Валковая опорная часть

Полезная модель относится к строительству и может быть использована в качестве опорной части для таких сооружений, как мосты, крановые эстакады, трубопроводные переходы, транспортные галереи и др. Задачей полезной модели является снижения трудоемкости, металлоемкости и стоимости изготовления валковой опорной части, в том числе за счет возможности применения для нее широко выпускаемого проката, повышения ее ремонтопригодности при обеспечении требуемой эксплуатационной способности. Валковая опорная часть, включает воспринимающие, в частности высокопрочными участками, при свободном касании вертикальную нагрузку верхнюю и нижние опорные плиты, в том числе со вставками, установленными в них с возможностью съема, и размещенные между ними шарнир с расположенными напротив друг друга цилиндрическими поверхностями единого диаметра, обеспечивающими заданные взаимные угловое и горизонтальное смещения опорных плит, и противоугоны. Новым в полезной модели является то, что шарнир состоит из сердечника и насадок с цилиндрической поверхностью, выполненных с продольным пазом, с помощью которого они установлены с возможностью съема на сердечник с плотным касанием ответных поверхностей его и дна паза насадок, при этом обеспечивающие заданное горизонтальное смещение ширина плоскости свободного касания опорных плит с шарниром и длины дуг его цилиндрических поверхностей имеют величину не менее, чем сумма величин заданного горизонтального смещения и ширины контактной площадки распределения контактных напряжений, образуемых при свободном касании опорных плит и насадок, а ширина плотного касания ответных поверхностей дна паза насадок и сердечника составляет величину не менее, чем расстояние между лучами центрального угла, определяющего границы наружных цилиндрических поверхностей насадок, к тому же минимальная толщина насадок под этими цилиндрическими поверхностями составляет не менее трех ширин указанной контактной площадки. Кроме того, в шарнире сопрягаемые боковые поверхности сердечника и паза насадок выполнены параллельными вертикальной нагрузке и ответными друг другу со скользящей при сопряжении посадкой, объединенными между собой, например, болтами, с обеспечением взаимного перемещения на величину не менее, чем величина сближения опорных плит под вертикальной нагрузкой. В свою очередь в шарнире сердечник выполнен из составных деталей, объединенных между собой, например, болтами.

Полезная модель относится к строительству и может быть использована в качестве опорной части для таких сооружений как мосты, крановые эстакады, трубопроводные переходы, транспортные галереи и др.

Известна валковая опорная часть, включающая воспринимающие при свободном касании (термин принят согласно СНиП 2.05.03-84*, с.78, табл.48) вертикальную нагрузку верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенные между ними шарнир с расположенными напротив друг друга цилиндрическими поверхностями единого диаметра, обеспечивающими заданные взаимные угловое и горизонтальное смещения опорных плит, и противоугоны [1]. Шарнир в данной опорной части выполнен в виде усеченного цилиндра с плоскими боковыми сторонами. Этим достигается снижение ее металлоемкости. Однако основным недостатком опорной части является то, что при необходимости использования (по нагрузкам) высокопрочной стали из нее целиком изготавливают и опорные плиты и шарнир. В результате неоправданно повышается стоимость, а конструкция исключает возможность оперативной замены при повреждении высокопрочных участков как у опорных плит, так и у шарнира, вследствие чего опорная часть обладает низкой ремонтопригодностью. Кроме того, используемые для шарнира и плит заготовки не могут быть меньше их основных рабочих размеров, что не всегда обеспечивается выпускаемым прокатом и в ряде случаев требует применения кованой или специально отлитой стали, что также повышает стоимость изготовления.

