МНОГОЛУЧЕВОЙ ПРОФИЛЬ Российский патент 1999 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано в строительных, машиностроительных и других видах металлоконструкций.

Уровень техники
Аналогами к предлагаемому устройству можно считать:
1. Многолучевой профиль, содержащий и поперечном сечении полки, пересечение которых между собой образует углы (ГОСТ 7511-73 "Профили стальные для оконных и фонарных переплетов и оконных панелей промышленных зданий". Профиль N 5).

Недостатком аналога является высокая стоимость изготовления профиля. Это определяется геометрическими особенностями аналога - часть сопряжения или другие части профиля выполнены частью окружности, характеристикой которой является радиус. Выполнение сопряжений или других частей профиля в виде части окружности не позволяет обеспечить большую плавность перехода на участках кривых и снизить стоимость изготовления профиля за счет повышения ресурса прокатных валков.

2. Многолучевой профиль, содержащий в поперечном сечении полки, пересечение которых между собой образует углы (ГОСТ 7511-73 "Профили стальные для оконных и фонарных переплетов и оконных панелей промышленных зданий". Профиль N 6).

Недостатком аналога является высокая стоимость изготовления профиля. Это определяется геометрическими особенностями аналога - часть сопряжения или другие части профиля выполнены частью окружности, характеристикой которой является радиус. Выполнение сопряжений или других частей профиля в виде части окружности не позволяет обеспечить большую плавность перехода на участках кривых и снизить стоимость изготовления профиля за счет повышения ресурса прокатных валков.

Под термином "сопряжение" следует понимать взаимную связь полок [1].

Радиус окружности - отрезок, соединяющий точку окружности с центром [2].

Наиболее близким по технической сущности прототипом к предлагаемому устройству является многолучевой профиль, содержащий в поперечном сечении сопряжение по крайней мере трех полок (ГОСТ 14084-76 "Звездочка").

Недостатком прототипа является высокая стоимость изготовления профиля. Это определяется геометрическими особенностями прототипа - части сопряжения выполнены частями окружностей, характеристиками которых является радиус. Выполнение частей сопряжения в виде частей окружностей не позволяет обеспечить рациональную плавность перехода на участках кривых профиля по сравнению с фрагментами косого конического сечения прямого кругового конуса (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса), которые вырождаются в процессе изготовления профиля друг в друга и снизить стоимость изготовления профиля за счет повышения ресурса прокатных валков.

В процессе исследований авторами была установлена закономерность перерождения при износе кривых, описанных фрагментами косого конического сечения прямого кругового конуса (парабола, гипербола, эллипс) друг в друга, что обеспечивает сохранение плавности перехода на участках кривых профиля (и валка) по мере износа при прокатке.

С точки зрения сохранения плавности перехода на участках кривых по мере износа в процессе прокатки целесообразно использование фрагментов гиперболы, параболы и эллипса: эти равноценные взаимозаменяемые и взаимносочетаемые варианты исключают образование в процессе износа таких наиболее подверженных вырождению (выкрашиванию) кривых как, например окружность.

В процессе проката профиля происходит интенсивный унос металла прежде всего с угловых выступов калибра, как наиболее напряженных участков валка, в связи с чем выполнение сопряжений полок в виде части окружности становятся невозможным без частой смены калибров и перевалки валков, а также настройки клети и стана в целом. Это в свою очередь требует больших материальных и временных затрат.

Затраты могут быть сокращены путем профилирования валка, в частности его криволинейных участков, с учетом минимизации будущего уноса материала в процессе проката используя фрагменты косых конических сечений, вырождающихся друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса).

Кроме того, у прототипа и аналогов задача повышения несущей способности при неосесимметричном продольном сжатии, кручении или изгибе решается только путем увеличения толщины полок что нерационально.

Так, для повышения несущей способности профиля при неосесимметричном продольном сжатии целесообразно увеличить массу металла в области сопряжения, ближайшей к точке приложения усилия используя фрагменты косых конических сечений, вырождающихся друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса).

При поперечном изгибе в плоскости, параллельной продольным плоскостям сечения полок, целесообразно увеличить массу металла на краю полки, в плоскости которой происходит изгиб, а количество металла в области сопряжения и на других полках целесообразно уменьшить, используя фрагменты косых конических сечений, вырождающихся друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса).

При кручении целесообразно увеличить массу металла в области сопряжения, ближайшей к точке приложения усилия используя фрагменты косых конических сечений, вырождающихся друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса).

