PL232084B1 - Sposób wytwarzania belki podsuwnicowej oraz belka podsuwnicowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania belki podsuwnicowej oraz belka podsuwnicowa, o lekkiej konstrukcji przy zachowaniu pożądanej wytrzymałości.

Znane są ze stanu techniki belki podsuwnicowe. Stanowią one jedne z podstawowych elementów stosowanych w przemyśle. Poruszają się po nich suwnice, dlatego stawia się im wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości.

Międzynarodowe zgłoszenie patentowe WO2015179887A1 ujawnia belkę podsuwnicową, która wykonana jest w formie kratownicy przebiegającej wzdłuż długości belki. Składa się ona z przecinających się pod kątem płyt, umieszczonych końcami w górnej i dolnej części belki. Taki kształt jest skomplikowany w budowie oraz kosztowny w wykonaniu. Wymaga on dużej ilości dopasowanych do siebie elementów.

Patent europejski EP420084B1 ujawnia belkę podsuwnicową, która składa się z przecinających się wzdłuż przebiegu belki dwóch płyt. Podobnie jak powyższe rozwiązanie, belka ta jest stosunkowo skomplikowana w budowie. Ponadto jej konstrukcja wymaga zastosowania co najmniej dwóch przecinających się płyt do otrzymania wymaganej wytrzymałości.

Celowym byłoby opracowanie belki podsuwnicowej, która cechowałaby się lekką konstrukcją przy zachowaniu pożądanej wytrzymałości. Jednocześnie celowe byłoby opracowanie sposobu wytwarzania belki podsuwnicowej, który cechowałby się krótszym czasem operacji oraz pozwalał na zwiększenie wytrzymałości produkowanej belki podsuwnicowej.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania belki podsuwnicowej, obejmujący etapy, w których kolejno projektuje się belkę podsuwnicową zawierającą trapezowy środnik połączony z dolną półką i górną półką w kształcie ceownika połączonego z torowiskiem, po czym kształtuje się z arkuszy blachy środnik i ceownik, a następnie spawa się elementy ze sobą, charakteryzujący się tym, że: na stole spawalniczym unieruchamia się elementy względem siebie; skanuje się linie styku środnika z półką górną i półką górnej dolną na całej długości belki podsuwnicowej; spawa się metodą spawania impulsowego środnik z półką górną i półką dolną wzdłuż odczytanych linii styku w jednym przebiegu na całej długości belki podsuwnicowej; wykonuje się metodą spawania impulsowego spoiny doczołowe łączące środniki trapezowe; spawa się metodą spawania impulsowego torowisko do półki górnej belki w jednym przebiegu na całej długości belki podsuwnicowej; przy czym spawanie metodą spawania impulsowego prowadzi się stosując podwójne impulsy o zmiennej wartości prądu, tak że do linii łączenia elementów zbliża się materiał dodatkowy w postaci drutu i generuje się impuls zasadniczy o natężeniu od 490 A do 520 A, powodując upłynnienie metalu spawanych powierzchni i drutu, po czym po opadnięciu impulsu zasadniczego generuje się impuls pomocniczy, o natężeniu prądu mniejszym od wartości natężenia dla impulsu zasadniczego i wartości 360 A do 380 A, powodując ustabilizowanie jeziorka i powstanie spoiny, przy czym jeden cykl pracy obejmujący impuls zasadniczy i pomocniczy trwa t1 = 6 ms.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto belka podsuwnicowa wykonana sposobem opisanym powyżej, zawierająca półkę górną, półkę dolną, środnik i torowisko, przy czym półka górna ma formę ceownika o ramionach skierowanych ku półce dolnej, półka dolna ma formę płaskiej płyty, toro wisko ma formę płaskownika przyspawanego do zewnętrznej powierzchni półki górnej, a środnik ma formę zaginanego profilu o powtarzającym się wzdłuż długości belki przebiegu trapezowym przy widoku z góry belki, przy czym każdy przebieg trapezowy zawiera połączone ze sobą kolejno: pierwszą ścianę, drugą ścianę, odgiętą w pierwszą stronę względem pierwszej ściany pod kątem 45°, trzecią ścianę, odgiętą w drugą stronę, przeciwną do pierwszej strony, względem drugiej ściany, pod kątem 45°, czwartą ścianę, odgiętą w drugą stronę względem trzeciej ściany pod kątem 45°, piątą ścianę, odgiętą w pierwszą stronę względem czwartej ściany pod kątem 45° tak, że piąta ściana jest współliniowa z pierwszą ścianą; przy czym pierwsza ściana ma taką samą długość co piąta ściana, druga ściana ma taką samą długość co czwarta ściana, a trzecia ściana ma długość równą sumie długości pierwszej ściany i piątej ściany; przy czym wszystkie ściany są prostopadłe względem półki górnej oraz półki dolnej.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia etapy sposobu wytwarzania belki podsuwnicowej;

