ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН

КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Элементами конструкций железобетонных базовых деталей машин являются балки, плиты, - блоки, стойки и т. д.

Наличие массивных металлических закладных частей влияет на конструирование этих элементов. В большинстве случаев длинномерные металлические закладные части служат основой для образования элементов железобетонных деталей. Направляю­щие движения, длиной до 8 м, являются базой для образования продольных балок, а металлические опорные плиты — железо­бетонных блоков. 46

Станины тяжелых токарных станков состоят из двух (иногда трех, четырех) продольных балок с располагающимися вверху чугунными направляющими, ряда поперечных балок (диафрагм) и массивного блока с чугунной (или сварной) плитой, предназначен­ной для установки передней бабки.

Элементы конструкций железобетонных базовых деталей вклю­чают отдельные узлы: фундаментные опоры, узлы крепления и стыки, масляные ванны и др.

Металлические закладные части следует проектировать из сталей, отвечающих условиям свариваемости, а их конструкция должна обеспечивать удобство изготовления.

При конструировании закладных частей необходимо преду­сматривать надежное крепление их в бетоне путем приварки к арма­турному каркасу или с помощью отдельных стержней. Для анке - ровки чугунных закладных частей в чугун заливают стальные стержни, к которым при монтаже приваривают анкеры.

Глубина заделки анкерных стержней периодического профиля в чугуне составляет 3—4 диаметра стержня.

В чугун можно заливать гладкие стержни, для чего один конец выполняют в виде вилки. Для некоторых закладных частей такой способ анкеровки бывает неприемлемым по конструктивным соображениям, тогда анкерные стержни ставят на резьбе.

Приваривать к закладным частям листовую и полосовую сталь, разделяющую бетон на отдельные участки, не рекомендуется. Толщину платиков назначают по расчету или конструктивно. Они должны быть больше или равны половине диаметра приваривае­мых впритык стержней, но не менее 4 мм, чтобы предотвратить прожигание при сварке.

Если платики после бетонирования не подвергаются механиче­ской обработке, то их следует размещать заподлицо с бетонной поверхностью. В других случаях платики выступают на величину, равную размеру припуска на механическую обработку плюс 10— 15 мм, т. е. чтобы после механической обработки они выступали из бетона.

Анкерные стержни следует выполнять из горячекатаной стали периодического профиля в виде прямых коротышей без отгибов.

Глубину заделки анкеров в бетоне определяют расчетом из условия обеспечения прочности и достаточной жесткости крепле­ния закладных частей в бетоне. Это зависит от марки бетона, диаметра арматуры и возникающих в анкерах напряжений.

Стержни с закладными частями следует соединять дуговой электросваркой (рис. 19).

Электродуговую сварку фланговым швом рекомендуется при­менять для соединения внахлестку с листовым или сортовым прокатом стержней диаметром от 8 мм и выше/После сварки или отливки металлические закладные части должны пройти термическую обработку для снятия внутренних напряжений.

Литые закладные части должны быть обработаны до бетониро­вания. Припуск на обрабатываемые после бетонирования рабочие поверхности составляет 7—10 мм, в зависимости от характера обработки и размеров закладных частей.

Опорные узлы. Машины с фундаментом можно соединять раз­личными способами: подливкой цементным раствором, с помощью фундаментных болтов, винтами с резиновой втулкой [19]. Первый

При креплении машины к фундаменту болтами в базовой де­тали для них предусматривают отверстия. Выверяют машину на фундаменте с помощью металлических подкладок или регу­лируемых клиньев. После выверки базовая деталь подливается цементным раствором.

Для размещения фундаментных болтов базовые детали выпол­няют с фланцами. Если для уменьшения габаритов опорная по­верхность развивается внутрь и болты размещаются внутри базо­вой детали, то в местах установки болтов делают карманы (рис. 20, а, в, г). Иногда для болтов предусматривают лапы (рис. 20, б, г, д).

На рис. 21 показаны примеры выполнения опорных узлов в железобетонных базовых деталях машин. Наибольшее распро­странение получили внутренние и наружные фундаментные опоры.