Сущность изобретения
Задачей изобретения является снижение себестоимости изготовления многолучевого профиля за счет продления срока службы валков посредством сохранения плавности перехода на участках кривых профиля (валка) при износе путем использования сочетания фрагментов косых конических сечений прямого кругового конуса, вырождающихся друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса), повышение технологичности изготовления за счет использования сочетания фрагментов косых конических сечений прямого кругового конуса, вырождающихся друг в друга и не выходящих из прогнозируемых перед прокаткой параметров, снижение материалоемкости при сохранении несущей способности в условиях продольного неосесимметричного сжатия, кручения или изгиба за счет использования сочетания фрагментов косых конических сечений прямого кругового конуса, вырождающихся друг в друга и обеспечивающих рациональную конфигурацию профиля для прогнозируемых схем нагружения.

В процессе прокатки профилей фрагменты косых конических сечений прямого кругового конуса за счет уноса материала с рабочей поверхности валка, вырождаются друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса), однако процесс уноса материала с рабочей поверхности валка заранее спрогнозирован и учтен при проектировании и расчете конфигурации профиля и не выходит за определение косого конического сечения прямого кругового конуса.

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что многолучевой профиль содержит в поперечном сечении сопряжение по крайней мере трех полок и по крайней мере часть линии сопряжения полок, образующих пересечением осей углы, и/или по крайней мере часть линии границы по крайней мере одной полки, и/или край по крайней мере одной полки выполнены в виде фрагмента косого конического сечения прямого кругового конуса. При этом обеспечивается большая плавность перехода от фрагмента к фрагменту границы поперечного сечения профиля, состоящих из фрагментов косых конических сечений, вырождающихся друг в друга (фрагменты гиперболы, параболы, эллипса) в процессе прокатки, снижающая себестоимость изготовления профиля за счет уменьшения работы формоизменения профиля при прокатке и повышения износостойкости прокатных валков.

Кроме того, форма профиля в большей степени отвечает требованиям критерия: обеспечение заданной прочности при минимальной массе профиля.

Под термином "ось полки" следует понимать проходящую через сечение полки воображаемую прямую линию, характерную для данного сечения полки, например, наименьшего осевого момента инерции.

Под термином "линия границы полки" следует понимать линию границы сечения полки, находящуюся между сопряжением и краем полки.

Под термином "край полки" следует понимать область, близлежащую к точке соединения двух линий границ полки.

Под термином "косое коническое сечение" следует понимать линию, которую образует поверхность прямого кругового конуса и секущая плоскость, не проходящая через его вершину при условии, что угол между секущей плоскостью и осью прямого кругового конуса отличен от прямого угла [2].

Многолучевой профиль может содержать в поперечном сечении части линий границ полок, образующих пересечением осей углы, выполненные в виде фрагментов косого конического сечения прямого кругового конуса (фрагментов гиперболы, параболы, эллипса), причем фрагменты косого конического сечения прямого кругового конуса могут вырождаться друг в друга в процессе производства профиля. При этом обеспечивается большая плавность сопряжения полок, состоящих из фрагментов косых конических сечений, вырождающихся друг в друга в процессе прокатки, снижающая себестоимость изготовления профиля за счет уменьшения работы формоизменения профиля при прокатке и повышения износостойкости прокатных валков.

Многолучевой профиль может содержать в поперечном сечении край полки, выполненный в виде фрагмента косого конического сечения прямого кругового конуса (фрагмента гиперболы, параболы, эллипса), причем фрагменты косого конического сечения прямого кругового конуса могут вырождаться друг в друга в процессе производства профиля. При этом обеспечивается рациональная форма края полки, состоящей из фрагментов косых конических сечений, причем фрагменты косого конического сечения прямого кругового конуса могут вырождаться друг в друга в процессе прокатки, снижая себестоимость изготовления профиля за счет уменьшения работы формоизменения профиля при прокатке и повышения износостойкости прокатных валков.

Сочетание выполнения элементов поперечного сечения профиля в виде фрагментов косых конических сечений прямого кругового конуса (фрагментов гиперболы, параболы, эллипса), которые могут вырождаться друг в друга в процессе производства профиля обеспечивает достижение рациональной формы профиля. При этом снижается себестоимость изготовления профиля за счет уменьшения работы формоизменения профиля при прокатке и повышается износостойкость прокатных валков.

Многолучевой профиль может быть выполнен с образованием осями полок угла от 1^o до 180^o, что позволит увеличить или уменьшить его сопротивление изгибу.

Многолучевой профиль может быть выполнен с длиной по крайней мере двух полок, отличной одна от другой, что позволит увеличить его сопротивление изгибу в плоскости продольного сечения большей по длине полки профиля.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с двумя полками различной толщины, что позволит увеличить его сопротивление изгибу в плоскости продольного сечения большей по толщине полки уголка.

