Способ формирования рельсового блока из арочных рельсов с главой в замке арки

Способ формирования рельсового блока из арочных рельсов с главой в замке арки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к подкрановым балкам преимущественно с интенсивным, непрерывным (до 0,6…0,7 млн. циклов в год), тяжелым режимом работы и эксплуатации мостовых кранов 8К…7К [1, т. 2 с. 63, Колодцевые краны] в цехах черной и цветной металлургии. Рельсовый блок предназначен для значительного увеличения технического ресурса подкрановых балок.

Наиболее близким прототипом является арочный рельс, предложенный Неждановым К.К. и разработанный с аспирантами RU №2208570 [2], а также рельсы в патентах: [3…19]. Рельсовый блок, раскрытый в RU №2067075 [3], содержит основной рельс и два дополнительных рельса, расположенных симметрично один другому. Элементы рельсового блока выполняют прокатом на прокатном стане.

Известно, что рельсы и рельсовые блоки являются макрорегуляторами, которые наиболее сильно влияют на амплитуды колебаний локальных напряжений при действии подвижных сил от колес мостовых кранов: вертикальных , действующих с эксцентриситетом равным е=2 см, и горизонтальных (было ). В актуализированной редакции СНИП [21] каждое из горизонтальных воздействий колес кранов увеличено в два раза . Горизонтальные воздействий колес действуют на главу рельса с эксцентриситетом, равным высоте стандартного рельса h_Рел (ГОСТ 4121-62*) [22, с. 60].

Техническая задача изобретения - повышение технического ресурса и надежности подкрановых балок, момента инерции кручения рельсового блока в раза, момента инерции при изгибе рельсового блока раза и моментов сопротивления рельса при изгибе в ≈10 раз, а также упрощение технологического процесса изготовления его с использованием арочных профилей рельсов RU №2208570 [2], [11, 13, 15, 17].

Техническая задача по способу формирования рельсового блока из пары рельсов, предназначенных для монтажа на подкрановые балки, решена в следующей технологической последовательности.

Отличие в том, что на поточной линии подготавливают верхний трехглавый арочный рельс с главой в замке арки и двумя главами внизу на краях пят, а также нижний арочный рельс, обращенный главой вниз (одна глава), а пятами арки вверх.

На поточной линии автоматизировано снабжают пяты верхнего и нижнего рельсов продольными рядами соосных совпадающих друг с другом отверстий с регулярным шагом.

Подготавливают пару опорных швеллеров такой же длины, как пара рельсов, и образуют в полках этих швеллеров продольные ряды соосных совпадающих отверстий с таким же регулярным шагом, как в пятах упомянутых рельсов.

Монтируют в четыре отверстия в пятах нижнего арочного рельса четыре зуба-фиксатора, выступающие остриями вверх и вниз из пят, опускают сверху нижний арочный рельс, совмещают четыре зуба-фиксатора с четырьмя совпадающими отверстиями в верхних полках пары опорных швеллеров и безвыверочно монтируют нижний арочный рельс на пару швеллеров.

Затем опускают сверху верхний арочный рельс, совмещают верхние острия четырех зубьев-фиксаторов с четырьмя совпадающими отверстиями в пятах верхнего арочного рельса и безвыверочно монтируют его.

Вставляют в соосные отверстия винтовые высокоресурсные фрикционные шпильки, подкладывают шайбы, автоматизировано на поточной линии гайковертом навертывают гайки на винтовые шпильки [23].

Гайковертом с гарантией затягивают гайки высокоресурсного фрикционного соединения и образуют единый, неделимый, замкнутый рельсовый блок с овальной полостью внутри сечения.

Замкнутый рельсовый блок обеспечивает высокий момент инерции кручения блока в 50,4 раза больший, чем у стандартного рельса [22, с. 60] (ГОСТ 4121-62*), а момент инерции изгиба замкнутого рельсового блока в 22,3 раза больше. Замкнутый рельсовый блок опирается на три опоры.

