SVEUILITE U ZAGREBU

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

TEMELJENJE GRAVITACIJSKIH BATOVA- seminarski rad iz kolegija Deformacijski strojevi i postupci -

Dr.sc. Zdenka KeranMarko Mlinari

0035183760

Zagreb, 2014. GodinaSADRAJ3POPIS SLIKA

41. UVOD

52. PODJELA BATOVA

63. GRAVITACIJSKI BAT

63.1. Vrste gravitacijskih batova

73.2. Znaajke gravitacijskih batova

94. TEMELJENJE GRAVITACIJSKIH BATOVA

94.1. Dimenzije temelja

104.2. Materijali za izradu temelja

104.2.1. Armirani beton

114.2.2. Polimerni beton

135. VALNA TEORIJA

135.1. Rayleigh-ov val

156. ZAKLJUAK

167. LITERATURA

POPIS SLIKA4Slika 1. Gravitacijski bat

5Slika 2. Klasifikacija batova

6Slika 3. Bat s daskom

6Slika 4. Remenski bat

7Slika 5. Bat s lancem

8Slika 6. Radna mo i masa malja za pojedine skupine batova

9Slika 7. Temelj gravitacijskog bata

11Slika 8. Struktura polimernog betona

12Slika 9. Usporedba skupljanja standardnog i PMB betona

12Slika 10. Svojstva cementnog betona i betona s dodatkom metilmetakrilata (MMA)

13Slika 11. Rayleigh-ov val

1. UVODBatjemehanikimaljzastrojnokovanje za koji se ne koristi ljudska (runa)snaga ve snagastrojeva. Podie se na neku visinu da bi slobodnim padom (gravitacija) udario u radni komad ili otkovak. Batovi su najjeftiniji obradni strojevi za oblikovanje metala. U materijal unose zagarantirani iznosenergijekoji, zavisno obrzinialata tijekom oblikovanja, daje vei ili manji iznossile. Brzine u trenutku sraza su visoke i kreu se u rasponu od 3 do 8m/s.Konstrukcijabatova treba biti u stanju podnijeti velika i po nainu djelovanja neugodna, udarna optereenja. Zato su njihove konstrukcijske izvedbe vrlo robusne i specifine, u odnosu na klasinu strojogradnju. Ipak, uglavnom se radi o jednostavnoj konstrukciji kod koje se sile oblikovanja ne prenose niti na pogon, a niti na tijelo obradnog stroja, kao to je to sluaj uhidraulinihilimehanikihprea. Poradi navedenog batovi ne mogu biti preoptereeni. Povrh svega dotini strojevi su vrlo prilagodljivi; ako se pokae potreba za veom energijom oblikovanja, uvijek je mogue osigurati dodatni udarac [1].Na podruju kovanja uautomobilskojindustriji, batovi zauzimaju sredinje mjesto, unato sve veoj primjeni hidraulinih prea. Udarno djelovanje batova je osobito povoljno za oblikovanje jeftinijih limova, koje zbog njihove anizotropnosti, na preama ponekad nije mogue oblikovati. Podruje primjene batova je prvenstvenokovanjeu toplom stanju i to u otvorenim i zatvorenim ukovnjima. U posebnim sluajevima mogue ih je koristiti i za izradu kovanica - unovarstvu, za toplu ekstruziju -ahurei za oblikovanje lima [1].

Slika 1. Gravitacijski bat [2]

2. PODJELA BATOVAGruba podjela batova dana je na slici 2. Ubrzanje malja u smjeru udara, uvijek je vee od ubrzanja Zemljine sile tee za sve batove osim gravitacijskog. U pravilu, kod batova s nakovnjem (abotom), malj mase mmalj brzinom vmalj, udara o stacionarni nakovanj vnakovanj = 0. Jedino kod protuudarnih batova nakovanj ima vlastitu brzinu gibanja, orijentacije prema malju i shodno tome temelji i okolina ne trpe udarno djelovanje sraza [1].

Slika 2. Klasifikacija batova [1]

3. GRAVITACIJSKI BAT

Gravitacijski bat s nakovnjem koristi se u toplom oblikovanju i oblikovanju lima. Za visinu pada malja H = 1 - 2 m, brzina malja u trenutku sraza iznosi od 4,5 - 6 m/s. Broj udaraca ns za visinu pada od 1 m moe se kretati u rasponu od 50 do 60 min-1 [1].