Многолучевой профиль может быть выполнен с переменной толщиной по крайней мере одной из полок, что позволит перераспределить напряжения в поперечном сечении профиля при кручении.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной полкой, толщина которой возрастает в направлении к краю полки.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной полкой, толщина которой убывает в направлении к краю полки.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной полкой, толщина которой уменьшается в направлении от края полки и места сопряжения полок в внутренней части полки, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной полкой, толщина которой увеличивается в направлении от края полки и места сопряжения полок к внутренней части полки, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной полкой, толщина которой меняется многократно, возрастая и убывая, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен но крайней мере с одной полкой, толщина которой меняется многократно и периодически, что позволит расширить возможности при сборке из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен со ступенчатой по крайней мере одной из полок, что позволит улучшить технологичность при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен со ступенями полок, которые могут иметь увеличение или уменьшение толщины полки при переходе от одной ступени к другой, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен с подгибом по крайней мере края одной из полок, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен с подгибом края полки в любую сторону, причем на обеих полках с различной величиной и/или направлением подгиба и/или расстоянием от края полки, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен с многократным подгибом полки, в том числе с изменением вогнутости на противоположную, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с частью линии сопряжения полок выпуклой относительно места сопряжения, что позволит увеличить его сопротивление кручению.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одним разрывом толщины по крайней мере одной полки. Причем разрывы толщины могут выполняться многократно и периодически, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере на части линии сопряжения полок с выемкой, что позволит предотвратить трещинообразование при изгибе полки.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной выемкой на части линии границы полки, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одним выступом на части линии границы полки, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одной выемкой на краю по крайней мере одной из полок, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен по крайней мере с одним выступом по крайней мере на краю одной из полок, что позволит расширить возможности при сборке конструкций из профилей.

Многолучевой профиль может быть выполнен с частью линии сопряжения полок, и/или частью участка длины поверхности полки, и/или частью линии границы полки, содержащей фрагменты и/или комбинации фрагментов: многоугольник, коническое сечение прямого кругового конуса, что позволит повысить точность при сборке конструкций из профилей путем соединения выступа в выемку.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Сущность изобретения и возможность его практической реализации поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение многолучевого профиля, на фиг. 2-10 изображены примеры конструктивного выполнения поперечного сечения многолучевого профиля, на фиг. 11-13 изображены примеры конструктивного выполнения частей поперечного сечения многолучевого профиля.

Многолучевой профиль (фиг. 1-3) содержит в поперечном сечении сопряжение, в том числе по части линии 1, по крайней мере полок 2 и 3, образующих пересечением осей 4 и 5 соответственно полок 2 и 3 угол 6, причем часть линии 1 сопряжения полок, и/или край 7 (8, 9) по крайней мере одной полки, и/или часть линии границы 10 (11) полки выполнены в виде фрагмента косого конического сечения 12 прямого кругового конуса.

В примерах конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 1-2, образуемый полками угол 6 может составлять от 1 до 180^o.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг.2, длина полок 2 и 3 отличается друг от друга, полки 2 и 3 выполнены переменной толщины.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 2-3, полки 2 и 3 выполнены различной толщины.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 3, толщина полки 3 возрастает в направлении к краю 9, а толщина полки 2 убывает в направлении к краю 8. Толщины полок могут изменяться в различных направлениях: увеличиваться и/или уменьшаться к краю полки.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 4, толщина полки 2 (3) выполнена возрастающей к внутренней части полки.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 5-6, полка 2 (3) выполнена со ступенями 13. Ступени могут быть выполнены как с увеличением толщины полки 2 (3) при переходе от одной ступени к другой, так и с уменьшением. Кроме того, толщина по крайней мере одной полки меняется многократно, возрастая и убывая.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 7, полка 2 выполнена с подгибом 14.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 8, подгиб 14 полки 2 (3) может быть выполнен многократным, в том числе с изменением вогнутости на противоположную.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 9, часть сопряжения полок выполнена с выпуклостью 15.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 10, часть сопряжения полок выполнена с выемкой 16.

В примере конструктивного выполнения уголкового профиля, изображенного на фиг. 11, часть линии границы 10 (11) полки выполнена с выемками 17 и выступами 18. Кроме того, толщина сечения полки имеет разрыв 19.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 12, край 8 (9) полки выполнен с выемками 17 и выступом 18.

В примере конструктивного выполнения профиля, изображенного на фиг. 13, край полки 8 (9) содержит окружность 20. Край полки или часть участка края полки, и/или часть линии сопряжения полок, и/или часть линии границы полки могут содержать фрагменты и/или комбинации фрагментов: многоугольник (квадрат 21, прямоугольник 22, ромб 23, трапеция 24, треугольник 25 и т.д. и т.п.), коническое сечение прямого кругового конуса (окружность 20, эллипс 26 и т.д. и т.п.).