На фиг. 1 показан четырехглавый рельсовый блок в разрезе. Рельсовый блок содержит верхний арочный рельс 1, который снабжен главой 2 в замке арки 3. Арка 3 имеет параболическое очертание и соединяет главу 2 с парой симметричных опорных пят 4.

Техническая задача решена тем, что рельсовый блок смонтирован из верхнего арочного трехглавого рельса 1, [2], обладающего естественной амортизирующей способностью. Глава 2 соединена аркой 3 с парой пят 4. На краях пят 4 имеются две боковые главы 5.

На поточной линии подготавливают верхний трехглавый арочный рельс 1 с главой 2 в замке арки и двумя главами 5 внизу на краях пят 4. Нижний арочный рельс 6 обращен главой 7 вниз, а пятами 8 арки вверх.

На поточной линии автоматизировано снабжают пяты верхнего рельса 1 и нижнего рельса 8 продольными рядами соосных совпадающих друг с другом отверстий с регулярным шагом.

Подготавливают пару опорных швеллеров 9 такой же длины как пара рельсов и образуют в верхних полках 10 этих швеллеров 9 продольные ряды соосных совпадающих отверстий с таким же регулярным шагом, как в пятах 4 верхнего рельса, а также в пятах 8 нижнего 6 рельса.

Монтируют в четыре отверстия в пятах нижнего 6 арочного рельса четыре зуба-фиксатора, выступающие остриями вверх и вниз из пят, опускают сверху нижний 6 арочный рельс, совмещают четыре зуба-фиксатора с четырьмя совпадающими отверстиями в верхних полках пары опорных 9 швеллеров и безвыверочно монтируют нижний арочный рельс.

Затем опускают сверху верхний арочный рельс 1, совмещают верхние острия четырех зубьев-фиксаторов с четырьмя совпадающими отверстиями в пятах нижнего арочного рельса 6 и безвыверочно монтируют его.

Вставляют в соосные отверстия винтовые высокоресурсные фрикционные шпильки 11, подкладывают шайбы, автоматизировано на поточной линии гайковертом навертывают гайки на винтовые шпильки. С гарантией затягивают гайки высокоресурсного фрикционного соединения и образуют единый, неделимый, замкнутый рельсовый блок с овальной полостью внутри сечения, обладающий высоким моментом инерции кручения блока в 50,4 раза большим, чем у рельса [22, с. 60] (ГОСТ 4121-62*) стандартного. Момент инерции изгиба замкнутого рельсового блока в 22,3 раза больше по сравнению со стандартным рельсом. Этот рельсовый блок опирается на три опоры.

Два арочных рельса (1 и 6) блока образуют единый, неделимый, полый рельсовый блок (соединение фрикционное). Гайки этого соединения затягивают расчетным крутящим моментом, чем исключают сдвиги арочных рельсов. Исключение сдвигов в соединении обеспечивает ему высокий технический ресурс [1, т. 1, с. 1401], [23, RU №2467075].

К рельсовому блоку также фрикционно прикреплены полками два швеллера. Эти швеллеры являются дополнительными опорами рельсового блока.

Горизонтальная ось X проходит по зоне плотного контакта друг с другом пят 4 верхнего арочного рельса 1 и пят 8 нижнего арочного рельса 6. Ряды отверстий параллельны продольной оси рельсового блока.

Фрикционные соединения выполнены винтовыми высокоресурсными шпильками 11 [23] из стали «38 ХС Селект». Шайбы и гайки шпилек 11 выполнены из такой же стали «38 ХС Селект» и оцинкованы для защиты от коррозии.

Сборку рельсового блока выполняют в заводских условиях на поточной линии [25] с использованием робота [25], оснащенного манипулятором [25].

Рельсовый блок предназначен для монтажа на высокоресурсную подкрановую балку из прокатных двутавровых профилей, например двухстенчатую с высокоресурсными фрикционными соединениями [23]. Сдвиги в фрикционном соединении исключены.

