PL183928B1 - Grodzica w kształcie litery Z o wysokim wskaźniku przekroju - Google Patents

Abstract

1. Grodzica w ksztalcie litery Z o wy- sokim wskazniku przekroju, walcowana na goraco, zawierajaca dwa ramiona posiada- jace zasadniczo równolegle powierzchnie zewnetrzne oraz ukosny srodnik polaczony z tymi dwoma ramionami tworzacy kat ostry a = 75° z plaszczyzna równolegla do powierzchni zewnetrznych ramion, przy czym srodnik ograniczony jest, pomiedzy polaczeniami z ramionami grodzicy, przez dwie zasadniczo równolegle powierzchnie plaskie, znamienna tym, ze kazde z dwóch ramion (12', 12”) posiada prze- dluzenie (22', 22”), które wystaje wzgle- dem wyobrazalnej plaszczyzny (24', 24"), wydluzajace powierzchnie plaska (18', 18") srodnika (10) polozona po tej samej stronie co powierzchnia zewnetrzna (14', 14") kazdego ramienia (12', 12"). F ig.1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest grodzica w kształcie litery Z o wysokim wskaźniku przekroju.

Grodzice w kształcie litery Z są znane od dłuższego czasu. Posiadają one nachylony środnik połączony z dwoma ramionami zasadniczo równoległymi względem siebie, a każde ramię zaopatrzone jest w element chwytowy, dla utworzenia w ściance nośnej złącza, poprzez sprzęgnięcie go z elementem chwytowym sąsiedniej grodzicy. W takiej ściance, grodzice w kształcie litery Z najczęściej są tak rozmieszczone, że ich ramiona są zasadniczo równoległe i równooddalone od obojętnej płaszczyzny zginania ścianki. Uzyskany wyrób powstający poprzez zwielokrotnienie wskaźnika przekroju ścianki względem tej płaszczyzny obojętnej przy maksymalnym dopuszczalnym naprężeniu sprężystym wyznacza maksymalny moment sprężysty, jaki może wytrzymać ścianka.

183 928

To co jest określane mianem „wskaźnik przekroju na długość jednostkową” ścianki grodzicy jest wskaźnikiem przekroju względem płaszczyzny obojętnej ścianki na metr bieżący tej ścianki. To co jest określane mianem „wskaźnik właściwy przekroju” lub „kryterium eksploatacyjne” ścianki grodzicy jest wskaźnikiem przekroju na długość jednostkową podzielonym przez masę ścianki na metr kwadratowy tej ścianki. Podkreśla się, że określenie „ścianka grodzicy” w omawianym kontekście rozumiane jest jako ścianka składająca się z grodzic w kształcie litery Z, które połączone są tak, że ich ramiona są zasadniczo równoległe i równoodległe od obojętnej płaszczyzny zginania ścianki.

PROFILARBED S.A. (Luxembourg) obecnie sprzedaje grodzice w kształcie litery Z oznaczone symbolem „AZ36, które mają wskaźnik przekroju 3600 cm³ na metr bieżący ścianki. Grodzica AZ36 posiada masę 194 kg/m², i dlatego jej wskaźnik właściwy przekroju wynosi 18,6 (cm3/m)/(kg/m2). Jest to grodzica z elementami chwytowymi typu LARSSEN oraz ze środnikiem tworzącym kąt ostry około 63° z płaszczyzną równoległą do ramion.

PROFILARBED S.A. (Luxembourg) sprzedaje ponadto grodzice w kształcie litery Z oznaczone symbolem „BZ42, które posiadają wskaźnik przekroju 4200 cm2 na metr bieżący ścianki, masę 271 kg/m², i stąd mniej korzystny wskaźnik przekroju wynoszący 15,5 (cm3/m)/(kg/m²). Jest to grodzica z elementami chwytowymi typu BELVAL oraz ze średnikiem tworzącym kąt ostry około 83,5° z płaszczyzną równoległą do ramion. Inne rodzaje grodzic w kształcie litery Z, aby ukazać się na rynku mogą mieć wskaźnik przekroju dochodzący do 4550 cm3 na metr bieżący ścianki. Jednak tego rodzaju grodzice o podwyższonym wskaźniku przekroju są bardzo ciężkimi kształtownikami, mającymi bardzo duży ciężar na metr kwadratowy ścianki i dlatego zupełnie niski wskaźnik właściwy przekroju. Obecnie, im niższy jest wskaźnik właściwy przekroju tym wyższy jest koszt ścianki.

