CC BY
21
© В.А. Субботин, 2003
УАК 622.25/26.002.5
В.А. Субботин
СОЗЛАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО МОАУЛЬНОГО У КААЛЧИ КА СБОРНОЙ ОБАЕЛКИ ТОННЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО СЕЧЕНИЯ
Созданные в России и за рубежом в настоящее время укладчики сбор и обделки тоннелей (эректоры), как правило, предназначены для монтажа обделки тоннеля постоянного сечения. Однако, в практике строительства подземных сооружений довольно часто возникает необходимость оперативно переходить на сооружение тоннелей большего (меньшего) сечения. Например, при сооружении камерсъездов на строительстве метрополитенов. Разработанный нами универсальный модульный укладчик сборной обделки показан на рис. 1.
Укладчик состоит из следующих основных частей:
1. Универсальной гидравлической платформы, которую можно трансформировать для монтажа обделки тоннеля различного диаметра (от 4,0 до 12,0 м), увеличивая или уменьшая ее ширину (пролет несущих балок) путем установки специальных модульных вставок или их демонтажа. При использовании укладчика для монтажа обделки тоннеля диаметром от 8 до 12 м. под платформу устанавливают стойки, которые жестко соединяют с несущими балками платформы. Стойки уменьшают пролет, несущих балок платформы, консоли этих балок уменьшают изгибающий момент в опасном сечении и, следовательно, увеличивают прочностные характеристики ее.
2. Г'идрофицированной руки укладчика.
3. Выдвижного поворотного вала, к которому крепится рука укладчика и с помощью которого осуществляется ее поворот и выдвижение на 0,75 м. Причем, поворот вала осуществляют гидродвигателем, а выдвижение гидродомкратом.
4. Площадок, предназначенных для доступа проходчиков к месту монтажа. Площадки выдвигаются по направляющим гидродомкратами. Причем, при монтаже обделки тоннеля большого диаметра вместо выдвижных площадок используются специальные люлъки (на рис.1 специальные люльки не показаны). Нами разработаны две конструкции руки укладчика (складывающаяся и телескопическая).
Та и другая рука укладчика (см. рис.1) представлены нами в отчете по научно-исследовательской теме СМ-204 и в рабочем проекте «Универсального модульного укладчика сборной обделки тоннелей различного сечения».
Поперечные сечения ответственных несущих элементов укладчика Выбраны мной оптимальной формы и изготовлены из высокопрочных сред легированных сталей ЗОХГСН2А, 40ХГСН2МА и 25Х2ГНТА. Привожу основные результаты прочно-
стных расчетов ответственных элементов укладчика. Расчет складывающейся и телескопической руки укладчика.
0пасным сечением в той и другой руке будет сечение в месте крепления руки к поворотному валу при монтаже обделки тоннеля максимального диаметра 12 м. В этом сечении будут складываться изгибающие момоменты от массы элемента обделки и массы противовеса. Определим максимальный изгибающий момент в этом сечении:
Мизг = 10 кНхб м + 20 кНх2 м = =100 кНм. При расчете возьмем высокопрочную среднелегированную сталь 30ХГСН2А с условным пределом текучести после изотермической закалки 1170 МПа. Тогда, допускаемое напряжение при коэффициенте запаса прочности равном 5 будет равно: [ст] = 1170/5= 234 МПа. Складывающуюся руку укладчика следует изготовить из тонкостенного прямоугольного коробчатого профиля, у которого высота в два раза больше ширины, а толщина стенки составляет б сотых от ширины сечения, т.е. Ь = 2Ь, t = 0,06Ь. Выбираем прямоугольный коробчатый профиль 300 х150 х7с моментом сопротивления Wx = 0,0004826 м. Нормальные напряжения от изгибающего момента в наиболее напряженном волокне опасного сечения равны: ст мах=100/0,0004826 = 2072 МПа.
Телескопическую руку укладчика изготовим из квадратного тонкостенного коробчатого профиля, что позволит разместить силовой гидродомкрат
внутри профиля. Привожу размеры трех квадратных тонкостенных коробчатых профилей, площадь их поперечных сечений, массу 1 м. профиля и величину максимальных напряжении от изгибающего момента, возникающих в опасном сечении при монтаже обделки максимального диаметра:
1) 230x230x7, А=0,006244 м., т=48 кГ/м.,
Стмах=221,б МПа;
2) 220x220x8, А=0,006784 м., т=52,9 кГ/м.,
Стмах=234,19 МПа;
3) 200x200x10, А=0,0076 м., т=59 кГ/м,
стмах=217,86 МПа.
Соответсвующие значения этих параметров для выдвигаемых коробчатых элементов телескопической руки укладчика приведены ниже:
1) 210x210x4, А=0,0033 м, т=30,6 кГ/м,
Стмах=170,14 МПа;
2) 198x198x4. А=0,0032 м, т=25,0 кГ/м,
Стмах=180,3 МПа;
3) 174x174x4, А=0,0027 м, т=21,2 кГ/м,
стмах=265,8 МПа.
Прочностной расчет поворотного вала руки укладчика.
