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;
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. T.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, т.к. основаны они на использовании "высоких" параметров работающих сред; загрязнение рабочих зон и окружающей среды высокотоксичными продуктами горения, к тому же в случаях, относящихся к утилизации АЛЛ, радиоактивными веществами;
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. Полезная модель. Свидетельство №9409, RU, МПК 6 В23Н 3/00. Локальная камера для электрохимической разрезки металлических конструкций / Корниенко В.М., Каплин Ю.М., Опритов В.В. (РФ). - 98112075/20; Заявл. 24.06.98; Опубл. 16.03.99, Бюл. №3), которое работает при силе электрического тока 1…10 А и напряжении 1…20 В. Это устройство для разрезания металлической детали, подключенной к положительному полюсу источника постоянного электрического тока, имеющей по ее поверхности электроизоляцию в виде термопластичной композиции, армированной тканью, в которой прорезана канавка до металла, содержит неизолированный электрод-инструмент, установленный с зазором относительно канавки и подключенный к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока. Устройство также содержит ограничительный канал в виде закрепленной на поверхности разрезаемой детали оболочки, удерживающей электролит.
Устройство имеет следующие недостатки:
1) термопластичная композиция сложного состава изготавливается в термостатируемой емкости температурной обработкой компонентов до 200°С и наносится на разрезаемую поверхность в горячем состоянии с быстрым отвердением (не более 5 минут) - это ограничивает эксплуатационную технологичность;
2) обладает малой производительностью.
Указанные недостатки исключены в модернизированном устройстве (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), работающем на тех же "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.
Это известное устройство для разрезания металлической конструкции по своему функциональному назначению, по своей технической сущности и достигаемому техническому результату наиболее близкое к заявленному решению и принято за прототип.
Недостатки известного устройства сводятся к следующему.
После подготовки поверхности к разрезанию (очистки от непрочно держащихся старой краски и продуктов коррозии, если они есть, и обезжиривания), нанесения электроизоляции и прочерчивания линии реза, выполняют монтаж устройства рядом последовательных операций:
1) на каждом участке устанавливают опоры из электроизоляционного материала;
2) на опорах закрепляют медную проволоку с зазором относительно разрезаемой поверхности (т.е. формируют электроды-инструменты);
3) электроды-инструменты присоединяют к электропроводникам от отрицательного полюса источника постоянного электрического тока;
4) для получения формы ограничительного канала изготавливают открытую или закрытую оболочку из полиэтиленовой пленки с герметичными торцовыми перегородками (при этом количество оболочек равно количеству участков);
5) оболочки приклеивают или приваривают к электроизоляции по линии реза.
Таким образом, на каждом участке реза монтируют технологическую ячейку в виде ограничительного канала, внутри которого установлен электрод-инструмент; герметичные полиэтиленовые перегородки между участками конструктивно обеспечивают отделение участков и их самостоятельную работу. Для осуществления процесса разрезания внутреннее пространство оболочек наполняют электролитом (соленой водой).
Технико-эргономические показатели монтажа и ввода известного устройства в действие (такие, как облегчение условий труда при уменьшенном психофизиологическом напряжении и утомлении, организация рабочего места, и, следовательно, повышение производительности) зависят от его технологичности, обеспечиваемой при разработке конструкции устройства. Если металлическая конструкция (изделие) разрезается сверху, то стенки и перегородки технологической ячейки ограничивают свободное оперативное пространство на участке реза, поэтому установка исполнителем работ опор внутри технологических ячеек и закрепление на них медной проволоки, выдерживая зазор, практически являются очень неудобными и трудоемкими операциями. Также электрод-инструмент для своего размещения требует часть рабочего пространства между наружной поверхностью металлического изделия и внутренней поверхностью технологической ячейки. Положение значительно усложняется, если разрезать изделие приходится снизу (потолочный рез) или по вертикальной (и полувертикальной) поверхности, т.к. оболочка технологической ячейки в этом случае должна быть закрытой или замкнутой (герметичной).
В основу полезной модели поставлена задача создания более технологичного устройства, которое сократит количество деталей внутри технологической ячейки и упростит ее компоновку; позволит уменьшить затраты труда и повысить производительность монтажа устройства перед вводом его в действие на разрезаемой поверхности металлической конструкции.
Это решение достигается тем, что в устройстве для разрезания металлической конструкции, подключенной к положительному полюсу источника постоянного электрического тока, имеющей по ее поверхности электроизоляцию ограниченной ширины в обе стороны от линии реза, прочерченной до металла и размеченной на участки, содержащем ограничительный канал, герметично соединенный с электроизоляцией и состоящий из отделенных друг от друга наполняемых электролитом технологических ячеек, каждая из которых расположена на соответствующем участке и имеет открытую или закрытую оболочку с торцовыми перегородками, причем внутренняя поверхность оболочки и торцовых перегородок 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 на каждом участке независимо от других разрезания металла, взаимосвязанного с другими участками разрезания металла или по схеме, совмещающей независимое и взаимосвязанное разрезание металла.
