Устройство дл  сборки ферменной металлоконструкции - RU2222488C2

Чертежи

Описание

Предлагаемое изобретение относится к устройству для разъемной сборки и соединения встык поясных конструкционных элементов форменных металлоконструкций. Предпочтительно настоящее изобретение относится к соединению между собой сборных элементов башенного подъемного крана, используемого на строительных площадках.

Башня такого подъемного крана часто состоит из накладываемых друг на друга сборных элементов мачты, которые приходится часто собирать вместе или разбирать в зависимости от того, хотят ли смонтировать или нарастить кран или, наоборот, демонтировать кран. Такие сборные элементы мачты - обычно они имеют квадратное горизонтальное сечение - состоят каждый из четырех вертикальных уголковых балок или брусьев, соединенных попарно с помощью тройных связей, образованных горизонтальными и диагональными поперечинами. В процессе монтажа подъемного крана сборные элементы мачты располагают вертикально один над другим и жестко соединяют их вместе с помощью их уголковых поясных элементов. Соединения встык, осуществляемые между этими уголковыми поясными элементами ферм, призваны обеспечить непрерывность вертикальных станин мачты, а также передачу усилий в продольном и поперечном направлениях под воздействием различных прилагаемых нагрузок. Сборку поясных элементов ферм двух последовательно расположенных сборных элементов мачты чаще всего осуществляют с помощью прокладочных узлов, в которых используются соединительные детали, образующие двойной упор, поскольку своими осями они соединены с нижним поясным элементом вышележащего сборного элемента мачты и с верхним поясным элементом нижележащего сборного элемента мачты.

Патент Франции № 2680813, выданный заявителю настоящего изобретения, использует для сборки встык имеющих полую конфигурацию поясных элементов ферм внутреннюю накладку соответствующего поперечного сечения, в частности квадратного сечения. Крепление накладки на поясных элементах каждой фермы осуществляется с помощью двух прямоугольных монтажных пальцев (соединительных осей), которые пропускаются через отверстия, проточенные в накладке и в поясном элементе фермы. Крепление накладки к нижнему поясному элементу фермы вышележащего сборного элемента мачты таким образом осуществляется с помощью двух демонтируемых прямоугольных монтажных пальцев. Крепление же накладки к верхнему поясному элементу нижележащего сборного элемента мачты осуществляется с помощью двух других прямоугольных монтажных пальцев, которые крепятся неразъемно, т.к. каждый палец имеет головку, удерживаемую в стопорной пластине, приваренной к полосе, которую, в свою очередь, предварительно приваривают с наружной части поясного элемента фермы нижележащего сборного элемента мачты на уровне отверстия, через которое проходит данный монтажный палец. Таким образом, накладка крепится постоянно (намертво) к вершине фермы нижележащего сборного элемента мачты посредством монтажа, осуществляемого на заводе-изготовителе, и, следовательно, если необходимо осуществить разъемное крепление на строительной площадке, где данный башенный кран используется, то нужно всего лишь соединить накладку и поясной элемент фермы вышележащего сборного элемента мачты.

Однако вышеописанный способ сборки является относительно сложным, поскольку он использует большой набор монтажных деталей (монтажные пальцы, стопорные пластины для приема пальцев, соединительные полосы) и, следовательно, требует выполнения ряда операций, необходимых для соединения нижней части прокладки с поясным элементом фермы нижележащего сборного элемента мачты, тогда как все, что нужно, так это осуществить постоянное жесткое соединение. Говоря в широком плане, надежность такого соединения множества деталей является областью техники, поддающейся усовершенствованиям, поскольку каждая деталь имеет свой собственный показатель надежности, но в целом суммарная надежность такой сборки, состоящей из нескольких деталей, ниже надежности каждой индивидуальной детали. Наличие отверстий для пропуска монтажных пальцев через накладку и поясной элемент фермы, а также присутствие приваренных полос вводят гетерогенность в градиент напряжений, присутствующих в верхней части фермы, соединяемой с накладкой. Соединение, осуществляемое между накладкой и верхней частью фермы, подвержено явлению фреттинг-коррозии (коррозии, вызываемой трением); такое соединение подвержено износу и образованию неплотностей (люфта). Аналогично монтажные пальцы и корпус накладки также подвержены коррозии.

Таким образом, вышеуказанное сборное устройство страдает рядом недостатков, которые предполагается устранить в предлагаемом изобретении. Итак, задачей настоящего изобретения является упрощение сборного устройства, повышение его надежности, повышение качества сборки и удлинение срока службы устройства за счет сокращения числа монтажных деталей и выполняемых операций.

