ГВОЗДЬ-СПИРАЛЬ

Полезная модель относится к крепежным изделиям в строительстве и специально разработана для крепления утеплителей и пленок на газосиликатных блоках. В настоящее время работы по монтажу утеплителей на газосиликатных блоках делаются распорными дюбелями различных конструкций, но, в основном, они идентичны распорным дюбелям Бийского завода стеклопластиков, изготовленных по ТУ 2291-006-20994611-06 и предназначенных для крепления на бетонных или кирпичных стенах. И, следовательно, так называемый «распор» (величина, создаваемая дюбелем в рабочем положении) рассчитан для вышеуказанных стен. Для структуры газосиликатного блока этого мало. Это главный недостаток универсальности.
Главное и основное назначение газосиликатного блока - защита и теплоизоляция. Для последнего структура материала сделана пористой, что создает сложность для крепления.
Известно изобретение №638280 гвоздя, в котором стержень с профилированным концом смещен относительно центральной оси. В изобретении №969991 концевая часть гвоздя имеет скос, а стержень имеет выступы и, как предполагает автор, будет ввинчиваться и искривляться за счет винтовых выступов и концевого скоса. Все существующие на сегодняшний день гвозди разработаны для дерева: номенклатура обычных гвоздей, изготавливаемых по ГОСТ 4028-63, винтовых по ГОСТ 7811-7070, ершенных по ГОСТ 7811-7093, гвозди со скошенным острием по ГОСТ 7811-7169.
Наиболее близко к предлагаемой полезной модели, как прототип, подходят винтовые гвозди по ГОСТ 7811-7070. Для газосиликатных блоков они могут использоваться весьма относительно: они легко входят от ударов молотка, но с таким же успехом они и вытаскиваются от «руки».
Предлагаемая полезная модель (рис.1) имеет линейную (1) и спиральную (2) части. Параметры участка спирали (диаметр и шаг) подобраны таким образом, чтобы гвоздь-спираль входил в газосиликатный блок от удара молотка.
Если линейность есть основное качество гвоздя, то спиральность для него нечто непривычное. На этом парадоксе будет построена новая технология крепления на газосиликатных блоках. На рис.4 представлена схема работы гвоздя-спирали для описания механизма поведения полезной модели.
Введем обозначения:
F - сила удара;
L - длина гвоздя;
Р - сила реакции на спираль;
d - диаметр гвоздя;
α - угол между линейной и спиральной частями гвоздя (определяется опытным путем);
ℓ - длина участка спирали, которую можно выразить в диаметрах гвоздя, а именно ℓ=k*d (где k - коэффициент, определяется опытным путем); ℓ=АВ (рис.4);
1
S - площадь сечения гвоздя;
2
S - площадь проекции участка спирали на поверхность блока.
Так как полезная модель имеет линейную и спиральную части, нам необходимо получить распределение реакции среды на эти части при воздействии силы F. В силу однородности структуры газосиликатного блока реакция среды будет пропорциональна площади сечения элементов полезной модели.
Теперь составим отношение и преобразуем:
Из полученной формулы (3) видно, что соотношение справедливо для любых гвоздей, т.к. в формуле отсутствует диаметр. Соотношение зависит только от коэффициента k и угла α. Определим границы значений для этих величин:
- для k это значение больше 1 и меньше, чем длина гвоздя в диаметрах
- для α это значение углов больше 0 и меньше 90°
0<α<90°.
Опытным путем были получены следующие значения: k=7, α=20°. Подставив значения k и α в формулу 3 и произведя вычисления, мы получаем:
Это значит, что сила Р (рис.4) воздействия на спиральный участок в три раза больше, чем сила сопротивления торцевой части гвоздя, а т.к. наша полезная модель конструктивно ассиметрична, то ее движение в однородной среде при внешнем воздействии будет направлено в сторону наименьшего сопротивления. - это начало спирального участка в точке А. Следовательно, двигаясь под углом α и одновременно совершая круговое движение вокруг оси гвоздя (это показано на рис.3 пунктиром) в газосиликатном блоке мы получим спиральную траекторию.
На рис.5 показана схема последовательного входа полезной модели: цифрами 1-1, 2-2, 3-3. В положении 4-4 происходит вертикальное заглубление с продолжающимся спиральным вращением. Стрелками 2-3, 3-4 показана схема спирального вращения вокруг оси, проходящей через точку А.
На рис.6 (вид сверху) показана последовательность движения линейного отрезка гвоздя при входе спиральной части в газосиликатный блок. Пунктирной линией на схеме показана траектория спирали.
Таким образом, специально «кривой» гвоздь работает как распорный дюбель, но без перфоратора, а это ведет к снижению трудоемкости и повышению производительности труда как минимум в два раза. Более того, если в одно или в два рядом стоящие отверстия забить два или более «кривых» гвоздя в разных направлениях, то сила крепления возрастает значительно.