Główne przyczyny, dla których grodzice w kształcie litery Z ze wskaźnikiem przekroju większym niż 4550 cm³ nie znalazły się na rynku wynikają z niżej podanych ograniczeń.

a) Ograniczenie w odniesieniu do maksymalnej grubości ramion, jako najczęściej występujące. Tak jest, ponieważ walcowanie elementów chwytowych, zwłaszcza elementów chwytowych typu LARSSEN, wymaga, aby nastąpiło zagięcie ramion podczas ostatniego przejścia walcarki. Obecnie, to zagięcie staje się bardzo trudne, gdy grubość ramion jest zbyt duża. Zatem, obecnie nie ma przemysłowego sposobu walcowania ramion o grubości większej niż 20 mm, gdy posiadają one elementy chwytowe typu LARSSEN.

b) Ograniczenie odnośnie maksymalnej szerokości ramion i maksymalnej odległości pomiędzy powierzchniami zewnętrznymi ramion (wysokość przekroju). Tak jest, ponieważ dla danego kąta nachylenia środnika, szerokość ramion i wysokość przekroju wyznacza rozwinięcie grodzicy i w konsekwencji szerokość klatek walcowniczych walcarek. Obecnie, szerokość walcarek ograniczona jest szerokością klatek walcowniczych linii walcarek przeznaczonych do walcowania grodzic. Jeśli konieczne jest walcowanie grodzic o wysokim wskaźniku przekroju na istniejącej linii walcarek, rozwinięcie tych grodzic pomiędzy osiami elementów chwytowych musi być mniejsze niż wartość określona wstępnie przez szerokość klatek walcowniczych linii walcarek do walcowania grodzic.

c) Ograniczenie w zakresie szerokości walcowania, co mogłoby zostać osiągnięte poprzez zwiększenie kąta ostrego, jaki środnik tworzy z płaszczyzną równoległą do ramion (kąt nachylenia środnika). Jednak, im bardziej wartość tego kąta nachylenia środnika zbliża się do 90°, tym większy opór napotykany jest przy wbijaniu grodzicy. Z przyczyn, które wynikają z użycia grodzicy zaleca się, aby kąt nachylenia środnika, wybrany zostałjako mniejszy od 75°.

Wykorzystując program optymalizacyjny i komputer, wyżej podane parametry zostały zoptymalizowane dla grodzicy typu AZ, i uzyskano grodzicę posiadającą maksymalny wskaźnik przekroju wynoszący 4400 cm3 na metr bieżący ścianki. Grodzica typu AŻ posiada, przy grubości środnika 15 mm, masę wynoszącą 229 kg/m2, i stąd wskaźnik właściwy przekroju o wartości 19,21 (cm3/m)/(kg/m2). Wskaźnik przekroju wynoszący 4400 cm³ wydaje się dlatego być wartością graniczną dla grodzic w kształcie litery Z, gdy wymagane jest spełnienie takich ograniczeń. Oczywiście byłoby możliwe dalsze zwiększenie grubości środnika, ale taki krok przy niewielkim wzroście wskaźnika przekroju spowodowałby głównie zauważalne zmniejszenie wskaźnika właściwego przekroju grodzicy.

183 928

Zagadnienie wynalazku sprowadza się do znalezienia rozwiązania w celu uzyskania dalszego wzrostu wskaźnika przekroju grodzicy w kształcie litery Z, bez jednoczesnego zmniejszenia wskaźnika właściwego przekroju grodzicy i bez konieczności powiększania szerokości klatek walcowniczych.