Внутренние опоры состоят из основного платика с приварен­ным карманом под гаечный ключ. Анкеровка опоры в бетоне осу­ществляется путем приварки продольных, поперечных и верти­кальных стержней. Наружные опоры состоят из платиков с отвер­стием и приваренных к нему ребер жесткости.

При проектировании опорных узлов необходимо предусматри­вать удобство анкеровки и обеспечение защитного слоя.

Выбор размеров опорного узла в зависимости от диаметра фундаментных болтов производится по табл. 5.

Крепление узлов и механизмов. Наиболее распространено в машиностроении болтовое и шпилечное соединение деталей. При болтовом соединении в деталях предусматривают окна или карманы для ввода болта в отверстие. При шпилечном соединении таких окон и карманов не требуется, что является одним из его преимуществ.

На рис. 22 показаны различные способы соединения узлов с железобетонной деталью.

Для шпилечного соединения достаточно в железобетонной де­тали предусмотреть опорный платик с резьбовым отверстием, в которое ввертывается шпилька (рис. 22, а).

Болтовое соединение может быть осуществлено различными способами. В опорной металлической плите делают паз, заканчи­вающийся отверстием, диаметр которого соответствует диаметру головки болта. Болт вставляют головкой в отверстие и перемещают вдоль паза (рис. 22, б).

Для ввода болта в отверстие можно предусмотреть карман из тонкого стального листа, привариваемого к опорному платику (рис. 22, в).

При креплении двигателей, редукторов можно рекомендовать салазки с Т-образным пазом, которые привариваются к основному опорному платику (рис. 22, г).

Способ крепления выбирают в каждом случае в зависимости от конструкции железобетонной детали и условий сборки машины.

Образование отверстий в железобетонных деталях. В железо­бетонных деталях отверстия сверлятся в металлических заклад­ных частях. Толщина платиков и бобышек должна быть достаточ­ной. Она определяется для гладких отверстий длиной сверления с некоторым запасом, обеспечивающим цельность бобышки, а для резьбовых отверстий учитывается глубина сверления отвер­стия под резьбу (рис. 23, а) (табл. 6). В целях экономии металла 50

Таблица 5

Выбор размеров опорных узлоь Железобетонных деталей машин

Целесообразно толщину металлической части назначать равной длине резьбы, а выход сверла в бетон предупреждать постановкой платика или деревянного бруска (рис. 23, б).

При заданных координатах в местах отверстий заранее преду­сматривают бобышки или металлические стаканы, размеры кото­рых назначают с некоторым запасом, компенсирующим возможные отклонения при сверлении отверстий. Если координаты отверстий не заданы и они выполняются при сборке, возможные отклонения в положении отверстий учитывают платиком больших размеров или желобом (рис. 23, в).

При замене материалов, например чугуна на сталь, необходимо производить перерасчет длины резьбы, чтобы обеспечить прочность и надежность соединения при минимальных длинах резьбы.

Конструирование масляных ванн в железобетонных деталях. Масляные ванны многих машин размещены непосредственно в ба­зовой детали, например в рамах рольганга с групповым приводом или станинах тяжелых токарных станков. Совмещение масляных ванн с базовой деталью делает машину компактной. Масло неблаго­приятно действует на бетон, поэтому конструктор должен принять меры по его защите.

На рис. 24, а показан пример конструктивного решения масля­ной ванны в металлической детали.

При железобетонном исполнении базовых деталей масляную ванну выполняют ввиде сварного бака, который размещается внутри конструкции (рис. 24, в).

Хомуты и рабочие стёржни каркаса можно приваривать непо­средственно к баку. Такое размещение маслобаков значительно усложняет монтаж каркаса в опалубке и бетонирование конструк­ции (при значительных размерах бака приходится смещать и разрезать рабочие стержни, из-за чего образуются труднодоступ­ные места). 52

Другим вариантом является выНесёНйе масляного бака за пределы конструкции. В этом случае в железобетонной детали предусматривается маслосборник и сливная труба (рис. 24, б). Маслонасос с фильтром монтируют непосредственно на крышке бака. В железобетонной станине предусматривается маслосборник, совмещенный со сварной передней плитой и сливной трубой, вы­ходящей наружу, которая соединена с баком.