Рельсовый блок монтируют на подкрановую балку безвыверочно, совмещая заостренные зубы фиксаторы (не показано) с ответной парой отверстий в верхнем поясе подкрановой балки [19] подобно тому, как это делают в крышках редукторов.

Вставляют в совмещенные соосные отверстия винтовые высокоресурсные фрикционные шпильки 11 из стали «38 ХС Селект», подкладывают шайбы, автоматизировано гайковертом (с гарантированным усилием) навертывают гайки, затем с гарантией гайковертом затягивают гайки высокоресурсного фрикционного соединения и образуют единую неделимую высокоресурсную подкрановую балку. Сдвиги во фрикционном соединении исключены.

Отличие разработанного рельсового блока, сформированного из пары арочных рельсов и опирающегося на два опорных швеллера - его замкнутость. Замкнутый контур овальной трубчатой полости обеспечивает аномально высокое ( раза) увеличение момента инерции кручения J_Кp. рельсового блока по отношению к стандартному [22, с. 60] рельсу, что гарантирует отличную сопротивляемость блока воздействиям крутящих моментов М_Кр, возникающих от колес мостовых кранов.

Сборка рельсового блока автоматизирована и выполняется на поточной линии [24, с. 26], а также «Роботизированного технологического комплекса» гибкой производственной системы, в которой автоматически действующие роботы [25, с. 1021] реализуют всю технологию производства [25, с. 1021]. Легкость сборки обеспечена использованием роботов с манипуляторами [25, с. 688] и высокоресурсных фрикционных шпилек 11 [23, RU №2467075] из стали «38 ХС Селект» [26]. Автоматизирована затяжка гаек высокоресурсных фрикционных соединений с гарантией гайковертом. Исключение сдвигов в фрикционном соединении гарантирует монолитность рельсового блока.

Высокоресурсный рельсовый блок снабжен парой опорных швеллеров, которые обеспечивают монтаж рельсового блока на высокоресурсную подкрановую балку [22] соосно без эксцентриситета и четко фиксируют его на подкрановой балке.

По мере износа и истирания верхнего рельса рельсового блока он используется повторно переворачиванием его на 180° градусов.

Арочные рельсы [2] блока прокатывают на прокатном стане из износостойкой легированной рельсовой стали. Первоначально прокатывается плоская заготовка с утолщением в середине, а затем формируют арочный профиль.

Резьба на шпильках накатывается на прокатном стане поперечно-винтовой накаткой [23, RU №2467075], что значительно повышает выносливость [19, 24] шпилек по сравнению со шпильками, резьба на которых выполнена с помощью резца на токарном станке. Шпильки, шайбы и гайки оцинковывают и этим в 3…4 раза повышают коррозионностойкость [27] шпилек. Сборку рельсов производят автоматизировано с гарантированной затяжкой гаек гайковертами.

Отверстия в нижних полках пары опорных швеллеров соосны и совпадают с рядами отверстий в верхних поясах подкрановой балки.

Замкнутый полый рельсовый блок обладает аномально высоким моментом инерции кручения раза большим, чем у стандартного фигурного рельса [22, с. 60] (ГОСТ 4121-62*). Замкнутый рельсовый блок монтируют на верхний пояс высокоресурсной подкрановой балки соосно, с продольной осью верхнего пояса, то есть без эксцентриситета.

Опирают главу арочного элемента посередине верхнего пояса подкрановой балки, а нижние полки пары швеллеров симметрично относительно линии симметрии, верхнего пояса и неподвижно присоединяют пару швеллеров рельсового блока к верхнему поясу балки высокоресурсным фрикционным соединением в единую неделимую подкрановую балку с высоким техническим ресурсом.

Пример конкретной реализации

Пара арочных рельсов Ар Кр-140

А=π⋅а⋅b=π⋅32,2⋅11=1112,7521 см² - площадь;

A₀=π⋅а₀⋅b₀=π⋅30,7⋅9,5=916,2455 см² - площадь внутренней полости.