Таким образом, применение данной конструкции уголкового профиля позволит достичь задачи изобретения.

Литература
1. Толковый словарь русского языка. М. Азъ, 1993г., 960с.

2. Математический энциклопедический словарь. М. "Советская энциклопедия", 1978г., 847с.

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано в строительных, машиностроительных и других видах металлоконструкций. Задачей изобретения является создание многолучевого профиля, обладающего низкой себестоимостью, повышенной технологичностью изготовления, уменьшенной материалоемкостью при сохранении несущей способности в условиях продольного сжатия, кручения или изгиба за счет рационального распределения металла по поперечному сечению профиля. Указанный технический результат изобретения достигается тем, что многолучевой профиль содержит в поперечном сечении сопряжение по крайней мере трех полок и по крайней мере часть линии сопряжения полок, образующих пересечением осей углы, и/или по крайней мере часть линии границы по крайней мере одной полки, и/или край по крайней мере одной полки выполнены в виде фрагмента косого конического сечения прямого кругового конуса. При этом обеспечивается большая плавность перехода на участках кривых, при сохранении плавности по мере износа валков, снижающая себестоимость изготовления профиля за счет уменьшения работы формоизменения профиля при прокатке и повышения износостойкости прокатных валков. 24 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Многолучевой профиль, содержащий в поперечном сечении сопряжение по крайней мере трех полок, отличающийся тем, что по крайней мере часть линии сопряжения полок, образующих пересечением осей углы, и/или по крайней мере часть линии границы по крайней мере одной полки, и/или край по крайней мере одной полки выполнены в виде фрагмента косого конического сечения прямого кругового конуса. 2. Многолучевой профиль по п.1, отличающийся тем, что образуемый осями полок угол составляет от 1 до 180^o. 3. Многолучевой профиль по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что длина по крайней мере двух полок отличается друг от друга. 4. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что по крайней мере две полки выполнены различной толщины. 5. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что по крайней мере одна из полок выполнена переменной толщины. 6. Многолучевой профиль по п.5, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной из полок возрастает в направлении к краю полки. 7. Многолучевой профиль по п.5, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной из полок убывает в направлении к краю полки. 8. Многолучевой профиль по п.5, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной из полок уменьшается в направлении от края полки и места сопряжения полок к внутренней части полки. 9. Многолучевой профиль по п.5, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной из полок увеличивается в направлении от края полки и места сопряжения полок к внутренней части полки. 10. Многолучевой профиль по п.5, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной из полок меняется, многократно возрастая и убывая. 11. Многолучевой профиль по п. 10, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной из полок меняется многократно и периодически. 12. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что по крайней мере одна из полок выполнена ступенчатой. 13. Многолучевой профиль по п.12, отличающийся тем, что ступени могут быть выполнены как с увеличением толщины полки при переходе от одной ступени к другой, так и с уменьшением. 14. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 13, отличающийся тем, что по крайней мере край одной из полок выполнен с подгибом. 15. Многолучевой профиль по п. 14, отличающийся тем, что подгиб края полки может быть выполнен в любую сторону, причем на всех полках, с различной величиной и/или направлением подгиба и/или расстоянием от края полки. 16. Многолучевой профиль по п.15, отличающийся тем, что подгиб полки может быть выполнен многократным, в том числе с изменением вогнутости на противоположную. 17. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 16, отличающийся тем, что по крайней мере часть линии сопряжения двух близлежащих одна к другой полок выполнена выпуклой относительно места сопряжения полок. 18. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 17, отличающийся тем, что по крайней мере часть участка сопряжения двух близлежащих одна к другой полок выполнена с выемкой. 19. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 18, отличающийся тем, что часть линии границы по крайней мере одной полки выполнена по крайней мере с одной выемкой. 20. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 19, отличающийся тем, что часть линии границы по крайней мере одной полки выполнена по крайней мере с одним выступом. 21. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 20, отличающийся тем, что по крайней мере край одной из полок выполнен по крайней мере с одной выемкой. 22. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 21, отличающийся тем, что по крайней мере край одной из полок выполнен по крайней мере с одним выступом. 23. Многолучевой профиль по любому из пп.1 - 22, отличающийся тем, что часть линии сопряжения полок, и/или часть линии границы по крайней мере одной полки, и/или часть края полки содержат фрагменты и/или комбинации фрагментов: многоугольника, конического сечения прямого кругового конуса. 24. Многолучевой профиль по любому из пп.4 - 23, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одной полки имеет по крайней мере один разрыв. 25. Многолучевой профиль по любому из п.24, отличающийся тем, что разрывы толщины выполнены многократно и периодически.