Способ изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, поточная линия для его осуществления и композитная арматурная сетка на их основе
METHOD OF MAKING A COMPOSITE REINFORCEMENT MESH FROM NON-METALLIC MATERIALS, A PRODUCTION LINE FOR ITS IMPLEMENTATION AND A COMPOSITE REINFORCEMENT MESH BASED THEREON

Изобретение относится к технологическим процессам и оборудованию для изготовления арматурной композитной сетки из неметаллических материалов, используемой для армирования каменной и кирпичной кладки, бетонных конструкций, для укрепления грунта, а также для ограждения и увеличения срока службы дорог.
Известен способ изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, заключающийся в формировании арматурной сетки из композитных стержней с неотвержденным полимерным связующим, в соединении мест пересечений продольно и поперечно ориентированных композитных стержней за счет неотвержденного полимерного связующего, выделяющегося из стержней при сдавливании мест пересечений стержней, в отверждении мест пересечений сетки после сдавливания (см патент RU №2404892, публ. 27.11.2010 г.).
При реализации изобретения в частном случае возможно формирование арматурной сетки из композитных стержней, часть из которых изготовлена с неотвержденным полимерным связующим.
Для реализации данного процесса, согласно описания технического решения по патенту №2404892, используют известное технологическое оборудование, предназначенное для изготовления на основе ровингов минеральных(стеклянных, базальтовых, углеродных и др.) стержней круглого или плоского поперечного сечения с осуществлением при этом необходимых технологических операций, в том числе, по удалению влаги из нитей ровинга в камере отжига, по пропитыванию нитей ровинга полимерным связующим, по удалению излишков полимерного связующего, по формованию стержней.
Подготовленные стержни поступают на ленточный транспортер, перемещающий их по элементам оборудования. Расстояние между продольными стержнями регулируется гребенкой, размещенной перед транспортером. Поперечные стержни укладывают в движущиеся захваты транспортера с помощью телескопического механизма - «механической руки». Образующиеся стыки соединений продольных и поперечных стержней сдавливаются на транспортере поджимными роликами. В этом состоянии одновременно производят нагрев стержней и мест пересечений, а затем отвержденную сетку охлаждают и производят резку на необходимую длину.
Однако образуемому перекрестному стыку соединения между продольно- и поперечно-ориентированными композитными стержнями свойственна низкая прочность и надежность в процессе эксплуатации арматурной сетки в условиях восприятия ее силовых нагрузок в разных направлениях, вызывающих, в том числе, коробление поверхности арматурной сетки.
Известна поточная линия для изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов на основе ровингов минеральных (стеклянных, базальтовых, углеродных и др.), содержащая последовательно установленные, связанные между собой модуль подачи нитей ровинга на основе стеллажа с бобинами нитей ровинга и выравнивающим устройством, модуль сушки нитей ровинга, модуль пропитки нитей ровинга с узлом съема излишков связующего и формирования полотна ровинга из неотвержденных продольно-ориентированных прядей ровинга, модуль формирования и плетения сетки в виде группы, кинематически связанных между собой, имеющих привод, поперечно ориентированных к продольно-ориентированным прядям полотна, матриц с продольно- ориентированными осями вращения и фильерными каналами для пропускания прядей ровинга, формирующих при вращении названных матриц продольно-ориентированные стержни при перевивке перекрестно ориентированных между собой смежных прядей ровинга и образующих ячейки сетки при стыковке их с поперечно-ориентированным отвержденным стержнем, размещаемым модулем укладки между перекрестно ориентированных прядей при выходе из фильер матриц, а так же модуль протягивании формируемой сетки с камерами полимеризации и охлаждения, стабилизирующих параметры формируемой арматурной сетки и стыки соединений между продольными и поперечными стержнями (см. патент RU№173663, публ. 05.09.2017 г.).
Способ изготовления композитной арматурной сетки, реализуемый поточной линией, заключается в следующем:
в использовании для формирования сетки отвержденных поперечно-ориентированных стержней на основе ровинга;
в формировании полотна из неотвержденных продольно-ориентированных прядей ровинга перед модулем формирования и плетения сетки в виде группы матриц с продольно-ориентированными фильерными каналами;
в пропускании неотвержденных продольно-ориентированных прядей ровинга через фильерные каналы матриц;
в перекрестном разведении прядей при выходе их из фильерных каналов матриц;
в укладке между перекрестно расположенными смежными прядями ровинга отвержденного поперечно- ориентированного стержня;
в перевивке перекрестно расположенных смежных прядей со стыковкой их с расположенным между ними поперечно-ориентированным стержнем для формирования продольно-ориентированных стержней и зоны стыковки с поперечно-ориентированным отвержденным стержнем с образованием ячеек формируемой сетки при вращении матриц;
в протягивании формируемой сетки через камеры полимеризации и охлаждения для стабилизации параметров получаемой арматурной сетки и стыков соединений между продольными и поперечными стержнями.