Момент инерции рельсового блока (первое слагаемое по внешнему контуру, второе - полости) .

Увеличение по отношению к одному фигурному рельсу раза. Момент инерции изгиба рельсового блока .

Экономический эффект достигнут в связи:

- С увеличением моментов инерции замкнутого рельсового блока при кручении раза [21], при изгибе раза, момент сопротивления рельсового блока в ≈2 раза.

- Это в свою очередь вызывает столь значительное снижение колебаний динамической, локальной составляющей напряжений в подрельсовой зоне стенки, что возникновение усталостных трещин в ней исключено.

- Рельсовый блок легко, безвыверочно закрепляется на верхнем поясе подкрановой балки фрикционным соединением с использованием шпилек и фиксируется по центру верхнего пояса без эксцентриситета.

- Упомянутый рельсовый блок надежно соединен с подкрановой балкой фрикционным соединением, поэтому он работает совместно с балкой и решает проблему преждевременного появления усталостных трещин в подрельсовой зоне стенки.

- Уменьшен износ как рельсов, так и колес кранов, с применением направляющих роликов [1, т. 2, с. 312] трение скольжения удалено, что привело к уменьшению расхода электроэнергии примерно в два раза.

- Обеспечен способ замены изношенного рельса переворачиванием рельсового блока на 180°.

- Возможна поступательная продольная надвижка рельсового блока с одного из торцов цеха без остановки работы кранов [19].

- Арочный рельсовый блок имеет естественную амортизирующую способность. Амортизация гасит динамику воздействий колес кранов.

Список литературы

1. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций / В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др.; Под общ. ред. М.М. Гохберга. - М.: Машиностроение, 1988 - 536 с. Т. 2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов [Текст] / М.П. Александров, М.М. Гохберг.

2. RU №2208570 Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А. Арочный рельс Неждановых. М. Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл №.20. Зарег. 20.07 2003.

3. RU №2067075. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Подкрановая конструкция: Опубликован Бюл. №27 - 27.09.1996.

4. RU №2240276. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Трехглавый рельсовый блок, М.Кл В66С 7/08, Е01В 5/08, Бюл №32. 20.11.2004. Прототип.

5. RU №1745804. Нежданов К.К., Нежданов С.К. Рельсовый путь, М. Кл. Е01В. Бюл. №25 - 1992. Подкрановая балка трубчатая, подрельсовая подкладка из чугуна.

6. RU №2053187. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Рельсовая подкрановая конструкция. Действует с 27.1.1996.

7. RU №2062827. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Рельсовое стыковое соединение. Действует с 27.9.96.

8. RU №2081044. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Подкрановый рельс: Приоритет от 8.10. 1993. Бюл. №27 - 1996 (полый трехглавый).

9. RU №2081049. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Подкрановый рельс. Приоритет изобретения от 12.10.93. Бюл №16. 10.06.1997. Трехглавый.

10. RU №2089698. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Подкрановый рельс. Приоритет от 5.12.94. Бюл. №25 - 1997. Четырехглавый, полый.

11. RU №2099274. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Тамбовцев Е.Н., Васильев А.В. Устройство и способ усиления подкрановой конструкции. Бюл. №35, зарег. 20.12.1997. Арочный рельс + арка снизу.

12. RU №2099275. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Васильев А.В. Подкрановый путь. Бюл. №35 - 20.12.1997. Четырехглавый сборный.

13. RU №2099459. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Васильев А.В. Рельсовый путь. Бюл. №35 - 20.12.1997. Арочный рельс сборный + двутавр снизу.

14. RU №2125536. Нежданов К.К., Васильев А.В., Нежданов А.К., Епифанов А.Р. Устройство для усиления крепления рельса. М. Кл. В66С 7/08. Бюл. №3, 27.01.1999.

