Пролетная балка
Полезная модель относится к отрасли подъемно-транспортных машин, а именно, к пролетным балкам, преимущественно для кранов мостового типа, содержащих верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом 
к оси балки. При этом угол является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки и увеличивается к центру балки.
Угол в отдельном варианте выполнения определяется по формуле:
,
где
,
n - угол в соответствующем секторе балки;
- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м3;
Б - толщина стенки в базовом варианте балки, м;
Н - высота балки, м;
В - ширина балки, м;
а - толщина пояса, м;
Мn - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;
[
] - величина допустимого напряжения, Па;
n - номер соответствующего сектора, начиная с середины балки.
Техническим результатом заявленной полезной модели является увеличение угла наклона стенок к продольной оси балки в направлении к центру балки, что увеличивает количество стенок в центре балки, чем обеспечивается повышение пространственной жесткости балки за счет равномерного распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.
1 з.п.ф, 7 илл.
Полезная модель относится к отрасли подъемно-транспортных машин, а именно, к пролетным балкам, преимущественно для кранов мостового типа.
Известна пролетная балка, преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены параллельными стенками, расположенными вдоль продольной оси балки [1]. Такая конструкция является базовой для пролетных балок указанного назначения и содержит одинаковые поперечные сечения вдоль продольной оси балки, а именно - в виде короба.
Недостатками известной пролетной балки являются ее высокая металлоемкость и недостаточная пространственная жесткость, вследствие неравномерности распределения напряжений в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.
Известна пролетная балка, преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены стенками в виде симметричной волны, или синусоидальной с постоянным радиусом или пилообразной с постоянным углом при вершине [2].
Эта пролетная балка имеет одинаковое конструктивное выполнение вдоль продольной оси балки, которое не учитывает увеличение напряжений к центру пролетной балки. Такое решение не обеспечивает пространственную жесткость балки, вследствие неравномерности распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.
Известна пролетная балка, преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной балки оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом , который лежит в диапазоне от 30° до 60° к продольной оси балки [3].
У этой пролетной балки стенки установлены с одинаковым наклоном, поэтому она имеет одинаковое конструктивное выполнение вдоль продольной оси балки, которое не учитывает увеличение напряжений в направлении к центру пролетной балки. Такое решение не обеспечивает пространственную жесткость балки, вследствие неравномерности распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки.
Задачей заявляемой полезной модели является создание пролетной балки, в которой достигнуто увеличение пространственной жесткости балки за счет равномерного распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки и возможность выполнения балки равного сопротивления.
Для решения поставленной задачи, в известной пролетной балке, преимущественно для кранов мостового типа, содержащей верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом к оси балки, согласно полезной модели, угол наклона стенок к продольной оси балки является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки и увеличивается к центру балки.
В отдельном варианте выполнения угол определяется по формуле:
,
где
,
n - угол в соответствующем секторе балки;
- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м3;
Б - толщина стенки в базовом варианте балки, м;
Н - высота балки, м;
В - ширина балки, м;
а - толщина пояса, м;
Mn - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;
[] - величина допустимого напряжения, Па;
n - номер сектора, начиная с середины балки.
На фиг.1 изображена заявляемая пролетная балка (вид сверху); на фиг.2 - заявляемая пролетная балка (вид сбоку); на фиг.3 - сечение А-А фиг.2; на фиг.4 - вид D фиг.1; на фиг.5 - расчетная схема заявляемой пролетной балки; на фиг.6 - эпюра изгибающего момента для расчета заявляемой пролетной балки; на фиг.7 - сечение пролетной балки [1], которая выбрана в качестве базовой.
Пролетная балка содержит верхний пояс 1, нижний пояс 2 и стенки 3, которые примыкают к внутренним поверхностям поясов 1 и 2. Стенки 3 последовательно установлены под углом вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок 3. Угол является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки, которое расположено в определенном секторе балки. Угол наклона стенок к продольной оси балки увеличивается в направлении к центру балки С.
Угол в отдельном варианте выполнения определяется по формуле:
,
где
,
n - угол в соответствующем секторе балки;
- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м3;
Б - толщина стенки в базовом варианте балки [1], м (см. Фиг.7);
Н - высота балки, м;
В - ширина балки, м;
а - толщина пояса, м;
Mn - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;
[] - величина допустимого напряжения, Па;
n - номер соответствующего сектора, начиная с середины балки.
