ПРОВОЛОЧНАЯ СЕТКА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОЛОЧНОЙ СЕТКИ
WIRE MESH, A METHOD AND DEVICE FOR MAKING WIRE MESH

Изобретение относится к проволочной сетке, а также способу и устройству для изготовления проволочной сетки, предназначенной, в частности, для защиты дорог и средств связи от разрушения скальных кусков на склоне, защиты насыпей водотоков от разрушений, причиненных животными (например, бобрами) и как элемент упрочнения насыпи в случае движения грунта.
В данной области техники известны решения, используемые для защиты насыпей и склонов от обломков горных пород и движений грунта. Такие примерные известные решения показаны на чертежах уровня техники 1-5. Например, используется квадратная проволочная сетка. Такие сетки, также называемые заградительными сетками, изготавливают из переплетенных проволок, согнутых под углом (рис. 1). Проволоки, используемые для такой сетки, имеют низкую прочность на разрыв. Такие сетки имеют низкое сопротивление (ограниченный объем проектирования) из-за низкой прочности на разрыв проволок, используемых для их изготовления. Приложение к такой сетке существенного усилия (25-70 кН в зависимости от диаметра проволоки) вызывает ее разрыв. Кроме того, такие сетки имеют склонность расплетаться под нагрузкой в случае обрыва любой отдельной проволоки, как показано стрелками на рис. 1, иллюстрирующем уровень техники.
Другое известное решение - это сетка с ромбовидными ячейками (рис. 2). Такие сетки изготавливаются из проволок из высокоуглеродистой стали, обладающих высокой прочностью на разрыв. Однако их структура, состоящая из переплетенных проволок, изогнутых под углом, также не гарантирует проектных параметров в случае обрыв отдельной проволоки. Как и в случае сетки с квадратными ячейками, обрыв отдельной проволоки может вызвать расплетение сетки по всей ее длине/ширине (см. стрелки на рис. 2). Оборванная отдельная проволока может выскользнуть из соседних ячеек, и в зависимости от того, как прилагается сила, вся длина/ширина листа может расплестись.
2
2
Также используются гексагональные проволочные сетки, которые не расплетаются при обрыве отдельной проволоки. Пример такой проволочной сетки раскрыт в документе JPH07150509, описывающем гексагональную проволочную сетку, изготовленную из продольных проволок с пределом прочности на разрыв максимум 700 Н/мм. Однако эти сетки из низкоуглеродистой стали имеют низкую прочность на разрыв, около 550-700 МПа. Другая известная гексагональная проволочная сетка раскрыта в документе BE 865901, описывающем гексагональную проволочную сетку, изготовленную из низкоуглеродистой стали (содержание углерода 0,2-0,25%), имеющую предел прочности на разрыв 700-1500 Н/мм, но с ячейками примерных размеров от 80/100 мм до 100/120 мм (рис. 3). Однако использование проволок из низкоуглеродистой стали ограничивает использование таких сеток в случае больших нагрузок. Приложение к такой сетке существенного усилия 25-70 кН (в зависимости от диаметра проволоки) вызывает ее разрыв. Производимые на настоящий момент гексагональные сетки имеют прочность от 25 до 70 кН.
Известны также тросовые сетки, в которых тросовые перемычки соединены посредством зажимания. Изготовление тросовых сетей является дорогим, и их укладка на склоне затруднительна. Из-за их существенного веса необходимо использовать тяжелое оборудование. Ячейки таких сетей настолько велики, что сквозь них могут пройти куски породы диаметром 10 см.
Используются также гексагональные проволочные сетки, изготовленные из проволоки с низким пределом прочности (550-700 МПа), но армированные переплетенными высокопрочными тросами с шагом 30-50 см (рис. 4). Такие сетки имеют ячейки с размером 60 мм ×80 мм; 80 мм ×100 мм; 100 мм ×120 мм. Однако усиление такого типа только кажущееся. Высокая прочность присутствует только там, где тросы переплетены. Между тросами сетка имеет низкую прочность на разрыв (25-70 кН, в зависимости от диаметра проволоки).
Машины для производства гексагональной проволочной сетки хорошо известны в данной области техники. Примерная схема такой машины представлена на рис. 5. Процесс изготовления сетки на машине с рис. 5 начинается со сгибания каждой второй проволоки, образующей сетку, в спиральную форму, которая облегчает их сплетение в сетку. Проволоки, каждая из которых скручена, подаются посредством сборки трубок к сборке шпинделей, в котором проволока сплетается для образования ячеек. От сборки шпинделей сотканная сетка поступает в приемный барабан, снабженный фиксирующими элементами, при этом расположение фиксирующих элементов определяет форму и размеры сформированных ячеек. Через каждый шпиндель проходит одна проволока, подводимая из одной трубки. Примерные шпиндели типичной машины для изготовления гексагональной сетки схематично показаны на рис. 6. Сборка шпинделей содержит два ряда из множества полуцилиндрических шпинделей, расположенных напротив друг друга, как показано на рис. 6. В процессе сплетения шпиндели обоих рядов перемещаются вперед и назад, так что каждый шпиндель поочередно соединяется с одним или другим из двух соседних шпинделей противоположного ряда. Каждая временно сформированная пара шпинделей поворачивается на 540 градусов в противоположных направлениях, что приводит к 1,5-кратному сплетению проволок, выходящих из каждой пары шпинделей. После каждого поворота каждый шпиндель возвращается в свое прежнее положение и перемещается к соседним шпинделям, с которыми они снова поворачиваются. Таким образом, сетка постепенно сплетается, а затем переносится на барабан, фиксирующие элементы которого придают сеткам гексагональную форму.
