Профиль высокой жесткости

 

Изобретение относится к производству холодногнутых листовых профилей проката с периодически повторяющимися гофрами, в частности, для подъемных телескопических стрел автокранов. Основная задача, решаемая изобретением, - создание гофрированного профиля высокой жесткости из стали с пределом текучести σ_т = 265...500 МПа. Гнутый профиль содержит замкнутые поперечные гофры и отличается тем, что он дополнительно содержит околокромочные отбортовки высотой, равной толщине профиля, а гофры выполнены с равными радиусами закруглений у оснований и вершин гофров в поперечном и продольном сечениях, при этом основные геометрические параметры профиля определены из следующих соотношений: L:B = 7...8, = (1,2...1,5) · 10^-3, где l, B и H - соответственно длина, ширина и высота гофров; L - расстояния между их осями. 1 ил.

Изобретение относится к производству холодногнутых профилей проката специального назначения, например, для автокранов с телескопическими подъемными стрелами.

Листовые профили высокой жесткости (ПВЖ) имеют конкретное назначение и представляют собой полосы определенной длины с выдавленными на них замкнутыми продольными или поперечными гофрами. Сортамент известных ПВЖ представлен в ТУ 14-2-280-77. "Профили стальные с периодически повторяющими гофрами", а технология их производства описана, например, в книге В.И.Анисимова и др. "Расширение сортамента металлопроката резерв экономии". Челябинск, Ю. - Урал. кн. изд. 1980, с.125-130.

Известны гнутые листовые гофрированные профили для судостроения, отличительной особенностью которых является наличие у них продольных сквозных гофров трапециевидного сечения (см. ГОСТ 9234 "Профили стальные гнутые листовые"). Описанные гнутые листовые профили непригодны для изготовления автокранов с телескопической стрелой.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является профиль высокой жесткости N 16 (ГЛЗ-103) по ТУ 14-2-280-77 "Профили стальные с периодически повторяющимися гофрами". Этот профиль выполнен с замкнутыми поперечными гофрами и характеризуется наличием плоских околокромочных элементов, а также разными по величине радиусами закруглений у вершин и оснований гофров. Недостатком такого профиля является невысокая продольная жесткость, что делает невозможным его использование для вышеупомянутых автокранов.

Целью изобретения является повышение жесткости (несущей способности) ПВЖ с поперечными гофрами.

Для этого профиль высокой жесткости из стали с пределом текучести σ_т= 265...500 МПа, содержащий замкнутые поперечные гофры круглого сечения, дополнительно содержит околокромочные отбортовки высотой, равной толщине профиля, а гофры выполнены с равными радиусами закруглений у оснований и вершин гофров в поперечном и продольном сечениях, при этом основные геометрические параметры профиля определены из следующих соотношений: L:B 7.8; где l, B и Н -соответственно длина, ширина и высота гофров; L расстояние между их осями.

Сущность заявляемого технического решения состоит в придании ПВЖ дополнительной жесткости за счет выполнения отбортовок (перегибов см. чертеж) на его боковых кромках, а также оптимизации формы гофров (выполнение их со всеми одинаковыми радиусами закруглений) и их основных геометрических параметров. При этом указанные соотношения параметров гофров гарантируют необходимую точность размеров профиля и отсутствие трещинообразования при его формовке.

Равенство всех радиусов закруглений (у вершин и оснований гофров) сводит до минимума остаточные напряжения в местах изгиба металла (которые неизбежны при локальной вытяжке, за счет которой происходит формообразование замкнутых гофров). Это особенно важно с точки зрения профилактики трещинообразования при профилировании ПВЖ.

Очевидно, что несущая способность листового гофрированного профиля будет зависеть от глубины гофров, а также их ширины и длины (т.е. от "смещенного" объема металла в зоне деформации). Однако с увеличением глубины (высоты) гофров возрастает не только жесткость профиля, но и склонность металла к трещинообразованию. При это важное значение имеют как площадь зоны деформации, так и расстояния между отдельными зонами.