Это решение также достигается тем, что устройство с закрытой оболочкой имеет в верхней части оболочки отверстие или патрубок и в нижней ее части запорное приспособление.
В заявленном устройстве для разрезания металлической конструкции общими существенными признаками для этой разрезаемой конструкции являются:
подключение к положительному полюсу источника постоянного электрического тока;
электроизоляция ограниченной ширины по ее поверхности в обе стороны от линии реза;
линия реза, прочерченная до метала и размеченная на участки.
В заявленном устройстве для разрезания металлической конструкции общими существенными признаками для него и его прототипа являются:
ограничительный канал, герметично соединенный с электроизоляцией и состоящий из отделенных друг от друга наполняемых электролитом технологических ячеек;
каждая технологическая ячейка расположена на соответствующем участке;
каждая технологическая ячейка имеет открытую или закрытую оболочку с торцовыми перегородками.
Сопоставительный анализ заявленного устройства для разрезания металлической конструкции и прототипа показывает, что первое имеет, в отличие от прототипа, следующий существенный признак:
внутренняя поверхность оболочки и торцовых перегородок полностью или частично представляет собой неизолированный электрод-инструмент, установленный с зазором относительного разрезаемого металла и подключенный к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока с возможностью обеспечения на каждом участке независимого от других разрезания металла, взаимосвязанного с другими участками разрезания металла или по схеме, совмещающей независимое и взаимосвязанное разрезание металла.
Электрод-инструмент, являющийся конструктивной частью самой технологической ячейки, обеспечивает новому устройству по сравнению с прототипом меньшую удельную трудоемкость (определенную в ГОСТ 14.205-83 "Технологичность конструкции изделий. Термины и определения" как отношение трудоемкости изготовления к величине его полезного эффекта) по следующей причине: полезный эффект в указанных случаях, выражающийся в факте разрезания металлической конструкции, одинаковый, а трудоемкость изготовления и монтажа нового устройства меньше. Следовательно, в решении общей задачи достигнута цель создания более технологичного устройства.
Электрод-инструмент в новом качестве не представляет собой конструкцию из медной проволоки, закрепленной на опорах, которые в заявленном устройстве уже отсутствуют, поэтому трудоемкость изготовления и монтажа на трассе разрезания меньше. Следовательно, в решении общей задачи достигнута цель сокращения количества деталей внутри технологической ячейки.
Поскольку электрод-инструмент в новом качестве не занимает определенного объема внутреннего рабочего пространства технологической ячейки, размеры и взаимное расположение ее элементов (поверхностей) могут легко варьироваться. Объединение электрода-инструмента в одну конструкцию с самой технологической ячейкой дает возможность выбрать наиболее простую и рациональную схему формирования ее как сборочной единицы; а также придать любую форму ограничительному каналу, что особенно важно для изогнутых трасс разрезания металла. Следовательно, в решении общей задачи достигнута цель упрощения компоновки технологической ячейки.
Новое заявленное устройство технологичнее прототипа, поэтому облегчает условия работы с ним. Поскольку монтировать на трассе разрезания металла технологическую ячейку без установки внутренних деталей легче, чем такую же технологическую ячейку с установкой внутренних деталей, уменьшаются затраты и повышается производительность труда.
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, т.к. совокупность существенных признаков не известна из уровня техники, и промышленно применимо, поскольку может быть использовано в промышленности.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где показаны:
на фиг.1 - фрагмент разрезаемой металлической конструкции с ограничительным каналом (вид сверху);
на фиг.2 - технологическая ячейка с открытой оболочкой;
на фиг.3 - технологическая ячейка с закрытой оболочкой;
на фиг.4 - закрытая оболочка ограничительного канала;
на фиг.5 - схема независимого подключения технологических ячеек к источнику постоянного электрического тока;
на фиг.6 - схема взаимосвязанного подключения технологических ячеек к источнику постоянного электрического тока;
на фиг.7 - схема совмещенного подключения технологических ячеек к источнику постоянного электрического тока.
Устройство для разрезания металлической конструкции содержит ограничительный канал 1 (фиг.1), состоящий из технологических ячеек 2 (фиг.1, 2, 3). Конструкция технологической ячейки включает открытую (фиг.2) или закрытую (фиг.3, 4) оболочку 3, внутренняя (рабочая, соприкасающаяся с электролитом) поверхность которой полностью или частично представляет собой неизолированный электрод-инструмент 4 (фиг.2, 3) с присоединенным к нему электропроводником 5. Закрытая оболочка имеет в верхней части отверстие или патрубок бив нижней части запорное приспособление, например, патрубок 7, снабженный зажимом 8 (фиг.3, 4). (Примечание: в качестве запорного приспособления возможно применение также клапана, вентиля и т.п.). Открытая и закрытая оболочки 3 имеют торцовые перегородки 9 (фиг.2, 4, 5, 6, 7), внутренняя (рабочая) поверхность которых полностью или частично представляет собой неизолированный электрод-инструмент 4 с присоединенным к нему электропроводником 5 (фиг.2, 3, 5, 6, 7). Участок разрезаемой металлической конструкции 10 (фиг.1, 2, 3, 5, 6, 7) с электропроводником 11 (фиг.2, З, 5, 6, 7), покрытый электроизоляцией 12 (фиг.1, 2, 3) на ширину монтажа ограничительного канала, имеет линию реза 13, прочерченную по электроизоляции до металла.