Известна валковая опорная часть, включающая воспринимающие, в частности, высокопрочными участками, при свободном касании вертикальную опорную нагрузку верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенные между ними шарнир с расположенными напротив друг друга цилиндрическими поверхностями единого диаметра, обеспечивающими заданные взаимные угловое и горизонтальное смещения опорных плит, и противоугоны [2]. Недостатком данной опорной части является то, что в ней цилиндрические поверхности выполнены на частично наплавленных высокопрочных участках шарнира и при эксплуатации контактируют с также частично наплавленными плоскими высокопрочными участками опорных плит. За счет этого, несмотря на то, что наплавка шарнира выполнена на заготовке цилиндрической формы, опорная часть фактически является валковой, так как в ней при эксплуатации не используется вся длина окружности цилиндрической поверхности. Наличие наплавки значительно повышает трудоемкость изготовления опорной части, так как требует применения сложных наплавочных процессов, как правило, выполняемых с предварительным, сопутствующим и последующим подогревом, а также с окончательной термообработкой для снятия возникающих остаточных напряжений. Кроме того, рассматриваемая опорная часть излишне металлоемка. Указанные факторы приводят к значительному удорожанию изготовления опорной части, в то время как ее конструкция тоже исключает возможность оперативной замены при повреждении высокопрочных участков как у опорных плит, так и у шарнира, вследствие чего и она обладает низкой ремонтопригодностью.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является валковая опорная часть, включающая воспринимающие, в частности, высокопрочными участками, при свободном касании вертикальную опорную нагрузку верхнюю и нижнюю опорные плиты и размещенные между ними шарнир с расположенными напротив друг друга цилиндрическими поверхностями единого диаметра, обеспечивающими заданные взаимные угловое и горизонтальное смещения опорных плит, и противоугоны [3]. Ее отличием от предыдущих опорных частей является преимущество, заключающееся в выполнении высокопрочного участка опорных плит в виде вставки, установленной с возможностью съема в их основной металл меньшей прочности. Это

снижает трудоемкость и стоимость изготовления плит и обеспечивает их ремонтопригодность. Однако, при этом шарнир целиком выполнен полностью цилиндрическим из дорогостоящей высокопрочной стали, тогда как при ограниченных размерах высокопрочных вставок опорных плит используется не вся длина окружности его цилиндрической поверхности. Поэтому и для этой опорной части практически сохраняются все основные ранее указанные существенные недостатки по металлоемкости и стоимости изготовления, ремонтопригодности шарнира и применению для него широко выпускаемого проката.

Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи снижения трудоемкости, металлоемкости и стоимости изготовления валковой опорной части, в том числе за счет возможности применения для нее широко выпускаемого проката, повышения ее ремонтопригодности при обеспечении требуемой эксплуатационной способности.

Для решения поставленной задачи в валковой опорной части, включающей воспринимающие, в частности высокопрочными участками, при свободном касании вертикальную нагрузку верхнюю и нижние опорные плиты, в том числе со вставками, установленными в них с возможностью съема, и размещенные между ними шарнир с расположенными напротив друг друга цилиндрическими поверхностями единого диаметра, обеспечивающими заданные взаимные угловое и горизонтальное смещения опорных плит, и противоугоны, шарнир состоит из сердечника и насадок с цилиндрической поверхностью, выполненных с продольным пазом, с помощью которого они установлены с возможностью съема на сердечник с плотным касанием (термин принят согласно СНиП 2.05.03-84*, с.78, табл.48) ответных поверхностей его и дна паза насадок, при этом обеспечивающие заданное горизонтальное смещение ширина плоскости свободного касания опорных плит с шарниром и длины дуг его цилиндрических поверхностей имеют величину не менее, чем сумма величин заданного горизонтального смещения и ширины контактной площадки распределения контактных напряжений, образуемых при свободном касании опорных плит и насадок, а ширина плотного касания ответных поверхностей дна паза насадок и сердечника составляет величину не менее, чем расстояние между лучами центрального угла, определяющего границы наружных цилиндрических поверхностей насадок, к тому же минимальная толщина насадок под этими цилиндрическими поверхностями составляет не менее трех ширин указанной контактной площадки. Кроме того, в шарнире сопрягаемые боковые поверхности сердечника и паза насадок выполнены параллельными вертикальной нагрузке и ответными друг другу со скользящей при сопряжении посадкой, объединенными между собой, например, болтами, с обеспечением взаимного перемещения на величину не менее, чем величина сближения опорных плит под вертикальной нагрузкой. В свою очередь в шарнире сердечник может быть выполнен из составных деталей, объединенных между собой, например, болтами.

Сущность полезной модели поясняется чертежами

На фиг.1 и фиг.2 показаны примеры валковых опорных частей с сердечником и насадками.

На фиг.3 и фиг.4 показаны примеры сердечников из составных деталей.

На фиг.5 показана образующаяся под вертикальной нагрузкой при свободном касании опорных плит и насадок контактная площадка с эпюрой распределения на ней максимальных контактных напряжений.

На фиг.6 показаны графики распределения контактных напряжений от вертикальной нагрузки по глубине опорных плит и насадок.