Zagadnienie to zostało rozwiązane w grodzicy w kształcie litery Z mającej cechy według zastrzeżenia pierwszego.

Jeśli chodzi o rozwiązania znane z istniejącego stan techniki, to należy zauważyć, że wystające przedłużenia w punktach łączących ramiona i średniki grodzie opisane zostały w opisie patentowym US-A-1,831,427 i FR-A-686816, ale w rozważanym kontekście, rozwiązania te całkowicie różnią się od niniejszego wynalazku.

Opis patentowy US-A-1,831,427 opisuje zwłaszcza grodzicę w kształcie litery Z, które umożliwiają wytworzenie, w powiązaniu z pośrednimi płaskimi arkuszami blachy, ściankę grodzicy z nieprzerwaną powierzchnią płaską. Te konkretne grodzice opisywane w tym dokumencie są więcej niż prawdopodobnie grodzicami wykonanymi z żeliwa. Ich środnik tworzy kąt bliski 90° z płaszczyzną równoległą do zewnętrznych powierzchni ramion. W połączeniach występujących pomiędzy średnikiem i ramionami grodzice posiadają żebra, grzbiety, zgrubienia lub występy, które są albo wmontowane na stałe albo przymocowane za pomocą jakichkolwiek elementów. Jedynym celem tych żeber, grzbietów, zgrubień lub występów jest to, aby zostały one umieszczone we wnękach o kształcie komplementarnym wykonanych w pośrednich arkuszach blachy. W ten sposób umożliwią one wsunięcie oraz utrzymanie na miejscu tych pośrednich arkuszy blachy pomiędzy dwiema grodzicami w kształcie litery Z, dla utworzenia ścianki grodzicy z nieprzerwaną powierzchnią płaską.

Grodzice w kształcie litery U, o małej wysokości, znane są z francuskiego opisu patentowego FR-A-686816. Grodzice tego rodzaju posiadają wzmocnioną część w miejscu połączeń występujących pomiędzy średnikiem a ramionami grodzicy. W zestawie składającym się z dwóch grodzic, ta część wzmocniona, położona tuż przed otworem w haku w pierwszej grodzicy, działa w połączeniu z częścią wewnętrzną tego haka dla utworzenia kształtu mającego możliwość powiązania z zewnętrzną częścią haka na drugiej grodzicy.

Zgodnie z wynalazkiem grodzica w kształcie litery Z, walcowana na gorąco, zawierająca dwa ramiona posiadające zasadniczo równoległe powierzchnie zewnętrzne oraz ukośny średnik połączony z tymi dwoma ramionami tworzący kąt ostry a < 75° z płaszczyzną równoległą do powierzchni zewnętrznych ramion, przy czym środnik ograniczony jest, pomiędzy połączeniami z ramionami grodzicy, przez dwie zasadniczo równoległe powierzchnie płaskie, charakteryzuje się tym, że każde z dwóch ramion posiada przedłużenie, które wystaje względem wyobrażalnej płaszczyzny, wydłużające powierzchnię płaską środnika położoną po tej samej stronie co powierzchnia zewnętrzna każdego ramienia.

Korzystnie, środnik połączony jest z każdym przedłużeniem ramienia poprzez dodatkowe zgrubienie środnika tworzące przejście pomiędzy przedłużeniem ramienia i środnikiem.

Korzystnie, przedłużenie ramienia ograniczone jest przez pierwszą powierzchnię płaską, która wydłuża płaską powierzchnię każdego ramienia, drugą powierzchnię płaską, która jest zasadniczo prostopadła do pierwszej powierzchni płaskiej oraz przez wypukłą cylindryczną powierzchnię łącznikowa, która łączy pierwszą powierzchnię płaską z drugą powierzchnią płaską.

Korzystnie, druga powierzchnia płaska połączona jest z powierzchnią płaską środnika przez wklęsłą cylindryczną powierzchnię łącznikową.

