch is determined depending on the perforation pitch.

Портальная балка работает следующим образом.The portal beam works as follows.

Портальная балка является частью несущей конструкции промышленного оборудования по обработке поверхностей. Балка устанавливается на стойки, размещаемые на направляющих рабочей поверхности стола оборудования. По этим направляющим происходит фронтальное передвижение балки вдоль рабочего стола при помощи шарико-винтовой пары. Перемещение балки вдоль рабочей поверхности стола осуществляется двумя серводвигателями, установленными с двух сторон балки (на фиг. не показано). После установки портальной балки на рабочую поверхность стола, на нее устанавливается исполнительное устройство или каретка. Масса каретки может достигать до 70 кг. Скорость перемещения до 2-3 м/сек. Примером каретки служит печатная голова промышленного принтера. Приводом перемещения каретки вдоль балки служит линейный двигатель, установленный на балке (на фиг. не показано). Вся несущая конструкция обеспечивает высокоточную или прецизионную обработку поверхностей, таких как, высокоточная печать, резка материалов, заливка и черчение, 2D и 3D печать, шлифовка и прочее.The gantry is part of the supporting structure of industrial surface treatment equipment. The beam is installed on racks placed on the rails of the working surface of the equipment table. Along these guides, the frontal movement of the beam along the working table occurs with the help of a ball screw. The movement of the beam along the working surface of the table is carried out by two servomotors installed on both sides of the beam (not shown in the figure). After installing the portal girder on the working surface of the table, an actuator or carriage is installed on it. The carriage weight can be up to 70 kg. Travel speed up to 2-3 m / s. An example of a carriage is the print head of an industrial printer. The drive for moving the carriage along the beam is a linear motor mounted on the beam (not shown in the figure). The entire supporting structure provides high-precision or precision surface treatment, such as high-precision printing, material cutting, pouring and drawing, 2D and 3D printing, grinding and more.

Техническим результатом является снижение металлоемкости и удельной плотности конструкции, при сохранении прочностных характеристик на кручение и изгиб, что позволяет применять данную конструкцию для высокодинамичных нагруженных систем без риска деформации геометрии портальной балки при ее работе.The technical result is a decrease in metal consumption and specific density of the structure, while maintaining the strength characteristics for torsion and bending, which makes it possible to use this structure for highly dynamic loaded systems without the risk of deformation of the geometry of the portal beam during its operation.

Claims

1. A portal girder containing an upper and lower chord connected to a pair of vertical walls provided with horizontal rows of holes, characterized in that the upper and lower chords, placed symmetrically relative to each other, are made in the form of metal or composite profiles with a double cross section, between with which a jumper is fixed, also made of a profile with a double cross-section, oriented perpendicular to the upper and lower chord, forming an I-beam with them; one of the vertical walls is made in the form of a channel, fixed to the lintel by bolted connections with preliminary application of glue to the connecting surfaces, while the lintel, channel and vertical wall are fixed to the belts both from above and below using bolted connections with preliminary application of glue to the connecting surfaces ...

2. Portal beam according to claim 1, characterized in that the vertical wall and the channel are fixed to the chords and the web from one common side.

3. The gantry girder according to claim 1, wherein the vertical wall has an X-shaped perforation.

4. A portal beam according to claim 3, characterized in that the vertical wall and the channel are additionally fastened to each other by spot welding performed at the joints between the X-shaped perforations of the vertical wall.