3.1. Vrste gravitacijskih batovaPostoje tri osnovne izvedbe gravitacijskih batova:1. Bat s daskom (Slika 3.)

2. Remenski bat (Slika 4.)

3. Bat s lancem (Slika 5.)

Kod bata s daskom i bata s remenom ili trakom, malj na njegovu radnu visinu podiu tarni valjci poteui remen ili dasku pogonskim valjkom. Obje konstrukcijske izvedbe pogonskog sustava su relativno jednostavne i zahtijevaju vrlo malu investiciju dok odravanje predstavlja neznatnu stavku. Ipak, glavni nedostatak je troenje trake i remena ili daske te potreba njihove redovite zamjene. Jainu udarca mogue je bolje kontrolirati kod gravitacijskoga bata s remenom, obzirom da radni hod poinje u trenutku kad je malj podignut na zadanu visinu.

Slika 3. Bat s daskom [3]

Slika 4. Remenski bat [3]

Kod batova s lancem najee se koristi Gallov lanac. Ova verzija je skuplja od batova s remenom ili daskom, ali se mogu koristiti znatno vee sile.

Slika 5. Bat s lancem [3]

3.2. Znaajke gravitacijskih batovaGlavne prednosti gravitacijskih batova u odnosu na ostale vrste batova su: Velika tonost i preciznost izratka. Pogodni su za ukovnje s vie gravura (nisu osjetljivi na ekscentrini udarac). Visoki energetski stupanj djelovanja. Preciznost u odmjeravanju intenziteta (radne moi) udarca. Jednostavna regulacija. Pogodni za automatiziranje. Jednostavne su izvedbe i lako ih je odravati. Niska cijena.Osim prednosti, imaju i niz nedostataka:

Ograniena radna mo (Slika 6.). Djeluju na okolinu udarcima. Potrebno je primjereno temeljenje. Nisu pogodni za premjetanje. Batovi s daskom imaju velike visine zbog izlaza za dasku. Remen i daska se troe. Nisu za brzi ritam udaranja.

Slika 6. Radna mo i masa malja za pojedine skupine batova [1]

4. TEMELJENJE GRAVITACIJSKIH BATOVAPrilikom udara gravitacijskog bata u otkovak javljaju se vibracije kao neeljena pojava. Izloenost vibracijama izaziva oteenja krvnih ila, miia, kostiju, zglobova te ivaca. Veliina oteenja ovisi o vrsti i trajanju vibracija, hladnoi i vlazi u kojoj zaposlenik boravi, nefiziolokom poloaju tijela pri radu s alatima koji su izvor vibracija i individualnim osobinama ovjeka. Posljedica dugotrajnog izlaganja djelovanju vibracija moe biti profesionalno oboljenje, tzv. vibracijska bolest.Osim tetnog utjecaja na ovjeka, vibracije imaju nepoeljan utjecaj i na ostale strojeve koji se nalaze u blizini. Potrebno je voditi rauna o lokaciji postavljanja gravitacijskih batova. Oni se nikada ne postavljaju u neposrednoj blizini alatnih strojeva za obradu materijala gdje je neophodna visoka tonost obrade (npr. glodalica, tokarilica, itd.).Vibracije se ne mogu izbjei, ali se mogu znatno smanjiti, odnosno priguiti. To se postie odgovarajuim temeljenjem gravitacijskih batova.4.1. Dimenzije temeljaTemeljenje gravitacijskih batova je najzahtjevniji korak prilikom postavljanja ovog stroja stroja. Temelj se postavlja duboko u zemlju. Mora biti velikih dimenzija i velike mase te dodatno osiguran vrstim elastinim oprugama koje priguuju veliki udio vibracija nastalih prilikom udarca malja u otkovak. Odnosi masa malja, nakovnja i temelja kod gravitacijskih batova su sljedei:

mmalja : mnakovnja : mtemelja = 1 : 20 : 200

Iz gornjeg izraza proizlazi da masa temelja mora biti barem 10 puta vea od mase nakovnja i 200 puta vea od mase malja.

