Прогонна балка

1. Прогонна балка, переважно для кранів мостового типу, яка містить верхній та нижній пояси, що з'єднані стінками, які послідовно встановлені вздовж повздовжньої осі балки з протилежним нахилом суміжних стінок під кутом  до осі балки, яка відрізняється тим, що кут  є параметром моменту опору поперечного перерізу балки і визначається в залежності від величини згинального моменту в відповідному поперечному перерізі балки та збільшується до центру балки. 2. Прогонна балка за п. 1, яка відрізняється тим, що кут  визначається за формулою: Винахід відноситься до галузі піднімальнотранспортних машин, а саме до прогонних балок переважно для кранів мостового типу. Відома прогонна балка, переважно для кранів мостового типу, що містить верхній та нижній пояси, що з'єднані паралельними стінками, які розташовані вздовж повздовжньої осі балки [1]. Така конструкція є базовою для прогонних балок вказаного призначення та має однакові поперечні перерізи уздовж повздовжньої осі балки, а саме - у вигляді короба. Недоліками відомої прогонної балки є її висока металомісткість та недостатня просторова жорсткість, внаслідок нерівномірності розподілу напру жень у поперечних перерізах уздовж повздовжньої осі балки. Відома прогонна балка, переважно для кранів мостового типу, що містить верхній та нижній пояси, що з'єднані стінками у вигляді симетричної хвилі, або синусоїдальної з постійним радіусом або пилкоподібної з постійним кутом у вершині [2]. Ця прогонна балка має однакове конструктивне виконання вздовж повздовжньої осі балки, яке не враховує зростання напружень до центру прогонної балки. Таке рішення не забезпечує просторову жорсткість балки, внаслідок нерівномірності розподілу напружень на елементи в поперечних перерізах уздовж повздовжньої осі балки.  1,2... 1,4  Б  n  arccos   РЕАЛ n  де  РЕАЛ n    ,   2 3HW n  Ba 3  3BaH  a 2 H  2a  3 ,  n - кут  у відповідному секторі балки; Mn - величина моменту опору поперечного  перерізу у відповідному секторі балки, м3;  Б - товщина стінки у базовому варіанті балки, м; Н – висота балки, м; В – ширина балки, м; а – товщина поясу, м; М – величина згинального моменту в відповідному секторі, Н·м;  - величина допустимої напруги, Па; n - номер відповідного сектора, починаючи з середини балки. (19) UA (11) 94011 (13) C2 Wn  3 94011 Відома прогонна балка, переважно для кранів мостового типу, що містить верхній та нижній пояси, які з'єднані стінками, послідовно встановленими вздовж повздовжньої осі балки з протилежним нахилом суміжних стінок під кутом а , що лежить в діапазоні від 30 до 60°до повздовжньої осі балки [3]. У цієї прогонної балки стінки встановлені з однаковим нахилом, тому вона має однакове конструктивне виконання вздовж повздовжньої осі балки, яке не враховує зростання напружень в напрямі до центру прогонної балки. Таке рішення не забезпечує просторову жорсткість балки, внаслідок нерівномірності розподілу напружень на елементи в поперечних перерізах уздовж повздовжньої осі балки. Задачею винаходу, що заявляється, є створення прогонної балки, у якої досягнуто підвищення просторової жорсткості балки за рахунок рівномірного розподілу напружень на елементи в поперечних перерізах уздовж повздовжньої осі балки та можливість виконання балки рівного опору. Для вирішення поставленої задачі, у відомій прогонній балці, переважно для кранів мостового типу, що містить верхній та нижній пояси, які з'єднані стінками, які послідовно встановлені вздовж повздовжньої осі балки з протилежним нахилом суміжних стінок під кутом  до осі балки, згідно до винаходу, кут  нахилу стінок до повздовжньої осі балки є параметром моменту опору поперечного перерізу балки і визначається в залежності від величини згинального моменту в відповідному поперечному перерізі балки та збільшується до центру балки. В окремому варіанті виконання кут а визначається за формулою:  1,2... 1,4  Б  n  arccos   РЕАЛ n      де  РЕАЛ n   2 3HW n  Ba 3  3BaH  a 2 H  2a  3 n - кут  у відповідному секторі балки; M Wn  n - величина моменту опору попереч ного перерізу у відповідному секторі балки, м3; Б - товщина стінки у базовому варіанті балки, м; Η - висота балки, м; В - ширина балки, м; а - товщина поясу, м; Μ - величина згинального моменту в відповідному секторі, Н·м; [] - величина допустимої напруги, Па; n - номер сектору, починаючи з середини балки. На Фіг. 1 відображена прогонна балка, що заявляється (вид зверху); на Фіг. 2 - прогонна балка, 4 що заявляється (вид збоку); на Фіг. 3 - переріз А-А Фіг. 2; на Фіг. 4 - місцевий вигляд D Фіг. 1; на Фіг. 5 - розрахункова схема прогонної балки, що заявляється; на Фіг. 6 - епюра згинального моменту для розрахунку прогонної балки, що заявляється; на Фіг. 7 - переріз прогонної балки [1], яка вибрана у якості базової. Прогонна балка містить верхній пояс 1, нижній пояс 2 та стінки 3, які примикають до внутрішніх поверхонь поясів 1 та 2. Стінки 3 послідовно встановлені під кутом  вздовж повздовжньої осі балки з протилежним нахилом суміжних стінок 3. Кут  є параметром моменту опору поперечного перерізу балки і визначається в залежності від величини згинального моменту в відповідному поперечному перерізі балки, який розташований у відповідному секторі балки. Кут  нахилу стінок до повздовжньої осі балки збільшується в напрямку до центру балки С. Кут  в окремому варіанті виконання визначається за формулою:  1,2... 