Fig. 2 przedstawia etapy przygotowania środnika;

Fig. 3 przedstawia etapy przygotowania górnej półki;

Fig. 4 przedstawia etapy dolnej półki;

Fig. 5 przedstawia etapy łączenia przygotowanych elementów;

Fig. 6 przedstawia etapy spawania;

PL 232 084 B1

Fig. 7 przedstawia belkę podsuwnicową według wynalazku w widoku perspektywicznym;

Fig. 8 przedstawia belkę podsuwnicową według wynalazku z torowiskiem w przekroju poprzecznym;

Fig. 9 przedstawia widok fragmentu środnika belki podsuwnicowej od góry;

Fig. 10 przedstawia sposób wytwarzania dolnej półki belki podsuwnicowej;

Fig. 11 przedstawia krzywą impulsów prądu w procesie spawania.

Fig. 1 przedstawia etapy sposobu wytwarzania belki podsuwnicowej. W pierwszym etapie projektuje się 100 belkę podsuwnicową. Do rozpoczęcia projektowania belki niezbędne są następujące dane: rozpiętość belki podsuwnicowej (odległość między jej podporami równa się odległości pomiędzy ram ami nośnymi konstrukcji głównej), udźwig suwnicy, rozpiętość suwnicy, karta katalogowa producenta suwnicy określająca geometrię suwnicy, ilość kół, niezbędny rodzaj szyny, ciężar całkowity, ciężar wózka, rozkład i wartość sił od działania suwnicy: pionowych oraz poziomych podłużnych i prostopadłych do toru jezdnego. Wspomniane siły można uzyskać na podstawie zapisów normowych, choć jest to działanie generujące nieekonomiczne wyniki zużycia stali dla belki podsuwnicowej. Na podstawie powyższych danych oraz zgodnie z normą PN-EN 1991-3 wylicza się obciążenia dynamiczne działające na belkę podsuwnicową. Obciążenia te przykłada się w modelu obliczeniowym do belki i uzyskuj e najniekorzystniejsze siły przekrojowe działające w analizowanym elemencie. Na podstawie wielkości sił przekrojowych dobiera się przekrój kształtownika spełniający stan graniczny nośności określony w PN-EN 1993-1-1. Następnie weryfikuje się stan graniczny użytkowalności określony w PN-EN 1993-1-1, i jeżeli to konieczne, koryguje się wielkość kształtownika belki podsuwnicowej. Na podstawie powyższej analizy statyczno-wytrzymałościowej przygotowuje się dokumentację rysunkową niezbędną do wykonania belki podsuwnicowej w wytwórni elementów stalowych. Dokumentacja w formie elektronicznej analizowana jest przez technologa przygotowującego narysowane elementy do obróbki.

W kolejnym etapie przygotowuje się 200 środnik. Etap ten zawiera dwa podetapy, co zostało uwidocznione na Fig. 2. W pierwszej kolejności ze stali w rolkach o grubościach 2-8 mm, wycinana się 201 pasy o odpowiedniej szerokości od 296 do 615 mm, które są przycinane na długość do żądanego wymiaru, odpowiadającego zamówieniu. Następnie wycięte pasy blachy kształtuje się 202 w trapez o głębokości 50 mm. W dotychczasowych procesach wytwarzania belek podsuwnicowych nie stosowało się gięcia środnika. Standardowo jest on konstrukcją płaską. Odpowiednie zagięcie tego środnika ma decydujący wpływ na końcową wytrzymałość belki podsuwnicowej, która dzięki temu może być do ok. 29% lżejsza (dla konstrukcji jednoprzęsłowej), przy czym tak samo wytrzymała.