На фиг.7 показано положение валковой опорной части при заданном горизонтальном смещении опорных плит.

В предлагаемой полезной модели валковой опорной части воспринимающие от сооружения вертикальную нагрузку N верхняя 1 и нижняя 2 опорные плиты могут быть выполнены в любом известном из современного уровня техники исполнении, в том числе с высокопрочными вставками 3, установленными с возможностью съема в менее прочный металл по типу «ласточкиного хвоста». Между плитами 1 и 2 на вставках 3 размещен со свободным касанием шарнир, обеспечивающий поворот и заданное взаимное горизонтальное

смещение ± опорных плит. Шарнир выполнен в виде сердечника 4 с установленными на нем насадками 5 с наружными цилиндрическими поверхностями единого диаметра 2_r и с обращенными к сердечнику пазами, поверхность дна которых ответна соответствующим поверхностям сердечника и может быть, например, цилиндрической 6 или плоской 7. Наружные цилиндрические поверхности насадок 5 имеют длину дуги l_p. При этом насадки 5, так же как и вставки 3, могут быть высокопрочными.

Опирание насадок 5 на сердечник осуществляется с плотным касанием на ширине, величина которой не меньше, чем расположенная между лучами центрального угла _p, обусловливающими границы длины l_p дуг наружной цилиндрической поверхности. Боковые поверхности 8 сердечника 4 и паза насадок 5 параллельны вертикальной нагрузке N, ответны друг другу и сопрягаются со скользящей насадкой. Объединение сердечника 4 и насадок 5 осуществлено болтами 9 с возможностью взаимного перемещения насадок по сердечнику на величину сближения опорных плит под нагрузкой N. Для этого отверстия под болты 9 в насадках 5 выполнены больше диаметра болта 9 с учетом этого перемещения. В противном случае болты 9 могут воспрепятствовать плотному касанию сердечника 4 и дна пазов насадок 5. Предотвращение валка от угона может осуществляться противоугонным устройством любой известной из современного уровня техники конструкции, например, выполненной в виде зубьев 10, входящих в пазы 11 опорных плит 1 и 2. Сердечник 4 может быть как цельным, так и выполненным из составных деталей 12, 14, объединенных, в частности, болтами 13 или 15 или другим известным из современного уровня техники крепежом. Эти болты, так же как и болты 9, устанавливают по длине L валка.

При свободном касании опорных плит 1 и 2 и насадок 5 валка под воздействием вертикальной нагрузки N в месте их контакта образуется контактная площадка в виде полоски размерами: длиной валка L и шириной 2b. При этом эпюра давления на этой площадке имеет форму полуэллиптического цилиндра с наибольшими на поверхности контактными напряжениями _z, а также напряжениями _x, _y и _xy. При этом основное затухание этих напряжений происходит, примерно, на глубине 3b независимо от того выполнен сердечник цельным или составным. Этим определяется требуемая минимальная толщина _min как вставок 3, так и насадок 5. У последних при цилиндрической форме плотного касания с сердечником 4 такая толщина должна быть по всей ширине, а при плоской форме - по крайней мере, по границам длин дуг l_p определяемых лучами центрального угла _р.

Валковая опорная часть работает следующим образом. При установке в сооружениях, например, в мостах, верхняя опорная плита 1 крепится к пролетному строению, а нижняя 2-к опоре. В связи с этим вертикальную нагрузку N воспринимают верхняя 1 и нижняя 2 опорные плиты и размещенный между ними валок, состоящий из насадок 5, цельного 4 или составного из деталей 12 или 14 сердечника. При этом полуширина b образуемой под нагрузкой N контактной площадки определяется как: где:

где: N - вертикальная нагрузка;

r и L - соответственно радиус и длина цилиндрических поверхностей насадок 5 валка;

Е - модуль упругости материала;

- коэффициент Пуассона.

При изготовлении вставок 3 и насадок 5 из стали, в том числе высокопрочной, Е 2,1·10⁴ кгс/мм ² и =0,3 и соответственно:

Радиус r и длина L цилиндрических поверхностей насадок 5 взаимосвязаны с расчетным сопротивлением диаметральному сжатию R_cd выражением (см. СНиП 2.05.03-84*, стр.105)

где: m - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 60* СНиП 2.05.03-84* (с.82)

Величина R _cd определяется по таблице 48* или по таблицам 51* и 52* СНиП 2.05.03-84* (с.с.78-79).

