Двутавровые балки являются одним из наиболее востребованных видов металлургической продукции. Они используются в металлоконструкциях всех размеров. Высокая популярность двутавров объясняется крайне удачной формой. Н-образная форма сечения обеспечивает наилучшую несущую способность при одинаковой площади по сравнению с сечениями всех других форм, которые можно получить металлургическими методами. Другими словами, среди всей металлургической продукции двутавровая балка может выдержать наиболее высокую нагрузку при одинаковой массе и длине балки.
Значительный спрос на двутавры обеспечивается автоматизированными линиями, которые обладают крайне высокой производительностью. По способу изготовления выделяют горячекатаные и сварные двутавры. Изделиям, полученным горячей прокаткой, свойственна несколько более высокая прочность. Главным достоинством сварных двутавров является весьма низкая цена. Также оборудование, производящее сварные двутавровые балки, отличается простотой переналадки, поэтому данным способом легче выполнять продукцию нестандартных размеров.
Современные линии по производству двутавров из листового металла имеют высокую степень автоматизации. Это позволяет максимально увеличить производительность и минимизировать влияние человеческого фактора. Исходный лист разрезается на полосы, которые последовательно свариваются.
Раскрой листа
Если требуется произвести балку длиной более 6 м, то длины одного листа будет недостаточно. Поэтому стыковой сваркой приваривается второй лист или его часть. Для этой операции используется установка стыковой сварки, которая имеет специализированный источник питания. Он работает от стандартного трехфазного промышленного тока, напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Источник сварочного тока выступает в качестве преобразователя. Ток на выходе из него имеет силу в пределах 150 – 1300 А и напряжение 16 – 46 В.
Стыковой сваркой можно соединить листы толщиной до 30 мм за одну операцию. Данная установка позволяет значительно уменьшить потребность в обслуживающем персонале и повысить общую производительность линии.
После сварки лист подается на машину, которая выполняет резку газопламенным способом. Высокую эффективность показывают машины портального типа. Лист размещается на рабочем столе машины на рельсах и разрезается на продольные полосы. Из одного листа можно выполнить до 9 полос за один проход. Машина может выполнять поперечный и даже криволинейный рез. Эти функции требуются для получения заготовок под балки поперечного сечения. Для сложных операций используются две горелки с ЧПУ, которые могут выполнять рез под любым углом.
Регулировка скорости работы машины для резки позволяет настроить её нужным образом в зависимости от толщины листа. Для резки используется ацетилен и кислород, возможно применение пропана. Управление работой машины выполняется программой Australian FASTCAM 1, которая разработана специально для устройств такого типа. Её достоинствами являются:
- Глубокая интеграция автоматического управления;
- Возможность работы в ручном режиме;
- Оптимизация раскроя листового материала;
- Возможность управления несколькими режущими головками;
- Просчет минимального рабочего пути.
Максимальная ширина листа, доступного для резки, — 4 м, а длина – 14 м. Минимальная ширина резки составляет 80 мм. Машина для резки имеет 9 продольных горелок и две поперченные. При их совместной работе можно резать листы толщиной 6 – 50 мм. Сталь толщиной до 100 мм может быть разрезана, когда используется не более 5 горелок. Энергопотребление установки составляет всего 1,5 кВт.
Сборка балки
После резки листового материала, заготовки подаются на сборочный стан. Их перемещение производится краном. Сборка балки выполняется при помощи зажимов, фиксирующих детали по горизонтали и вертикали. Сначала собирается тавровая балка – на конвейере размещается горизонтальная полоса, положение которой задается боковыми направляющими. На полосе размещается вертикальная стойка, которая центрируется и зажимается боковыми направляющими упорами.
Собранная конструкция подается до вертикального упора, который автоматически выполняет выравнивание торца, и перемещается в сварочный портал. Там она дополнительно фиксируется гидравлическим прижимом сверху, чтобы исключить зазор между деталями. Конвейер подает балку вперед, она проваривается с обеих сторон автоматической сваркой. Используется точечная сварка, которая формируется через заданный шаг. Сварочная установка расположена в той же плоскости, что и фиксирующий гидроцилиндр.
