RU2478557C2

RU2478557C2 - Crane girder

Info

Publication number: RU2478557C2
Application number: RU2011122335/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Григорьевич Белый; Григорий Иванович Белый; Анатолий Борисович Цветков; Борис Сергеевич Лапшин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭРКОН"
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2013-04-10
Also published as: RU2011122335A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to construction, particularly, to overhead crane girders. Carne girder is composed of top and bottom belts, vertical wall, and vertical crosswise ribs. Girder vertical wall top part features V-like shape extending from top belt to neutral axis. Said wall is composed of one vertical sheet and two symmetric inclined flat sheets secured, by their one side over girder length, to vertical sheet and, by other side, to top belt. Vertical crosswise ribs are arranged at definite spacing and secured to girder bottom belt, vertical sheet and inclined sheets.

EFFECT: increased cyclic load at girders at severe operating conditions.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а точнее к подкрановым балкам, преимущественно для мостовых кранов с интенсивным тяжелым режимом работы в «горячих» цехах, например в мартеновских или конвекторных цехах.The invention relates to the field of construction, and more specifically to crane girders, mainly for bridge cranes with intensive heavy duty in “hot” workshops, for example, in open-hearth or convection workshops.

Известна конструкция сварных балок, применяемых в настоящее время для подкрановых сооружений для тяжелых режимов работы в металлургических цехах (А.А.Васильев, Металлические конструкции, М., Стройиздат, 1979 г., стр.174, рис.VII.21а). Балки указанной конструкции достаточно хорошо изучены в процессе их эксплуатации, разработаны подробные нормативные требования по прочностным расчетам и конструированию балок такого типа.The known design of welded beams that are currently used for crane structures for heavy duty in metallurgical shops (A.A. Vasiliev, Metal structures, M., Stroyizdat, 1979, p. 174, Fig. VII.21a). Beams of this design are well studied in the process of their operation, detailed regulatory requirements for strength calculations and design of beams of this type have been developed.

Вместе с тем, как показывает опыт эксплуатации существующих в настоящее время подкрановых балок в условиях тяжелого и весьма тяжелого режима работы с крановыми нагрузками до 450 т, долговечность отдельных узлов и циклический ресурс не обеспечивается на достаточном уровне, что характеризуется усталостными трещинами, прежде всего, в верхней зоне стенки.At the same time, as experience shows the operation of the currently existing crane beams in the heavy and very difficult operating conditions with crane loads up to 450 tons, the durability of individual nodes and the cyclic life are not ensured at a sufficient level, which is characterized by fatigue cracks, primarily in the upper zone of the wall.

Как показывает анализ деформировано-напряженного состояния указанной конструкции, причиной образования усталостных трещин могут быть местные крутящие моменты и соответствующие «крутильные» деформации в зоне - «верхний пояс - вертикальная стенка». Местные крутящие моменты являются следствием инерционных нагрузок от перемещений крановой тележки и возможного эксцентриситета при передаче вертикальной нагрузки на верхний пояс балки относительно стенки.As the analysis of the strain-stress state of the indicated structure shows, the cause of fatigue cracks can be local torques and the corresponding "torsional" deformations in the zone - "upper belt - vertical wall". Local torques are the result of inertial loads from the movements of the crane truck and possible eccentricity when transmitting a vertical load to the upper belt of the beam relative to the wall.

Известна также конструкция подкрановой балки со сменной подрельсовой частью (Б.Н.Васюта, Основные результаты исследований и практический опыт проведения мероприятий по повышению долговечности подкрановых конструкций на предприятиях г.Новосибирска, Промышленная безопасность, специальный выпуск, сентябрь, 2004, Промышленная безопасность в металлургической промышленности, стр.20-23).Also known is the design of a crane beam with a removable rail section (B.N. Vasyuta, Main research results and practical experience in measures to increase the durability of crane structures at Novosibirsk enterprises, Industrial safety, special issue, September, 2004, Industrial safety in the metallurgical industry pg. 20-23).

Предложенное конструктивное решение заключается в выделении из состава балки сменной подрельсовой части из прокатного профиля колонного или широкополочного профиля. Несущая часть выполняется из тонкостенного сварного двутавра. Соединение частей осуществляется на высокопрочных болтах, что обеспечивает разъемность и совместность работы.The proposed constructive solution consists in isolating from the beam structure a replaceable rail part from a rolling profile of a column or wide-shelf profile. The bearing part is made of a thin-walled welded double tee. The parts are connected on high-strength bolts, which ensures detachability and compatibility of work.