Однако при реализации технологического процесса при вращении кинематически связанных между собой группы матриц, осуществляющих перевивку перекрестно расположенных смежных прядей ровинга формирующих продольно-ориентированные стержни из неотвержденного материала и зоны стыковки их с поперечно-ориентированным отвержденным стержнем для образовании ячеек сетки, одновременно происходит и перевивка неотвержденных прядей ровинга перед фильерными каналами матриц, что ухудшает физико-механические характеристики прядей ровинга вследствие их перепутывания и разрыва, при этом нарушается целостность сформированного полотна ровинга, прочность и стабильность прядей нитей при протягивании их через фильерные каналы матриц, ухудшается эксплуатационная надежность оборудования линии вследствие нестабильности технологического процесса при протягивании неотвержденных прядей ровинга через фильерные каналы, ухудшается надежность и прочность зон стыковки между формируемыми продольно- ориентированными неотвержденными стержнями с поперечно ориентированными стержнями из отвержденного материала.
Технический результат, в части способа изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, заключается в стабилизации процесса подачи прядей ровинга в зону формирования продольно-ориентированных стержней и ячеек сетки для улучшения надежности и прочности зон стыковки между формируемыми продольно-ориентированными неотвержденными стержнями с поперечно ориентированными стержнями из отвержденного материала.
Технический результат, в части поточной линии для изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, заключается в стабилизации процесса подачи прядей ровинга в зону формирования продольно-ориентированных стержней и ячеек сетки для улучшения процесса соединения продольных и поперечных стержней формируемой арматурной сетки и повышения эксплуатационной надежности линии.
Технический результат, в части композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, заключается в повышении надежности соединения продольно и поперечно ориентированных стержней при образовании ячеек сетки.
Поставленный технический результат в части способа изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов достигается, использованием для формирования сетки отвержденных поперечно-ориентированных стержней на основе ровинга, в формировании из неотвержденных продольно-ориентированных прядей ровинга полотна перед модулем формирования и плетения сетки в виде группы матриц с продольно-ориентированными фильерными каналами, в пропускании прядей ровинга через фильерные каналы матриц, в перекрестном разведении прядей при выходе их из фильерных каналов матриц, в укладке между перекрестно расположенными смежными прядями отвержденного поперечно-ориентированного стержня, в перевивке при вращении матриц перекрестно расположенных смежных прядей со стыковкой их с расположенным между ними поперечно-ориентированным стержнем для формирования продольно-ориентированных стержней и ячеек формируемой сетки, в протягивании формируемой сетки через камеры полимеризации и охлаждения для стабилизации параметров получаемой арматурной сетки и стыков соединений между продольными и поперечными стержнями, при этом, согласно изобретению, разделяют полотно из продольно-ориентированных прядей ровинга на группу лент, каждая из которых сформирована двумя смежными лентами и которые смещают относительно друг друга в поперечном направлении относительно продольной оси вращения каждой матрицы, пропускают их через неподвижные стабилизаторы, на выходе из которых смежные ленты ориентируют в продольном направлении, объединяют между собой и стабилизируют их положение в неподвижном отверстии соосным с фильерным каналом соответствующей матрицы, через который объединенные ленты пропускают и на выходе разделяют на две полосы с переориентацией их продольных осей в направлении противолежащим направлению их ориентации перед вводом в фильерный канал матрицы, пропускают названные полосы лент через смежные относительно продольной оси фильерного канала стабилизаторы матрицы, при выходе из которых ленточные полосы перекрестно сводят в зону формирования продольно-ориентированного стержня и перекрестного стыковочного соединения с поперечно-ориентированным стержнем для формирования арматурной сетки.
Согласно изобретению, при разделении полотна на группу лент ширина каждой ленты в каждой группе не превышает радиус вращения матриц.