Korzystnie jest gdy, grodzica posiada wskaźnik przekroju na długość jednostkową ścianki > 4800 cm³/m oraz wskaźnik właściwy przekroju wynoszący około 20 (cm³/m)/(kg/m²), a także jeśli grodzica ma grubość ramion wynoszącą od około 19 do 20 mm i szerokość ramion > 200 mm oraz jeśli jej wysokość jest < 500 mm.

Korzystnie, środnik grodzicy tworzy kąt ostry a zasadniczo równy 71° z płaszczyzną równoległą do powierzchni zewnętrznych ramion, a każde z ramion zaopatrzone jest w element chwytowy, korzystnie, w element chwytowy typu LARSSEN.

Należy zauważyć, że grodzica walcowana na gorąco według wynalazku posiada tę zaletę, że wytwarzana jest z małym naddatkiem materiału, i dlatego z małym przyrostem masy

183 928 na metr kwadratowy ścianki, z wyraźnym poprawieniem wskaźnika przekroju i w konsekwencji z poprawieniem wskaźnika właściwego przekroju.

Szczególnie należy podkreślić, że to poprawienie wskaźnika przekroju może być uzyskane bez zwiększania szerokości klatek walcowniczych, bez zwiększania grubości ramion oraz, że możliwe jest nawet zwiększenie użytecznej szerokości ramion. Zaproponowane rozwiązanie prowadzi także do wzmocnienia naroży połączenia ramię/środnik po stronie zewnętrznej sprawiając, iż przy używaniu grodzic występuje mniejsze ryzyko uszkodzenia tych krytycznych miejsc.

To wzmocnienie jest także korzystne jeśli chodzi o odporność na przyspieszoną korozję przy niskich poziomach wody ponieważ grodzice w kształcie litery Z, odmiennie niż grodzice w kształcie litery U, posiadają mimo wszystko tendencję do korodowania w miejscach połączeń średnik/ramię. Pozostaje podkreślić, że ramiona posiadają większe powierzchnie nośne, czyli powierzchnie zewnętrzne ramion, dla grodzonych ścian lub płyt kotwiących oraz, że poprawie ulega przeniesienie sił kotwiących od ramion do średnika, i odwrotnie.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny grodzicy, a fig. 2 pokazuje, w powiększeniu, połączenie ramię/środnik grodzicy z fig. 1.

Grodzica w kształcie litery Z według fig. 1 zawiera, jak wszystkie grodzice w kształcie litery Z, dwa ramiona 12', 12 mające zasadniczo równoległe powierzchnie zewnętrzne 14', 14 oraz ukośny środnik 10 połączony z tymi dwoma ramionami 12', 12. Środnik 10 tworzy kąt ostry a z płaszczyzną 16, która jest równoległa do powierzchni zewnętrznych 14' 14 ramion 12', 12. Środnik jest cieńszy niż ramiona 12' 12 i ograniczony jest pomiędzy połączeniami z ramionami 12', 12 przez dwie zasadniczo płaskie i równoległe powierzchnie 18', 18.

Każde z tych ramion 12', 12 zaopatrzone jest w elementy chwytowe 20', 20, a ściślej, w elementy chwytowe typu LARS SEN, co umożliwia utworzenie złączy typu LARS SEN poprzez doprowadzenie do sprzęgnięcia, w ściance grodzicy, z elementami chwytowymi sąsiednich grodzic.

Wymiary przedstawionej grodzicy zostały zoptymalizowane przy wykorzystaniu programu optymalizacyjnego i komputera w celu uzyskania wysokiego wskaźnika przekroju przy występowaniu różnorodnych ograniczeń wymienionych na wstępie niniejszego opisu.