Определяем максимальный скручивающий момент, действующий на поворотный вал со стороны руки при монтаже тоннеля максимального диаметра:
Ммах = 10,0х6,0-20,0х2,0 = 20 кНм. Гидродвигатель поворотного вала может развить максимальный скру чивающий момент - 30 кНм. По этой причине в
действующей на поворотный вал в опасном сечении. Определим ее величину: Р=2,5+10+20=32,5 кН. Изгибающий момент на опоре равен: Миз=32,5 х 0,75=24,375 кНм. В наиболее напряженной точке опасного сечения, на образующей вала будет плоское напряженное состояние, где действуют нормальные напряжения от изгибающего момента и касательные напряжения от крутящего момента. Определим величину этих напряжений, приняв диаметр поворотного вала - 120 мм, т.е. 0,12 м.
Нормальные напряжения от изгибающего момента: ст = Миз^х=144 МПа, Касательные напряжения от крутящего момента: т = Мкр^р = 88,5 МПа. Эквивалентное напряжение по З-й теории прочности будет равно:
ст = у/1442 + 4 ж 88,52 = 228,2 МПа.
Расчет трансформируемой платформы укладчика.
Распределенную нагрузку на квадратный метр платформы укладчика примем равной - 2,5 кН/м. Тогда интенсивность распределенной нагрузки на погонный метр несущей балки укладчика при максимальном пролете - 8 м. будет равна 3,0 кН/м.
На рис. 2 а, б, в, г представлены соответственно расчетная схема несущих балок укладчика, эпюры поперечных сил, изгибающих моментов и их поперечное сечение - тонкостенное коробчатое сечение 230 х 100 х 8 (профильная труба).
Несущие балки укладчика следует изготовить из Ст. 10, предел текучести у которой равен 320 МПа. Нормальные напряжения в наиболее напряженном волокне опасного сечения равны — 84,4 МПа. Фак-
тический запас прочности равен 3,79.
При работе укладчика в наиболее тяжелых условиях будет находиться передняя балка, на которую, кроме распределенной нагрузки, будет действовать сосредоточенная сила равная общей массе монтируемого элемента обделки, противовеса, руки укладчика и реактивного усилия ее гидродомкрата.
На рис. З а, б, в, г соответственно показаны расчетная схема передней несущей балки укладчика, эпюры поперечных сил, изгибающих моментов и ее поперечное сечение в виде сдвоенного коробчатого профиля 230 100 х 8. Наибольшие нормальные напряжения в опасном сечении ее равны 124,9 МПа. Фактический коэффициент запаса прочности равен 2,56. Величину его можно оценить как достаточную. При подготовке укладчика к монтажу обделки тоннеля диаметром 12 м для уменьшения пролета несущие балки укладчика под них устанавливают стойки, которые жестко соединяют с ними. После этой операции получаем статически определимую раму. На Рис. 4, а, б, в, г показаны соответственно расчетная схема рамы, эпюры продольных, поперечных сил и изгибающих моментов. Анализируя эпюры делаю вывод: все элементы рамы удовлетворяют условию прочно -сти.
Расчет опорных балок гидро двигателя поворотного вала и его передвижной опоры.
Две параллельные опорные балки поворотного вала выполнены из листовой стали 09Г2С толщиной 16 мм. в виде двутавра. Между спинками двутавров параллельно им расположен поворотный вал руки укладчика. В начале поворотного вала расположена, связанная с ним силовая система, которая состоит из гидро домкрата и гидро двигателя. При выдвижении поворотного вала гидродомкратом выдвигается и гидродвигатель вместе с его передвижной опорой. Передвижная опора поворотного вала в плане выполнена в виде прямоугольника 1000х500 мм. Короткие стороны прямоугольника выполнены из квадрата 80х80, усиленного сверху и снизу полосами толщиной 10. В последних установлены по два стальных колеса с ребордами диаметром 87 мм., шириной 40 мм. Расстояние между осями колес 400 мм. При выдвижении передвижной опоры поворотного вала ее колеса взаимодействуют с краями полок опорных балок и фиксируют ее положение в плане. Опорые балки с внешней стороны по всей длине усилены прямоугольными косынками, которые установлены с шагом 150 мм. и приварены к полкам и спинке двутавра.
На рис. 5а, б, в, г, д показана расчетная схема опорной балки поворотного вала эпюры поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов. В настоящее время по разработанному нами рабочему проекту на заводе «Метромаш» изготавливается опытный образец укладчика. После завершения работ по изготовлению опытного образца «Универсального модульного укладчика сборной обделки тоннелей различного сечения» нами будут проведены его заводские и промышленные испытания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волков В, Наумов С.Н., Пирожкова А.Н, Храпов В.Г. «Тоннели и метрополитены» Москва, «Транспорт», 1975.
2. Бюргер И.А., Шорр Б.Ф, Иосилевич Г.Б. «Расчет на прочность деталей машин», справочник Москва «Машиностроение», 1979.
3. Арзамасов Б.Н, Брострем В.А., Буше Н.А., Быков
Ю.А. и др. «Конструкционные материалы», справочник Москва, «Машиностроение», 1990.
4. Александров А.В, Потапов В.Д, Державин
Бї.чСопротивление материалов», Москва, «Высшая школа» 2000.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Субботин В.А. - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
СУББОТ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB11~03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm УДК 622
Alexandre Katalov
18.09.2003 14:49:00 4
18.09.2003 14:58:00 Гитис Л.Х.
11 мин.
09.11.2008 18:13:00 4
1 440 (прибл.)
8 208 (прибл.)
