ФАЛЬЦЕВАЯ КАРТИНА С ЗАМКОМ ПОВЫШЕННОЙ НАДЁЖНОСТИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области строительства, в частности, облицовке стеновых ограждений, наружным кровельным покрытиям, декоративным покрытиям фасадов строительных объектов. Более конкретно заявляемое устройство представляет собой фальцевую картину с замком повышенной надежности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В уровне техники известны различные конструкции фальцевых картин с фальцевым замком.
Аналогом заявляемого объекта патентования является патент SU 1828482 A3. Недостатком аналога является то, что часть фальцевого замка, представленная на фиг. 1 позицией 4 (кромка – внутренняя часть фальцевого замка), может иметь острый край, который в процессе монтажа может повредить защитное покрытие на ответной – наружной части фальцевого замка, что в дальнейшем, при эксплуатации, приведет к возникновению коррозии металла в этом месте, к нарушению герметичности соединения и, как следствие, сокращению срока службы изделия.
Другим аналогом предлагаемого объекта является «Облицовочная панель из листового металла» патент RU 2 436 911 C2. Недостатком указанного решения является низкая жесткость фальцевого соединения.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков предшествующего уровня техники.
Указанный недостаток в первом аналоге заявляемой полезной модели устраняется за счёт выполнения внутренней части замка фальцевой картины с закруглённым/радиусным отгибом. Фальцевая картина – это элемент (часть) кровельного покрытия со специально подготовленными кромками под фальц.
Фальц – это соединение или вид шва, образующегося при соединении металлических листов методом загиба их краев с опрессовкой. Различают лежачие и стоячие фальцы, также они бывают одинарные и двойные.
Наличие радиусного отгиба приводит к тому, что в процессе монтажа исключается касание и трение острого края внутренней части фальцевого замка одной картины по боковой поверхности другой, таким образом, исключается риск повреждения последней.
Преимущество предлагаемого объекта по сравнению со вторым аналогом состоит в том, что при прочих равных условиях (одинаковый материал фальцевых картин, толщина листа, высота фальца и другое), жесткость фальцевого соединения предлагаемого объекта будет выше, чем у аналога. Повышение жёсткости выражается в том, что при одинаковых монтажных нагрузках, упругие деформации конструктивных элементов фальцевого замка предлагаемого объекта будут ниже, соответственно снижается вероятность раскрытия соединения и его разгерметизация.
Предложенное решение направлено на:
снижение риска повреждения защитного покрытия фальцевой картины во время её монтажа на место эксплуатации
повышение герметичности фальцевого замка за счёт:
применения пластичного герметизирующего материала в месте соединения картин
изменения конструкции фальцевого замка таким образом, чтобы снизить плечо силы, действующей на конструктивные элементы замка.
Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в повышении надёжности (герметичности) фальцевого соединения.
Указанный технический результат достигается за счет конструкции фальцевой картины с замком повышенной надежности, состоящей из плоской части (предназначенной для крепления фальцевой картины к поверхности, на которую она монтируется), основной части и двух элементов одинарного фальцевого замка: внутреннего и наружного, при этом внутренний элемент фальцевого замка имеет радиусный отгиб, равный 1,288 толщины листа, из которого изготовлена фальцевая картина, а другой элемент – наружный, имеет отогнутый край, который выполнен с возможностью загибания вокруг радиусного отгиба внутреннего элемента замка, при этом на наружный элемент и отогнутый край нанесён слой герметизирующего материала.