Поставленный технический результат в части поточной линии изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов достигается последовательным расположением, связанными между собой модуля подачи нитей ровинга на основе стеллажа с бобинами нитей ровинга и выравнивающим устройством, образующим пряди нитей ровинга, модуля сушки прядей ровинга, модуля пропитки прядей ровинга с узлом съема излишков связующего и формирования полотна ровинга из неотвержденных продольно-ориентированных прядей ровинга, модуля формирования и плетения сетки в виде группы, кинематически связанных между собой, имеющих привод, поперечно ориентированных к продольно-ориентированным прядям полотна, матриц с продольно-ориентированными осями вращения и фильерными каналами для пропускания прядей ровинга, формирующих при вращении матриц продольно-ориентированные стержни при перевивке перекрестно ориентированных между собой смежных прядей ровинга и образующих ячейки сетки при стыковке их с поперечно-ориентированным отвержденным стержнем, размещаемым модулем укладки между перекрестно-ориентированными прядями при выходе из фильер матриц, а так же модуль протягивании формируемой сетки с камерами полимеризации и охлаждения, стабилизирующих параметры формируемой арматурной сетки и стыки соединений между продольными и поперечными стержнями, при этом, согласно изобретению, узел формирования полотна ровинга из неотвержденных продольно-ориентированных прядей имеет поперечную направляющую, вдоль которой последовательно расположены группы вертикально-ориентированных выступов для разделения полотна ровинга на ленточные пряди, крайние выступы каждой группы расположены с шаговым смещением относительно продольной оси вращения матрицы не превышающим радиуса их вращения, центрально расположенный выступ между ними ориентирован в направлении продольной оси вращения матрицы, между поперечной направляющей узла формирования полотна ровинга и модулем формирования и плетения сетки на основе группы матриц расположена поперечина, имеющая продольно-ориентированные в направлении крайних выступов каждой группы выступов неподвижные стабилизаторы с отверстиями для пропускания смежных ленточных прядей и выполненные в данной поперечине отверстия, которые соосны с фильерными каналами матриц, на каждой из которых с обеих сторон фильерного канала и со стороны противолежащей размещению указанных стабилизаторов оппозитно установлены дополнительные продольно-ориентированные стабилизаторы с отверстиями для пропускания через них выходящей из фильерного канала матрицы ленточной пряди, разделяемой на две ленточных полосы для перекрестного сведения их в зону формирования ячеек арматурной сетки.
Согласно изобретению, над поперечной направляющей узла формирования полотна ровинга из неотвержденных продольно-ориентированных нитей поярусно установлена параллельная к ней вторая направляющая с группой вертикально-ориентированных выступов, встречно направленных к крайним и центральным выступам первой направляющей.
Согласно изобретению, вертикально ориентированные выступы поярусно расположенных поперечных направляющих соединены между собой.
Поставленный технический результат в части композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, изготовленной в соответствии с реализуемым технологическим процессом, согласно изобретения, достигается тем, что зона формирования ячеек сетки образована ленточными полосами прядей ровинга формируемого продольного стержня, которые ориентированы в направлении продольной оси поперечно ориентированного стержня и охватывают участки его поверхности с противолежащих сторон горизонтальной плоскости, проходящей через его продольную ось.
При реализации изобретения, как в части способа изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, так и в части поточной линии для его осуществления стабилизируют процесс подачи нитей ровинга в зону формирования ячеек арматурной сетки, что объясняется устранением деформации ленточных прядей нитей ровинга при обратных скручиваниях перед пропусканием их в фильерные каналы матриц, при этом обеспечивается равномерное распределение силовых напряжений в нитях ровинга при их протягивании благодаря изменению направлений ориентации продольных осей прядей ровинга до ввода их в фильерные каналы матриц и при выходе из них, в результате улучшается надежность и прочность зон стыковки между формируемыми продольно-ориентированными неотвержденными стержнями с поперечно ориентированными стержнями из отвержденного материала, в целом повышается эксплуатационная надежность поточной линии, надежность и прочность соединения продольно и поперечно ориентированных стержней при образовании ячеек сетки.
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность признаков для решения поставленного технического результата, что свидетельствует о соответствии технического решения критериям изобретения: «новизна», «изобретательский уровень», «промышленная применимость».
Данные обстоятельства подтверждаются нижеприведенным описанием изобретения и графическими материалами, где на:
Фиг. 1 показана блочная схема поточной линии для изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов;
Фиг. 2 схематично показан фрагмент технологического оборудования поточной линии.
Фиг. 3 схематично показан фрагмент поперечных направляющих с выступами узла формирования полотна ровинга из неотвержденных продольно-ориентированных нитей;
Фиг. 4 - схематично показан фрагмент сформированной ячейки сетки.
