УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРЕЗАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к технике разрезания металла и распространяется на следующие виды работ:
разрезание металла вообще (в отраслях промышленности, например, от судоремонта до ремонта металлических изделий, в том числе, труб в зданиях и сооружениях);
металлоразделка утилизируемых конструкций (в том числе, изделий вооружения и военной техники);
металлоразделка изделий, загрязненных радионуклидами (с целью фрагментации - компактизации для захоронения);
заготовительное производство;
безопасное расснаряжение боеприпасов химических и с взрывчатыми веществами.
Известны устройства для традиционных видов разрезания металла: электрического (дугового), газового, плазменного, лазерного, взрывного, механического, гидравлического, электронно-лучевого и др. (см. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. - М.: Машиностроение. Оборудование для сварки. Т. IV-6/ В.К. Лебедев, С.И. Кучук-Яценко, А.И. Чвертко и др.; Под ред. Б.Е. Патона. - 2002. - 496 с. - раздел 3, глава 5; раздел 4, главы 1, 2; раздел 5, главы 1, 2). Этим устройствам при их применении сопутствуют следующие состояния несовершенства:
чрезмерные трудовые, материальные и энергетические затраты, так как основаны они на использовании «высоких» параметров работающих сред;
загрязнение рабочих зон и окружающей среды высокотоксичными продуктами горения, к тому же и радиоактивными веществами в случаях, относящихся к ремонту и утилизации атомных объектов;
потенциальная опасность, иногда приводящая к чрезвычайным последствиям, и т.п.
Поскольку дальнейший технический прогресс невозможен без концепции экономически устойчивого развития промышленного производства, ресурсосбережение и инженерная экология требуют таких устройств, при использовании которых применяются «малые» параметры физико-химических процессов (см. В.М. Корниенко. Снижение уровня сервотехнологии производственного процесса разрезания металла // Экология и промышленность России. 2010. Август. С.11-15). При этом разрабатываются новые, нетрадиционные устройства для реализации малоотходной технологии разрезания металла на основе его кумулятивного анодного растворения в области металлоразделки конструкций (см. В.М. Корниенко. Технология разделки утилизируемых металлических конструкций // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2002. №1. С.27-31), в области заготовительного производства (см. В.М. Корниенко. Гибкий производственный модуль склада промышленного предприятия // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2009. №11. С.40-44), в области расснаряжения боеприпасов с взрывчатыми веществами (см. В.М. Корниенко. Опытно-промышленное освоение перспективной технологии разделки корпусов утилизируемых гексогенсодержащих боеприпасов // Конверсия в машиностроении. 2004. №3. С.69-74).
Известно нетрадиционное устройство для разрезания металла (см. Патент №2320462, RU, МПК В23Н 3/00 (2006.01). Способ разделки металлических конструкций на лом / Корниенко В.М. (РФ). - 2006116092/02; Заявл. 10.05.2006;
Опубл. 27.03.2008, Бюл. №9), работающее на «малых» параметрах электрического тока.
Перед использованием устройства по поверхности металлической конструкции намечают линию реза, по которой наносят электроизоляцию ограниченной ширины в обе стороны. В качестве электроизоляции приклеивают эпоксидно-каучуковым клеем полосу из активированной полиэтиленовой пленки. После отвердения клея линию реза размечают на участки и острым инструментом прочерчивают до металла канавки на каждом участке.
Устройство содержит ограничительный канал, состоящий из технологических ячеек, каждая из которых расположена на соответствующем участке. Технологические ячейки выполнены в виде открытых (см. фиг. 4, 7, 8 Патента №2320462) или закрытых (см. фиг. 3, 5 патента №2320462) оболочек из активированной полиэтиленовой пленки с герметичными торцовыми перегородками, которые приклеены к электроизоляции. Внутри технологических ячеек имеются неизолированные электроды-инструменты, установленные с зазором относительно разрезаемого металла. В качестве электродов-инструментов использована медная проволока, которая подключена к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока по одной из схем так, что каждая ячейка может работать независимо от работы других ячеек, взаимосвязано с другими ячейками или по совмещенной схеме. После наполнения технологических ячеек электролитом и подключения разрезаемой металлической конструкции к положительному полюсу источника постоянного электрического тока устройство запускают в работу.
Известно более технологичное устройство (см. Патент №123358, RU, МПК В23Н 3/00 (2006.01). Устройство для разрезания металлической конструкции/ Корниенко В.М. (РФ). - 2012116752/02; Заявл. 24.04.2012; Опубл. 27.12.2012), в котором сокращено количество деталей внутри технологической ячейки и упрощена ее компоновка, что позволило уменьшить затраты труда и повысить производительность монтажа устройства перед вводом его в действие на разрезаемой поверхности металлической конструкции.
