VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Предприятия тяжёлой и средней промышленности являются неотъемлемой части производственной составляющей любого региона. Ремонт и замена рельсовых путей и балок требуют полной или частичной остановки производственного процесса. За каждый день простоя предприятие терпит убытки, во много раз превышающие затраты на ремонт и замену подкрановых конструкций. К примеру, остановка мартеновской печи одного цеха Магнитогорского металлургического приводит к убыткам, эквивалентные сумме которой хватит на замену заменой подкрановых путей во всех цехах. Одной из актуальной проблем, зданий тяжёлой промышленности, в настоящее время является увеличение срока службы подкрановых балок и повышение их эксплуатационных свойств [1].

Для решения проблемы повышения выносливости подкрановых балок предлагается использовать новые, более эффективные профили для подкрановых балок. Авторами были разработаны и запатентованы ряд перспективных профилей [2..5]. Рассмотрим вкратце преимущества данных профилей:

1.Двутавровый профиль (с постоянной гибкостью) (рис.1) содержит полки с параллельными гранями и стенку. Выигрыш в прочности достигается рациональным распределением стали по сечению балки обеспечивается за счёт того, что гибкость его стенки равная отношению высоты стенки к её толщине, не превышает предельную величину гибкости , обеспечивающую устойчивость стенки без промежуточных рёбер жёсткости, и составляет 65 для низколегированной стали. Толщина, высота стенки, её предельная гибкость регламентируются математическими зависимостями, в данном проекте они не приведены, но данный вопрос был рассмотрим в одном из номеров журнала “ Строительная механика и расчёт сооружений ”[3] Площадь сечения профиля распределена в пропорции 50% – стенка профиля 25% – каждая из полок. Отношение ширины полки к её толщине не превышает предельное отношение, обеспечивающее местную устойчивость полки. Из заготовки площадью поперечного сечения A см², такой же как у стандартного профиля, прокатывается двутавровая балка наибольшей прочности, то есть происходит увеличение момента сопротивления W_x см³ примерно до 16%, а жёсткости примерно до 37,5%. На рисунке (Рис.1) ниже изображено само сечение. Так же был разработан сортамент, улучшенный двутавровых профилей [6].

Рис.1Улучшенный двутавр с постоянной гибкостью стенки

В качестве альтернативы описанному выше профилю предлагается использовать подкрановые балки из сборных прокатных профилей [7]. Cборная подкрановая балка (рис.2), содержит два зеркальных расположенных профильных элемента, соединённых сверху и снизу затяжками из листов и имеющих вертикально ориентированные стенки. Зеркальные профильные элементы образуют форму лотков. Горизонтальные отгибы соединены друг с другом сверху и снизу в единое целое затяжками из листов. Затяжки присоединены к отгибам высоко ресурсными соединениями – легированными болтами из стали «40 Х Селект» или заклёпками с внедрёнными в каждую сердечником.

Площадь сечения двух соединённых стенок составляет 38%, двух лотков –15%, а четырёх горизонтальных отгибов и двух затяжек – 47% от всей площади сечения балки.

Сравнивая данный профиль с стандартным то моменты сопротивления повышаются: W_X на 25…28%, момент W_Y на 25…30%.

Моменты инерции повышаются значительно больше J_X на 55…59%, а J_Y на 50…55%. Данный улучшенный профиль имеет следующие преимущества:

• Зеркальные корытообразные элементы симметричны относительно осей х и у прокатаны на прокатном стане и имеют плавные по кривой переходы от стенки к четвертям трубы и затем к горизонтальным отгибам;

• эффективные коэффициенты концентрации напряжений сведены к минимуму, то есть, близки к единице и поэтому выносливость зеркальных профильных элементов наивысшая ;

• соединения зеркальных профильных элементов друг с другом и с затяжками выполнено посредством полых заклёпок с внедрённым в каждую сердечником ;

• трудоёмкость изготовления сведена к минимуму, так как сечение балки состоит из прокатных элементов, и их соединяют, автоматизировано на поточной линии с использованием пиротехнических установок, выполняющих пробитие в пакетах соединяемых элементов с автоматизированной постановкой полых заклёпок;

• балка обладает амортизирующими свойствами из-за лотков сверху и снизу сечения.

Рис. 2 Составная балка из гнутых элементов

h высота сечения;А площадь сечения; q линейная плотность;

b ширина балки;b_св ширина свеса;t_св толщина свеса;t_ст толщина стенки;t_л толщина лотка;t_зат толщина затяжки;D_л внешний диаметр лотка; h_ст высота стенки.

Для повышения выносливости подкрановых балок, в ПГУАС, были изобретены амортизирующиеарочные крановые рельсы [7], приведённые на рис. 3.Рассмотрим его характеристики и сравним его с обычными рельсами (табл. 1, табл. 2).

Рис.3 Поперечное сечение арочного рельса.

1 – арка, 2 – параболические треугольники, 3- подошвы

Рельс	A, см2	Jx, см4	Wx, см3	Jy, см4	Wy, см3	Jp, см4	Масса, кг
АрКР50	38,0	780,9	135,8	1310,1	104,4	2091	29,846
АрКР60	50,92	1971,5	251,2	2110,6	149,8	4082,1	39,97
АрКР70	67,31	3618,7	387	3299,4	211	6918,1	52,84
АрКР80	81,08	5042,7	504,3	5525,2	301,1	10567,9	63,65
АрКР100	112,91	9712,0	836,5	12095,9	516,9	21807,8	88,63
АрКР120	149,37	22073,2	1470,6	19322	820,5	41401,5	117,23
АрКР140	194,99	32171,6	1999,5	32077,7	1192,9	64249,3	153,07

Табл 1. Площади сечения, моменты инерции, моменты сопротивления, масса амортизирующих арочных рельсов