Основными отличительными особенностями заявленной полезной модели являются:
конструктивное изменение внутренней части фальцевого замка, а именно за счёт добавления в её конструкцию радиусного отгиба, равного 1,288 толщины листа, из которого изготовлена фальцевая картина, благодаря которому в процессе монтажа исключается контактное взаимодействие острой кромки с защитным покрытием;
применение слоя пластичного герметизирующего материала в месте соединения деталей фальцевого замка;
снижение изгибающей нагрузки на конструктивные элементы фальцевого замка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 представлен аналог предлагаемого к патентованию объекта;
На Фиг. 2 представлен общий вид заявляемой полезной модели;
На Фиг. 3 представлена схема монтажа фальцевой картины;
На Фиг. 4 представлено поперечное сечение фальцевой картины;
На Фиг. 5 представлен изометрический вид предлагаемого объекта;
На Фиг. 6а представлена расчётная схема в наружной части фальцевого замка;
На Фиг. 6б представлена эпюра изгибающего момента в наружной части фальцевого замка;
На Фиг. 7а представлено плечо силы, создающей изгибающий момент в наружной части фальцевого замка, согласно аналогу по патенту RU 2 436 911;
На Фиг. 7б представлено плечо силы, создающей изгибающий момент в наружной части фальцевого замка, согласно заявленной полезной модели;
На Фиг. 8а представлена расчётная схема в радиусном элементе (внутренней части фальцевого замка);
На Фиг. 8б представлена эпюра изгибающих напряжений в радиусном элементе (внутренней части фальцевого замка);
На Фиг. 9 представлен график зависимости максимального сжимающего напряжения от величины радиуса.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Предлагаемый объект представляет собой фальцевую картину, которая представляет собой панель, изготовленную из металлического листа, который имеет защитное декоративное покрытие, и используется в качестве кровельного материала, а также для покрытия стен различных строений для их защиты от атмосферного воздействия.
Схема монтажа фальцевых картин показана на фиг. 3. На первом этапе уложенная фальцевая картина фиксируется с помощью гвоздей или шурупов. Затем следующая фальцевая картина заводится в фальцевый замок установленной картины, и на последнем этапе устанавливается в рабочее положение. В процессе выполнения этих двух операций во время монтажа, кромка внутреннего элемента фальцевого замка будет соприкасаться с ответной частью, при этом, благодаря наличию радиусного отгиба, исключается соприкосновение острой кромки фальцевой картины с ответной частью, что исключает повреждение последней. Завершается процесс монтажа фальцевой картины подгибкой наружного элемента фальцевого замка вокруг радиусного отгиба внутреннего элемента замка.
Предлагаемый объект состоит из основной плоской части 3, см. фиг. 4, которая выполняет основную функцию – защита поверхности от атмосферного воздействия. Для фиксации панели на месте установки, она имеет плоскую часть 7, которая крепится с помощью гвоздей или винтов. Для герметичного соединения панелей используется одинарный стоячий фальцевый замок, который состоит из двух частей: первая часть – внутренняя, образованная конструктивными элементами 1, 2 и вторая часть - наружная, образованная элементами 4, 6. На внутреннюю поверхность наружного элемента фальцевого замка, при производстве фальцевой картины, наносится слой пластичного герметизирующего материала 5, см. фиг. 4. Герметизирующий слой материала 5, который наносится предварительно, предназначен для повышения герметичности фальцевого соединения в месте соприкосновения деталей, как показано на фиг. 4. Герметизирующий материал 5 должен обладать следующими свойствами:
Область применения – для наружных работ, для кровли;
Материал обработки – металл, дерево, камень, бетон, кирпич;
Устойчивый к УФ-излучению, высокотемпературный, морозостойкий.
Изометрический вид предлагаемой фальцевой картины представлен на фиг. 5.
Предлагаемый объект представляет собой фальцевую картину, поперечное сечение которой показано на фиг. 4, и которая состоит из следующих конструктивных элементов: плоская часть картины 3, она является основной частю фальцевой картины, которая защищает поверхность, на которой она установлена, от атмосферного воздействия, внутреннего и наружного элементов одинарного фальцевого замка 2 и 4 соответственно, при этом внутренний элемент 2 имеет радиусный отгиб 1, а наружный элемент 4 имеет отогнутый край 6, который при монтаже фальцевой картины загибается вокруг радиусного отгиба 1, при этом на наружный элемент 4 и отогнутый край 6 нанесён слой герметизирующего материала 5. Элемент фальцевой картины 7 служит для крепления фальцевой картины к поверхности, на которую он устанавливается с помощью гвоздей или винтов.
