Способ изготовления дисперсной арматуры

(51) 23 31/02 (2006.01) 04 5/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении скорости резания каната, снижении усилий резания,снижении износа режущего инструмента,применении сложного вращательно-вибрационного воздействия на отрезки канатов и их расщеплении за один проход,сочетании химического,механического и гидродинамического воздействий на загрязнения, уменьшении времени мойки при повышении эффективности удаления загрязнений с проволок, в повышении чистоты поверхности проволок,обеспечении высокого сцепления проволок фибры с бетоном. Способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины, их расщепление на отдельные проволоки и последующую очистку проволок, при котором резку каната осуществляют термофрикционным способом,расщепление отрезков каната на отдельные проволоки осуществляют путем растирания между двумя поверхностями, одна из которых вращается, а другая совершает вибрационные колебания, очистку проволок осуществляют в ванне с моющим раствором, совершающей вибрационные колебания.(72) Дудкин Михаил Васильевич Гурьянов Георгий Александрович Вавилов Андрей Владимирович Хон Николай Владимирович асым Дидар Сайлаулы(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения ВосточноКазахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОЙ АРМАТУРЫ(57) Изобретение относится к способам изготовления арматурных элементов или фибр,применяемых для дисперсного армирования бетона. Задача изобретения заключается в повышении эффективности, уменьшении энергоемкости и времени процесса получения дисперсной арматуры,в повышении производительности процесса, и снижении затрат на его проведение, а также в улучшении технологических свойств фибробетонов. Изобретение относится к способам изготовления арматурных элементов или фибр, применяемых для дисперсного армирования бетона. Известен способ получения изделий из каната,включающий подачу каната к режущему устройству и его резку на отрезки заданной длины, в котором канат перед резкой подвергают термической обработке при 400-1000 С с последующим охлаждением, режут канат на отрезки длиной 0,5-2,0 шага свивки каната и полученные отрезки каната расщепляют путем перетирки А.с. СССР 867977,МКИ 07 7/16, опубл. 30.09.1981, бюлл. 36 Недостатками известного способа являются применяемая термическая обработка (отжиг) каната до осуществления его резки, который усложняет процесс получения фибры, увеличивает его трудоемкость, повышает энергоемкость процесса и снижает качество получаемой фибры (фибра теряет свойства упругости и прочности, которые выгодно отличают фибру, получаемую из канатов, от фибры,получаемой из проволоки или пластин), что в итоге ухудшает качество фибробетона. Кроме того,удаление производственных загрязнений и смазки из тела туго свитого каната путем отжига требует длительного времени, что также повышает энергоемкость и снижает производительность процесса, либо, при недостаточном времени очистки, не обеспечивает полного удаления смазки и загрязнений с проволок, что снижает чистоту поверхности проволок, ухудшает их сцепление с бетоном и, в итоге, ухудшает технологические свойства фибробетонов, например, прочность. Известен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины, расщепление их путем перетирки,термическую обработку и дозирование, в котором отрезки канатов предварительно расщепляют на пряди с последующим разделением на проволоки, а термическую обработку осуществляют сжатым горячим воздухом при 80-120 С, после дозирования проволок А.с. СССР 1219760, МКИ Е 04 С 5/07,опубл. 23.03.1986, бюлл. 11. Недостатками известного способа являются большие сопротивления резанию при использовании корундового (т.е. абразивного) круга, резка которым также требует сильного прижатия режущего инструмента,а скорость резания таким инструментом невелика,что увеличивает энергоемкость и время процесса получения фибры и снижает его производительность, кроме того, как показывает практика, резка корундовым кругом сопровождается большим износом режущего инструмента, который составляет 46 грамм на одну резку каната диаметром 20 мм, что ведет к необходимости его частой замены и увеличению затрат на получение фибры. Расщепление отрезков канатов сначала на пряди, а затем на проволоки добавляет в технологический процесс дополнительную операцию, увеличивает время и энергоемкость и снижает производительность процесса получения дисперсной арматуры. Обезжиривание (т.