РЕТОРТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННОЙ ШПАЛЫ
RETORT FOR PRODUCTION OF COMPOSITE SLEEPER

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано для производства железнодорожных шпал.
Уровень техники
Авторам известен аналог - вертикальные циркуляционные шахтные реторты (см. Л.В.Гордон и др. Технология лесохимических производств. М., Гослесбумиздат, 1960, стр.78-87). Общим отличием вертикальной реторты является непрерывная циркуляция теплоносителя, обычно топочных газов, получаемых в результате сжигания в газовой топке неконденсирующихся газов реторты и газов, полученных при газификации древесного угля в газогенераторе. Таким образом, в реторте процесс пиролиза идет непрерывно при периодической загрузке древесины небольшими порциями в верхнюю часть и периодической выгрузке охлажденного древесного угля небольшими порциями снизу реторты. Работает такая реторта следующим образом. Подсушенная до влажности 10-14% древесина подается в загрузочную воронку реторты, затем она через шлюзовой затвор подается каждые 15-20 минут в шахту реторты, где она подсыхает, переугливается, а затем образовавшийся уголь прокаливается.
Древесина по мере обугливания опускается сверху вниз в шахте реторты. Древесный уголь ниже зоны подвода теплоносителя охлаждается потоком холодных неконденсирующихся газов температурой 30-40°С, после чего выгружается через нижний шлюзовой затвор в вагонетку.
К сожалению, в такой реторте нельзя получить композиционную шпалу, используя ее хорошие технические и экономические достоинства, а именно непрерывность процесса, отсутствие монтажных и частично строительных работ, так как реторта поступает на предприятия в полной заводской готовности. При такой конструкции из древесины можно получить только древесный уголь.
Авторам известно изготовление шпалы для железных дорог широкой колеи по ГОСТ 78-89, когда из цельной древесины вырезают необрезную, полуобрезную и обрезную шпалу. Такое изготовление цельнобрусковых шпал существует с момента появления железных дорог. Однако эксплуатационные качества таких шпал далеки от совершенства, во-первых, срок службы их в путях ограничен 5-7 годами, во-вторых, такие шпалы требуют специальной пропитки, чем занимаются шпалопропиточные заводы МПС, они относительно дороги. Изготавливают также шпалы из крупномерной древесины - минимальный диаметр 26 см, поэтому существует резкий дефицит исходного сырья.
Авторам известно изготовление составных деревянных шпал по ТУ 13-0273895-401-89, которое заключается в том, что два деревянных бруска малого сечения соединяются металлическими болтами. Такие шпалы по своим эксплуатационным качествам и по механической прочности могут применяться только в малодеятельных (подъездных) путях, и их сфера применения весьма ограничена.
Известно также производство составных деревянных шпал по а. с.№1412961, кл. В27М 3/14, в котором с целью повышения качества шпал пропитку осуществляют перед сборкой, наколку каналов выполняют под углом 75-90° к пласти каждой заготовки без выхода их на другую пласть, сборку выполняют совмещением наколотых пластей, при этом оси каналов образуют «елочку» с расположением вершины к основанию шпалы.
Такое изготовление составных деревянных шпал несколько улучшает защитные свойства шпалы от гниения, но значительно ослабляет поперечное сечение шпалы, что приводит к еще большему ограничению сферы ее применения, совсем малодеятельные железнодорожные тупики.
Известно изготовление деревянных шпал путем склеивания, технология определена ГОСТ 9371-90 «Брусья клееные для железных дорог широкой колеи» и ГОСТ 28469-90 «Шпалы и брусья деревянные клееные для трамвайных путей». При этом отрезки древесины разной длины склеиваются в щит, а щит затем в шпалу с вертикальными и горизонтальными швами склеивания. Недостатком эксплуатационных качеств таких шпал является прежде всего растрескивание и отделение склеиваемых слоев под знакопеременной нагрузкой от колес подвижного состава, поэтому применение клееных шпал на железнодорожных путях широкой колеи не нашло применения.
