МАГНИТНЫЙ АНКЕР ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЛЕСОВ

Полезная модель относится к вспомогательным приспособлениям для строительных лесов, а именно к средствам крепления строительных лесов к металлическим поверхностям объектов, в частности резервуарам, котлам, корпусам кораблей, металлоконструкциям.
В настоящее время крепление строительных лесов к металлическим поверхностям объектов (опорные поверхности) повсеместно производят посредством соединительных элементов в виде опор, устанавливаемых на металлические поверхности посредством сварки или болтового соединения с предварительным просверливанием отверстий (СТРОИТЕЛЬНЫЕ ЛЕСА. ИЗГОТОВЛЕНИЕ, МОНТАЖ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ МДС: 12-58.2011; Москва 2011 https://files.stroyinf.Data2/1/4293811/4293811823.htm). Недостатком таких соединений является нарушение качества опорной поверхности в местах проведения газосварочных работ, сверления и т.п. после ликвидации соединительных элементов, что приводит к ослаблению металла и созданию очагов коррозии.
Для удержания технологической оснастки на плоской опорной поверхности из стали или другого ферромагнитного материала предпочтительно использование магнитных систем крепления строительных лесов - магнитных анкеров, являющихся элементами технологической оснастки и предназначенные для удержания элементов в виде крюков, хомутов, тросов, которые используются для фиксации строительных лесов и соблюдения необходимой дистанции между точками крепления. Магнитные анкера имеют заданное номинальное усилие примагничивания/отрыва, которое рассчитывается, исходя из реальных условий эксплуатации магнитного анкера с учётом расстояния 1 мм — зазора, который магнитное поле должно преодолеть, чтобы «примагнититься» к опорной металлической поверхности, учитывая ее дефекты и неровности (слой краски, изгибы и т.д.).
Магнитные анкера для крепления строительных лесов обеспечивают удобный монтаж, демонтаж и надежную фиксацию без повреждения металлической опорной поверхности, на которую крепится технологическая оснастка. Магнитные анкера устойчивы к вибрации и долговременным температурным колебаниям (от минус 40°С до плюс 80°С), позволяют существенно экономить время установки строительных лесов, избегая затрат на сварочные и сборочные работы. Благодаря своей универсальности магнитные анкера широко применяются в системах крепления строительных лесов к металлическим поверхностям корпусов кораблей, металлоконструкциям плавучих платформ, нефтяных и газовых металлических резервуаров и т.д.
Известно (SU 1218033, опубликовано 15.03.1986, МПК E04G5/04)  крепление строительных лесов к опорной поверхности объекта с помощью соединительного элемента и гибкой тяги (металлического троса), охватывающей объект по периметру и закрепленной на стойках с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Соединительный элемент представляет собой металлический кожух с постоянным магнитом внутри и резьбовой шпилькой снаружи. Недостатком такого способа крепления является его ограниченная область применения, поскольку данное техническое решение невозможно применить в случаях, когда объект, к которому присоединяются строительные леса, невозможно охватить гибкой тягой.
Известно (US 2015/0075910 А1, опубл. 19.03.2015, МПК E04G5/04) устройство для присоединения строительных лесов к металлической поверхности, включающее расположенный в корпусе набор постоянных магнитов, выполненных в форме планок, расположенных параллельно относительно друг друга, способных единовременно, с помощью кулачкового механизма обращаться к опорной металлической поверхности с целью создания магнитных связей либо занимать нерабочее положение при необходимости отсоединения устройства от опорной металлической поверхности. Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая надежность из-за существующей возможности бесконтрольного приведения устройства в нерабочее положение, например, вследствие непроизвольного раскрытия кулачкового механизма, что угрожает безопасности персонала, выполняющего высотные работы. Низкая надежность устройства обусловлена также тем, что при отсоединении его от опорной поверхности происходит поворот магнитных планок, которые при этом давят на указанную поверхность, к которой были присоединены, вследствие чего магнитные планки могут крошиться и ломаться от механического воздействия. Вероятна также деформация и поломка узлов крепления магнитных планок.
Известно (RU 97414 U1, опубл. 10.09.2010, МПК E04G11/00) техническое решение, представляющее собой магнитный держатель опалубки для изготовления бетонных изделий. Данное устройство используется для фиксации металлических бортов опалубки при заливке бетонных и железобетонных изделий различной формы на монтажной плите. В металлическом корпусе магнитного держателя расположена магнитная система, выполненная из чередующихся металлических пластин и пластинчатых магнитов. Недостатком данной конструкции является ее низкая надежность, обусловленная возможностью отключения (с помощью рычага) подвижной магнитной части при сильных вибрациях, а также нежесткое крепление магнитной части магнитного держателя, теряющее со временем плоскостность прилегания к рабочей опорной металлической поверхности, приводящее к уменьшению прижимного усилия.