Для достижения указанных целей настоящего изобретения предлагается устройство для осуществления разъемной сборки путем соединения встык элементов форменной металлоконструкции, причем балки фермы имеют полую конфигурацию. Предлагаемое устройство состоит в основном из накладок, верхняя часть каждой из которых выполнена в форме стержня или штифта, а нижняя часть выполнена в форме цоколя. При этом верхняя часть накладки имеет поперечное сечение, которое соответствует полому внутреннему сечению балок ферм, а также имеет, по меньшей мере, два смещенных относительно друг друга поперечно проходящих отверстия, выполненных в ортогональном направлении. Эти отверстия предусмотрены для пропуска через них разъемных (демонтируемых) монтажных пальцев, которые также предварительно пропущены через отверстия, выполненные в нижней части поясного элемента фермы (в балках), принадлежащей к вышерасположенному элементу конструкции и соединенной раструбным (пазовым) соединением с указанным стержнем. Одновременно нижняя часть накладки, выполненная в форме цоколя, имеет сечение большее, чем сечение стержня, и предназначена для того, чтобы ее прикрепили сваркой ее нижней гранью в верхней части балки, принадлежащей к сборному нижележащему элементу конструкции.

Следовательно, предлагаемое монтажное устройство включает в себя совокупность накладок, которые, с одной стороны, постоянно соединены сваркой с вершинами балок нижележащего элемента конструкции, а с другой стороны, принимают на себя в форме раструбного (пазового) соединения нижние части соответствующих ферм вышележащего элемента конструкции, причем демонтируемые монтажные пальцы обеспечивают жесткое, но не постоянное соединение между нижними частями ферм вышележащего элемента конструкции и стержнями соответствующих прокладок.

В том случае, когда предлагаемое устройство применяется для соединения между собой сборных элементов мачты башенного подъемного крана, накладки приваривают цоколями к вершинам уголковых балок фермы нижележащего сборного элемента мачты, при этом стержни этих же накладок вводятся в нижние части уголковых балок фермы вышележащего сборного элемента мачты. Само собой разумеется, когда мы говорим "вышележащий элемент мачты", то мы имеем в виду, что он одновременно является и "нижележащим" элементом относительно того элемента мачты, который находится над ним.

Предпочтительно, чтобы каждая прокладка представляла бы собой литую или кованую деталь из пригодной для сварки стали, обычно применяемой в машиностроении. Цоколь такой прокладки приваривается к верхней части фермы (балки), принадлежащей к нижележащему сборному элементу мачты сваркой плавлением.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения цоколь накладки имеет центральное углубление в форме усеченного купола, причем купол заканчивается в основании цоколя. При таком варианте исполнения цоколь имеет сечение, которое непрерывно убывает от вершины цоколя к его основанию, а боковые грани цоколя имеют толщину, которая непрерывно убывает сверху вниз. Дело в том, что наличие указанного углубления в форме усеченного купола позволяет создать однородный градиент механических напряжений, возникающих между более слабым сечением у основания цоколя и более прочным сечением у вершины цоколя.

Согласно частному случаю осуществления настоящего изобретения боковые грани накладки имеют две внешние боковые грани, минимальная толщина которых (если ее измерить у основания цоколя) идентична толщине соответствующих полок балки фермы, относящейся к нижележащему сборному элементу конструкции, к которой приварен цоколь, а также две внутренние боковые грани, минимальная толщина которых (измеренная у основания цоколя) превышает толщину полок этой же самой балки фермы. При таком варианте исполнения накладки обе внешние грани являются как бы гранями-эталонами, обеспечивающими абсолютную сплошность с гранями балки фермы нижележащего сборного элемента конструкции, тогда как присутствие двух внутренних граней большей толщины призвано компенсировать разброс размеров в поперечном измерении балки, особенно в том случае, если балка изготовлена путем сваривания вместе двух уголков вдоль их продольных кромок. В этом случае наличие более толстых внутренних граней гарантирует достижение оптимального сечения сварки, а именно оптимального для приваривания цоколя сваркой плавлением к вершине балки фермы. Выражения "внешние грани" и "внутренние грани" обозначают в данном описании соответственно две боковые грани цоколя, которые видны с внешней стороны данного сборного элемента конструкции (например, сборного элемента мачты), и две другие боковые грани цоколя, которые видны с внутренней стороны данного элемента конструкции. Таким образом, в целом цоколь имеет четыре боковых грани, соответствующие четырем сторонам его квадратного горизонтального сечения. Выгодная особенность такого выполнения цоколя заключается в том, что верхняя грань цоколя прокладки образует опорную поверхность для внутренних полок балки фермы, принадлежащей вышележащему сборному элементу конструкции, причем ширина этой опорной поверхности больше толщины внутренних полок балки этой же фермы.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения стержень (штифт) накладки снабжен в зоне ее сопряжения с цоколем периферийной канавкой закругленного профиля. Эта канавка соединяется с верхней поверхностью цоколя, которая является опорой для конечной нижней грани балки фермы, принадлежащей нижележащему сборному элементу конструкции. Назначение этой периферийной канавки состоит в том, чтобы уменьшать коэффициент концентрации напряжений в зоне сопряжения нижней части стержня с верхней частью цоколя накладки.