Для реализации указанной полезной модели необходимо определить значение угла наклона каждой стенки 3 к продольной оси балки в соответствующем секторе балки, которые обозначены как L1, L2 , L3 и Ln (см. Фиг.5, Фиг.6).
Пример расчета угла приведен ниже.
Для определения угла рассмотрим схему нагрузки пролетной балки, которая приведена на Фиг.5.
Для расчета были предоставлены следующие параметры:
- масса груза Q=16 т;
- пролет балки L=16,5 м;
- масса балки МБ =2600 кг;
- масса грузовой тележки МТ =9000 кг;
- высота балки Н=0,9 м;
- ширина балки В=0,35 м;.
- толщина пояса а=0,008 м;
- толщина стенки в базовом варианте балки Б=0,006 м;
- допустимое напряжение []=120 МПа.
Расчет величины угла стенки 3 к продольной оси балки осуществляется следующим образом (см. Фиг.5).
Определяем нагрузку P и q:
.
Определяем реакцию опоры R1 :
.
Определяем максимальную величину изгибающего момента в определенном секторе L1 балки (изгибающий момент M1 в первом сечении):
.
Строим эпюру изгибающего момента (см. Фиг.6).
Расчет величины угла 1 стенки 3 к продольной оси балки в секторе L1 определяется следующим образом.
Определяем необходимый момент сопротивления для 1-й стенки:
.
Определяем РЕАЛ1 для 1-й стенки:
Получаем угол 1 наклона 1-й стенки:
.
Для определения угла 2 наклона следующей стенки 3 определяем длину 1-го сектора:
.
По эпюре изгибающего момента и длине 1-го сектора L1 определяется величина изгибающего момента для 2-го сектора L2:
М 2=547591 Н·м.
Затем определяем необходимый момент сопротивления для 2-й стенки:
.
РЕАЛ2 вычисляем следующим образом:
Получаем угол 2 наклона 2-й стенки:
.
Для определения угла 3 наклона следующей стенки 3 вычисляем длину 2-го сектора L2:
.
По эпюре изгибающего момента и длине 2-го сектора L2 определяется величина изгибающего момента для 3-го сектора L3:
М 3=536052 Н·м.
Затем определяем необходимый момент сопротивления для 3-й стенки:
.
Вычисляем РЕАЛ3:
Получаем угол 3 наклона 3-й стенки:
.
Далее последовательно определяем величины углов вертикальных стенок до достижения конца пролета - симметрично относительно центра балки С.
За счет увеличения угла наклона стенок 3 к продольной оси балки в направлении к центру балки С возрастает относительное количество стенок 3 в центре балки С, обеспечивается повышение пространственной жесткости балки за счет равномерного распределения напряжений на элементы в поперечных сечениях вдоль продольной оси балки. Таким образом, обеспечивается возможность выполнения балки равного сопротивления.
Источники информации:
1. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. - СПб.: Политехника, 2005, с.368.
2. Авторское свидетельство СССР 
1533980, М. кл. В66С 6/00, 07.01.1990;
3. Авторское свидетельство СССР 470471, М. кл. В66С 6/00, 05.04.1973 (прототип).
1. Пролетная балка преимущественно для кранов мостового типа, содержащая верхний и нижний пояса, которые соединены стенками, последовательно установленными вдоль продольной оси балки с противоположным наклоном смежных стенок под углом к оси балки, отличающаяся тем, что угол является параметром момента сопротивления поперечного сечения балки и определяется в зависимости от величины изгибающего момента в соответствующем поперечном сечении балки и увеличивается к центру балки.
2. Пролетная балка по п.1, отличающаяся тем, что угол определяется по формуле:
где
n - угол в соответствующем секторе балки;
- величина момента сопротивления поперечного сечения в соответствующем секторе балки, м3;
Б - толщина стенки в базовом варианте балки, м;
Н - высота балки, м;
В - ширина балки, м;
а - толщина пояса, м;
Мn - величина изгибающего момента в соответствующем секторе балки, Н·м;
[] - величина допустимого напряжения, Па;
n - номер соответствующего сектора, начиная с середины балки.