15. RU №2126768. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Тамбовцев Е.Н. Способ и устройство усиления подкрановой балки. Бюл. №6. Зарег. 27.02.1999. Рельс арочный трехглавый. Трубчатый цилиндрический амортизатор. Надвижка.

16. RU №2128265. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Попченков И.В. Рельсовое крепление. Бюл. №9 - 27.03.1999.

17. RU №2151731. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Попченков И.В. Крановый рельс для трубчатых подкрановых балок. М.Кл. В66С 7/00. Бюл №.18. Зарег. 27.06.2000. Рельс арочный несимметричный.

18. RU №2183186. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Васильев А.В. ПОДКРАНОВО-РЕЛЬСОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ. М.Кл. В66С 6/00, 7/00, Бюл. №16. Зарег. 10.06.2002.

19. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета / дисс. на соискание уч. степени доктора техн. наук - Пенза, 1992.

20. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

21. СНиП 2.01.07-85*. Актуализированная редакция «Нагрузки и воздействия»: - М.: 2013.

22. Сахновский М.М. Справочник конструктора строительных сварных конструкций Днепропетровск, «Промiнь», 1975. (ГОСТ 4121-62*).

23. RU №2467075. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Артюшин Д.В. Способ проката горячекатаной арматуры периодического профиля. С2, МПК C21D 8/08. Опубл.: 20.11.2012 ,Бюл. №32.

24. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Решение проблемы выносливости подкрановых балок при тяжелом режиме эксплуатации. [Текст]: моногр. / - Пенза: ПГУАС. 2015-124 с.

25. Большой энциклопедический словарь. (БЭС). Главный редактор A.M. Прохоров. НАУЧНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «БОЛЬШАЯ РОССИЙСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ» М. 1998. С. 1456

26. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР: - М.: 1990 - 96 с.

27. Справочник в двух томах: «Защита от коррозии старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений». Под редакцией д-ра техн. наук А.А. Герасименко. Москва, «Машиностроение», 1987. T. I, с. 688. Т. 2, Москва, «Машиностроение», 1987 г., с.784.

Способ формирования рельсового блока из пары рельсов, предназначенного для монтажа на подкрановые балки, отличающийся тем, что на поточной линии подготавливают верхний трехглавый арочный рельс с главой в замке арки и двумя главами внизу на краях пят, а также нижний арочный рельс, обращенный главой вниз, а пятами арки вверх, на поточной линии автоматизировано снабжают пяты верхнего и нижнего рельсов продольными рядами соосных совпадающих друг с другом отверстий с регулярным шагом, подготавливают пару опорных швеллеров такой же длины как пара рельсов и образуют в полках этих швеллеров продольные ряды соосных совпадающих отверстий с таким же регулярным шагом, как в пятах упомянутых рельсов, монтируют в четыре отверстия в пятах нижнего арочного рельса четыре зуба-фиксатора, выступающие остриями вверх и вниз из пят, опускают сверху нижний арочный рельс, совмещают четыре зуба-фиксатора с четырьмя совпадающими отверстиями в верхних полках пары опорных швеллеров и безвыверочно монтируют нижний арочный рельс, затем опускают сверху верхний арочный рельс, совмещают верхние острия четырех зубьев-фиксаторов с четырьмя совпадающими отверстиями в пятах нижнего арочного рельса и безвыверочно монтируют его, вставляют в соосные отверстия винтовые высокоресурсные фрикционные шпильки, подкладывают шайбы, автоматизировано на поточной линии гайковертом навертывают гайки на винтовые шпильки, гайковертом с гарантией затягивают гайки высокоресурсного фрикционного соединения и образуют единый неделимый замкнутый рельсовый блок с овальной полостью внутри сечения, обладающий высоким моментом инерции кручения блока в 50,4 раза большим, чем у стандартного рельса, а моментом инерции изгиба замкнутого рельсового блока в 22,3 раза большим и опирающегося на три опоры.