Известен (RU 207603 U1, МПК E04D5/04, опубл. 03.11.2021) соединительный элемент для строительных лесов, включающий корпус, жестко закрепленное в корпусе магнитное средство (постоянный цельный магнит) соединения с металлической поверхностью и установленное на корпусе средство (рым-гайка) для крепления строительных лесов, причем на боковой поверхности корпуса выполнены отверстия для установки съемника. Недостаток данной конструкции заключается в том, что магнит при установке на рабочую поверхность подвергается механическому удару, а потому склонен к образованию трещин, сколов и разрушению, что снижает усилие отрыва от рабочей поверхности.
К тому же цельный постоянный магнит в данных габаритах корпуса (соотношение габаритов изделия и размеров магнита внутри него с заявленными характеристиками усилия притяжения (сцепления) не способен обеспечит высокое усилие притяжения (сцепления) с металлической поверхностью.
Техническая проблема (задача), решение которой обеспечивается при осуществлении и использовании полезной модели, заключается, в расширении арсенала технических средств указанного назначения, обладающих повышенной надежностью для безопасности проведения специфических производственных задач по креплению строительных лесов на металлической поверхности.
Указанная техническая проблема решается путем создания магнитного анкера, представляющего собой опорный элемент для установки строительных лесов на плоской металлической поверхности, содержащего корпус, закрепленный в корпусе посредством адаптера магнитный элемент и установленное на корпусе средство для крепления строительных лесов, в качестве которого использована рым-гайка, кроме того, на боковой поверхности корпуса выполнены отверстия для установки съёмного устройства, а магнитный элемент представляет собой многополюсную магнитную систему из набора расположенных параллельно друг другу прямоугольных металлических планок из углеродистой стали с чередующимися магнитными пластинами, скреплённых между собой в магнитный блок винтами и поперечными прижимными пластинами, установленными с внутренней стороны магнитного блока.
Выполнение средства соединения (магнитный элемент) с металлической опорной поверхностью (рабочая поверхность) в виде многополюсной магнитной системы позволяет с учётом расстояния до указанной поверхности, принимая во внимание её неровности и покрытия, развивать необходимое прижимное усилие, которое не способен обеспечить просто цельный постоянный магнит, только один полюс которого может быть использован (примагничен к металлу). При использовании нескольких магнитов, соединенных определённым образом между собой с образованием магнитной системы, количество полюсов на металлической опорной поверхности будет уже больше одного.
Общая проблема всех известных устройств, где магнитная система «сцепляется» с металлической опорной поверхностью с помощью магнитных полей - это их недолгая работоспособность, так как магнитный блок не имеет достаточной жёсткости и вследствие больших нагрузок (ударная нагрузка, которая возникает при установке, и нагрузка на растяжение, которая возникает при «отрыве» магнитного блока от металлической опорной поверхности) подвергается деформации. Благодаря специальной схеме расположения (параллельность и чередование магнитных пластин и металлических планок) и соединения (винты, проходящие через наборные элементы магнитного блока; прижимные поперечные пластины) элементов в магнитном блоке заявленной полезной модели обеспечивается необходимая жёсткость конструкции магнитного блока и плоскостность его нижней поверхности, контактирующей с опорной металлической поверхностью, что в свою очередь сказывается на постоянстве развиваемого усилия магнитного притяжения и, соответственно, на надёжности и долговечности магнитного анкера, как устройства, обеспечивающего прочность крепления строительных лесов, а, следовательно, и безопасность человека (рабочего).
Плоскостность нижней поверхности магнитного блока обеспечивается при монтаже (а) соединением металлических планок с внутренней стороны магнитного блока поперечными прижимными пластинами и (б) соединением наборных элементов магнитного блока проходящими через них винтами (из нержавеющей стали для исключения влияния на магнитную систему (ослабления магнитного поля). Отклонение от плоскостности нижней рабочей поверхности магнитного блока влияет на усилие отрыва от металлической опорной поверхности. Полученная жёсткая конструкция магнитного блока даже при повторяющейся ударной нагрузке (многократное присоединение к опорной металлической поверхности) при установке не теряет свою плоскостность на рабочей поверхности, сохраняя постоянство магнитного параметра (усилия «на примагничивание/отрыв»).