Следует отметить, что крутящие моменты, которые возникают при перемещении крановой тележки и эксцентриситета от приложения вертикальной нагрузки на верхний пояс балки, создадут циклические нагрузки в сварных швах в зоне - «верхний пояс - верхняя часть стенки». Поскольку крутильная жесткость системы недостаточна и деформации верхнего пояса относительно стенки могут быть в значительных пределах.It should be noted that the torques that arise when the crane truck and eccentricity are moved from applying a vertical load to the upper beam zone will create cyclic loads in the welds in the zone - “upper belt - upper part of the wall”. Since the torsional stiffness of the system is insufficient and the deformation of the upper belt relative to the wall can be in significant limits.

Помимо этого, рассматриваемая конструкция балки сложна в изготовлении вследствие повышенной металлоемкости и большого количества деталей и соединений, надежность конструкций в целом понижена.In addition, the beam structure under consideration is difficult to manufacture due to increased metal consumption and a large number of parts and connections, the reliability of the structures as a whole is reduced.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является подкрановая конструкция, образованная трехглавым рельсом, который состоит из центральной главы, боковых глав, шейки и подошвы; подкрановая балка содержит стенку, верхний пояс, состоящий из двух гнутых накладок лоткообразной формы; лоткообразные накладки соединены друг с другом высокопрочными болтами через стенку подкрановой балки (Нежданов К.К., Нежданов А.К., Патент RU 2067075 C1, дата публикации 27.09.1996 г.).The closest in technical essence and the achieved result is a crane structure formed by a three-headed rail, which consists of a central chapter, side chapters, neck and sole; the crane beam contains a wall, an upper belt, consisting of two bent pads of a tray-shaped form; tray-shaped pads are connected to each other by high-strength bolts through the wall of the crane beam (Nezhdanov K.K., Nezhdanov A.K., Patent RU 2067075 C1, publication date 09/27/1996).

В рассматриваемой конструкции решены вопросы повышения долговечности конструкции за счет создания замкнутого контура, образованного верхним поясом балки и лоткообразными накладками, что значительно снижает циклические деформации балки от крутящих моментов, которые вызываются инерционными нагрузками при перемещении крановой тележки и эксцентриситетом от приложения вертикальной нагрузки. Помимо этого, возрастает общая устойчивость балки при изгибе, так как значительно увеличивается момент инерции (J_у) относительно вертикальной оси симметрии балки. В несколько раз возрастает момент инерции на кручение, что снижает касательные напряжения и, соответственно, деформации от крутящего момента (М_к) вокруг продольной оси балки.In the design under consideration, the issues of increasing the durability of the structure due to the creation of a closed loop formed by the upper belt of the beam and tray-shaped overlays are solved, which significantly reduces the cyclic deformation of the beam from torques caused by inertial loads when moving the crane truck and the eccentricity from the application of vertical load. In addition, the overall stability of the beam during bending increases, since the moment of inertia (J _y ) relative to the vertical axis of symmetry of the beam increases significantly. The torsion moment of inertia increases several times, which reduces shear stresses and, accordingly, deformations from the torque (M _k ) around the longitudinal axis of the beam.

Вместе с тем, включение в работу балки на изгиб подкранового рельса снижает надежность работы конструкции в целом, поскольку поверхность головки рельса при контакте с колесами тяжело нагруженного крана совместно с сжимающими напряжениями имеют место быть околопредельные контактные напряжения.At the same time, the inclusion in the work of the beam to bend the crane rail reduces the reliability of the structure as a whole, since the surface of the rail head in contact with the wheels of a heavily loaded crane together with compressive stresses have near-limit contact stresses.

Помимо этого, подкрановый рельс, используемый в качестве верхнего пояса балки, осложняет корректировку колеи кранового пути в случае необходимости.In addition, the crane rail, used as the upper belt of the beam, complicates the adjustment of the track gauge if necessary.

Как известно (Надежность технических систем, Справочник. Ю.К.Бегеев и др., М., Радио и связь, 1985 г.), относительно большое количество нестандартных элементов в конструкции снижает ее надежность и долговечность.As you know (Reliability of technical systems, Reference. Yu.K. Begeev et al., M., Radio and communications, 1985), a relatively large number of non-standard elements in the design reduces its reliability and durability.