В целом изобретение предлагает "оптимизированное" монтажное устройство, которое, в частности, имеет следующие преимущества над монтажными устройствами, известными в предыдущем уровне техники:

- упрощается конструкция нижней части накладки за счет уменьшения числа конструктивных элементов (отпадает необходимость в соединительных стержнях, соединительных полосах и стопорных пластинах для пропуска стержней) и, следовательно, сокращается число необходимых производственных операций по изготовлению и соединению деталей;

- сборная конструкция становится безопаснее в эксплуатации ввиду меньшего числа составляющих ее деталей;

- достигается более однородный градиент напряжений в верхней части фермы, принадлежащей к нижележащему сборному элементу конструкции, к которому приваривают накладку, за счет устранения отверстий для пропуска монтажных пальцев и соединительных полос;

- верхняя механически обработанная поверхность цоколя прекрасно воспринимает усилия сжатия благодаря тому, что с внутренней стороны ее ширина превышает толщину внутренних полок верхней балки фермы и этот факт устраняет риск разброса воспринимаемых усилий;

- возникает возможность приваривать накладки к стальным фермам, изготовленным из самых разнородных сталей, поскольку используемая сварка плавлением не требует какой-либо особой обработки свариваемых поверхностей. Более того, сварку плавлением можно автоматизировать, обеспечив тем самым постоянное и воспроизводимое хорошее качество сварки;

- получаемые соединения менее подвержены износу и появлению люфтов вследствие явления фреттинг-коррозии за счет того, что отпадает необходимость соединять монтажными пальцами нижнюю часть накладки с верхней частью фермы, принадлежащей к нижележащему сборному элементу конструкции, устраняется коррозия в нижней части накладки; появляется возможность обработки поверхности (окраской) нижней части фермы за одну-единственную операцию.

Предлагаемое изобретение станет более понятным из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых в качестве примера показан один из вариантов выполнения устройства для сборки форменной металлоконструкции, более конкретно, для сборки и соединения сборных элементов мачты башенного подъемного крана.

Фиг.1 представляет в перспективе два сборных элемента мачты башенного крана (один из элементов показан частично), фермы которых собраны с помощью предлагаемого монтажного устройства; фиг.2 представляет в перспективе и в увеличенном масштабе накладку предлагаемого монтажного устройства; фиг.3 является разрезом по вертикали зоны соединения двух ферм, собранных с помощью предлагаемого устройства.

На фиг.1 представлены два последовательно расположенных, наложенных друг на друга сборных элемента 1, составляющих мачту подъемного башенного крана. Каждый сборный элемент 1 мачты имеет горизонтальное квадратное сечение и имеет четыре уголковых балки 2, расположенных вертикально и соединенных попарно на четырех боковых гранях элемента 1 мачты с помощью тройной связи, состоящей из горизонтальных 3 и диагональных 4 поперечин. Каждая балка 2 предпочтительно образована из двух уголков, соединенных вместе сваркой вдоль их продольных кромок таким образом, что они образуют трубчатую профилированную деталь, которая имеет, по существу, квадратное горизонтальное сечение и которая ориентирована аналогично квадратному сечению сборного элемента 1 мачты.

Таким образом, балки 2 сборных элементов 1 мачты имеют открытые верхние и нижние концы и их собирают в единое целое с помощью накладок 5, принадлежащих предлагаемому разборному монтажному устройству, представляющему собой устройство для осуществления разъемного соединения полых балок 2 сборных элементов 1 согласно изобретению. Каждая накладка (см. подробно на фиг. 2) представляет собой литую или кованую деталь из сваривающейся стали, обычно применяемой в машиностроении. Верхняя часть 6 накладки имеет форму стержня или штифта, а нижняя часть 7 выполнена в виде цоколя.