Это устройство также состоит из отделенных друг от друга наполняемых электролитом технологических ячеек, каждая из которых расположена на соответствующем участке и имеет оболочку с торцовыми перегородками. Однако в модернизированном устройстве в качестве новации внутренняя поверхность оболочки и торцовых перегородок каждой технологической ячейки полностью или частично представляет собой неизолированный электрод-инструмент, установленный с зазором относительно разрезаемого металла и подключенный к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока, с возможностью обеспечения разрезания металла на тех же «малых» параметрах электрического тока. В то же время конструктивное исполнение подключения электрического тока к электродам-инструментам каждой технологической ячейки осуществлено аналогично устройству по Патенту №2320462 - посредством электрических проводов (например, медной проволоки).
Это известное устройство для разрезания металлической конструкции по своему функциональному назначению, технической сущности и достигаемому техническому результату наиболее близкое к заявленному решению и принято за прототип.
Недостаток известного устройства сводится к следующему.
В комплексе проблем по исследованию технологического процесса разрезания металла с использованием эффекта его кумулятивного анодного растворения решена первоначальная задача увеличения производительности по сравнению с ранее достигнутой при опытно-промышленном освоении (см. Патент №2320462). Для внедрения процесса разработано новое средство технологического оснащения (см. Патент №123358). Способ кумулятивного анодного растворения металла прошел путь развития от формирования технологического, протяженного ограничительного канала, смонтированного на трассу разрезания, до применения системы технологических ячеек на этой же трассе. Полный перечень преимуществ такого решения приведен в вышеуказанных Патентах. Для дальнейшего же рассмотрения существенным является одновременная (параллельная) работа этих технологических ячеек, так как исследование установило различие в применении на коротких трассах, для которых достаточно решения по Патентам №№2320462, 123358, и на длинных трассах в промышленных условиях.
Принципиально известное устройство представляет собой электрическую цепь, состоящую из технологических ячеек и линейных проводников (проводов) от отрицательного полюса источника постоянного электрического тока к электродам-инструментам технологических ячеек. По определению имеемая электрическая цепь обладает сопротивлением, следовательно, и потерей (падением) электрического напряжения между точками любого участка цепи. Для протяженных по длине трасс разрезания металла наиболее целесообразной является взаимосвязанная схема подключения электродов-инструментов к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока (см. фиг. 6 Патента №123358). Эта целесообразность при большом количестве технологических ячеек обусловлена меньшим количеством электрических проводов по сравнению с другими схемами подключения, поэтому и меньшими потерями электрического напряжения. Таким образом, задействованная в технологическом процессе совокупность электрических проводов, у которых поперечные размеры малы по сравнению с их длиной (что существенно для величины электрического сопротивления), явилась объектом исследования в дальнейшем совершенствовании устройства для разрезания металлической конструкции.
Конструктивно совокупность электрических проводов известного устройства обеспечивает следующее направление электрического тока: в растворе поваренной соли положительные ионы натрия каждой технологической ячейки продвигаются к электроду-инструменту (катоду); при этом электрические провода от каждой технологической ячейки присоединены к общему электрическому проводу (см. поз. 14 фиг. 6 Патента №123358), соединенному с клеммой «минус» источника постоянного электрического тока. Следовательно, на каждом участке указанного общего электрического провода между точками присоединения проводов от технологических ячеек происходит падение напряжения. Это приводит к тому, что каждая последующая по направлению тока точка по сравнению с предыдущей имеет меньший потенциал, то есть на работу каждой последующей технологической ячейки приходится меньший электрический ток. Такое состояние незначительно отражается при разрезании трасс малой протяженности; но при разрезании трасс большой протяженности приводит к тому, что участки, обслуживаемые последующими по направлению электрического тока технологическими ячейками, разрезаются медленнее предыдущих (неравномерно).
В основу полезной модели поставлена задача создания такого устройства, которое обеспечит равномерное разрезание металла на основе преимущественно одинаковой скорости анодного растворения его участков во всех технологических ячейках одновременно (при параллельной работе).