е., фактически, удаление смазки и загрязнений) проволок фибры путем 2 термообработки снижает механические свойства полученной дисперсной арматуры, и, вследствие ординарности способа воздействия,требует длительного времени, что повышает энергоемкость и снижает производительность процесса, либо, при малом времени очистки, не гарантирует полного обезжиривания проволок, что снижает чистоту поверхности проволок, ухудшает их сцепление с бетоном и, в итоге, ухудшает технологические свойства фибробетонов, например, прочность. Кроме того, повышенное сцепление проволок между собой после термообработки затрудняет их последующее равномерное распределение в фибробетоне,что также ухудшает его технологические свойства. Известен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины и расщепление их путем перетирки,термическую обработку, в котором сначала осуществляют резку и расщепление отрезков каната,а термической обработке подвергают полученные отрезки, при этом термическую обработку производят острым паром при 100-400 С или водой при 70-100 С, а очистку арматуры от остатков пенькового сердечника каната, после перетирки отрезков каната,осуществляют продувкой полученной арматуры сжатым воздухом, причем при термической обработке в острый пар или воду добавляют поверхностно-активные вещества в виде алкилфенолов или калиевого и натриевого мыла синтетических и природных жирных кислот А.с. СССР 996673, МКИ Е 04 С 5/07, опубл. 15.02.1983, бюлл. 6. Недостатком известного способа является то, что удаление смазки и загрязнений с проволок фибры путем термообработки при достаточно высокой температуре снижает механические свойства полученной дисперсной арматуры, и, вследствие ординарности способа воздействия,требует длительного времени, что повышает энергоемкость и снижает производительность процесса, либо, при малом времени очистки, не гарантирует полного обезжиривания проволок, что снижает чистоту поверхности проволок, ухудшает их сцепление с бетоном и, в итоге, ухудшает технологические свойства фибробетонов, например, прочность. Кроме того, повышенное сцепление проволок между собой после термообработки затрудняет их последующее равномерное распределение в фибробетоне,что также ухудшает его технологические свойства. Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины, расщепление отрезков на пряди,перетирку их для расщепления на отдельные проволоки и последующую очистку проволоки от смазки, в котором расщепление отрезков на пряди осуществляют в процессе резки конца каната,который укладывают на две опоры и упруго изгибают между ними при поперечной подаче режущего инструмента, затем отрезки торцом каната сбрасывают с опоры в устройство для перетирки прядей, при этом очистку расщепленных проволок от смазки производят путем их перетирки с песком или песчано-гравийной смесью А.с. СССР 1384687, МКИ Е 04 С 5/07, опубл. 30.03.1988,бюлл. 12. Недостатками известного способа являются низкая скорость резания каната, большие сопротивления резанию, особенно, при резании дисковой пилой,вследствие необходимости сильного прижатия режущего инструмента, в том числе и для обеспечения заявленного расщепления каната, что увеличивает энергоемкость и время процесса получения фибры и снижает его производительность, а также сопровождается большим износом режущего инструмента (дисковой пилы), а именно, ее зубьев, что ведет к необходимости его частой замены и увеличению затрат на получение фибры. Предложенная схема резки каната между двух опор, когда один конец каната свободен,будет способствовать перемещению незакрепленного конца каната по направлению вращения режущего инструмента и выходу его из зоны резания, что снизит эффективность процесса, увеличит его время, а изгиб каната в месте реза от усилия режущего инструмента приведет к сжатию и складыванию каната в месте реза в направлении боковой плоскости режущего инструмента (дисковой пилы),что, в свою очередь, приведет к сжатию каната со стороны реза и торможению и заклиниванию режущего инструмента перерезанными проволоками, что в итоге приведет к повышенной энергоемкости и снижению эффективности процесса резки каната. Расщепление отрезков канатов сначала на пряди, а затем на проволоки добавляет в технологический процесс дополнительную операцию, увеличивает время и энергоемкость и снижает производительность процесса получения дисперсной арматуры. Расщепление прядей путем их перетирки между двумя вращающимися валками не обеспечивает качественного разделения отрезков на проволоки,так как пряди подвергаются ординарному воздействию в весьма малой по размерам зоне линейного контакта с валками, что не позволит разделить пряди на проволоки за один проход между валками и потребует неоднократного прохождения отрезков через валки (практика показывает, что расщепление в данном случае требует не менее, чем двух проходов через валки),что снижает производительность и эффективность способа. Задача изобретения заключается в повышении эффективности, уменьшении энергоемкости и времени процесса получения дисперсной арматуры,в повышении производительности процесса, и снижении затрат на его проведение, а также в улучшении технологических свойств фибробетонов. Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении скорости резания каната, снижении усилий резания,снижении износа режущего инструмента,применении сложного вращательно-вибрационного воздействия на отрезки канатов и их расщеплении за один проход,сочетании химического,механического и гидродинамического воздействий на загрязнения, уменьшении времени мойки при повышении эффективности удаления загрязнений с проволок, в повышении чистоты поверхности проволок,обеспечении высокого сцепления проволок фибры с бетоном. Сущность изобретения заключается в следующем. Предложен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины, их расщепление на отдельные проволоки и последующую очистку проволок, при котором резку каната осуществляют термофрикционным способом,расщепление отрезков каната на отдельные проволоки осуществляют путем растирания между двумя поверхностями, одна из которых вращается, а другая совершает вибрационные колебания, очистку проволок осуществляют в ванне с моющим раствором, совершающей вибрационные колебания. Способ изготовления дисперсной арматуры осуществляется следующим образом. Отработанные стальные канаты разрезают на отрезки заданной длины термофрикционным способом с помощью дискового ножа с гладкой режущей кромкой,вращающегося со скоростью не менее 6000 об/мин. Сущность механизма термофрикционного резания заключается в локализации теплового и деформационного полей в зоне резания внутри разрезаемого каната вследствие того,что контактирующая с канатом поверхность дискового ножа из-за его вращения является переменной, а контактная поверхность разрезаемого каната не меняется, что позволяет перевести внешнее трение между дисковым ножом и отрезаемым тросом во внутреннее и в тепловую энергию, выделяющуюся,главным образом, в теле каната и достаточную для плавления и резки металла проволок каната, что приводит к его плавлению в зоне резания из-за сильного трения между дисковым ножом и стальными проволоками каната, и выносу из зоны резания продуктов расплава вращающимся ножом,что приводит к разрушению каната в этой зоне и его отрезанию. Вследствие того, что контактирующая с разрезаемым канатом поверхность дискового ножа постоянно меняется,при вращении ножа происходит охлаждение всех его точек и поверхностей, не находящихся в данный момент в контакте с разрезаемым тросом, что повышает качество резки, снижает износ дискового ножа,уменьшает частоту его замен, при этом удельная цена дискового ножа (отношение абсолютной стоимости дискового ножа к количеству порезанного металлического каната) низкая, что снижает затраты на получение дисперсной арматуры и обеспечивает потребителям значительный экономический эффект. Дисковый нож приводят во вращение, затем под действием радиальной силы он внедряется в толщу металлического каната, состоящего из множества стальных проволок. Так как поверхность дискового ножа гладкая и плоская, а режущая кромка не имеет 3 заострений, диск внедряется в тело каната равномерно, взаимодействуя ровной режущей кромкой поочередно с каждой разрезаемой проволокой, и оставляет после себя ровный пропил,ограниченный краями разрезанных проволок. Причем эти проволоки не касаются боковой поверхности ножа и не препятствуют его вращению. Поэтому, а также потому, что режущая кромка дискового ножа является гладкой, большого усилия прижатия ножа к разрезаемому канату не требуется,вследствие чего деформации разрезаемого каната и защемления им дискового ножа не происходит, то дисковый нож в процессе резания испытывает низкое сопротивление вращению, что снижает энергоемкость операции резания и всего процесса получения дисперсной арматуры. Также низкие сопротивления вращению ножа при взаимодействии с разрезаемым канатом позволяют приводить нож во вращение с большой скоростью, не менее 6000 об/мин, при этом, как показывает практика,при повышении скорости резания удельное сопротивление резанию еще более понижается,главным образом,по причине изменения(уменьшения) коэффициента трения, которое возникает, например, вследствие возникновения в зоне трения начальных процессов плавления разрезаемого металла и переходе сухого трения ножа о разрезаемый канат в жидкостное. Это позволяет производить резание каната с большой скоростью и малым временем осуществления операции, что также снижает энергоемкость операции, повышает ее производительность и эффективность, как и всего процесса получения дисперсной арматуры. Полученные отрезки каната далее подвергаются расщеплению на проволоки путем их растирания,которое осуществляется в зазоре, образующем большую по протяженности