В ходе расчетов указанного магнитного параметра был определен оптимальный размер и положение магнитных пластин в магнитном блоке — высота магнитных пластин должна быть меньше высоты металлических планок, причем каждая магнитная пластина с наружных сторон утоплена вовнутрь магнитного блока. За счёт того, что магнитные пластины не выступают за поверхность металлических планок, то есть «утоплены» вовнутрь, исключается взаимодействие (схлопывание (удар) при соприкосновении) рабочих поверхностей магнитных пластин с монтажной опорной металлической поверхностью, что исключает их разрушение из-за возникновения ударной нагрузки. Материал магнитных пластин — постоянные магниты, сплав редкоземельных металлов на основе элементов неодим-железо-бор. Для дополнительной защиты магниты имеют коррозионностойкое покрытие.
По периметру наружной рабочей поверхности магнитного блока и по магнитным пластинам приклеивается прокладка из буферной резины, выполняющая роль демпфирующего покрытия: за счёт прокладки происходит амортизация при примагничивании магнитного анкера к опорной металлической поверхности и снимается часть ударной нагрузки с магнитной системы.
Форма и габариты корпуса магнитного анкера обусловлены в первую очередь размерами магнитного блока, то есть определённым соотношением между размерами металлических планок и размерами магнитных пластин для получения нужного усилия на отрыв/примагничивание магнитного анкера. Предпочтительна прямоугольная форма магнитного блока и, следовательно, корпуса магнитного анкера.
По конструктиву корпус представляет собой коробку, в нижней части корпуса находится окно прямоугольной формы, в которое при сборке вставляется магнитный блок. По контуру этого окна, с прилеганием на магнитный блок вклеиваются полоски из буферной резины. Это необходимо не только для защиты корпуса от попадания грязи вовнутрь, но и для смягчения ударной нагрузки при примагничивании магнитного анкера на металлическую опорную поверхность.
Магнитный блок жёстко крепится в корпусе в результате плотного прилегания к установленным внутри корпуса рёбрам в форме пластин из нержавеющей стали при его стягивании через крышку корпуса посредством адаптера, шайбы и рым – гайки, которая навинчивается на выступающий из корпуса наружу резьбовой конец адаптера. Указанные ребра жесткости изготовлены из нержавеющей стали (является слабомагнитным материалом) для исключения ослабления действия магнитного поля от магнитного блока при замыкании на стальной корпус магнитного анкера.
Адаптер закреплен на внутренней поверхности металлических планок магнитного блока, высота адаптера обеспечивает расположение магнитного блока на заданном расстоянии от внутренней поверхности корпуса для исключения уменьшения действия магнитного поля от магнитного блока на опорную металлическую поверхность при монтаже.
В качестве средства крепления строительных лесов к металлической опорной поверхности в заявленном устройстве использована рым-гайка, наличие которой позволяет использовать в качестве средства для крепления строительных лесов к магнитному анкеру трос, либо строительный карабин, либо стальной хомут, пропускаемых через её кольцо.
Следует отметить, что, поскольку заявленный магнитный анкер постоянно находится в одном рабочем положении, так как не имеет средств включения/выключения (для примагничивания и удержания на металлической опорной поверхности его надо просто прислонить к ней) и не содержит подвижных соединений, исключается возможность нарушения его целостности при соединении/отсоединении от опорной металлической поверхности, к которой он крепится, а также непроизвольного его отключения (отсоединения).
Кроме того, в заявленной конструкции магнитного анкера отсутствуют механизмы создания вращательного движения при приведении устройства (магнитный анкер) в рабочее положение (закрепление на опорной металлической поверхности), что упрощает его конструкцию, а также увеличивает надёжность.
Для отрыва столь мощной магнитной системы от металлической опорной поверхности требуется приложить усилие более 1200 кгс, при условии наличия зазора 1 мм, в плоскости, перпендикулярной опорной,. Специальный съёмник, механизм работы которого основан на принципе рычага, облегчает выполнение этой задачи, поднимая (отрывая) край магнитного анкера с помощью винта от поверхности, к которой он был примагничен. При этом минимизируется механическое воздействие на магнитные элементы магнитной системы магнитного анкера. Исключение использования кулачкового или иного механизма для создания вращательного движения, упрощает конструкцию и повышает ее надежность. Для установки (присоединения) съёмного устройства к корпусу магнитного анкера на его боковых сторонах выполнены отверстия.