1,4  Б  n  arccos   РЕАЛ n      де  РЕАЛ n   2 3HW n  Ba 3  3BaH  a 2 H  2a  3 аn - кут  у відповідному секторі балки; M Wn  n - величина моменту опору попереч ного перерізу у відповідному секторі балки, м3; Б - товщина стінки у базовому варіанті балки [1], м (див. Фіг. 7); Η - висота балки, м; В - ширина балки, м; а - товщина поясу, м; Μn - величина згинального моменту в відповідному секторі балки, Н·м; [] - величина допустимої напруги, Па; n - номер відповідного сектора, починаючи з середини балки. Для реалізації вказаного винаходу необхідно визначити значення кута  нахилу кожної стінки 3 до повздовжньої осі балки у відповідному секторі балки, які позначені як L1, L2, L3 та Ln (див. Фіг. 5, Фіг. 6). Приклад розрахунку кута  наведений нижче. Для визначення кута  розглянемо схему навантаження прогонної балки, яка наведена на Фіг. 5. Для розрахунку були надані наступні параметри: - маса вантажу Q=16 т; - прогін балки L=16,5 м; - маса балки МБ=2600 кг; - маса вантажного візка ΜT=9000 кг; - висота балки Η=0,9 м; - ширина балки В=0,35 м; - товщина поясу а=0,008 м; 5 94011 - товщина стінки у базовому варіанті балки Б=0,006 м; - допустима напруга []=120 МПа; Розрахунок величини кута  стінки 3 до повздовжньої осі балки відбувається наступним чином (див. Фіг. 5): Визначається навантаження Ρ та q:  L2 q  2 L  M1  R1   2 2 W1  Визначаємо максимальну величину згинального моменту в відповідному секторі L1] балки (згинальний момент М1 у першому перетині)   2 3HW1  Ba3  3BaH  a 2 H  2a3  M   558440  0,00465 м3 . 120000000 Визначаємо 5РЕАЛ1 для 1-ї стінки:  2  3  0,9  0,00465  0,35  0,0083  3  0,35  0,008  0,95  0,0082 0,9  2  0,008 3 Отримуємо кут а і нахилу 1-ї стінки:  1 2... 1 4  Б , ,  1  arccos   РЕАЛ 1   558440 H  м. Розрахунок величини кута 1 стінки 3 до повздовжньої осі балки у секторі L1 визначається наступним чином: Визначається необхідний момент опору для 1ї стінки: L L2 16,5 16,5 2 q 122625   1546  2 2  2 2  74067 H . L 16,5 РЕАЛ 1      6). Визначаємо реакцію опори R1: R1   Будуємо епюру згинального моменту (див. Фіг. 2 2 Mб  g 2600 * 9,81 q   1546 H / м . L 16,5 P      16,5 2 1546    2 16,5   74067   2 2 Q  MT   g  16000  9000  9,81  122625 H ; P 6   0,017 м. За епюрою згинального моменту та довжиною 1-го сектору L1 визначаємо величину згинального моменту для 2-го сектора L2:    arccos 1,33  0,006   62  .    0,0117      M2=547591H·м3. Для визначення кута 2 нахилу наступної стінки визначаємо довжину 1-го сектору: Потім визначаємо необхідний момент опору для 2-ї стінки: L1=(B-РЕАЛ1)·tg(90-1)=(0,35-0,017)·tg(9062)=0,177м. W2  M2 547591   0,00456 м3 .  120000000 РЕАЛ2 визначаємо наступним чином: РЕАЛ 2     2 3HW2  Ba3  3BaH  a 2 H  2a3  2  3  0,9  0,00456  0,35  0,0083  3  0,35  0,008  0,95  0,008 2 0,9  2  0,008 3 Отримуємо кут 2 нахилу 2-ї стінки:  1 2... 1 4  Б , ,  2  arccos   РЕАЛ 2   ,   arccos 133  0,006   61   0,0163         0,0163 м. За епюрою згинального моменту та довжиною 2-го сектору L2 визначаємо величину згинального моменту для 3-го сектора L3: М3=536052Н·м. Для визначення кута нахилу 3 наступної стінки визначаємо довжину 2-го сектору L2: Потім визначаємо необхідний момент опору для 3-ї стінки: L2=(B-РЕАЛ2)·tg(90-2)=(0,35-0,0163)·tg(9061)=0,187м. W3  M3 536052   0,00447 м3 .  120000000 7 94011 8 Визначаємо РЕАЛ3: РЕАЛ 3     2 3HW3  Ba3  3BaH  a 2 H  2a3  2  3  0,9  0,00447  0,35  0,0083  3  0,35  0,008  0,95  0,0082 0,9  2  0,008 3 Отримуємо кут 3 нахилу 3-ї стінки:  1 2... 1 4  Б , ,  3  arccos   РЕАЛ 3   ,   arccos 133  0,006   59  .    0,0156      Далі послідовно визначаємо величини кутів вертикальних стінок до досягнення кінця прогону симетрично відносно центру балки С За рахунок збільшення кута нахилу а стінок 3 до повздовжньої осі балки в напрямку до центру балки С збільшується відносна кількість стінок 3 у центрі балки С, забезпечується підвищення просторової жорсткості балки за рахунок рівномірного   0,0156 м. розподілу напружень на елементи в поперечних перерізах уздовж повздовжньої осі балки. Таким чином, забезпечується можливість виконання балки рівного опору. Джерела інформації: 1. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. СПб.: Политехника, 2005, с. 368. 2. Авторське свідоцтво СРСР № 1533988, Μ. кл. В66С6/00, 07.01.1990. 3. Авторське свідоцтво СРСР № 470471, Μ. кл. В66С6/00, 05.04.1973 (прототип). 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 94011 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601