Вариант размещения масляной ванны выбирают исходя из конструкции железобетонной детали и ее габаритных размеров.

Рис. 24. Конструктивное решение масляных ваин в металлических и желе­зобетонных деталях ма­шин

Стыковка железобетонных деталей. В зависимости от габарита и веса железобетонные детали выполняются монолитными или сбор но-монолитными.

В первом случае бетонируют одновременно всю деталь в единой опалубке.

Во втором случае деталь разбивают на отдельные элементы, которые изготовляют заранее и собирают на монтажной площадке.

Ч Такое членение железобетонных и металлических деталей вызвано технологическими возможностями заводов-изготовителей, которые не в состоянии отлить или забетонировать крупногабарит­ные конструкции. Например, станины станков длиной до 25 м изготовляют по секциям.

Кроме технологических, часто встречаются конструктивные стыки. Например, стыкуют стойки и поперечину карусельного станка, станину к шпиндельной бабке некоторых специальных станков, станину и траверсу листоправильных машин.

Основным требованием, предъявляемым к стыку, является жесткость, которая должна быть не менее жесткости стыкуемых элементов. В таком случае деталь рассматривают как монолитную конструкцию.

Технологические и конструктивные стыки металлических де­талей осуществляются тщательной пригонкой стыкуемых торцев, затяжкой болтами и фиксацией штифтами или шпонками. Торцы фрезеруют чисто, а затем шабрят. Шабровкой добиваются приле­гания плоскостей. Качество стыковки тщательно контролируют, так как от этого зависит жесткость стыка. В зазоры стыков секций станин, например, не должен проходить щуп 0,05 мм на глубину более 25 мм. На рис. 25, а показан стык чугунных станин.

J Г А-А

Стыки железобетонных деталей по конструкции аналогичны металлическим (рис. 25, б). Торцовая стенка стыкуемого элемента снабжается металлической плитой соответствующей толщины, которая прочно соединяется с бетоном. Толщина чугунной плиты назначается в пределах 30—50 мм, а остальной — 20—30 мм.

На рис. 25, в показаны способы соединения металлической торцовой плиты с направляющими.

Транспортировочные устройства. Для транспортирования и кантования железобетонных деталей предусматривают специаль­ные устройства. Наиболее распространенным является труба, размещенная в массиве бетона и соединенная с ним с помощью анкерных стержней. Трубы применяют в деталях весом до 20 т и выше. Диаметр труб выбирают в пределах 80—120 мм (рис. 26, а). Для транспортирования деталей весом до 5 т на ней предусматри­вают рымные болты и пуговицы, заанкеренные в бетоне (рис. 26, б). Вместо рымных болтов и пуговиц можно использовать крюки (рис. 26, в). 54

Кроме перечисленных выше транспортировочных устройств, можно применять монтажные петли из стальной горячекатаной гладкой арматуры Ст. 3 (рис. 26, г). Монтажные петли применяют в деталях, не подвергающихся каитовке в процессе обработки и монтажа.

Направляющие движения. Многие базовые детали снабжены направляющими движения (станины листоправйльных машин, станины металлорежущих станков, прессы, станины дисковых -ножниц).

Направляющие являются наиболее ответственной частью кон­струкций. Они выполняют роль базовых поверхностей, по которым перемещаются узлы машин.

Основным требованием, предъявляемым к направляющим, является износостойкость и твердость. Термическая обработка направляющих значительно повышает износостойкость, а приме­нение стальных закаленных направляющих взамен чугунных уве­личивает их стойкость к износу примерно в 5—10 раз. Колебания твердости направляющей составляют НВ от 25 до 35 ед. в зави­симости от их длины.