Длина валка L обусловливается опиранием сооружения и назначается из конструктивных соображений, в связи с чем, как правило, расчетным является радиус цилиндрических поверхностей, в нашем случае насадок 5 валка, определяемый как:

При этом, из практики мостостроения известно, что соотношение длины L и радиуса r может находиться в достаточно широком диапазоне 1,4÷12.

При температурных изменениях длины сооружения одновременно с ним перемещается верхняя опорная плита 1 относительно неподвижно установленной на опоре нижней опорной плиты 2, предопределяя взаимное горизонтальное смещение плит, например, на заданную величину . Вследствие этого, происходит поворот валка на длине l ₀ дуг цилиндрической поверхности насадок 5, например, точки А₁ и B₁ совершают угловое перемещение соответственно в положения А ₂ и Б₂ на половину центрального угла ₀/2, определяющего длину дуги l ₀/2. Взаимосвязь этих параметров можно представить в виде:

l₀= =r₀

При этом центр валка смещается только на величину /2.

В то же время, как указывалось, распределение контактных напряжений происходит на контактной площадке с полушириной b. В связи с этим для предотвращения разрушений контактных поверхностей вставок 3 опорных плит 1 и 2 и насадок 5 валка их минимальная толщина должна быть не менее 3b, а размеры l_p и b_р соответственно - не менее

l _p=b_p= +2b = l+2b

Исходя из этого, величина центрального угла валка, соответствующая длине дуги l_p будет

Этот угол определяет и необходимую ширину плотного касания сердечника 4 и насадок 5.

Противоугоны, выполненные в виде приваренных к торцам насадок 5 зубьев 10, входящих в пазы опорных плит 1 и 2, препятствуют смещению валка вдоль своей оси, его повороту в плане и скольжению по опорным плитам.

Таким образом, предлагаемая полезная модель может быть реализована в валковых опорных частях, обеспечивая до 20% трудоемкости и стоимости их изготовления, обеспечивая их ремонтопригодность и возможность использования широко выпускаемого проката.

Источники информации, принятые во внимание

1. Эггерт X., Гроте Ю., Каушке В. Опорные части в строительстве. - M.: Транспорт, 1978, с.13

2. Пат. Швейцарии №370107. Кл. 19, 19/04. Выдан 16.10.1959.

3.. Эггерт X., Гроте Ю., Каушке В. Опорные части в строительстве. - M.: Транспорт, 1978, с.289-290.

1. Валковая опорная часть, включающая воспринимающие, в частности, высокопрочными участками при свободном касании вертикальную нагрузку верхнюю и нижние опорные плиты, в том числе со вставками, установленными в них с возможностью съема, и размещенные между ними шарнир с расположенными напротив друг друга цилиндрическими поверхностями единого диаметра, обеспечивающими заданные взаимные угловое и горизонтальное смещения опорных плит, и противоугоны, отличающаяся тем, что шарнир состоит из сердечника и насадок с цилиндрической поверхностью, выполненных с продольным пазом, с помощью которого они установлены с возможностью съема на сердечник с плотным касанием ответных поверхностей его и дна паза насадок, при этом обеспечивающие заданное горизонтальное смещение ширина плоскости свободного касания опорных плит с шарниром и длины дуг его цилиндрических поверхностей имеют величину не менее, чем сумма величин заданного горизонтального смещения и ширины контактной площадки распределения контактных напряжений, образуемых при свободном касании опорных плит и насадок, а ширина плотного касания ответных поверхностей дна паза насадок и сердечника составляет величину не менее, чем расстояние между лучами центрального угла, определяющего границы наружных цилиндрических поверхностей насадок, к тому же минимальная толщина насадок под этими цилиндрическими поверхностями составляет не менее трех ширин указанной контактной площадки.

2. Валковая опорная часть по п.1, отличающаяся тем, что в шарнире сопрягаемые боковые поверхности сердечника и паза насадок выполнены параллельными вертикальной нагрузке и ответными друг другу со скользящей при сопряжении посадкой, объединенными между собой, например, болтами, с обеспечением взаимного перемещения на величину не менее, чем величина сближения опорных плит под вертикальной нагрузкой.

3. Валковая опорная часть по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в шарнире сердечник выполнен из составных деталей, объединенных между собой, например, болтами.