зону параллельности между растирающими поверхностями, расстояние между которыми зависит от диаметра каната,образованными вращающейся поверхностью,например, в виде валка, и не вращающейся поверхностью, например, в виде прижима,совершающей вибрационные колебания,параллельные оси вращения вращающейся поверхности. Требуемая величина деформации расплетаемой пряди отрезков каната регулируется величиной зазора между вращающейся и не вращающейся поверхностями. Одновременное действие вращения и вибрационных колебаний со стороны растирающих поверхностей создает сложное растирающее вращательно-вибрационное воздействие на отрезки каната, что обеспечивает их перемещение через зазор и расщепление. Это позволяет осуществлять расщепление отрезков каната на проволоки,во-первых,без предварительного расщепления отрезков канатов сначала на пряди, а, во-вторых, за один проход между перетирающими поверхностями. При этом,поскольку в качестве дополнительного воздействия выбрано вибрационное,отличающееся энергоэкономичностью,то наличие дополнительного воздействия не приведет к 4 существенному увеличению энергоемкости процесса расщепления, а за счет возросшей скорости и уменьшения времени операции может даже способствовать ее снижению. Это приводит к уменьшению времени и энергоемкости, повышению производительность и эффективности операции расщепления и всего процесса получения дисперсной арматуры. Далее дисперсная арматура в виде проволок,полученных в результате перетирки отрезков каната, подвергается очистке от смазки и других загрязнений. Очистка фибры от смазки и других загрязнителей является наиболее длительной по времени операцией и во многом определяет время протекания всего процесса получения дисперсной арматуры. Для очистки дисперсной арматуры от смазки и других загрязнений арматура (фибра), в виде пучка проволок,находящихся в контактном взаимодействии друг с другом, помещается в ванну,заполненную моющей жидкостью, после чего ванна подвергается воздействию вибрационных колебаний, причем режим колебательного движения может быть как с отрывом фибры от дна ванны(с подбрасыванием), так и без отрыва. Поскольку фибра, расположена в ванне свободно, то под действием вибрационных колебаний, а также за счет сил инерции, вызываемых собственной массой проволок фибры, она вовлекается в инерционное колебательное движение, причем проволоки фибры,вследствие их разной удаленности от стенок и дна ванны, приобретают различные по величине и направлению скорости и ускорения, что приводит к их перемещению относительно друг друга. Поскольку проволоки фибры в ванне находятся в контактном взаимодействии друг с другом, то их перемещение относительно друг друга,сопровождаемое трением и движением поверхности одной проволоки фибры по поверхности другой или других проволок,приводит к взаимному соскабливанию с этих поверхностей загрязнений,которые уносятся потоками моющей жидкости, что значительно повышает эффективность и уменьшает время мойки фибры. Также процессу разрушения и удаления загрязнений с поверхностей фибры способствуют явления турбулизации потоков и кавитации, возникающие в объеме моющей жидкости вследствие больших скоростей потоков и быстрого изменения давлений в локальных областях, возникающих вследствие колебательного(вибрационного) движения ванны вместе с моющей жидкостью и фиброй. Такой процесс очистки фибры от смазки и загрязнений за счет сочетания различных высокоэффективных химических, механических и гидродинамических воздействий позволяет полностью удалить с проволок смазку и другие загрязнения, обеспечить чистоту поверхности проволок, что улучшит их сцепление с бетоном и, в итоге,улучшит технологические свойства фибробетонов,исключить дополнительные операции, и при этом уменьшить время, повысить производительность и эффективность операции очистки, а, значит, и всего процесса получения дисперсной арматуры. По достижении требуемого качества очистки фибры процесс ее мойки останавливается, фибра извлекается из ванны любым известным способом,сушится и отправляется далее для использования по назначению. Пример конкретного выполнения изобретения. Испытания заявляемого способа проводились на канате диаметром 19,5 мм, грузового назначения, из проволоки без покрытия,марки В,нераскручивающемся, не рихтованном, нормальной точности, маркировочной группы 1370 /мм 2(140 кгс/мм 2). При практической реализации заявляемого способа были получены следующие результаты. Изготовление фибры из отработанных стальных канатов ПТМ и О, в общем случае, может производиться следующим образом. Отработанные стальные канаты разрезают на отрезки заданной длины с помощью термофрикционной дисковой резки. Резка осуществляется при следующих параметрах процесса и установки 1) Диапазон разрезаемых канатов - 1550 мм. 2) Диаметр диска - 300 мм. 3) Окружная линейная скорость резки - 94 м/сек. 4) Коэффициент полезного действия диска (из практики, для данного метода резки) - 0,5. 