Полученная тавровая балка подвергается кантовке на 180° и передается обратно на сборочный участок, где на неё размещают заготовку для второй полки. Дальнейшие операции аналогичны – позиционирование, фиксирование зажимами и пропуск через сварочный портал. Таким образом получается предварительно собранная балка. Выполненное сварочное соединение имеет невысокую прочность и предназначается для удобства дальнейшего манипулирования балкой, а не полноценного восприятия нагрузки.
Станок для сборки балок позволяет собирать изделия разных видов Н-образных профилей:
- Симметричные;
- Несимметричные;
- С переменным сечением.
Скорость сварной сборки составляет 500 – 6000 мм/мин при максимальном потреблении электроэнергии 107 кВт. Станок позволяет создавать балки с такими параметрами:
- Толщина стойки – 6-32 мм;
- Толщина полка – 6-40 мм;
- Высота стойки – 200-1500 мм;
- Ширина полки – 200-600 мм;
- Длина балки – 4000-15000 мм.
По размерам видно, что станок дает возможность собрать двутавровую балку, размеры которой значительно превышают максимальные размеры изделий, описанных в ГОСТе 26020–83 для горячекатаных двутавровых балок с параллельными полками. Согласно этому документу, наибольшие размеры имеет балка 100Б4 с высотой 1014 мм и шириной полки 320 мм. Производство нестандартных горячекатаных балок ведется только при большой партии из-за высокой стоимости инструментов. Также максимальный размер балки ограничивается размерами прокатного стана.
Подача балки на первые сварочные установки
Балка, которая выходит из установки точечной сварки, находится в вертикальном положении. Она перемещается по конвейеру в таком положении и попадает к кантователю, который выполняет поворот балки на 90°. Он укладывает балку на конвейер горизонтально.
Балка передается на пару гидравлических тележек.
Они располагаются последовательно, между сварочными установками. Тележки работают в паре и имеют общую грузоподъемность 20 т. Они поднимают балку на высоту до 140 мм. Потребление электроэнергии тележкой составляет 1,5 кВт.
Когда балка попадает на тележки, конвейер останавливается. Они выполняют подъем балки над конвейером. Далее тележки перемещаются по рельсам, расположенным перпендикулярно к конвейеру. Тележки доставляют балку к гидравлическому кантователю, который поворачивает её на 45°.
Грузоподъемность кантователя также составляет 20 т. Он может работать с балками высотой 200 – 2000 мм и шириной 200 – 1000 мм.
После этого производится первый сварочный шов. Балка находится в положении «в лодочку». Установка для сварки перемещается по рельсам и выполняет сварочный шов. Она может сваривать металл толщиной 6 – 40 мм. Допустимая высота балки составляет 200 – 2000 мм, а ширина 200 – 800 мм. Длина шва может доходить до 15 м. Скорость сварки находится в пределах 350 – 1500 мм/мин. Мощность сварки составляет 65 кВт, а приводных механизмов – 5,1 кВт.
Далее кантователь придает балке обратно горизонтальное положение. Тележки принимают балку и передают на кантователь второй сварочной установки, которая располагается параллельно. Эта установка имеет точно такую же конструкцию. По окончанию выполнения второго сварочного шва балка ложится горизонтально и при помощи тележек возвращается на конвейер.
Поворот и проварка остальных швов
В результате предыдущих операций получается балка, с одной стороны которой швы выполнены. Однако она находится на конвейере в горизонтальном положении, готовыми швами вверх. Поэтому используется дополнительный кантователь, который переворачивает балку, и она располагается на конвейере выполненными швами вниз. Данный кантователь также имеет гидравлический привод и грузоподъемность до 20 т. Он может работать с изделиями габаритами 1000 х 2000 мм. Скорость поворота составляет 1000 мм/мин. Кантователь потребляет 18 кВт электроэнергии.