Таким образом, заявленная полезная модель представляет собой простое, надежное и пригодное для многократного использования средство крепления строительных лесов к металлическим поверхностям и расширить ассортимент подобных средств. Созданная конструкция магнитного анкера обеспечивает высокие показания и стабильность усилия притяжения с опорной металлической поверхностью.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 показан разнесённый по элементам магнитный анкер;
на фиг.2 показан вид снизу в аксонометрии магнитного анкера;
на фиг. 3 представлена картина распределения магнитного поля заявленной многополюсной магнитной системы: высота магнитной системы H1, воздушный зазор 1 мм до опорной металлической поверхности, на которой устанавливается магнитный анкер; F1 -усилие, которое необходимое приложить перпендикулярно опорной рабочей поверхности к магнитному анкеру чтобы оторвать (отсоединить) его;
на фиг. 4 представлена картина распределения магнитного поля при условии использования в качестве магнитного элемента цельного постоянного магнита (RU 207603 U1) из сплава неодим-железо-бор высотой H2; F2 – усилие, которое необходимое приложить перпендикулярно рабочей опорной металлической поверхности к магниту, чтобы оторвать его.
Проверочный расчет магнитных свойств показал, что даже при увеличении высоты H2 постоянного магнита в 21 раз относительно высоты H1 заявленного магнитного анкера усилие отрыва от стальной поверхности с зазором 1 мм будет недостаточным и в 2,5 раза ниже, чем усилие на притяжение/отрыв магнитного анкера заявленной конструкции.
Ниже, в качестве доказательства промышленного осуществления полезной модели приводится описание конкретной конструкции магнитного анкера, предназначенного для установки строительных лесов на вертикальной металлической поверхности.
Магнитный анкер состоит (фиг. 1) из прочного корпуса 1, изготовленного из углеродистой стали, внутри которого установлен прямоугольный магнитный блок 2. Для удобства переноса и удержания магнитного анкера его корпус 1 снабжен двумя ручками 3.
Магнитный блок 2 представляет собой (фиг. 3) набор прямоугольных металлических (стальных) планок 4 из углеродистой стали высотой H1, между которыми расположены постоянные магниты в виде пластин 5 (магнитные пластины 5) из сплава неодим-железо-бор. Высота магнитных пластин 5 меньше высоты металлических планок 4, причем каждая магнитная пластина 5 «утоплена вовнутрь» магнитного блока 2, то есть ее верхняя (ориентированная внутрь корпуса 1 в собранном магнитном блоке 2) поверхность расположена ниже верхней (находящейся внутри корпуса 1) плоскости магнитного блока 2, являющейся местом расположения верхних (наружных) поверхностей металлических планок 4, а нижняя (наружная, ориентированная в собранном магнитном блоке 2 в направлении опорной металлической поверхности объекта) поверхность - выше нижней (наружной) плоскости магнитного блока 2, являющейся местом расположения нижних (наружных, ориентированных к опорной металлической поверхности) поверхностей металлических планок 4.
Жесткая конструкция магнитного блока 2 образована в результате соединения продольно расположенных прямоугольных металлических планок 4 с магнитными пластинами 5 винтами 6 из нержавеющей стали, проходящими поперек (через) указанных элементов, а также дополнительной фиксацией элементов наборного магнитного блока 2 по двум его краям при помощи поперечных пластин 7, прикрепленных винтами 8 к металлическим планкам 4. При таком варианте соединения элементов магнитного блока получаем его жёсткую конструкцию, и, следовательно, плоскостность его рабочей поверхности и постоянство магнитных свойств (усилия притяжения/отрыва).
Корпус 1 снабжен четырьмя внутренними ребрами жесткости 9 в виде поперечных стальных планок на внутренней поверхности корпуса 1, которые фиксируют положение магнитного блока 2.
По периметру наружной (нижней) поверхности магнитного блока 2, с прилеганием к наружным (нижним) поверхностям магнитных пластин 5 приклеена прокладка из буферной резины 10 (фиг. 2).
Магнитный блок 2 через закрепленный на внутренней поверхности металлических планок 4 магнитного блока 2 адаптер 11 (переходник с цилиндрической резьбовой частью), с помощью шайбы 12 и рым-гайки 13 жестко крепится в корпусе 1 магнитного анкера. Магнитный блок 2 соединяется с адаптером 11 четырьмя винтами, после чего эта конструкция устанавливается в корпус 1. Корпус 1 контактирует с магнитным блоком 2 только через рёбра 9, далее конструкция (корпус с магнитным блоком) фиксируется (стягивается) рым-гайкой 13, которая навинчивается на выступающий из корпуса наружу резьбовой конец адаптера 11.
Каждая боковая стенка стального корпуса 1 магнитного анкера оснащена двумя посадочными отверстиями 14, через которые к магнитному блоку 2 подсоединяются элементы специального приспособления (съемник) для отрыва магнитного блока 2 от опорной металлической поверхности 15. Указанное приспособление может иметь различные варианты конструктивно исполнения, например, в виде рычага и т.д.