Рельс	Jx	Wx	Jy	Wy	Jp
АрКР50/ КР50	2,18	1,782	11,76	4,207	4,45
АрКР60/КР60	3,01	2,178	10,779	4,004	4,800
АрКР70/КР70	3,558	1,966	10,319	3,959	4,931
АрКР80/КР80	3,309	2,161	11,792	4,180	5,304
АрКР100/КР100	3,46	2,272	13,155	4,215	5,854
АрКР120/КР120	4,602	2,664	11,55	4,27	6,4
АрКР140/КР140	5,81	3,162	12,30	3,89	7,90

Табл.1. Увеличение моментов инерции и моментов сопротивления амортизирующих арочных рельсов по отношению к обычным рельсам, в несколько раз

Главные преимущества амортизирующих арочных рельсов:

• гарантированное увеличение основных характеристик без увеличения материалоёмкости, например, увеличение моментов инерции при изгибе J_x в 2…6 раз, J_y в 10…13 раз;

• Наличие у рельсов естественной амортизирующей способности, возникшей в результате арочного очертания профиля;

• Хорошую устойчивость при действии сил T_loc за счёт значительной ширины профиля;

Своевременное внедрение арочных рельсов на промышленные предприятия может дать существенный экономический эффект за счёт увеличения срока эксплуатации, таких важных элементов каркаса, как подкрановые балки. К сожалению, прокат данных рельсов не налажен, но они могут быть заменены сборными амортизирующимиарочными крановыми рельсами, состоящими из стандартного кранового рельса КР-140, расширителя подошвы рельса, гнутого из прокатной полосовой стали, и прокатного шпунта, как амортизатора.[8]

	bxh		yсм	m
Рельс	17х17	187,24	8,75	146,98	5528,3
Расширитель подошвы	40х3,4	70,8	1,5	55,57	118,6
Шпунт	42х17,15	127,4	13,54	100,32	6243

Табл 3. Характеристики составного амортизирующего рельса

Рис.4 Сборный амортизирующий рельс.

1 – рельс КР-140, 2 – расширитель подошвы, 3 – шпильки, 4 –шпунт, 5 затяжка,

6 – ответные шпунтовые соединения

Неподвижно соединяют расширитель подошвы рельса с аркой-амортизатором, высокоресурсным соединением, например, высокопрочными легированными шпильками (болтами) с гарантированным натягом (сталь 40 Х «Селект»), в единое целое и образуют амортизирующий арочный рельс. Изготавливают плоскую затяжку, со шпунтовыми соединениями ответными шпунтовым соединениям пят арки-амортизатора рельса и рядами соосных отверстий с регулярным шагом для соединения с подкрановой балкой. Вдвигаютпродольно с торца пяты арки-амортизатора в шпунтовое соединение плоской затяжки и образуют замкнутый по контуру амортизирующий арочный рельс[9]. Изготовление данного рельса может быть налажено практически на любом промышленном предприятии.

При реализации разработок, представленных в работе, на практике, ожидается существенное повышение долговечности подкрановых балок, а так же снижение их эксплуатационных расходов.

Выводы по работе:

В настоящей работе представлены методы и разработки, которые:

1.Повышают долговечность подкрановых балок

2.Снижают материалоемкость

3.Снижают эксплуатационные расходы предприятия

4.Увеличивают срок службы крановых рельсов

5.Повышают безопасность на производстве

6.Требует небольших первоначальных капиталовложений

7.Возможность внедрения разработок поочерёдно, т.к. разработки не зависят друг от друга

Внедрение (особенно комплексно) разработок приведённых в проекте может значительно помочь развитию народного хозяйства РФ.

Список литературы:

1. Нежданов К.К., Кузьмишкин А.А., Гарькин И.Н. Подкрановые балки: перспективные разработки// Инновационные технологии в производстве, науке и образовании. сб. трудов II-ой междунар. науч.-практ. конф. Часть 2.- Махачкала,2012 С.274-281

2. Нежданов К.К. Нежданов А.К., Гарькин И.Н. Способ проката профиля двутаврого сечения из низколегированной стали / Патент РФ №2486972 , опубликовано 10.07.2013

3. Нежданов К.К., Гарькин И.Н. Способ проката двутаврового профиля из низколегированной стали// Строительная механика и расчёт сооружений.:-2011№4 Москва ЦНИСК им.Курчеренко

4. Нежданов К.К., Железняков Л.А., Гарькин И.Н. Эффективный способ проката уголкового профиля // Строительная механика и расчёт сооружений №1 -2014, с.71-75 Москва ЦНИСК им.Курчеренко

5. Нежданов К.К., Лаштанкин А.С., Гарькин И.Н Сборные подкрановые балки из прокатных профилей // Строительная механика и расчёт сооружений.: №3 -2013,с.69-75 Москва ЦНИСК им.Курчеренко

6. Нежданов К.К., Кузьмишкин А.А, Гарькин И.Н. Сортамент улучшенных двутавровых профилей//Отраслевые аспекты технических наук №4 (Апрель) Москва.ИНГН- 2012:С.3-4

7. Нежданов К.К. и др. Арочный рельс. Патент RU № 2208570, В66 С 6/00, 7/08, Бюл. №20, 20.07.2003.

8. 14.Нежданов К.К., Гарькин И.Н., Мягков Д.А.сборный амортизирующий арочный крановый рельс// Отраслевые аспекты технических наук:-№5 Май 2011С.4-5

9. Нежданов К.К., Лаштанкин А.С., Нежданов А.К. Амортизирующие подкрановые балки и их выносливость// Региональная архитектура и строительство.- Пенза 2010г.,№2 С.85-92

Код для цитирования: Скопировать