Slika 7. Temelj gravitacijskog bata [3]4.2. Materijali za izradu temelja

Materijali iz kojih se izrauju temelji gravitacijskih batova moraju zadovoljiti nekoliko osnovnih uvjeta, a to su visoka tlana vrstoa, trajnost i jednostavno odravanje. Najee koriteni materijal je armirani beton. Osim njega, za ovu namjenu je pogodan i tzv. polimerni beton.4.2.1. Armirani beton

Armirani beton je kombinacija dvaju po mehanikim karakteristikama razliitih materijala, betona i elika, koji zajedniki sudjeluju u noenju kao jedna monolitna cjelina. Beton kao i svaki kamen, ima znatno manju vlanu nego tlanu vrstou.Prednosti armiranog betona [4]:

Relativno visoka tlana vrstoa. Nezapaljivost. Armirani beton po otpornosti prema poaru pripada povoljnijim graevinskim materijalima. Kako je poznato, elik sam po sebi nije otporan na visoke temperature i jako se deformira. Beton je materijal otporan na djelovanje poara, na to osobito utjee vrsta upotrijebljenog agregata. Najbolje vrste agregata prema poaru su od bazalta, diabaza, vapnenca i dolomita a posebno od amota i zgure iz visokih pei. Za vrijeme poara voda ispari iz betona, to znatno poveava njegovu termiku otpornost.

Trajnost. Trajnost armiranobetonskih konstrukcija osigurana je velikim dijelom time to beton titi armaturu od korozije i to mu se vrstoa u tijeku vremena poveava. To sve vrijedi uz uvjet da je konstrukcija nainjena od kompaktnog betona.

Relativno mali trokovi odravanja. Trokovi odravanja armiranobetonskih konstrukcija vrlo su mali, kao uostalom i za graevine od kamena, za razliku od trokova odravanja elinih i drvenih konstrukcija. U pogledu higijene armiranobetonske su konstrukcije u prednosti pred drvenim i elinim zbog svoje monolitnosti, u kojoj nema upljina za leglo parazita i skupljanje praine.

Mogunost izrade najraznovrsnijih oblika. Prilagodljivost armiranog betona svim potrebnim oblicima doputa projektantu da zadovolji najrazliitije zahtjeve konstrukcijske, izvoake ili arhitektonske prirode.Mane armiranog betona [4]:

Znatna vlastita teina.

Velika provodljivost topline i zvuka.

Niska vlana vrstoa.

Korozija armature u betonu ako beton nije kompaktan. Poroznost. Oteani radovi kod niskih i visokih temperatura. Ne bi se trebalo betonirati kada je temperatura nia od +5 C. Kod visokih temperatura (>30 C) voda naglo hlapi iz betona. Dimenzionalna nestabilnost izazvana puzanjem i skupljanjem betona.

Teko naknadno provjeravanje armature.4.2.2. Polimerni betonSastoji se od obinog portland cementnog betona kojem se za vrijeme mijeanja umjesto dijela vode doda u vodi topivi polimer ili njegova emulzija.

Slika 8. Struktura polimernog betona [5]Postupak mijeanja betona je slian kao i kod standardnog betona, ali se njegovanje bitno razlikuje - prva tri dana na 100% vlage, a zatim na zraku do stvaranja polimerne matrice. Potrebna je manja koliina vode za postizanje potrebne konzistencije. Razlika je u cementnoj matrici - dolazi do usporednog nastajanja dvije matrice koje povezuju zrna agregata: cementni kamen i polimerna matrica. Skupljanje polimernog betona vee je nego kod standardnih betona (Slika 9.).

Slika 9. Usporedba skupljanja standardnog i PMB betona [5]Polimerni beton ima poveanu otpornost na penetraciju agresivnih tvari i eroziju, odnosno poveanu kemijsku otpornost. Takoer, trajnost, vrstoa i modul elastinosti su poveani nego kod standardnog betona. Cijena je relativno vea zato jer je u procesu proizvodnje potrebno ukloniti svu slobodnu vodu iz pora betona. Svojstva polimernog betona mogu se modificirati dodacima.

Slika 10. Svojstva cementnog betona i betona s dodatkom metilmetakrilata (MMA) [5]5. VALNA TEORIJA