Преимущество предлагаемого объекта по сравнению с указанным вторым аналогом состоит в том, что при прочих равных условиях (одинаковый материал панелей, толщина листа, высота фальца и пр.), жесткость фальцевого соединения предлагаемого объекта будет выше, чем у аналога. Повышение жёсткости выражается в том, что при одинаковых монтажных нагрузках, упругие деформации конструктивных элементов фальцевого замка предлагаемого объекта будут ниже, соответственно снижается вероятность раскрытия соединения и его разгерметизация. Достигается это следующим образом. После того, как фальцевый замок в процессе монтажа обжимается, вследствие наличия в металле остаточных деформаций и напряжений, между элементами замка будет возникать силовое взаимодействие. При этом, со стороны радиусного отгиба 1, см. фиг.4 на наружный элемент 4 замка и отогнутый край 6, см. фиг.4, будут действовать силы, как показано на фиг. 6а. Эти силы будут приводить к возникновению изгибающего момента, эпюра которого показана на фиг. 6б. Величина изгибающего момента равна произведению силы на плечо. Как видно из эпюры, наибольшего значения изгибающий момент достигает в зоне радиусного сопряжения между элементами 4 и 6, при этом изгибающий момент будет стремиться разогнуть указанное радиусное сопряжение.
Как известно изгибные деформации конструкции будут тем больше, чем больше будет изгибающий момент. С целью снижения величины изгибающего момента внесены изменения в конструкцию аналога по патенту RU 2 436 911 таким образом, чтобы снизить плечо действия силы.
Как видно из фиг. 7а и 7б, предложенное конструктивное исполнение по сравнению с аналогом по патенту RU 2 436 911, позволило снизить плечо силы приблизительно в 2 раза.
F
F
M
max
Оптимальная величина радиуса отгиба 1, см. фиг. 4 должна быть в 1.288 раза больше толщины панели. Для обоснования этого значения рассмотрим расчётную схему радиусного отгиба внутреннего элемента фальцевого замка, показанную на фиг. 8а. В процессе монтажа, а именно во время подгибки наружного элемента фальцевого замка, вокруг данного радиусного элемента, на него будут действовать монтажные силы , которые будут стремиться смять этот элемент. В результате действия сил , в сечениях, перпендикулярных оси радиусного элемента, будут возникать изгибающие моменты. Эпюра изгибающих моментов показана на фиг. 8б, где обозначено максимальное значение момента .
Величина максимального изгибающего момента определяется по выражению:
Как можно видеть, что наибольшее значение действующего изгибающего момента зависит не только от действующей силы, но и от величины радиуса и толщины фальцевой картины. Толщина фальцевой картины постоянна и равна толщине листовой заготовки, а значение радиуса мы можем варьировать. Из приведённого выражения видно, что чем меньше будет величина радиуса, тем меньше будет величина максимального изгибающего момента. Под действием изгибающего момента в поперечных сечениях будут возникать напряжения. Эпюра напряжений для опасного сечения, т.е. для сечения, где действует наибольший изгибающий момент, показана на фиг. 8б справа. Из учебника: Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. С 215 – 224 известно, что величина напряжения определяется выражением:
(1)
где: A – площадь сечения;
– смещение нейтрального слоя деформации от середины толщины фальцевой картины;
–
радиус нейтрального слоя;
–
координата, которая изменяется в пределах толщины заготовки, т.е.
.
min
max
0
F
A
M
e
r
r
r
Как видно из эпюры напряжений, наибольшими по абсолютной величине являются сжимающие напряжения σ, действующие на внутренней поверхности радиусного отгиба. Так же отметим, что в выражении (1) сила , площадь сечения  являются постоянными, а переменные: изгибающий момент , смещение нейтрального слоя  и его радиус  – определяются значением . Это означает, что при прочих равных условиях, наибольшая величина сжимающего напряжения определяется величиной радиуса .
r
t=-s/2
s=1
r
Рассмотрим, как будет меняться это напряжение в зависимости от радиуса . График, демонстрирующий эту зависимость, показан на фиг. 9. Указанный график построен по выражению (1) при значении  и . Из графика видно, что он имеет локальный экстремум, который достигается при значении  равном 1,288. Именно при этом значении радиуса наибольшие сжимающие напряжения в опасном сечении будут минимальны и, следовательно, минимальным будет воздействие монтажных сил F на данный радиусный элемент. Таким образом, оптимальным соотношением радиуса и толщины является
Предлагаемый объект - фальцевая картина изготавливается из листового металла, с нанесённым защитно-декоративным покрытием, методом профилирования на профилегибочном стане, который входит в состав технологической линии для производства фальцевых картин. Монтаж фальцевой картины на кровлю или стены строений осуществляется с помощью крепёжных элементов: гвозди, винты, клёпки и пр. Герметичное соединение фальцевых картин между собой осуществляется посредством фиксации сопрягаемых панелей с помощью одинарного стоячего фальцевого замка.