Верхняя часть имеет квадратное горизонтальное сечение. Стержень 6 заканчивается центрально расположенной вершиной 8 и фасками 9. Верхняя часть накладки 5 имеет два одинаковых и расположенных одно над другим отверстия 10 и 11, которые выполнены горизонтально под прямым углом друг к другу. Геометрическая ось нижнего отверстия 10 пересекает по перпендикуляру две противоположные вертикальные грани 12 стержня 6. Эти грани 12 располагаются друг против друга. Геометрическая ось верхнего отверстия пересекает перпендикулярно две других боковых грани 13, расположенных друг против друга. Геометрические оси обоих отверстий 10 и 11 смещены по вертикали относительно друг друга на расстояние по высоте, превышающее диаметр этих отверстий. Каждое из отверстий 10 и 11 имеет в направлении своей геометрической оси две последовательно расположенные части, диаметры которых несколько отличаются друг от друга. Эти части 14 и 15 отделены друг от друга кольцевым внутренним буртиком. Стержень 6 имеет на одном из своих вертикальных ребер вырез, образующий лыску (плоскую площадку) 16 для нанесения на нее маркировочных надписей и характеристик накладки 5 для того, чтобы можно было идентифицировать и найти нужную накладку.

И наконец, стержень 6 имеет у своего основания, в зоне его сопряжения с цоколем 7 периферийную канавку 17, имеющую закругленный профиль. Форма и размеры канавки 17 позволяют уменьшить коэффициент концентрации напряжений в зоне сопряжения между нижней частью стержня 6 и верхней частью цоколя 7.

Цоколь 7 имеет по существу квадратное горизонтальное сечение, площадь которого больше сечения стержня 6. В центре цоколя 7 имеется выемка 18, которая выходит наружу в основании этого цоколя 7. Выемка 18 цоколя 7 имеет форму усеченного купола. Следовательно, горизонтальное сечение цоколя 7 постепенно переходит от своей максимальной величины у вершины цоколя 7 к своей минимальной величине у основания этого же цоколя 7.

Верхняя горизонтальная грань 19 цоколя 7 окружает канавку 17, отшлифована и являет собой абсолютно ровную опорную поверхность для нижней конечной грани балки 2 вышележащего сборного элемента 1 мачты (эта грань также отшлифована) (см. фиг.3). Следует отметить, что со стороны обеих внутренних полок этой балки 2 верхняя грань 19 цоколя 7 имеет ширину L, которая превышает толщину внутренних полок этой же балки 2.

Нижняя горизонтальная грань 20 цоколя 7 приварена сваркой плавлением к конечной верхней грани балки 2 нижележащего сборного элемента 1 мачты.

Цоколь 7 имеет четыре боковых грани, из которых две грани 21 являются внешними (т.е. гранями, которые видны с внешней стороны элемента 1 мачты), и две грани 22 являются внутренними. Если учесть куполообразную форму выемки 18, то становится понятным, что все эти боковые грани 21 и 22 имеют толщину, которая убывает сверху вниз.

Две внешние грани 21 цоколя 7 имеют у своего основания такую же толщину, что и соответствующие внешние полки балки 2 сборного элемента мачты 1. Эти внешние грани 21 представляют собой эталонные поверхности, обеспечивающие абсолютную сплошность с соответствующими поверхностями балки 2 элемента 1 мачты.

Обе внутренние грани 22 цоколя 7 имеют у своего основания толщину Е, которая превышает толщину соответствующих внутренних полок балки 2 элемента 1 мачты. Тот факт, что эта толщина Е больше толщины полок балки, позволяет компенсировать разброс в поперечных размерах балки 2, особенно в том случае, когда балка получена соединением двух уголковых профилей и гарантирует оптимальное сечение сварного соединения в процессе приваривания цоколя 7 плавлением к верхней конечной грани балки 2 нижележащего элемента 1 мачты.

Итак, приварив четыре накладки 5 их цоколями 7 к вершинам балки 2 нижележащего элемента 1 мачты, получают сборный элемент 1, имеющий в своей верхней части четыре стержня 6, обращенные вверх.

В процессе монтажа башенного крана вышележащий элемент 1 мачты заводят над нижележащим элементом мачты 1 таким образом, чтобы четыре стержня 6 нижележащего элемента 1 вошли бы в зацепление с нижними концами соответствующих четырех балок 2 вышележащего элемента 1 мачты. Нижняя конечная грань каждой балки 2 вышележащего элемента 1 мачты опирается при этом на верхнюю грань 19 цоколя 7 соответствующей накладки 5, приваренной к балке 2 нижележащего сборного элемента 1 мачты.