При реализации изобретения используют традиционно известные промышленно выпускаемые материалы и оборудование для технологических линий, предназначенных для изготовления композитных арматурных стрежней из неметаллических материалов и арматурных сеток на их основе, в том числе, например, на основе материалов и оборудования, предусмотренных, например, в патентах РФ №173663, публ. 05.09.2017 г., №2620804, публ. 29.05.2017 г.
Поточная линия для изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов на основе ровингов минеральных (стеклянных, базальтовых, углеродных и др.) содержит последовательно расположенные и связанные между собой:
модуль подачи 1 нитей ровинга на основе стеллажа с бобинами нитей ровинга и выравнивающего устройства, которое расположено за бобинами по ходу движения нитей, поддерживает нити от провисания в состоянии натяжения (в пределах допускаемой прочности на разрыв) и придает нитям определенную траекторию движения с образованием прядей ровинга. Для установки модуля подачи 1 используют раму, при этом модуль 1 может быть расположен на нижнем ярусе линии - ниже других модулей линии и ниже пола цеха, на котором расположены другие модули;
модуль сушки 2 прядей ровинга в виде камеры сушки, который связан с модулем подачи 1, например, посредством рам (не показаны) этих модулей. Предпочтительно, сушку нитей осуществляют в процессе их протягивания через термокамеру (не показана);
модуль пропитки 3 прядей ровинга с узлом съема излишков связующего с образуемых прядей и формирования из неотвержденных продольно-ориентированных прядей полотна ровинга. Модуль пропитки содержит пропиточную ванну, заполненную полимерным связующим натяжное устройство с механизмом управления, которое для удобства регулирования натяжения расположено над пропиточной ванной. После пропиточной ванны пряди ровинга проходят через узел съема излишков связующего (не показано);
модуль формирования и плетения сетки 4 в виде группы, кинематически связанных между собой, имеющих привод, поперечно ориентированных к продольно-ориентированным прядям полотна, матриц 5 с продольно-ориентированными осями вращения и фильерными каналами 6 для пропускания прядей ровинга, формирующих при вращении матриц продольно-ориентированные стержни при перевивке перекрестно ориентированных между собой смежных прядей ровинга и образующих ячейки сетки при стыковке их с поперечно-ориентированным отвержденным стержнем. Для реализации изобретения, предпочтительно, используют конструктивное исполнение группы матриц по патенту РФ №173663, в котором матрицы выполнены в виде установленных на раме посредством продольно-ориентированных валов шестерен, входящих в зацепление друг с другом, соединены с электродвигателем, приводящим их во вращательное движение. Количество шестерен равно количеству ячеек в одном ряду формируемой сетки;
поперечно-ориентированный к продольным осям вращения матриц, модуль укладки 7 для поперечно-ориентированного отвержденного стержня 8 на основе ровинга. В качестве модуля укладки может быть использован укладчик, например, по патенту №173663;
модуль 11 для протягивания формируемой сетки и ее резки, а также расположенные перед модулем 11 камеры полимеризации 9 и охлаждения 10. При реализации изобретения камера полимеризации, предпочтительно, выполнена в виде транспортера с расположенными над ним нагревательными элементами в виде ТЭНов, инфракрасных излучателей и прочих нагревателей, а камера охлаждения в виде ванны. Скорость движения транспортера и модуля протягивания сетки синхронизированы.
Узел формирования полотна ровинга из неотвержденных продольно-ориентированных нитей модуля пропитки 3 имеет поперечную направляющую 12, вдоль которой последовательно расположена группа вертикально-ориентированных выступов для разделения полотна ровинга на ленточные пряди 13. Крайние выступы 14 каждой группы расположены с шаговым смещением «S» относительно продольной оси вращения матрицы не превышающим радиуса ее вращения. Центральный выступ 15 каждой группы расположен между крайними выступами 14 и в продольно-вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось вращения I-I матрицы 5. Для улучшения контактного взаимодействия полотна ровинга с поперечной направляющей 12 над последней поярусно установлена вторая поперечина 16 с вертикально-ориентированными выступами встречно-направленными к выступам 14 и 15 первой поперечины 11, и предпочтительно, соединенными с ними. Наличие поперечины 16 с выступами улучшает надежность разделения полотна ровинга на ленточные пряди 13 и препятствует отрыву их от направляющей 12.