Рассматривая поперечный разрез подкрановой балки на Фиг.1 (Патент RU 2067075 C1), следует отметить, что контур, образованный трехглавым рельсом, гнутыми лоткообразными накладками и верхней частью стенки, представляет собой геометрически изменяемую систему, что при больших вертикальных нагрузках в сочетании с крутящими моментами приведет к повышенной изгибной деформативности и может обуславливать «раскачивание» верхней грани стенки, и, как следствие, к трещинообразованию, при работе крана.Considering the cross-section of the crane beam in Fig. 1 (Patent RU 2067075 C1), it should be noted that the contour formed by the three-headed rail, bent tray-shaped plates and the upper part of the wall is a geometrically variable system, which at high vertical loads in combination with torques will lead to increased bending deformability and may cause “swinging” of the upper edge of the wall, and, as a result, to crack formation during operation of the crane.

Наличие нестандартных деталей (трехглавый рельс, гнутые накладки лоткообразной формы) может затруднить изготовление балок предложенной конструкции.The presence of non-standard parts (a three-headed rail, bent lining of a tray-shaped form) can complicate the manufacture of beams of the proposed design.

Таким образом, рассмотрев наиболее удачные конструктивные решения по подкрановым балкам, следует заключить, что необходимо продолжить работу по созданию рациональных конструкций, рассчитанных на весьма тяжелые режимы работы со сверхтяжелыми нагрузками с длительными безаварийными сроками эксплуатации, при этом комплектация при изготовлении должна осуществляться из стандартных деталей и применяемого для таких целей сортамента.Thus, having considered the most successful design solutions for crane beams, it should be concluded that it is necessary to continue work on the creation of rational designs designed for very difficult operating conditions with extra-heavy loads with long trouble-free operation periods, while the equipment in the manufacture should be carried out from standard parts and the assortment used for such purposes.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальная стенка выполнена V-образной в верхней своей части по всей длине балки от верхнего пояса до нейтральной оси, при этом стенка составлена из одного вертикального листа и двух симметрично наклонно расположенных плоских листов, закрепленных одной стороной по всей длине к вертикальному листу, а другой стороной к верхнему поясу балки, при этом по всей длине балки с определенным шагом установлены вертикальные поперечные ребра, которые закреплены только к нижнему поясу, вертикальной стенке и наклонному листу.The goal is achieved in that the vertical wall is made V-shaped in its upper part along the entire length of the beam from the upper belt to the neutral axis, while the wall is composed of one vertical sheet and two symmetrically inclined flat sheets fixed by one side along the entire length to vertical sheet, and the other side to the upper belt of the beam, while along the entire length of the beam with a certain step installed vertical transverse ribs, which are fixed only to the lower belt, vertical wall and lonnomu sheet.

Сопоставление с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что вертикальная стенка балки выполнена V-образной и верхней своей частью представляет собой замкнутую геометрически неизменяемую систему, образованную верхним поясом, вертикальным листом и двух симметрично наклонно расположенных плоских листов, закрепленных одной стороной к вертикальному листу, а другой к верхнему поясу балки.Comparison with the prototype shows that the claimed device is characterized in that the vertical wall of the beam is made V-shaped and its upper part is a closed geometrically unchanged system formed by the upper belt, a vertical sheet and two symmetrically inclined planar sheets fixed one side to the vertical sheet and the other to the upper girdle of the beam.

Таким образом, заявленная конструкция подкрановой балки соответствует критерию - «новизна». Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг.1 показано сечение подкрановой балки, состоящей из верхнего пояса 1, вертикального листа 2, двух симметрично и наклонно расположенных плоских листов 3, которые закреплены по всей длине балки к вертикальному листу 2 у нейтральной оси балки и к верхнему поясу 1, крепление деталей может производиться как на высокопрочных болтах 4, так и на сварке, поперечные ребра 6 закреплены только к нижнему поясу 5, вертикальному листу 2 и наклонным листам 3.Thus, the claimed design of the crane beam meets the criterion of "novelty." The invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a cross-section of a crane beam consisting of an upper belt 1, a vertical sheet 2, two symmetrically and obliquely arranged flat sheets 3, which are fixed along the entire length of the beam to a vertical sheet 2 at the neutral axis of the beam and the upper belt 1, the fastening of parts can be performed both on high-strength bolts 4 and on welding, the transverse ribs 6 are fixed only to the lower belt 5, the vertical sheet 2 and the inclined sheets 3.