Практика проектирования и изготовления железобетонных деталей машин и станков дала ряд конструктивных решений на­правляющих. Так, направляющие в продольно-строгальном станке модели 7288С с базовыми деталями из железобетона выполнены в виде стальных сварных коробок с привертными калеными план - рами, Однако опыт изготозления показал нецелесообразность

Применения каленых планок из-за сложности их изготовления и трудоемкости последующей механообработки.

В железобетонной станине тяжелого токарного станка модели 1660 применены литые чугунные направляющие, а в железобетон­ных станинах глубокосверлильных станков Краматорского завода тяжелых станков — сварные направляющие.

При выборе материала направляющих и способа их изготовле­ния необходимо учитывать, что сварные направляющие менее металлоемки, нежели литые чугунные, но обходятся дороже при изготовлении.

Для осуществления анкеровки чугунных направляющих в чу­гуне должны быть заделаны стальные элементы. Опыты, проведен­ные НИИПТМАШ, показали, что ими могут быть фасонный прокат или стальные стержни. Следует указать, что заливка фасонного проката, уголков, швеллеров и т. д. сопряжена с рядом технологи­ческих трудностей (трудоемкая очистка проката от ржавчины, значительная его деформация при остывании отливки). Стальные стержни, предназначенные для заливки в чугун, должны содержать не более 0,3% углерода. Более высокое содержание углерода в стали снижает прочностные свойства анкеров ввиду науглерожи­вания граничного слоя залитой части, в то время как в остальной части стержня процентное содержание углерода не изменяется.

Таблица 7

Выбор размеров литых направляющих железобетонных деталей машин

Размеры в мм

Основные размеры литых направляющих можно выбрать ПО табл. 7. Размеры даны в зависимости от диаметра заливаемых в чу­гун стержней.

Стальные направляющие изготавливают из листового проката. Следует стремиться к уменьшению числа свариваемых элементов, чтобы уменьшить объем сварочных работ, а следовательно, и деформации, возникающие при сварке.

Армирование элементов и узлов. Арматурный каркас железо­бетонных деталей представляет собой пространственную кон­струкцию, состоящую из арматурных стержней, соединенных сваркой или с помощью вязальной проволоки, и металлических закладных частей, которые являются его жесткими звеньями.

Арматурный каркас может быть образован как отдельными стержнями, так и плоскими каркасами или сетками.

Металлические закладные части (направляющие, плиты) в той или иной степени влияют на формирование арматурного каркаса. Например, при армировании балок, снабженных металлическими направляющими, поперечные стержни приваривают к направляю­щим и рабочим продольным стержням. Таким образом, полу­чается замкнутый арматурный каркас. При высоте поперечных стержней более 300 мм ставят дополнительные монтажные стержни. Если направляющих нет, то балки армируют по при­нятым правилам [37].

В местах сопряжения продольных балок с поперечными бал­ками или плитами (в вутах) ставят наклонные стержни, воспри­нимающие растягивающие напряжения.

Кроме перечисленных выше стержней, в каркас входят анкер­ные стержни (коротыши), привариваемые к металлическим за­кладным частям.

Железобетонные детали машин типа плит армируют плоскими каркасами (сетками), соединяемыми в пространственный каркас отдельными монтажными стержнями.

В качестве арматуры применяют арматурную сталь класса А—I, А—II, А—III. Диаметры рабочих стержней определяют расчетом. Однако следует указать, что большое количество арматуры в желе­зобетонных деталях ставят конструктивно с учетом особых требо­ваний, предъявляемых к детали при изготовлении и эксплуатации.

При армировании железобетонных деталей следует стремиться к тому, чтобы количество применяемых в одной конструкции типов и диаметров арматуры было минимальным.

Чтобы предохранить стальные стержни от коррозии и дей­ствия вредных сред, их размещают в массе бетона с образованием защитного слоя, величина которого зависит от диаметра стержней, условий эксплуатации и других факторов.

Величина защитного слоя указывается в соответствующих руководящих материалах [37]. Например, для плит величина защитного слоя принимается не менее 10 мм, для балок при

57

Высоте до' 300 мм толщина защитного слоя бетона такая же, как у плит; в балках при высоте более 300 мм при диаметре арма­туры до 20 мм — не менее 20 мм, при диаметре арматуры более 20 мм — не менее 25 мм, более 35 мм — не менее 30 мм.

