ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

ЭКСПРИМ ЕН ГА ЛЬ НОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТАНИН ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ДЛЯ КУЗНЕ ЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН И ДРУГОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для кузнечно-прессовых машин с базовыми деталями из желе­зобетона в ряде случаев станины целесообразно выполнять в виде пустотелого цилиндра с толстыми днищами, изготовленного из железобетона с напрягаемой арматурой. При этом усилие прес­сования, развиваемое механическими узлами пресса, восприни­мается предварительно напряженной железобетонной конструк­цией станины.

Цилиндрические станины могут быть применены для прессов, в которых условия эксплуатации не вызывают необходимости обслуживания машины в процессе работы, не требуют открытых технологических подходов и кругового обзора штамповой зоны прес са.

Конструкция станины удобна с точки зрения выполнения ее в железобетоне с напрягаемой арматурой. Применением высоко­прочного бетона (марок «400»—«600») и арматуры с высоким пре­делом прочности (до 15 ООО—18 ООО кГ/см2) могут быть обеспечены минимальные габариты и достаточно малый вес пресса в целом. Например, обжимной пресс усилием 800 т состоит из четырех монтажных элементов: двух архитравов — верхнего и нижнего и двух стенок (фиг. 1). Вес каждого элемента не превышает 5,5 т.

Размеры пресса обусловлены в основном размещением меха­нических узлов пресса (трех цилиндров, траверсы) и штамповой зоны.

Габариты пресса в плане равны 1,8 X 1,8 м, высота 5,7 м.

В сравнении с аналогичным прессом в металлическом испол­нении, вес станины которого по данным ВНИИМЕТМАШа соста­вляет 20 т, габариты пресса в плане и вес железобетонной станины не увеличиваются; металла требуется в 3,3 раза меньше и стои­мость изготовления почти в 6 раз ниже. 266

Таким образом, применение железобетонных цилиндрических станин с напрягаемой арматурой для прессов различного назна­чения дает значительный технико-экономический эффект.

При проектировании станины в первую очередь должна быть обеспечена заданная несущая способность и долговечность кон­струкции, определяемые рас­четом на прочность и выно­сливость. Кроме того, в экс­плуатационной стадии вели­чина упругих и остаточных деформаций не должна пре­вышать пределов, установ­ленных техническими усло­виями.

Принятая форма цилин­дрической станины обеспечи­вает достаточную жесткость конструкции при работе ее на продольные и поперечные усилия, возникающие при штамповании или других рабочих процессах. Однако для назначения рациональ­ных размеров и армирования элементов станины необхо­димо иметь способы оценки прочности и жесткости кон­струкции.

К настоящему времени не имеется методики расчета элементов такой сложной формы на заданную схему загружения. Разработка ме­тода расчета сама по себе является сложной задачей теории упругости. В приме­нении к железобетонной кон­струкции эта задача еще более усложняется наличием двух совместно работающих материалов (бетона и арма­туры) и особыми свойствами

Бетона (неупругость, анизотропность, неоднородность структуры).

Задача может быть несколько упрощена путем разделения станины на отдельные элементы.

Основными деталями цилиндрической станины являются архи­травы (верхний и нижний) и стены (фиг. 1). Совместная работа
элементов станины обеспечивается установкой напрягаемой сталь­ной арматуры из стержней и проволоки, натяжение которых осуществляется после затвердения бетона.

Массивные железобетонные станины прессов цилиндрической формы при эксплуатации находятся в условиях сложного напря­женного состояния (фиг. 2).

При действии эксплуатационного усилия стены станины работают на растяжение при наличии некоторого эксцентрицитета приложения равно­действующей .

Архитравы находятся в более слож­ных условиях. Эксплуатационное уси­лие пресса передается на нагружаемую поверхность архитрава через пирамиду штампов, распределяющих давление до величины, безопасной для железобе­тона.

С противоположной стороны на опорной плоскости архитрава возни­кает реактивное давление анкеров про­дольной напряженной рабочей арма­туры, передаваемое на бетон через толстые металлические шайбы, распре­деляющие давление.

На боковой поверхности архитрава имеет место давление поперечной на­прягаемой арматуры.

Реактивные усилия вызваны натя­жением арматуры и действуют на бетон конструкции постоянно, увеличиваясь в момент работы пресса до максималь­ного значения.

В цилиндрических станинах архит­равы выполняются в виде круглых или эллиптических железобетонных плит большой толщины, армированных в направлении, перпендикулярном действию усилия пресса и напрягаемой арматуры, расположенной по контуру плиты.

При этом обеспечиваются: малые габариты деталей (ввиду применения высокопрочных бетона и стали);

Малый расход материалов и снижение веса конструкции; достаточно высокая жесткость архитрава и всей конструкции станины.

Указанные качества позволяют широко применять подобные конструкции в машиностроении не только для архитравов прес­сов, но и для таких сильно нагруженных деталей оборудования, как головки растяжной машины, подвижные траверсы, подштам - повые плиты и др.

В этих случаях железобетонные элементы машин работают как толстая плита, опертая по контуру или части контура и нагру­женная центрально или эксцентрично приложенной многократно повторяющейся нагрузкой. Иногда (в архитравах со встроенными силовыми гидроцилиндрами или зажимными устройствами растяж­ной машины) эти плиты ослаблены центрально-расположенным отверстием и воспринимают дополнительную, радиально-направ - ленную нагрузку.

Стенка станины представляет собой внецентренно растянутую железобетонную конструкцию, соединенную с архитравами напря­гаемой продольной арматурой. Сечение стен определяется в основ­ном возможностью расстановки необходимой растянутой про­дольной арматуры станины, которая должна воспринимать рабо­чее усилие прессования. Для расчета стен могут быть полностью использованы положения «Строительных норм и правил» ч. II, разд. В, гл. I. «Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования». Архитравы станин являются наиболее тяжело нагруженными элементами. Их прочность и жесткость должны быть достаточны, чтобы передать рабочее усилие пресса на несущие растянутые стены станины.

Величина рабочего усилия в большинстве случаев такова, что давление р на бетон архитрава, распределенное подштампо­вой плитой, достигает величин, значительно превышающих куби - ковую прочность бетона.

При нагружении в архитраве возникает сложное напряженное состояние, которое видоизменяется в зависимости от геометри­ческих размеров, вида и прочности материалов выбранной конст­рукции и других факторов.

Поскольку бетон имеет малую прочность при растяжении, конструкции архитрава и схема распределения усилий при нагру­жении должны исключить появление значительных удлинений бетона, превышающих деформации предварительного обжатия.

Архитравы цилиндрической формы, выполненные в железо­бетоне с напрягаемой арматурой, не могут быть рассчитаны с при­менением какой-либо известной методики расчета плит, так как отличаются значительной толщиной по сравнению с пролетом

Таким образом, имеется возможность рассчитать жесткость элемента и величину нормальных и касательных напряжений, воз­никающих на стадии нагружения, когда доля пластических дефор­маций материала мала.

Однако для расчета общей несущей способности железобетон­ной, предварительно напряженной, цилиндрической толстой плиты до сих пор не имеется каких-либо предложений.

Для разработки методики расчета такого сложного элемента необходимо иметь достаточные опытные данные, которые могут быть положены в основу теоретических исследований.