Авторам известно изготовление композиционных материалов, например а.с. №1329972, кл. B27N 3/02 «Способ изготовления композиционного материала на основе фенолформальдегидного связующего и древесного наполнителя», в котором с целью повышения текучести, ударной и теплостойкости материала в фенолформальдегидное связующее вводят дициандиамид в количестве 1-12 мас.% от количества фенолформальдегидного связующего.
Анализ показал, что такое изготовление композиционного материала не пригодно для изготовления деревянных шпал, так как он плохо работает на поперечный изгиб и плохо воспринимает усилия смятия под рельсовой прокладкой и знакопеременную нагрузку от колес подвижного состава.
Известно изготовление цельнопресованных древесных изделий по а.с. №1346426, кл. B27N 3/02, в котором с целью повышения качества древесных изделий путем увеличения текучести и жизнеспособности пресс-массы после смешивания древесных частиц со связующим выполняют защитную обработку осмоленных частиц бутадиенстирольным каучуковым латексом, при этом фенолформальдегидное связующее берут в количестве 20-25 мас.%, а бутадиенстирольный каучуковый латекс в количестве 5-15 мас.% от количества пресс-массы.
Однако такой композиционный материал не пригоден для изготовления железнодорожной шпалы, так как, будучи гибким и эластичным, совсем плохо держит ударные нагрузки от колес подвижного состава и не обеспечивает необходимой твердости поверхности под подошвой рельса, а также плохо реагирует на знакопеременную нагрузку, возникающую в шпалах при прохождении подвижного состава.
2
Авторам известна также заявка Франции №2618719, МКИ B27N 5/00 «Изготовление прессованных изделий», в которой используются древесные волокна любых пород и 10% связующего материала в виде смолы, клея либо полимеризующего вещества, прессуют этот материал при давлении 80-500 кг/см.
Однако этот материал также не пригоден для производства железнодорожных шпал, будучи гибким и способным воспринимать ударные нагрузки, он совершенно плохо воспринимает сминающие усилия от подошвы рельса, а также не обладает достаточной жесткостью, чтобы от перерезающих сил не деформироваться и не терять своей геометрической формы, что очень важно для шпалы, так как она должна передавать постоянную и равномерно распределенную нагрузку на балласт и тем самым обеспечивать безопасность движения поездов по путям.
Авторам также известен прототип - патент РФ №2179923 «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи», в котором шпалу изготавливают из древесных волокон различных пород, металлической проволоки, каучука и вискозы, причем древесные волокна получают из отходов деревообработки, лесопиления, а металлическую проволоку, каучук и вискозу - из изношенных шин, при этом композицию приготавливают в пропорции: древесные волокна 50-70%, металлическая проволока 3-10%, жидкий каучук 5-10%, жидкая вискоза 5-10% от прессуемой массы, композиционную массу подают в пресс с давлением не менее 75 МПа и выдерживают не менее 1 мин при температуре 75-100°С с ограниченным доступом воздушной среды.
Однако при таком изготовлении литой шпалы требуются однооперационные устройства и станки, которые должны быть обеспечены хорошим теплым зданием, а также необходимыми строительными и монтажными работами. Кроме того, у каждого однооперационного устройства или станка должен быть оператор, таким образом возникает дополнительное требование к квалификации рабочей силы и оплате труда, что отражается на себестоимости продукции, инвестиционных затратах и ее реализации на рынке.