Между поперечной направляющей 12 узла формирования полотна ровинга и группой матриц 5 расположена неподвижная поперечина 17, имеющая продольно-ориентированные в направлении крайних выступов 14 каждой группы неподвижные стабилизаторы 18 с отверстиями для пропускания смежных ленточных прядей 13 и расположенные между смежными неподвижными стабилизаторами продольно-ориентированные отверстия, каждое из которых соосно с фильерным каналом 6 матрицы 5. На каждой матрице 5 с обеих сторон относительно продольной оси фильерного канала 6 и со стороны противолежащей размещению указанных стабилизаторов 18 установлены оппозитно расположенные дополнительные продольно-ориентированные стабилизаторы 19 с отверстиями для пропускания через них ленточных полос 20, полученных при разделении выходящей из фильерного канала матрицы объединенных ленточных прядей 13. Смежные ленточные полосы 20 перекрестно сводят в зону формирования ячеек арматурной сетки и продольно-ориентированного стержня 21.
Каждый модуль линии связан с модулями линии электрическим кабелем системы управления линией (не показаны), который соединен с пультом управления, содержащим шкаф управления. Компоненты управления и электропитания модулей входят в состав модуля управления (не показано) поточной линии.
Технологический процесс изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов поточной линией осуществляется следующим образом:
ровинг, например, из стеклянных волокон (нитей) с бобин модуля подачи 1 проходит в выравнивающее устройство, разделяющего полотно ровингов на отдельные пряди, которые транспортируют в камеру сушки модуля сушки 2, удаляющего влагу при повышенной температуре.
Затем пряди ровингов поступают в заполненную полимерным связующим с повышенной температурой пропиточную ванну модуля пропитки 3, проходят через его натяжное устройство, узел съема излишков связующего с образуемых прядей с выходом на узел формирования полотна из продольно-ориентированных прядей ровинга. Разделяют полотно из продольно-ориентированных прядей ровинга на группу лент, каждая группа образована двумя смежными лентами, ширина каждой из которых не превышает радиус вращения матриц 5 модуля 4 формирования и плетения сетки. Смежные ленты каждой группы смещают относительно друг друга в поперечном направлении относительно продольной оси вращения каждой матрицы 5 и пропускают через отверстия неподвижных стабизизаторов 18, на выходе из которых смежные ленты ориентируют в продольном направлении, объединяют между собой и стабилизируют их положение в неподвижном отверстии соосным с фильерным каналом 6 соответствующей матрицы 5, через который объединенные ленты пропускают и на выходе разделяют на две ленточных полосы 20 с переориентацией их продольных осей в направлении противолежащим направлению их ориентации перед вводом в фильерный канал 6 матрицы 5. Пропускают ленточные полосы 20 через смежные относительно продольной оси фильерного канала стабилизаторы 19 каждой матрицы 5. При выходе ленточных полос 20 из отверстий стабилизаторов 19 их перекрестно сводят в зону формирования продольно-ориентированного стержня. В зоне между перекрестно сведенными ленточными полосами 20 посредством модуля укладки 7 размещают отвержденный на основе ровинга поперечно-ориентированный стержень 8. При вращении кинематически связанных между собой матриц 5 одновременно производят перевивку перекрестно расположенной группы смежных ленточных полос и стыковку их с расположенным между ними поперечно-ориентированным стержнем 8, при этом одновременно формируются продольно-ориентированные стержни 20 и ячейки сетки. Протягивают формируемую сетку модулем 11 через камеры полимеризации 9 и охлаждения 10 для стабилизации параметров получаемой арматурной сетки и зон стыковки между продольными 21 и поперечными 8 стержнями.
В композитной арматурной сетки из неметаллических материалов, изготовленной поточной линии зона формирования ячеек сетки образована ленточными полосами ровинга формируемого продольного стержня, которые ориентированы в направлении продольной оси II-II поперечно ориентированного стержня и охватывают участки его поверхности с противолежащих сторон горизонтальной плоскости, проходящей через его продольную ось, что оптимизирует контактное поверхностное взаимодействие поперечно-ориентированного стержня с ленточными полосами ровинга без дополнительного сдавливания и прочих деформационных воздействий.
При реализации способа изготовления композитной арматурной сетки из неметаллических материалов и поточной линии для его осуществления устраняется деформации ленточных прядей ровинга, их разрыв перед фильерными каналами матриц, что стабилизируют процесс подачи прядей ровинга в зону формирования ячеек арматурной сетки при этом улучшается надежность и прочность зон стыковки между формируемыми продольно- ориентированными неотвержденными стержнями с поперечно ориентированными стержнями из отвержденного материала, повышается эксплуатационная надежность оборудования поточной линии, повышается прочность композитной арматурной сетки, изготовленной в соответствии со способом ее изготовления, реализуемого на оборудовании поточной линии по изготовлению композитной арматурной сетки из неметаллических материалов.