W kolejnym etapie przygotowuje się 300 górną półkę belki. Etap ten zawiera trzy podetapy, co zostało uwidocznione na Fig. 3. Materiałem jest stal z arkusza o odpowiedniej grubości w formacie 2000 χ 6000 mm. W pierwszej kolejności tnie się 301 arkusz na pasy o odpowiedniej szerokości od 320 do 520 mm. Następnie łączy się 302 pasy w odcinki do 14000 mm w automacie spawalniczym. Następnie kształtuje się 303 (gnie) blachy do postaci ceownika o długości łącznej 14000 mm, i sile nacisku do 320 T, w zależności od grubości materiału. Wygięcie na krawędziach pasów blachy wykonywane jest w odległości 40-90 mm od krawędzi każdej ze stron. Taki sposób przygotowania górnej półki wpływa na poprawę wytrzymałości konstrukcji do 29%. W kolejnym etapie przygotowuje się 400 dolną półkę. Etap ten zawiera dwa podetapy, co zostało uwidocznione na Fig. 4. Materiałem jest stal z arkusza o odpowiedniej grubości w formacie 2000 χ 6000 mm. W pierwszej kolejności tnie się 401 arkusz na pasy o odpowiedniej szerokości od 180 do 240 mm. Następnie łączy się pasy płaskie o długości 6 mb w żądany wymiar.

Kolejnym etapem jest przygotowanie 500 torowiska 4 (przedstawionego na Fig. 8). Materiałem jest płaskownik stalowy w odpowiednim przekroju o długości 6 lub 12 mb. Płaskownik jest cięty na wymiar i znakowany.

W kolejnym etapie łączy się 600 przygotowane elementy. Poszczególne podetapy pokazane są na Fig. 5. W pierwszej kolejności środnik (trapez), półkę górną (ceownik) i półka dolna (stopę) operator suwnicy transportuje 601 na miejsce kolejnego etapu. Następnie załamuje się 602 krawędzie elementów. Następnie elementy umieszcza się 603 w stołach spawalniczych. Następnie odczytuje się 604 rysunek techniczny (wygenerowany podczas projektowania), co pozwala ustalić dokładne, pożądane położenie elementów względem siebie. Następnie, za pomocą siłowników i docisków, unieruchamia się 605 elementy względem siebie. Elementy ułożone są w poziomie. Następnie, za pomocą robotów, przeprowadza się 610 proces spawania w podetapach ukazanych na Fig. 6. W pierwszej kolejności skanuje się 611 styk ceownika 1 do blachy trapezowej 3 i blachy trapezowej 3 do stopy 2 belki, aby ustalić ewentualne odchylenia wynikające z niedokładności wykonania blachy trapezowej 3. Następnie wykonuje się 612 spawanie, metodą impulsową, środnika 3 z górną półką 1 i środnika 3 z dolną półką 2, wzdłuż zeskanowanej linii ich połączenia.

PL 232 084 B1

W etapie 613, również metodą spawania impulsowego, wykonuje się spoiny doczołowe łączące środniki trapezowe. W ostatnim podetapie 614 spawa się metodą impulsową torowisko w postaci szyny o grubości od 30 mm do 50 mm i szerokości od 40 mm do 70 mm z ceownikiem belki podsuwnicowej w zależności od indywidualnego projektu.