Kao to je ve spomenuto, kod rada gravitacijskih batova javljaju se snane vibracije koje su nepoeljne. Vibracije su posljedice irenja valova. Ovi valovi predstavljaju seizmike pojave, odnosno blae potrese tla. Seizmiki valje poremeaj koji se iri podzemljem nakon djelovanja sile. Polazna toka seizmikih istrivanja je mjerenje vremena u kojem se seizmiki valovi ire kroz podzemlje do nekih geolokih granica, na kojima se reflektiraju ili refraktiraju. Sr seizmike metode je dakle, odreivanje brzine irenja seizmikog vala kroz medij, tj. mjerenje vremena potrebnog da val pri irenju kroz medij stigne u razne toke prostora.Seizmiki val moemo definirati kao prijenos energije pomou gibanja estica. Razliite vrste seizmikih valova karakterizirane su nainom gibanja svojih estica. Postoje tri vrste seizmikih valova: P (primarni, longitudinalni), S (sekundarni, transverzalni) i povrinski (Love i Rayleigh). Brzina seizmikih valova ovisi o gustoi medija i modulu elastinosti [6].5.1. Rayleigh-ov valKada se za generiranje seizmikih valova na povrini koriste vertikalni izvori poput ekia ili pada utega, nastaju povrinski Rayleigh-ovi (R) valovi koji u najveoj mjeri preuzimaju seizmiku energiju izvora (R valovi: 67%; S valovi: 26%; P valovi: 7%). Sloeni oblik Rayleigh-ovih valova sastoji se od longitudinalnog i transverzalnog gibanja s meusobnim pomakom u fazi. Materijalna estica prelazi eliptiku putanju kojoj je velika poluos vertikalna kada je val blizu povrine. R valovi esto se nazivaju i valjanje tla (Slika 12.) [7].

Slika 11. Rayleigh-ov val [7]Najvanije svojstvo R valova je disperzija. Tako se valovi nie frekvencije, pa prema tome vee valne duljine, ire dublje u medij nego valovi visoke frekvencije, odnosno male valne duljine. Brzina irenja vala pri pojedinoj frekvenciji naziva se fazna brzina, a krivulja koja prikazuje faznu brzinu u ovisnosti o frekvenciji naziva se krivulja fazne brzine ili disperzijska krivulja. Prostorni P i S valovi nemaju disperzivno svojstvo. Pojava vie faznih brzina na odreenoj frekvenciji naziva se viemodalna disperzija. U ovom sluaju najsporiji mod naziva se osnovni (M0), a sljedei s veom brzinom prvi vii mod (M1) itd. Fazna brzina irenja Rayleigh-ovih valova (vr) prvenstveno ovisi o brzini posminih valova (vs).Izraz koji pokazuje odnos izmeu brzine posminih valova (vs) i brzine Rayleigh-ovih valova (vr) je sljedei:vs = vr

gdje je konstanta ovisna o Poisson-ovom koeficijentu () (npr. = 1,09 za = 0,25).Tipine brzine Rayleigh-ovih valova su od 2 do 5 km/h. Bitni su za kontrolu buke i vibracija okoline jer uvelike pridonose javljanju vibracija koje su usko povezane sa bukom koja se javlja u zgradama uslijed vibriranja.

6. ZAKLJUAK

Batovi su najjeftiniji obradni strojevi za oblikovanje metala te imaju visoki energetski stupanj djelovanja zbog ega se masovno koriste. Kod gravitacijskog bata se javljaju snane vibracije prilikom rada. Vibracije imaju tetno djelovanje na zdravlje ovjeka, ali i na ostale strojeve u blizini, npr. utjeu na tonost obrade kod alatnih strojeva za obradu materijala. Zbog toga je potrebno posebnu panju posvetiti temeljenju ovih batova. Temelji moraju biti velikih dimenzija te izraeni iz vrstih i trajnih materijala. Velike dimenzije pomau pri apsorbiranju snanih vibracija. Za dodatno priguenje vibracija, izmeu masivnog bloka temelja i tla postavljaju se opruge s velikom krutou. Krutost opruge se definira kao c = F / s [N/mm] pri emu je F [N] optereenje opruge, a s [mm] progib opruge.7. LITERATURA

[1]http://www.fsb.unizg.hr/usb_frontend/files/1322649276-0 obradni_strojevi_str13_str25.pdf, posjeeno u listopadu 2014.[2] http://www.practicalmachinist.com/vb/antique-machinery-history/gravity-drop-hammer-coining-machine-112142, posjeeno u listopadu 2014.[3] http://www.fsb.unizg.hr/usb_frontend/files/1322649578-0-pred_obr_str_3.pdf, posjeeno u listopadu 2014.

[4] http://www.grad.hr/gukov/pdf/predavanja-beton.pdf, posjeeno u listopadu 2014.[5] P.K. Mehta, P.J.M. Monteiro: Concrete: Microstructure, Properties and Materials, etvrto izdanje, 2013.

[6] http://hr.wikipedia.org/wiki/Seizmi%C4%8Dki_val, posjeeno u listopadu 2014.[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_wave, posjeeno u listopadu 2014.