Przeprowadzona optymalizacja doprowadziła do ustalenia następujących wymiarów grodzicy, które zostały przyjęte:

- wysokość przekroju grodzicy (odległość pomiędzy powierzchniami zewnętrznymi ramion): h = 482 mm

- szerokość każdego ramienia 12', 112: mm 208 mm

- grubość środnika 10: tj= 15rmn

- grubość każdego ramienia 12', 12: t? = 19 mm

- kąt pochylenia środnika 10: α = 71 °

Dzięki optymalizacji wyżej podanych wymiarów uzyskano wskaźnik przekroju wynoszący 4400 cm³ na długość jednostkową ścianki, w której grodzice te połączone są tak, że powierzchnie zewnętrzne 14', 14 ich ramion 12', 12 są zasadniczo równoległe i równoodległe od płaszczyzny obojętnej zginania ścianki.

Wskaźnik właściwy przekroju takiej ścianki grodzicy wynosi nieco poniżej 20 (cm3/m)/(kg/m²).

Celem rozwiązania jest uzyskanie dalszego zwiększenia wskaźnika przekroju grodzicy zoptymalizowanego w ten sposób.

Cel ten osiągnięto poprzez zaopatrzenie każdego z dwóch ramion 12', 12 grodzicy w przedłużenie 22', 22, które wystaje względem wyobrażalnej płaszczyzny 24', 24 wydłużające powierzchnię płaską 18', 18 środnika 10 położoną po tej samej stronie co powierzchnia zewnętrzna 14', 14 każdego ramienia. Powierzchnia łącznikowa 25, która stanowiłaby zakończenie ramienia 12' w konwencjonalnej grodzicy w kształcie litery Z pokazana została linią przerywaną na fig. 2. Ta powierzchnia łącznikowa 25 byłaby styczna do powierzchni zewnętrznej 14' ramienia 12' oraz połączona byłaby stycznie z powierzchnią płaską 18' średnika 10.

183 928

Nawiązując do fig. 2 należy zauważyć, że środnik 10 połączony jest z przedłużeniem 22' ramienia 12' poprzez miejscowe dodatkowe zgrubienie 26' środnika 10 tak, aby uniknąć utworzenia wklęsłego naroża pomiędzy przedłużeniem 22' tego ramienia i środnikiem 10. To dodatkowe zgrubienie 26' środnika 10 zmniejsza nieco wskaźnik właściwy przekroju grodzicy, natomiast ułatwia walcowanie i pozwala na wyeliminowanie deformacji przedłużenia 22' ramienia 12' przy palowaniu. Ponadto, uzyskiwane jest lepsze przeniesienie sił kotwiących z ramion 12', 12 na środnik 10, i odwrotnie.

Jak można zauważyć na fig. 2 przedłużenie 22' ramienia 12' ograniczone jest przez pierwszą powierzchnię płaską 30, która wydłuża powierzchnię zewnętrzną 14' ramienia 12', drugą powierzchnię płaską 34, która jest zasadniczo prostopadła do pierwszej powierzchni płaskiej 30, oraz przez wypukłą cylindryczną powierzchnię łącznikową 32, która łączy wymienioną pierwszą powierzchnię płaską 30 z drugą powierzchnią płaską 34. Dodatkowe zgrubienie 26' środnika 10 tworzy zatem wklęsłą cylindryczną powierzchnię łącznikową 36, która łączy powierzchnię płask^ą 18' środnika 10 z drugą powierzchnią płaską 34 przedłużenia 22' ramienia. W ten sposób powstaje konfiguracja przedłużeń 22' i 22 ramion 12', 12, która jest optymalna z punktu widzenia walcowania.

W przykładzie pokazanym na fig. 1, wypukła cylindryczna powierzchnia łącznikowa 32 posiada promień krzywizny wynoszący 15 mm, a wklęsła cylindryczna powierzchnia łącznikowa 36 ma promień krzywizny wynoszący 125 mm. Wskaźnik przekroju na długość jednostkową optymalnej grodzicy z opisanymi przedłużeniami 22', 22 ramion wynosi 4800 cm³/m, co stanowi wzrost o około 9% w porównaniu z optymalną grodzicą nie posiadającą przedłużeń 22', 22 ramion. Wskaźnik właściwy przekroju optymalnej grodzicy posiadającej przedłużenia 22', 22 ramion wynosi około 20 (cm³/m)/(kg/m²).