5) Мощность двигателя станка термофрикционной резки - 2,6 кВт. 6) Частота вращения двигателя станка термофрикционной резки -3000 об/мин. 7) Передаточное число ременной передачи от двигателя к диску - 2. В результате испытаний получены следующие результаты 1) Время одного реза составляет 510 с. 2) Частота вращения диска незначительно влияет на мощность установки. 3) Допустимая сила прижима троса к диску составляет 100120 кН (при больших значениях происходила сварка проволок прядей). 4) При термофрикционной резке канатов практически отсутствует износ диска. Полученные отрезки каната далее подвергаются расщеплению на проволоки,которое осуществляется за счет сложного растирающего вращательно-вибрационного воздействия на отрезки в большой по протяженности зоне параллельности между растирающими поверхностями,что позволяет осуществлять разделение отрезков каната на проволоки за один проход через установку. Процесс расщепления осуществлялся при следующих параметрах установки 1) Диаметр валка (вращающейся поверхности) 450 мм. 2) Частота вращения валка - пв 36 об/мин. 3) Частота колебаний прижима (не вращающейся поверхности) -п 9971494 колебаний/мин. 4) Амплитуда колебаний прижима 5) Величина зазора между вращающейся и не вращающейся (вибрирующей) поверхностями 8 10 мм. 6) Мощность электродвигателя привода валка 1,7 кВт. 7) Мощность электродвигателя вибратора прижима п 0,6 кВт. В результате было выявлено, что при данных параметрах разделение отрезков канатов на проволоки проводится полностью на 100 за один проход через установку, который занимает 24 с, а энергопотребление по сравнению с аналогами снижено на 4050. Далее дисперсная арматура в виде проволок,полученных в результате разделения отрезков каната, подвергается очистке от смазки и других загрязнений методом вибрационной мойки ванне со специальной моющей жидкостью. Эффективность вибрационной мойки определялась на экспериментальном образце моечной установки,имеющей следующие,характеристики 1) Масса полезной загрузки - 7080 кг фибры. 2) Мощность электродвигателя вибратора 1,52 кВт. 3) Амплитуда колебаний - 14 мм. 4) Частота - 300600 колебаний/минуту. 5) Полная масса с загрузкой - около 140 кг. 6) Габариты - 1000800870 мм. Для мойки использовался раствор, состоящий из кальцинированной соды (2 О 3) и поверхностноактивных веществ (ПАВ). При испытаниях получены следующие результаты 1) Степень очистки проволок от грязи и смазки составляет 9899. 2) Время мойки (для данных условий) не превышает 5 минут. 3) Не требуется использовать нагрев моющего раствора. 4) Степень остаточного загрязнения исходного материала - 12. 5) Изменение амплитуды колебаний в пределах от 1 до 4 мм практически не влияет на процесс мойки выход за этот диапазон либо снижает эффективность процесса,либо увеличивает энергопотребление. 6) Изменение частоты колебаний значительно влияет на процесс мойки - при увеличении частоты время мойки сокращается, а качество улучшается. По достижении требуемого качества очистки фибры процесс мойки останавливается, фибра извлекается из ванны и отправляется далее на сушку или для использования по назначению. Таким образом,использование термофрикционного способа резки каната при увеличении скорости и снижении усилий резания каната, снижении износа режущего инструмента,расщепления отрезков каната на проволоки за счет сложного вращательно-вибрационного воздействия на них и их расщепления за один проход между перетирающими поверхностями, и качественной очистки проволок дисперсной арматуры в ванне с моющей жидкостью, совершающей вибрационные 5 колебания,при сочетании химического,механического и гидродинамического воздействий на загрязнения позволит уменьшить энергоемкость и время процесса получения дисперсной арматуры,повысить производительность и эффективность процесса, уменьшить затраты на его проведение,повысить чистоту поверхности проволок,обеспечить хорошее сцепление проволок фибры с бетоном, а, значит, улучшить технологические свойства фибробетонов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления дисперсной арматуры,включающий резку каната на отрезки заданной длины, их расщепление на отдельные проволоки и последующую очистку проволок, отличающийся тем,что резку каната осуществляют термофрикционным способом,расщепление отрезков каната на отдельные проволоки осуществляют путем растирания между двумя поверхностями, одна из которых вращается, а другая совершает вибрационные колебания, очистку проволок осуществляют в ванне с моющим раствором, совершающей вибрационные колебания.