Третий и четвертый сварочные швы производятся аналогичным способом. Также балка кантуется на 45° и последовательно провариваются швы на паре сварочных установок.
Поворот и правка балки
После проварки всех швов балка находится на конвейере в горизонтальном положении. Кантователь поворачивает балку на 90°, устанавливая её вертикально. После этого балка попадет на установку, которая выполняет правку грибовидности полок. Потребность в этой операции возникает, потому что при сварке сплошным швом возникают деформации полок.
Установка выполняет прокатку роликами нижней полки. После этого конвейер возвращает балку на кантователь, который выполняет поворот балки на 180°. Балка оказывается выпрямленной полкой вверх. После этого она снова проходит установку для правки полок.
В зависимости от размеров двутавра используется одна из установок для правки. Устройство с наибольшей мощностью (32 кВт) способно править балки высотой до 800 мм и высотой до 1500 мм. Толщина полки может доходить до 80 мм. Правка выполняется со скоростью 5,2 м/мин. Усилие на роликах составляет 2 мН.
Дробеструйная обработка
Сваренная и выправленная балка чаще всего имеет загрязнения, в первую очередь ржавчину и окалину. Для очистки профиля применяется дробеструйная машина. Она также улучшает качество поверхности двутавра, что упрощает нанесение на него покрытия.
Дробеструйная машина разгоняет стальную или чугунную дробь до скорости 60 – 70 м/с и подает её в камеру обработки. Камера имеет восемь дробеметов, которые располагаются по кругу. По два дробемета приходятся на внешние стороны полок и стойку. Внутренние грани полок обрабатываются одним дробеметом.
Мощность дробеструйных машин находится в пределах 11-15 кВт. Изделие проходит через камеру со скоростью 0,6 – 3 м/мин, расход дроби – 90-120 т/ч. Данными машинами можно выполнить обработку профиля размером 1200х2000 мм.
Общая эффективность линии и дополнительная обработка
Автоматизированная линия может производить изделия размерами 2000х1000 мм. Толщина обрабатываемой листовой стали доходит до 40 мм. Возможно изготовление профилей переменного сечения с углом наклона до 15°. Общая производительность составляет 15 тыс. т в год. Размеры линии 150х24 м.
Дополнительно балка может подвергнуться обработке торцов на фрезерном станке. Балка располагается горизонтально и жестко закрепляется, чтобы избежать погрешностей. Для этого используются рамы с вертикальными стойками, в которых располагаются гидроцилиндры. Управление их работой ведется гидрораспределителем, который направляет поток масла, подаваемое гидравлической станцией под высоким давлением. Фрезерный станок может обрабатывать балки максимального размера, производимые автоматизированной линией. Глубина обработки за одни проход достигает 5 мм, скорость подачи 200 – 650 мм/мин. Для обработки используются фрезы диаметром 160 – 200 мм.
Также линия может снабжаться установкой для сверления балок. Она позволяет выполнить отверстия максимально быстро и с высокой точностью. Установка снабжена системой ЧПУ, которая не требует предварительной ручной разметки изделия. Автоматическое выполнение отверстия позволяет снизить до минимума процент брака.
Установка для сверления состоит из таких элементов:
- Каркас;
- Конвейер;
- Подающие ролики;
- Фиксирующая гидросистема;
- Три сверлильных узла.
Сверлильные узлы имеют сервоприводы, которые позволяют позиционировать инструмент с крайне высокой точностью, ±1.0 мм на 10 м. Контроллер устройства имеет цветной монитор, что делает работу оператора максимально простой.
Установка может выполнять обработку стали толщиной 5 – 40 мм. Диаметр отверстий находится в пределах 12 – 32 мм. Для работы используется двигатель мощностью 5 кВт. Он придает сверлу до 440 об/мин. Скорость позиционирования составляет 5 м/мин, а скорость подачи до 300 мм/мин. Общее потребление энергии установкой 32 кВт.
Блочно-модульные здания из блок контейнеров Containex
Технология демонтажа металлоконструкций
Зернохранилища из ЛМК