W procesie spawania metodą impulsową stosuje się podwójne impulsy o zmiennej wartości prądu, których krzywą przedstawiono na Fig. 11. Do linii łączenia elementów zbliża się materiał dodatkowy w postaci drutu i generuje się impuls zasadniczy, w którym podaje się prąd o wysokiej wartości, powodując upłynnienie metalu spawanych powierzchni i drutu, po czym gdy impuls zasadniczy opada, kropla stopionego drutu może swobodnie opaść na jeziorko. Następnie generuje się impuls pomocniczy, o wartości prądu mniejszej od wartości dla impulsu zasadniczego, co powoduje ustabilizowanie jeziorka i powstanie spoiny. Gdy impuls pomocniczy opada, kropla łączy się z jeziorkiem. Taki sposób spawania redukuje znacznie ilość odprysków, nawet do 15%, w porównaniu do standardowej technologii typu MIG-MAG 135. Wartość natężenia prądu dla impulsu zasadniczego wynosi od 490 A do 520 A, a wartość natężenia dla impulsu pomocniczego wynosi od 360 A do 380 A, przy czym czas trwania t1 jednego cyklu wynosi 6 ms. Długość impulsu zasadniczego jest zbliżona do długości impulsu pomocniczego, korzystnie równa. Średni prąd spawania wynosi 260 A.

W dotychczas stosowanych technologiach spawanie następowało w sposób skokowy. Oznacza to, że skan styku górnej półki i środnika oraz środnika i dolnej półki odbywał się na odcinku np. 40 cm, po czym urządzenia się cofały i kładły spoinę na odcinku 40 cm. Następnie znowu wykonywane było skanowanie i po nim kolejno spawanie. Sekwencje były powtarzane, aż do momentu połączenia elementów na całej długości.

Według nowego rozwiązania według wynalazku roboty wykonują skan od razu na całej długości linii styku elementów, bez wspomnianych skoków. Takie ciągłe skanowanie pozwala skrócić czas wytwarzania belki podsuwnicowej o ok. 20-30%.

W kolejnym etapie 700 przystępuje się do operacji prostowania, aby odchyłki mieściły się w określonych przez odpowiednie normy tolerancjach. Następnie za pomocą suwnicy elementy transportowane są do komory śrutowniczej i czyszczone w etapie 800 do klasy piaskowania Sa 2,5.

Fig. 7 przedstawia belkę podsuwnicową według wynalazku w widoku perspektywicznym. Belka według wynalazku zawiera półkę górną 1, półkę dolną 2, środnik 3 trapezowy i płaskownik 4.

Fig. 8 przedstawia belkę podsuwnicową według wynalazku w przekroju poprzecznym. Półka górna 1 wykonana ma formę ceownika o ramionach skierowanych ku dolnej półce 2, półka dolna 2 ma formę płaskiej płyty, środnik 3 ma formę zaginanego profilu o powtarzającym się wzdłuż długości belki przebiegu trapezowym przy widoku z góry belki, a torowisko 4 ma formę płaskownika.

Fig. 9 przedstawia widok fragmentu środnika belki podsuwnicowej od góry. Każdy przebieg trapezowy zawiera pięć ścian 31,32, 33, 34, 35. Pierwsza ściana 31 stanowi początek danego przebiegu trapezowego. Jest ona równoległa do długości belki podsuwnicowej. Druga ściana 32 je st odgięta w pierwszą stronę względem pierwszej ściany pod kątem 45°. Trzecia ściana 33 jest odgięta w drugą stronę, przeciwną do pierwszej strony, względem drugiej ściany 32, pod kątem 45°. Czwarta ściana 34 jest odgięta w drugą stronę względem trzeciej ściany 33 pod kątem 45°. Piąta ściana 35 jest odgięta w pierwszą stronę względem czwartej ściany 34 pod kątem 45° tak, że piąta ściana 35 jest współliniowa z pierwszą ścianą 31. Kolejne przebiegi trapezowe umieszczane są wzdłuż długości belki, jak widoczne jest to na Fig. 7. Pierwsza ściana kolejnego przebiegu łączona jest z ostatnią ścianą przebiegu poprzedniego. Pierwsza ściana 31 ma taką samą długość co piąta ściana 35, druga ściana 32 ma taką samą długość co czwarta ściana 34, a trzecia ściana 33 ma długość równą sumie długości pierwszej ściany 31 i piątej ściany 35. Wszystkie ściany 31,32, 33, 34, 35 są prostopadłe względem półki górnej 1 oraz półki dolnej 2. Powyższe cechy pozwalają w powtarzalny i stosunkowo nieskomplikowany sposób uzyskać belkę podsuwnicową o niskiej wadze i wysokiej wytrzymałości.