Возможен также аналогичный вариант конструкций подкрановой балки на сварных соединениях, при этом сварные швы могут быть с уменьшенным катетом, так как действующие нагрузки распределены по большему количеству сварных швов.A similar version of the crane beam designs on welded joints is also possible, while the welds can be with a reduced leg, since the acting loads are distributed over a larger number of welds.

Разработка предложенной конструкции балки обусловлена необходимостью предотвратить циклические деформации конструкции балки от крутящих моментов, возникающих при движениях крановой тележки, и эксцентриситета от приложения вертикального усилия. Следует отметить, что «живучесть» конструкции определяет не только уровень касательных напряжений, но и уровень деформаций при кручении.The development of the proposed beam design is due to the need to prevent cyclic deformation of the beam structure from the torques arising from the movements of the crane truck, and the eccentricity from the application of vertical force. It should be noted that the “survivability” of the structure determines not only the level of shear stresses, but also the level of deformation during torsion.

Угол закручивания конструкции может быть проверен по формуле:The twist angle of the structure can be checked by the formula:

;

(Н.М.Беляев, Сопротивление материалов, Гос. Изд. научно-технической литературы, 1951 г., стр.213, формула 11, 35),(N.M. Belyaev, Resistance to Materials, State Publishing House of Scientific and Technical Literature, 1951, p. 213, formula 11, 35),

где φ - угол закручиванияwhere φ is the twist angle

l - длина конструкцииl is the length of the structure

М_к - крутящий моментM _to - torque

G - модуль упругости на кручениеG - torsional modulus

J_к - момент инерции кручения.J _to - moment of inertia of torsion.

Следует отметить, что модуль упругости G для стали равен 5·10⁵ кг/см², тогда как модуль упругости при растяжении или сжатии равен 2,1·10⁶ кг/см², иными словами, деформации от кручения при относительно небольших крутящих моментах могут достигать значительных величин, которые при циклических нагрузках могут находиться за пределами допустимого.It should be noted that the elastic modulus G for steel is 5 · 10 ⁵ kg / cm ² , while the elastic modulus in tension or compression is 2.1 · 10 ⁶ kg / cm ² , in other words, torsional deformation at relatively small torques can reach significant values, which under cyclic loads may be outside the permissible.

Помимо отмеченного, угол закручивания конструкции будет уменьшен при использовании геометрически неизменяемого замкнутого сечения (Н.М.Беляев, Сопротивление материалов, Гос. Изд. научно-технической литературы, 1951 г., стр.213, формула 216-217).In addition to the aforementioned, the twist angle of the structure will be reduced when using a geometrically unchanged closed section (N.M. Belyaev, Resistance of Materials, State Publishing House of Scientific and Technical Literature, 1951, p. 213, formula 216-217).

Следует также отметить, что принятое конструктивное решение может повысить общую устойчивость балки при изгибе, т.к. значительно увеличен момент инерции сечения J_у относительно вертикальной оси. Одновременно будет повышена и местная устойчивость сжатого пояса балки (А.А.Васильев, Металлические конструкции, М., Стройиздат, 1979 г., стр.167-168).It should also be noted that the adopted structural solution can increase the overall stability of the beam during bending, because significantly increased the moment of inertia of the cross section J _y relative to the vertical axis. At the same time, the local stability of the compressed beam girder will also be increased (A.A. Vasiliev, Metal Constructions, M., Stroyizdat, 1979, pp. 167-168).

Предложенная конструкция балки может быть также использована при усилении и ремонте существующих балок, вследствие того, что установка дополнительных элементов конструкции не представляет собой повышенной сложности.The proposed beam design can also be used to strengthen and repair existing beams, due to the fact that the installation of additional structural elements does not represent an increased complexity.

Claims

Crane beam formed by upper and lower zones, a vertical wall and vertical transverse ribs, characterized in that the vertical wall along the entire length of the beam is made v-shaped in its upper part from the upper belt to the neutral axis of the beam and is a closed geometrically unchanged system formed a vertical sheet and two symmetrically and obliquely spaced flat sheets that are fixed with one side to the upper belt and the other to a vertical sheet along the entire length of the beam, while transverse vertical ribs secured only to the lower belt and the vertical wall of the girder.