Раскрытие изобретения
Реторта для производства композиционной шпалы, содержащая корпус, электродвигатели, транспортеры, пневмоприводы, систему подачи элементов исходного сырья и уборки готовой продукции, в которой предложено в верхней части реторты установить вертикальный шнек, соединенный с пневмопроводом, бункеры-дозаторы которого соединены с горизонтальной трубой подачи исходного сырья в виде 80% по массе древесных волокон, 10% по массе металлического порошка и 10% по массе мелкой крошки от изношенных автомобильных и тракторных шин, а нижняя часть вертикального шнека соединена с усеченным конусом, который установлен над смесительными ножами, закрепленными на конце вала вертикального шнека над дозатором, который горизонтально присоединен к корпусу реторты, а его размеры соответствуют насыпной дозе композиционной щепы, которая поступает в смесительную камеру с горизонтальным шнеком, вал которого соединен с электродвигателем, при этом смесительная камера соединена с вертикальным шнеком, вертикальный вал которого соединен с электродвигателем, а к вертикальному шнеку присоединена матрица с входной подвижной и выходной подвижной заслонками, соединенными со штоком гидроцилиндров, а сама матрица прикреплена неподвижно к корпусу реторты, причем верхняя крышка матрицы соединена со штоками гидроцилиндров гидравлического пресса, на горизонтальной опоре которого установлена неподвижно насосная станция с электроприводом, а ниже горизонтальной опоры к корпусу реторты присоединена вытяжная труба, в нижней части матрицы установлена металлическая плита, верх которой укрыт подвижной приводной металлической лентой, которая установлена на приводных роликах внутри реторты рядом с ленточным транспортером, который установлен вне реторты.
Наличие таких отличительных признаков от прототипа позволяет сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает существенной новизной.
Для доказательства соответствия предлагаемой реторты для производства композиционных шпал критерию существенного отличия было проведено сравнение основных признаков с прототипом - «Способ изготовления литой шпалы для железных дорог широкой колеи». В результате было установлено, что при производстве композиционных шпал не требуется производственного здания, отсутствуют строительные и пусконаладочные работы, поскольку реторта полностью изготавливается в заводских условиях, монтажные работы сведены к минимуму, включают только установку реторты на основание промышленной площадки без всякого фундамента. Так как в реторте идет непрерывный процесс производства композиционных шпал, и при этом не требуются дополнительные переместительные операции исходного древесного сырья, то производительность реторты может быть за счет увеличения общего диаметра корпуса резко повышена даже до 500 шпал в смену. Весь технологический процесс в реторте легко автоматизируется, поэтому ее обслуживают всего 2 человека, один на подаче сырья, другой на выходе готовой продукции.
Технический результат, дающий положительный эффект по сравнению с прототипом, определяется свойствами, приведенными в табл.1.
Анализ данных табл.1 показывает, что заявляемая реторта для производства композиционных шпал может быть реализована с учетом приведенных технических параметров.
Таблица 1Результаты сравнения
Свойства и другие показатели
Заявляемый продукт
Прототип-патент РФ №2179923
1
2
3
Наличие производственного здания
Нет
Не менее 66×24×8 м
Состав композиции:- древесные волокна- металл- каучук- вискоза- порошок изношенных шин
80%порошок 10%--10%
70%проволока 10%10%10%-
Давление прессования
75 МПа
75 МПа
Строительные работы
10%
100%
Монтажные работы
-
100%
Пусконаладочные работы
30%
100%
Количество рабочих
2 чел.
6 чел.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 дана схема реторты для производства композиционных шпал.
На фиг.2 дан вид реторты по стрелке А.
На фиг.3 дан вид реторты по стрелке Б.
Осуществление изобретения
Реторта для производства композиционных шпал состоит из корпуса 1, в верхней части которого установлен вертикальный шнек 2 с электродвигателем 3, соединенный с горизонтальной трубой 4, на которой установлены бункер 5 с дозатором 6 для подачи 80% древесного волокна по массе, бункер 7 с дозатором 8 для подачи металлического порошка 10% по массе, бункер 9 с дозатором 10 для подачи мелкого порошка от отработанных автомобильных и тракторных шин 10% по массе, а к трубе присоединен вентилятор 11 с электродвигателем 12 для подачи исходного сырья в реторту. В нижней части вертикального шнека установлен усеченный конус 13 над смесительными ножами 14 закрепленного на конце вертикального вала 15 шнека, которые установлены над дозатором 16, горизонтально прикрепленным к концу реторты, а его внутренние размеры соответствуют насыпной дозе композиционной шпалы, которая поступает в смесительную камеру 17 с горизонтальным шнеком 18, вал 19 которого соединен с электродвигателем 20, при этом смесительная камера соединена с вертикальным шнеком 27, вертикальный вал 22 которого соединен с электродвигателем 23, а к трубе 24 вертикального шнека присоединена матрица 25 с входной заслонкой 26, соединенной со штоком 27 гидроцилиндра 28, и выходной заслонкой 29, соединенной со штоком 30 гидроцилиндра 31, причем сама матрица закреплена неподвижно горизонтально в корпусе реторты, а верхняя крышка 32 соединена со штоками 33 гидроцилиндров 34 гидравлического пресса 35 с давлением не менее 75,0 МПа, на горизонтальной опоре 36 которого установлена неподвижно насосная станция 37 с электроприводом 38, а ниже к корпусу реторты присоединена вытяжная труба 39. В нижней части матрицы установлена металлическая плита 40, верх которой укрыт подвижной приводной металлической лентой 41, которая огибает приводные ролики 42, установленные внутри реторты, и сопрягается с ленточным транспортером 43, который установлен вне реторты для транспортировки композиционных шпал 44.
Работает реторта для производства композиционных шпал следующим образом.
Компоненты исходного сырья подают в бункеры 5, 7, 9 с, дозаторами 6, 8, 10, которые строго по массе, соответственно 80%, 10% и 10%, отмеряют порции компонентов и передают их в трубу 4, вентилятор 11 с электродвигателем воздушной струей перемещает компоненты до вертикального шнека 2, вал которого соединен с электродвигателем 12, и в нижней части шнек имеет усеченный конус 13, через который смешанное шнеком исходное сырье подается на смесительные ножи 14, они окончательно направляют смесь сырья в дозатор 16, внутренние размеры которого соответствуют насыпной дозе композиционной шпалы, и передают эту массу в смесительную камеру 17, имеющую горизонтальный шнек 18 с валом 19, который вращается электродвигателем 20, и таким образом шнек окончательно смешивает массу и передает ее в вертикальный шнек 21, вал 22 которого вращается электродвигателем 23, и лопасти шнека передают исходную массу в матрицу 25, при этом входная заслонка 26 штока 27 гидроцилиндра 28 поднята в верхнее положение, а выходная заслонка 29 штока 30 гидроцилиндра 31 опущена в нижнее положение, т.е. закрыта. Как только матрица наполняется смесью требуемых размеров, входная заслонка 26 штоком 27 гидроцилиндра 28 опускается, и матрица находится в полностью закрытом состоянии. Сразу после этого включается гидравлический пресс 35, штоки 33 гидроцилиндров 34 с давлением не менее 75,0 МПа давят на крышку 32, и происходит прессование массы композиционной шпалы, при этом давлении мелкая крошка от изношенных автомобильных шин начинает плавиться и является связующим компонентом композиционной шпалы, объединяющей древесные волокна и металлический порошок. Чтобы создать необходимое давление не менее 75,0 МПа, на горизонтальной опоре 36 установлена насосная станция 37, которая вращается электродвигателем 38. Когда композиционная шпала спрессована, штоки 33 гидроцилиндров 34 поднимают вверх крышку 32, и сразу же начинает подъем выходной заслонки 29 штоком 30 гидроцилиндра 31, когда выходная крышка достигает верхнего положения, включается приводная металлическая лента 41, которая приводится в движение приводными роликами 42, и композиционная шпала 43 выносится из реторты. Затем все механизмы реторты приводятся в исходное положение, и цикл производства композиционной шпалы повторяется. Избыток воздуха в реторте выбрасывается в атмосферу через вытяжную трубу 39.
Применение реторты для производства композиционных шпал резко сократит строительно-монтажные работы, уменьшится количество обслуживающего персонала, увеличится производительность производства композиционных шпал, уменьшатся эксплуатационные расходы, что сделает композиционные шпалы конкурентоспособными на мировом рынке.