Fig. 10 przedstawia sposób wytwarzania górnej półki belki podsuwnicowej. Arkusz blachy zaginany jest w dwóch miejscach tak, by przybrał formę ceownika.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania belki podsuwnicowej, obejmujący etapy, w których kolejno projektuje się belkę podsuwnicową zawierającą trapezowy środnik połączony z dolną półką i górną półką

PL 232 084 B1 w kształcie ceownika połączonego z torowiskiem, po czym kształtuje się z arkuszy blachy środnik i ceownik, a następnie spawa się elementy ze sobą, znamienny tym, że:

- na stole spawalniczym unieruchamia się (605) elementy względem siebie;

- skanuje się (611) linie styku środnika (3) z półką górną (1) i półką dolną (2) na całej długości belki podsuwnicowej;

- spawa się (612) metodą spawania impulsowego środnik (3) z półką górną (1) i półką dolną (2) wzdłuż odczytanych linii styku w jednym przebiegu na całej długości belki podsuwnicowej;

- wykonuje się (613) metodą spawania impulsowego spoiny doczołowe łączące środniki (3) trapezowe;

- spawa się (614) metodą spawania impulsowego torowisko (4) do półki górnej (1) belki w jednym przebiegu na całej długości belki podsuwnicowej;

- przy czym spawanie metodą spawania impulsowego prowadzi się stosując podwójne impulsy o zmiennej wartości prądu, tak że do linii łączenia elementów zbliża się materiał dodatkowy w postaci drutu i generuje się impuls zasadniczy o natężeniu od 490 A do 520 A, powodując upłynnienie metalu spawanych powierzchni i drutu, po czym po opadnięciu impulsu zasadniczego generuje się impuls pomocniczy, o natężeniu prądu mniejszym od wartości natężenia dla impulsu zasadniczego i wartości 360 A do 380 A, powodując ustabilizowanie jeziorka i powstanie spoiny, przy czym jeden cykl pracy obejmujący impuls zasadniczy i pomocniczy trwa (t1) 6 ms.

2. Belka podsuwnicowa wykonana sposobem według zastrz. 1, zawierająca półkę górną (1), półkę dolną (2), środnik (3) i torowisko (4), przy czym półka górna (1) ma formę ceownika o ramionach skierowanych ku półce dolnej (2), półka dolna (2) ma formę płaskiej płyty, torowisko (4) ma formę płaskownika przyspawanego do zewnętrznej powierzchni półki górnej (1), a środnik (3) ma formę zaginanego profilu o powtarzającym się wzdłuż długości belki przebiegu trapezowym przy widoku z góry belki, przy czym każdy przebieg trapezowy zawiera połączone ze sobą kolejno:

- pierwszą ścianę (31),

- drugą ścianę (32), odgiętą w pierwszą stronę względem pierwszej ściany pod kątem 45°,

- trzecią ścianę (33), odgiętą w drugą stronę, przeciwną do pierwszej strony, względem drugiej ściany (32), pod kątem 45°,

- czwartą ścianę (34), odgiętą w drugą stronę względem trzeciej ściany (33) pod kątem 45°,

- piątą ścianę (35), odgiętą w pierwszą stronę względem czwartej ściany (34) pod kątem 45° tak, że piąta ściana (35) jest współliniowa z pierwszą ścianą (31);

przy czym pierwsza ściana (31) ma taką samą długość co piąta ściana (35), druga ściana (32) ma taką samą długość co czwarta ściana (34), a trzecia ściana (33) ma długość równą sumie długości pierwszej ściany (31) i piątej ściany (35); przy czym wszystkie ściany (31,32, 33, 34, 35) są prostopadłe względem półki górnej (1) oraz półki dolnej (2).