Если в качестве арматуры используют фасонный прокат, то толщина защитного слоя принимается равной 50 мм.

В балках с предварительно напряженной арматурой, натяги­ваемой на упоры, толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры при диаметре более 32 мм рекомендуется принимать, не менее величины диаметра арматуры.'

Хомуты и поперечные стержни должны отстоять от поверхно­сти бетона не менее чем на 15 мм.

При систематических воздействиях агрессивных сред тол­щина защитного слоя должна быть увеличена минимум на 10 мм.

В балках концы стержней продольной арматуры должны от­стоять от наружной поверхности бетона не более чем на 10 мм, в плитах — не более чем на 5 мм. Концы напрягаемой арматуры, а также анкеры должны быть защищены слоем раствора или бе­тона толщиной не менее 5 мм.

При проектировании железобетонных деталей машин должны задаваться расстояния между стержнями и пучками арматуры, согласно указаниям СН и П. Так, расстояния в свету между отдельными продольными стержнями арматуры, а также между стержнями соседних плоских сварных каркасов не должны быть меньше диаметра стержней, если они при бетонировании занимают горизонтальное или наклонное положение, и не менее 50 мм, если стержни занимают вертикальное положение.

Расстояние в свету между стержнями периодического профиля принимается без учета выступов и ребер стержней.

Расстояние между хомутами при армировании сварными кар­касами должно быть не более 20d, где d — диаметр продольной арматуры, или не более 500 мм.

В железобетонных деталях, работающих на кручение с изгибом, хомуты должны быть замкнутыми.

Как показывает опыт проектирования и изготовления железо­бетонных деталей, арматурный каркас следует проектировать из отдельных элементов. Например, целесообразно металлические опорные узлы объединять с рабочими продольными и поперечными стержнями, образовав плоский арматурный каркас. Это позволяет применять унифицированные каркасы.

Металлическая облицовка анкерится в бетоне отдельными П-образными стержнями, расположенными в шахматном порядке на ее внутренней поверхности (рис. 27, а).

Для обеспечения хорошей анкеровки расстояние между стерж­нями должно быть не более 206, где 5 — толщина стального листа.

Транспортировочные узлы (трубы, втулки) анкерятся стерж­нями и сетками (рис. 27, б). Анкеровка опорных узлов в бетоне осуществляется отдельными стержнями, как показано на рис. 28, а.

А-А

Пустоты надлежит размещать так, чтобы обеспечить прямо­линейность рабочих стержней, не допуская пересечения каркаса балок (рис. 28, б).

Конструирование базо­вых деталей из железобе­тона требует решения во­просов защиты открытых бетонных поверхностей от агрессивного воздействия масел и эмульсий. Дл яэтого применяют: облицовку тон­ким металлическим листом, лакокрасочные покрытия, покрытия пластмассами, наклейку защитных пленок и металлизацию поверх­ностей. Выбор метода за­щиты обусловлен техниче­скими и экономическими соображениями.

На основании исследований, проведенных авторами в НИИПТМАШе, для защиты бетонных поверхностей железо­бетонных деталей машин рекомендуется применять следующие лакокрасочные покрытия: а) фенолформальдегидный грунт

59

ФЛ-ОЗ-К (ГОСТ 9109—59) — два слоя, нитроцеллюлозная шпат­левка АШ-30, эпоксидно-нитроцеллюлозная эмаль ЭП-51 — два слоя; б) химически стойкий лак XCJ1 (ГОСТ 7313—55) с 20% на­полнителя (портландцемент марки 500—600) — два слоя; перхлор - виниловая шпатлевка ПХВШ-23, нитроглифталевая эмаль НКО-23 (ГОСТ 6631—53) — два слоя; нитроэмаль № 925 — два слоя.

На чертежах указывают технические условия на устройство защитных покрытий для бетонных поверхностей железобетонных деталей. При покрытии тонким листом облицовку и ее анкеровку дают в рабочих чертежах.