Это решение достигается тем, что в устройстве для разрезания металлической конструкции, подключенной к положительному полюсу источника постоянного электрического тока, состоящем из отделенных друг от друга наполняемых электролитом технологических ячеек, имеющих оболочки и торцовые перегородки, внутренние поверхности которых представляют собой неизолированные отдельные электроды-инструменты, установленные с зазором относительно сформированной на поверхности разрезаемого металла линии реза и подключенные к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока, неизолированные отдельные электроды-инструменты соединены между собой деталями наименьшего электрического сопротивления так, что отдельный электрод-инструмент каждой последующей технологической ячейки подключен непосредственно к одному отдельному электроду-инструменту каждой предыдущей технологической ячейки с образованием состоящего из двух независимых контуров общего на всю линию реза электрода-инструмента, при этом его контуры проводят электрический ток в противоположных направлениях от клемм подключения равного электрического потенциала крайних технологических ячеек.
В заявленном устройстве для разрезания металлической конструкции общими существенными признаками для этой разрезаемой конструкции являются:
подключение ее к положительному полюсу источника постоянного электрического тока;
сформированная на ее поверхности линия реза.
В заявленном устройстве для разрезания металлической конструкции общими существенными признаками для него и его прототипа являются:
отделенные друг от друга наполняемые электролитом технологические ячейки;
оболочки и торцовые перегородки технологических ячеек;
внутренние поверхности оболочек и торцовых перегородок, представляющие собой неизолированные отдельные электроды-инструменты;
неизолированные отдельные электроды- инструменты, установленные с зазором относительно линии реза;
неизолированные отдельные электроды-инструменты, подключенные к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока.
Сопоставительный анализ заявленного устройства для разрезания металлической конструкции и прототипа показывает, что первое имеет, в отличие от прототипа, следующий существенный признак:
неизолированные отдельные электроды-инструменты соединены между собой деталями наименьшего электрического сопротивления так, что отдельный электрод-инструмент каждой последующей технологической ячейки подключен непосредственно к отдельному электроду-инструменту каждой предыдущей технологической ячейки с образованием состоящего из двух независимых контуров общего на всю линию реза электрода-инструмента, при этом его контуры проводят электрический ток в противоположных направлениях от клемм подключения равного электрического потенциала крайних технологических ячеек.
Решение поставленной задачи заявленным устройством зависит от возможности обеспечения преимущественно одинаковой скорости анодного растворения участков разрезаемого металла во всех технологических ячейках одновременно. Эта возможность реализована нижеследующими техническими замыслами.
Поскольку по прототипу в одной общей электрической цепи подключения технологических ячеек к отрицательной клемме источника постоянного электрического тока, вследствие потерь электрического напряжения, на работу каждой последующей технологической ячейки приходится меньший электрический ток, в заявленном устройстве осуществлена компенсация этих потерь. Для этого созданы противоположные направления электрического тока путем подключения двух электрических цепей к клеммам равного электрического потенциала крайних технологических ячеек. Однако исследование показало, что это есть необходимое условие, но недостаточное. Определенные закономерности компенсации потерь электрического напряжения с получением одинакового электрического тока в ограниченном числе технологических ячеек по трассе разрезания металла имеются, но полностью одинаковый электрический ток абсолютно во всех технологических ячейках не получается. Причина заключается, как указано выше, в наличии сопротивления совокупности электрических проводов и в этом случае, хотя и в значительно меньшей степени.
Для исправления такого состояния произведена модернизация конструкции устройства для разрезания металла. Совокупность двух электрических проводов, включающая общие электрические провода, соединенные с клеммой «минус» источника постоянного электрического тока, и электрические провода от них к каждой технологической ячейке, с целью исключения сопутствующих потерь электрического напряжения, преобразована так, что общий на всю линию реза электрод-инструмент состоит из двух независимых контуров. Каждый контур представляет собой совокупность находящихся во всех технологических ячейках неизолированных отдельных электродов-инструментов, соединенных между собой деталями наименьшего электрического сопротивления. Исходя из правила, чем проводник короче и толще, тем сопротивление его меньше, а проводимость (способность пропускать электрический ток) его лучше, в качестве соединительных деталей могут быть такие, у которых поперечные размеры (поперечное сечение) возможно больше, а длина возможно малая: шлейфы, канатики, перемычки, переходные пластины, разъемы и т.п. Таким образом, каждый независимый контур представляет собой слаботочную шину. Согласно п. 2.1.4 государственного стандарта ГОСТ Р 51321.1-2007 шина определяется как проводник или комплект взаимосвязанных электрических элементов с малым сопротивлением. Важно, что электрическая шина (сборная шина) - это коммутационный узел электроустановки, где происходит распределение энергии между несколькими цепями одного напряжения; в то же время она применяется при значительном числе присоединенных цепей: в рассматриваемом случае электропроводящих технологических ячеек. В заявленном устройстве сама шина, работающая в электролите технологических ячеек (за исключением деталей соединения), превращается в рабочий электрод-инструмент, а две одновременно работающих шины при одинаковых параметрах электрического тока (напряжения) обеспечивают искомый результат.