Экспериментальным путем было установлено (опыты проводились в цехе гнутых профилей АО "ММК" при участии научно-технического центра комбината), что оптимальная жесткость ПВЖ и отсутствие трещинообразования при их формовке достигаются только в определенном диапазоне величин соотношений L/B и H/B · l.

Так у профиля, выбранного в качестве ближайшего аналога (см, выше), основные геометрические параметры равны: L 126 мм, l 707 мм, B 25,4 мм, Н 7 мм, т.е. L:B 5, а H/B · l 3,9 · 10^-4.

Таким образом, величина "смещенного" объема металла у этого ПВЖ почти на порядок меньше, чем у предлагаемого профиля, что позволило уменьшить величину L/B, но "сравнимая" несущая способность при этом не увеличилась.

На чертеже показан вид в плане предлагаемого ПВЖ и сечения его гофров.

Профиль толщиной S содержит замкнутые поперечные гофры 1 круглого поперечного сечения высотой Н, шириной B и длиной l с расстоянием L между осями гофров, а также отбортовки (перегибы) около боковых кромок 3; высота отбортовок h= S. По длине профиля гофры разделены плоскими участками 4. Величины всех радиусов изгиба одинаковы и равны R.

Величины основных геометрических параметров заявляемого профиля определены по результатам опытов, являются эмпирическими и составляют: L:B 7.8; С целью опытной проверки предлагаемого ПВЖ на стане 2-8 · 100-600 АО "Магнитогорский меткомбинат" были изготовлены полосовые профили из стали 10ХСНД толщиной 5 мм с поперечными гофрами различных размеров (в том числе - известные, взятые в качестве ближайшего аналога), которые испытывались на жесткость (несущую способность к нормальной нагрузке, т.е. сопротивление изгибу) в ТОО "Тяжмашметаллург".

Наибольшей жесткостью обладали профили с оптимальными соотношениями основных параметров, с одинаковыми радиусами всех закруглений и с боковыми отбортовками.

Жесткость профилей с разными радиусами закруглений практически была такой же, как у ПВЖ с равными радиусами, но при достижении максимальной величины изгиба на части гофров у первых из них появлялись трещины.

Увеличение отношения L/B до 8,5.11,0 уменьшало несущую способность профилей, а уменьшение L/B (до 4,0.6,5) приводило к появлению трещин на гофрах при испытаниях на изгиб профилей. Для параметра H/B · l наблюдалось обратное: его увеличение (до 0,0016.0,008) вызывало появление отдельных трещин, а уменьшение (до 0,0011.0,0006) снижало жесткость профилей.

Жесткость ПВЖ, взятых в качестве ближайшего аналога и выполненных из ст. 10ХСНД без отбортовок по боковым кромкам, а также с L/B 5 и H/B · l 3,9 · 10^-4, была меньше, чем у предлагаемого ПВЖ, в среднем на 23% Таким образом, опыты подтвердили приемлемость предлагаемого ПВЖ для решения поставленной технической задачи и его преимущества перед известным объектом (ближайшим аналогом): повышенная жесткость (несущая способность).

Пример конкретного выполнения Профиль высокой жесткости 370 · 17 · 5мм из стали 10ХСНД с σ_т= 400 МПа, толщиной S 5 мм выполнен с отбортовками по боковым кромкам высотой h S 5 мм и с поперечными замкнутыми гофрами высотой Н 12 мм. Величины: В 42 мм, l 210 мм, L 320 мм и все радиусы закруглений R 20 мм (см. чертеж).

Параметры: L:B 320:42 7,6; H/B · l 12:(42 · 210) 1,36 · 10^-3.

Формула изобретения

Профиль высокой жесткости из стали с пределом текучести 265 500 МПа, содержащий замкнутые поперечные гофры, отличающийся тем, что он дополнительно содержит околокромочные отбортовки с высотой, равной толщине профиля, а гофры выполнены с равными радиусами закруглений у оснований и вершин гофров в поперечном и продольном сечениях, при этом основные геометрические параметры профиля определены из следующих соотношений: L В 7 8 H/(B·l) (1,2 1,5)·10^-3,
где l, B и H соответственно длина, ширина и высота гофров;
L расстояние между их осями.

РИСУНКИ

Рисунок 1