Для осуществления процесса разрезания металлической конструкции электропроводники 5 от электродов-инструментов 4 оболочек 3 и торцовых перегородок 9 соединены с электропроводниками 14 (фиг.2, 3, 5, 6, 7); а технологические ячейки 2 наполнены электролитом 15.
Устройство для разрезания металлической конструкции работает следующим образом.
На металлической конструкции (изделии) 10, присоединенной электропроводником 11 к положительному полюсу источника постоянного электрического тока, очищают и обезжиривают поверхность на ширину монтажа ограничительного канала 1, покрывают электроизоляцией 12 путем приклеивания полосы из активированной полиэтиленовой пленки клеем универсальным 88 Luxe водостойким ИС09001. После отвердения клея острым инструментом прорезают намеченную линию реза 13 до металла и размечают на участки.
Если изделие 10 разрезают сверху, то для получения формы ограничительного канала 1 (или технологической ячейки 2) изготавливают открытую оболочку 3 с торцовыми перегородками 9 из активированной полиэтиленовой пленки (~0,5 мм - размерная граница толщины пленки и пластиката). Ко всей внутренней поверхности (то есть полностью) или ее части (то есть частично) присоединяют (например, приклеивают, приклепывают, напрессовывают и т.п.) электропроводящие элементы из гибкой, например, медной пластины (толщиной ~0,5 мм) - эти элементы представляют собой электроды-инструменты 4 с электропроводниками 5. Таким образом, внутренняя поверхность оболочки 3 и торцовых перегородок 9 полностью или частично представляет одно целое с электродом-инструментом 4, то есть электрод-инструмент является конструктивной частью самой технологической ячейки со стороны элктролита.
Если изделие 10 разрезают снизу или по вертикальной поверхности, то изготавливают закрытую оболочку 3 технологической ячейки 2, например, с патрубками (верхним 6 и нижним 7, снабженным зажимом 8) и с торцов перегородками 9, на внутренних поверхностях которых присутствуют (примечание: могут не присутствовать - это зависит от принятой конструкции) электроды-инструменты 4. Количество открытых или закрытых оболочек изготавливают равным количеству участков. Оболочки 3 приклеивают (или приваривают) к полосам электроизоляции 12, при этом каждый электропроводник 5 выводят из оболочек 3 наружу (для закрытых оболочек через верхний патрубок 6) и присоединяют к электропроводникам 14 от отрицательного полюса источника постоянного электрического тока.
Таким образом, на каждом участке реза монтируют ограничительный канал, внутри которого установлен электрод-инструмент. Герметичные перегородки между участками конструктивно обеспечивают отделение участков и их самостоятельную работу.
На каждом участке внутреннее пространство оболочки 3 наполняют электролитом 15 - раствором 3…7% NaCl (для закрытых оболочек через верхний патрубок 6, при этом нижний патрубок 7 перекрывают зажимом 8). Включают источник постоянного электрического тока, и по линии реза осуществляют разрезание металла на каждом участке. Сопутствующее электрохимическому процессу внутри оболочки 3 газовыделение осуществляется для открытой оболочки свободно, а для закрытой оболочки через верхнее отверстие или патрубок 6. Продукты коррозии из оболочки периодически удаляют, для закрытой оболочки это осуществляют в через нижний патрубок 7 при открытом зажиме 8 (примечание: наполнение и удаление электролита возможно осуществить и по другой технологической схеме, вплоть до автоматической).
Устройство предназначено разрезать металл по схеме независимой работы технологических ячеек (фиг.5), по схеме взаимосвязанной работы технологических ячеек (фиг.6) и по совмещенной схеме (фиг.7).
Заявленное устройство для разрезания металлической конструкции по сравнению с прототипом имеет также следующие преимущества:
1) Электрод-инструмент в качестве конструктивной части самой технологической ячейки придает ей такое свойство сборочной (модульной) единицы, когда она может быть изготовлена заранее (до монтажа на разрезаемой металлической конструкции) в полном объеме.
2) Рабочий объем (наполненный электролитом) новой технологической ячейки может быть меньше, при этом время нарушения целости металла на длине соответствующего ей участка реза также меньше; следовательно, при одновременной параллельной работе технологических ячеек производительность увеличивается.
3) Новое устройство конструктивно проще, поэтому отличается большей производственной технологичностью, заключающейся в сокращении затрат при подготовке и изготовлении, и большей эксплуатационной технологичностью, заключающейся в сокращении затрат на обслуживание и ремонт.
4) Принятое в качестве показателя эргономичности время освоения в производственных условиях нового устройства исполнителем работ меньше.
5) Материалы для конструкции новой технологической ячейки имеют широкий диапазон варьирования: от цельнометаллических до композитов (например, листового материала из вспененного полиэтилена с прикрепленными электропроводящими элементами - пластинами, набором электропроводников «змейкой» и т.п.).