На основе изложенного можно заключить, что все существенные признаки, характеризующие заявленное устройство для разрезания металлической конструкции, имеют причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом. Благодаря данной совокупности существенных признаков стало возможным решить поставленную задачу. Следовательно, заявленное устройство для разрезания металлической конструкции является новым, то есть совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники, и промышленно применимо, поскольку может быть использовано в промышленности.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где показано:
на фиг. - устройство для разрезания металлической конструкции.
Устройство для разрезания металлической конструкции содержит комплекс технологических ячеек 1, каждая из которых имеет оболочку 2 (открытую или закрытую) с торцовыми перегородками 3. Внутренняя (рабочая, соприкасающаяся с электролитом) поверхность каждой технологической ячейки имеет отдельные (не соединенные друг с другом) электроды-инструменты 4 и 5. Электроды-инструменты всех технологических ячеек соединены перемычками 6. Крайние технологические ячейки имеют клеммы 7 и 8 с электропроводниками 9 и 10 для подключения к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока. Разрезаемая металлическая конструкции 11 с электропроводником 12 для подключения к положительному полюсу источника постоянного электрического тока, покрытая электроизоляцией 13 на ширину монтажа технологических ячеек, имеет прорезанные в электроизоляции до металла участки 14 намеченной линии реза.
Для осуществления процесса разрезания металлической конструкции технологические ячейки наполнены электролитом 15.
Устройство для разрезания металлической конструкции работает следующим образом.
На металлической конструкции (изделии) 11, присоединенной электропроводником 12 к положительному полюсу источника постоянного электрического тока, очищают и обезжиривают поверхность на ширину монтажа технологических ячеек 1 устройства, покрывают электроизоляцией 13 путем приклеивания полосы из активированной полиэтиленовой пленки клеем универсальным 88Luxe водостойким ИСО9001. После отвердения клея острым инструментом прорезают участки 14 намеченной линии реза до металла.
Если изделие разрезают сверху, то для получения формы технологических ячеек изготавливают открытую оболочку 2 с торцовыми перегородками 3 из полиэтиленового пластиката. К внутренней поверхности каждой технологической ячейки в несколько меньшем объеме, чем половина ее полного объема, присоединяют (приклеивают, напрессовывают и т.п.) электропроводящие элементы, например, медные пластины (толщиной ~0,5 мм) - эти элементы представляют собой первый отдельный электрод-инструмент 4. К внутренней поверхности каждой технологической ячейки в оставшемся несколько большем объеме, чем половина ее полного объема, также присоединяют электропроводящие элементы - эти элементы представляют собой второй отдельный электрод-инструмент 5. Таким образом, на каждом участке реза монтируют технологические ячейки, внутри которых установлены отдельные электроды-инструменты.
Первые электроды-инструменты 4 всех технологических ячеек соединяют перемычками 6 - получается один независимый (с точки зрения электрической проводимости) контур устройства. Вторые электроды-инструменты 5 всех технологических ячеек также соединяют перемычками - получается второй независимый контур устройства. Клемму 7 крайней технологической ячейки первого контура подключают электропроводником 9 к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока. Клемму 8 противоположной крайней технологической ячейки второго контура также подключают электропроводником 10 к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока так, чтобы напряжение электрического тока на клеммах 7 и 8 было одинаковым.
Если изделие разрезают не сверху, то оболочки технологических ячеек для удержания электролита изготавливают закрытыми.
Внутреннее пространство каждой технологической ячейки наполняют электролитом 15 - раствором 3…7% NaCl. Включают источник постоянного электрического тока, и по линии реза осуществляют разрезание металла на каждом участке 14.
Заявленное устройство для разрезания металлической конструкции по сравнению с прототипом имеет также следующие преимущества:
1) За счет исключения большого количества электрических проводов новое устройство конструктивно проще, поэтому отличается большей производственной технологичностью.
2) Из теории и практики известно, что электрическое сопротивление электролитов сильно зависит от их свойств, поэтому физические и химические параметры технологических ячеек в их комплексе, смонтированном для разрезания металлической конструкции, могут несколько отличаться. Исследование показало, что новое устройство обладает способностью в таком случае уравнивать электрические параметры технологических ячеек.