Należy zdać sobie sprawę z faktu, iż walcowanie przedłużeń 22', 22 ramion grodzicy nie stwarza poważnych problemów, i nie wymaga zwłaszcza powiększenia szerokości klatek walcowniczych linii walcarek, co czyni rozwiązanie według wynalazku szczególnie korzystnym dla grodzic o dużym przekroju.

Należy zauważyć ponadto, że wynalazek nie jest oczywiście ograniczony do opisanej tu szczegółowo grodzicy, lecz może być także korzystnie zastosowany w przypadku grodzic w kształcie litery Z mających wskaźnik przekroju na długość jednostkową mniejszy lub większy niż 4800 cm3/cm o zasadniczo różnych wymiarach, oraz dla grodzic posiadających elementy chwytowe inne niż elementy chwytowe typu LARSSEN.

183 928

183 928 cn _Ω o

CU

O

CU X

24»

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Grodzica w kształcie litery Z o wysokim wskaźniku przekroju, walcowana na gorąco, zawierająca dwa ramiona posiadające zasadniczo równoległe powierzchnie zewnętrzne oraz ukośny środnik połączony z tymi dwoma ramionami tworzący kąt ostry α < 75° z płaszczyzną równoległą do powierzchni zewnętrznych ramion, przy czym środnik ograniczony jest, pomiędzy połączeniami z ramionami grodzicy, przez dwie zasadniczo równoległe powierzchnie płaskie, znamienna tym, że każde z dwóch ramion (12’, 12) posiada przedłużenie (22', 22”), które wystaje względem wyobrażalnej płaszczyzny (24', 24), wydłużające powierzchnię płaską (18', 18) środnika (10) położoną po tej samej stronie co powierzchnia zewnętrzna (14', 14) każdego ramienia (12', 12).
2. 2. Grodzica według zastrz. 1, znamienna tym, że środnik (10) połączony jest z każdym przedłużeniem (22', 22) ramienia (12', 12) poprzez dodatkowe zgrubienie (26', 26) środnika (10) tworzące przejście pomiędzy przedłużeniem (22', 22) ramienia (12', 12) i środnikiem (10).
3. 3. Grodzica według zastrz. 2, znamienna tym, że przedłużenie (22', 22) ramienia (12', 12) ograniczone jest przez pierwszą powierzchnię płaską (30), która wydłuża płaską powierzchnię (14', 14) każdego ramienia, drugą powierzchnię płaską (34), która jest zasadniczo prostopadła do pierwszej powierzchni płaskiej (30) oraz przez wypukłą cylindryczną powierzchnię łącznikową (32), która łączy pierwszą powierzchnię płaską. (30) z drugą powierzchniąpłaską (34).
4. 4. Grodzica według zastrz. 3, znamienna tym, że druga powierzchnia płaska (34) połączona jest z powierzchnią płaską (18', 18) środnika (10) przez wklęsłą cylindryczną powierzchnię łącznikową (36).
5. 5. Grodzica według zastrz. 4, znamienna tym, że posiada wskaźnik przekroju na długość jednostkowa, ścianki > 4800 cm³/m oraz wskaźnik właściwy przekroju wynoszący około 20 (cm^3/m)/(kg^m²).
6. 6. Grodzica według zastrz. 5, znamienna tym, że posiada grubość ramion wynoszącą od około 19 do 20 mm i szerokość ramion > 200 mm oraz, że jej wysokość jest < 500 mm.
7. 7. Grodzica według zastrz. 4, znamienna tym, że średnik (10) tworzy kąt ostry a. zasadniczo równy 71° z płaszczyzną (16) równoległą do powierzchni zewnętrznych (14', 14) ramion (12', 12).
8. 8. Grodzica według zastrz. 7, znamienna tym, że każde z ramion (12', 12) zaopatrzone jest w element chwytowy (20', 20).
9. 9. Grodzica według zastrz. 7, znamienna tym, że każde z ramion (12', 12) zaopatrzone jest w element chwytowy typu LARSSEN.