Когда нижние концы балок 2 вышележащего элемента 1 мачты оказываются, таким образом, насаженными на стержни 6 накладок 5 нижележащего элемента 1 мачты, образуя с ними раструбное (пазовое) соединение, отверстия 10 и 11 в этих стержнях 6 оказываются выстроенными в один ряд (отцентрованными) с соответствующими отверстиями 23, проделанными в полках балок 2 вышележащего элемента 1 мачты в направлении к нижним концам этих балок 2, причем, чтобы еще больше упрочить эти отверстия 23 вокруг них приварены упрочняющие пластины 24. Окончательная сборка и соединение между стержнем 6 накладки 5 и нижним концом соответствующей балки 2 вышележащего элемента 1 мачты осуществляется с помощью двух монтажных пальцев (соединительных стержней) 25 и 26 (см. фиг.1). Первый монтажный палец 25 вводят в нижнее отверстие 10 стержня 6 и, таким образом, он проходит также через отверстия 23 балки 2, которые отцентрованы с отверстием 10. Второй монтажный палец 26, который перпендикулярен первому, вводят в верхнее отверстие 11 стержня 6 и, таким образом, он тоже проходит через отверстия 23 балки 2, которые отцентрованы с отверстием 10.

Каждый монтажный палец 25 или 26 имеет следующие элементы, расположенные последовательно в направлении от одного конца пальца к другому: расширяющуюся головку, цилиндрическую часть наибольшего диаметра (эта цилиндрическая часть соответствует отрезку наибольшего диаметра отверстий 10 или 11 стержня 6), цилиндрическую часть меньшего диаметра (что соответствует отрезку наибольшего диаметра отверстий 10 и 11) и конечную часть в форме усеченного конуса. Предусмотрены также съемные средства, позволяющие жестко зафиксировать пальцы на месте и исключить их смещение и, возможно, вращение. Более подробно эти фиксирующие средства описаны в патенте Франции № 2680813.

Как только сборка окончена, наличие выемки (углубления) в форме усеченного купола 18 в цоколе 7 позволяет создать равномерный (однородный) градиент напряжений между наиболее ослабленным горизонтальным сечением (у основания цоколя) и наиболее прочным горизонтальным сечением (у вершины цоколя).

Само собой разумеется, в процессе монтажа башенного подъемного крана одни и те же сборочные операции повторяются в отношении накладываемых друг на друга сборочных элементов 1 мачты, причем каждый элемент 1 имеет, как описано выше, четыре накладки 5, цоколи которых 7 приварены к вершинам четырех балок 2 этого элемента 1 мачты.

Чтобы в последующем отсоединить друг от друга два наложенных друг на друга сборных элемента 1 мачты, сначала убирают монтажные пальцы 25 и 26 (предварительно убрав их фиксирующие средства), после чего становится возможным приподнять балки 2, принадлежащие к вышележащему элементу 1 мачты, и вывести их из раструбного соединения относительно стержней 6 накладок 5, которые остаются на своем месте на вершинах балок 2 нижележащего элемента 1 мачты.

Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается единственным вариантом выполнения предлагаемого устройства для сборки форменной металлической конструкции, вариантом, описанным выше в качестве иллюстрирующего примера. Напротив, предлагаемое изобретение охватывает все варианты выполнения и применения, исходящие из данного принципа. В частности, заявители считают, что они по-прежнему остаются в рамках предлагаемого изобретения, если:

- несколько видоизменить форму накладок;

- если осуществлять сварку цоколя накладки к верхней части балки нижележащего элемента мачты любым другим подходящим способом сварки, например, электродуговой сваркой, контактной сваркой или лазерной сваркой;

- если предлагаемое устройство применяется для любой сборки балок и ферм металлоконструкции в любых других отраслях техники, а не только для монтажа башенных кранов.

Реферат

Изобретение относится к устройству для сборки элементов мачты башенного крана. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и качества сборки. Устройство позволяет осуществлять разъемную сборку встык балок и ферм, имеющих полую конфигурацию и являющихся частями двух накладывающихся друг на друга сборных элементов металлоконструкции. Устройство содержит накладки, нижняя часть которых в форме цоколя прикреплена сваркой к вершине балки, являющейся частью нижележащего элемента конструкции, тогда как ее верхняя часть в форме стержня введена в нижнюю часть балки, являющейся частью вышележащего элемента конструкции. Стержень имеет два поперечных отверстия, которые выполнены под прямым углом друг к другу и которые служат для пропускания через них съемных монтажных пальцев. Устройство применяется для сборки элементов мачты башенного подъемного крана. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула