МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНАЯ РЕШЁТКА ДОЖДЕПРИЁМНИКА

Полезная модель относится к строительству ливневых канализаций и сточных колодцев, а именно к конструкциям дождеприёмников, предназначенных для приема поверхностных сточных вод и атмосферных осадков с улиц, дворов и других территорий.
Известен дождеприёмник ливнесточного колодца, содержащий корпус и решётку (крышку с отверстиями для прохождения сточных вод), изготовленные из чугуна (ГОСТ 3634-2019 «Люки смотровых колодцев и дождеприёмники ливнесточных колодцев»).
Существенным недостатком чугунных дождеприёмников является то, что их крышки и решётки зачастую становятся объектами хищения с целью последующей сдачи в металлолом, а отсутствие решёток и крышек на дождеприёмниках ливнесточных колодцев может явиться причиной несчастных случаев с людьми и аварий транспорта. Также известно, что чугун является хрупким материалом, и решётки из него подвержены расколу при динамических нагрузках, чугунные дождеприёмники ржавеют под действием влаги, а также обладают большим весом и высокой стоимостью изделия.
Известны дождеприёмники, изготовленные из полимерно-песчаной композиции (патент на полезную модель RU 119364, 2012 год). Полимерно-песчаная композиция состоит из (20-30)% полимера и (70-80)% песка. Но так как такой материал относительно хрупкий, то для придания дополнительной прочности корпус и крышка содержат арматурные каркасы в виде колец из металлического профиля (для круглых люков) и в виде продольных и поперечных прутков (для прямоугольной решётки). При этом (3-10)% от общей массы люка или решётки приходится на массовую долю арматуры.
Но такая конструкция дождеприёмника обладает несколькими недостатками. Во-первых, сам по себе материал обладает меньшей прочностью и износостойкостью, чем чугунные, «боится» высоких температур (при 100°С и выше теряет свою жесткость, размягчается). Полимер быстрее разрушается при воздействии солнечного света (ультрафиолета). Срок службы полимерно-песчаного дождеприёмника составляет всего 5 лет. За счет применения отходов полиэтилена в качестве полимерного компонента получают нестабильные размеры.
Технической задачей полезной модели является создание дождеприёмника, выполненного из альтернативного металлу материала, обладающего высокой прочностью, не ниже прочности чугунных дождеприёмников, простого по конструкции и удобного в эксплуатации.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение металлоёмкости решётки дождеприёмника, удешевление и повышение удобства монтажа и обслуживания дождеприёмников, безопасности дорожного движения.
Заявляемый технический результат достигается тем, что металлокомпозитная решётка дождеприёмника содержит основу, наружную пластину, опорную пластину, в решётке выполнены сквозные отверстия для пропуска сточных вод, основа выполнена из полимерного композита, армированного волокнистым наполнителем, наружная пластина выполнена из износостойкого сплава, отверстия в наружной пластине имеют отбортовку, направленную во внутрь отверстий решётки, опорная пластина находится внутри основы, выполнена из сплава, толщина опорной пластины составляет 0,1-0,3 толщины металлокомпозитной решётки, размер отверстий в опорной пластине в 1,1-1,3 раза больше размера отверстий в металлокомпозитной решётке, по периметру нижней поверхности металлокомпозитной решётки выполнен уступ, образованный нижней поверхностью опорной пластины и боковой поверхностью основы.
Основа решётки выполнена из полимерного композита, армированного волокнистым наполнителем. Полимерный композит на основе реактопластов в 4 раза легче чугуна, что позволяет значительно снизить металлоёмкость и массу решётки, то есть снижается риск хищения решётки на металлолом. Волокнистый наполнитель в виде ткани, ленты из стекло-, углеволокна придает прочность композиту не хуже, чем у стали и чугуна. Формование полимерного композита производится методом прямого прессования препрегов. Так как жесткость полимерного композита ниже, чем у стали и чугуна, то для повышения жесткости решётки вовнутрь основы в процессе формования вклеивается опорная пластина. Опорная пластина выполнена из углеродистой стали. Толщина опорной пластины определяется из соотношения упругих свойств полимерного композита и стали. Для обеспечения равнозначного прогиба основы и опорной пластины толщина опорной пластины составляет 0,1-0,3 толщины металлокомпозитной решётки. При этом для обеспечения целостности основы, состоящей по факту из двух слоев, верхнего над опорной пластиной и нижнего под опорной пластиной, отверстия в опорной пластине выполнены размером в 1,1-1,3 раза превышающим размеры отверстий решётки. Дополнительно опорная пластина придает некоторую массу решётке, чтобы она из-за своего легкого веса не смогла выскочить из корпуса дождеприёмника под воздействием колес транспорта. Также опорная пластина служит для плотного прилегания решётки к опорной поверхности чугунного корпуса дождеприёмника, для чего по периметру нижней поверхности металлокомпозитной решётки выполнен уступ, образованный нижней поверхностью опорной пластины и боковой поверхностью основы. Для дополнительной защиты полимерного композита от динамического воздействия металлических элементов, шипов колес, абразива, основа сверху защищена наружной пластиной, выполненной из износостойкого сплава. Для повышения сцепления наружной пластину с основой решётки отверстия в наружной пластине имеют отбортовку, направленную во внутрь отверстий решётки и полученную штамповкой. Также наружная пластина имеет технологическую функцию - является базой для выкладки слоев волокнистого наполнителя и позиционирования по отверстиям опорной пластины посредством знаков и боковых поверхностей гнезда пресс-формы.
На фиг. 1 показаны сечения металлокомпозитной решётки дождеприёмника. Сечение А-А проходит через отверстия, сечение Б-Б - через сплошное тело решётки.
На фиг. 2 показан вид сверху металлокомпозитной решётки дождеприёмника.
Металлокомпозитная решётка дождеприёмника содержит основу 2, наружную пластину 1, опорную пластину 3. В решётке выполнены сквозные отверстия 4 для пропуска сточных вод. Отверстия 4 в наружной пластине 1 толщиной h1 имеют отбортовку 1.1, направленную вовнутрь отверстий решётки, опорная пластина 3 находится внутри основы 2. Периметру нижней поверхности металлокомпозитной решётки выполнен уступ 5, образованный нижней поверхностью 5.1 опорной пластины 3 и боковой поверхностью 5.2 основы 2.
Толщина h2 опорной пластины 3 составляет 0,1-0,3 толщины Н металлокомпозитной решётки, размер d2 отверстий 3.1 в опорной пластине 3 в 1,1-1,3 раза больше размера d1 отверстий 4 в металлокомпозитной решётке.
Образец металлокомпозитной решётки был изготовлен методом прямого прессования при температуре отверждения 75°С. Для изготовления основы применен препрег на основе стеклоткани Т-10-14, пропитку которой осуществляли связующим на основе эпоксидной смолы ЭД-20. Сборка технологического пакета для прессования осуществлялась следующим образом. На перевернутую наружную пластину толщиной 3 мм, изготовленную методом штамповки из листа стали 65Г, последовательно укладывались полоски препрега. Далее размещается соосно отверстиям опорная пластина из стали 20 и по краям отверстий опорной пластины и на поверхность пластины укладывались остальные полоски препрега. Затем пресс-форма закрывалась крышкой, и осуществлялось прессование. Опытным путем выявлено, что модуль упругости полимерного композита составил 20 ГПа. Так как решётка изготавливалась толщиной 60 мм, то использовали опорную пластину толщиной 6 мм.
Полученный композитный материал решётки обладает высокой стойкостью к агрессивным средам, перепадам температур, что позволяет эксплуатировать решётки в различных температурных режимах от плюс 120°С до минус 60°С.
Разработанная металлокомпозитная решётка дождеприёмника отличается простой конструкцией, низким содержанием металла, а соответственно и значительно более низкой массой корпуса и крышки в сравнении с чугунными, что повышает удобство ее монтажа и обслуживания.
В результате проведения конструкторских и технологических работ разработана конструкторско-технологическая документация для производства металлокомпозитной решётки дождеприёмника.