Проблема, связанная с известными вышеописанными машинами, заключается в том, что они подходят только для изготовления гексагональной сетки из проволоки из низкоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв в диапазоне 550-700 МПа. Однако гексагональная сетка не может быть изготовлена из высокоуглеродистой проволоки, имеющей более высокий предел прочности на разрыв, с использованием машин этого типа. Это связано с тем, что такая проволока более хрупкая и ломается, когда предварительно сформированные спирали проходят от трубок к шпинделям (внутри шпинделей проволоки проходят прямо). Кроме того, расположение фиксирующих элементов на приемном барабане типичной машины требует значительного сильного изгиба уже сплетенных проволок на барабане. Это связано с тем, что сетка, сформированная на такой типовой машине, имеет ячейки, форма которых близка к квадрату (см. рис. 3 и 4) с относительно короткими сторонами. Такая форма не является проблемой, если сетка сделана из мягкой проволоки, имеющей относительно низкую прочность на разрыв, но проволока высокой прочности имеет склонность к разрыву при скручивании на такой короткой длине и переносе на барабан. Вследствие этого практически невозможно изготовить гексагональную сетку из стальной проволоки с пределом прочности на разрыв более 700 МПа.
Цель изобретения заключается в создании гексагональной проволочной сетки, а также способа и устройства для производства проволочной сетки с пределом прочности на разрыв выше, чем у известных проволочных сеток, а также структуру, предотвращающую расплетение сетки в случае повреждения отдельной проволоки.
Другая цель изобретения заключается в создании проволочной сетки, имеющей структуру с, возможно, наибольшей эластичностью, чтобы обеспечить возможность предварительного натяжения проволочной сетки, устанавливаемой на земле.
Вышеуказанные цели достигаются посредством гексагональной проволочной сетки согласно изобретению, предназначенной, в частности, для защиты грунтовых насыпей, причем проволочная сетка выполнена из стальной проволоки и отличается тем, что проволоки сплетены по меньшей мере в 1,5-кратные сплетения так, чтобы образовывать ячейки, в которых отношение ширины к длине меньше 0,75, причем проволоки изготовлены из высокоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв в диапазоне 1500-1900 МПа.
Предпочтительно проволоки изготовлены из стали с содержанием углерода от 0,71% до 1%.
2
Проволоки могут иметь антикоррозионное покрытие, предпочтительно цинкоалюминиевое покрытие в количестве минимум 150 г/м.
Опционально, проволоки могут быть изготовлены из нержавеющей стали.
В соответствии с изобретением также предусмотрено устройство для изготовления гексагональной проволочной сетки, при этом устройство содержит сборку трубок для направления проволок, каждая из которых скручивается в спиральную форму, сборку шпинделей и барабан, принимающий проволочную сетку, причем барабан снабжен фиксирующими элементами. Каждый шпиндель выполнен с возможностью направления одной проволоки, проходящей через него и подаваемой через взаимодействующую трубку, и перемещения ее вперед и назад, а также поворота на 540 градусов поочередно с перемещениями, так что проволоки, выходящие из шпинделей, сплетены в по меньшей мере 1,5-кратный сплетения, формирующие проволочную сетку, предназначенную для последующего приема барабаном.
Устройство согласно изобретению отличается тем, что между каждой трубкой, направляющей спирально скручиваемую проволоку, и взаимодействующим шпинделем расположена выпрямляющая направляющая, имеющая входное отверстие, взаимодействующее с трубкой, и выходное отверстие, взаимодействующее со шпинделем, и тем, что указанные фиксирующие элементы расположены на барабане таким образом, чтобы производимая проволочная сетка имеет ячейки, в которых отношение ширины к длине меньше 0,75.
Выпрямляющая направляющая предпочтительно содержит стенку в форме усеченного конуса, меньшая кромка которой образует центральное выходное отверстие, взаимодействующее со шпинделем, а большая кромка которой образует центральное входное отверстие, взаимодействующее с выходным отверстием трубки.
Внутренняя сторона стенки в форме усеченного конуса предпочтительно снабжена направляющей канавкой для способствования выпрямлению проволоки.
Выпрямляющая направляющая может дополнительно содержать полый цилиндр, имеющий входную кромку и выходную кромку, и снабжена входной стенкой в форме усеченного конуса, большая кромка которого совмещена с входной кромкой полого цилиндра и образует входное отверстие, взаимодействующее с выходным отверстием трубки, и меньшая кромка которого образует входное отверстие, ведущее к полому цилиндру, который дополнительно снабжен выходной стенкой в форме усеченного конуса, большая кромка которого образует выходную кромку полого цилиндра, и меньшая кромка которого образует центральное выходное отверстие, взаимодействующее со шпинделем.
Предпочтительно, внутренняя сторона упомянутой входной стенки в форме усеченного конуса снабжена направляющей канавкой для способствования выпрямлению проволоки.
Выпрямляющая направляющая предпочтительно изготовлена из пластикового материала.
Способ в соответствии с изобретением для изготовления гексагональной проволочной сетки в устройстве, содержащем сборку трубок, направляющих проволоки, каждую из которых скручивают в спиральную форму, сборку шпинделей и барабан, принимающий проволочную сетку, причем барабан снабжен фиксирующими элементами, и каждый шпиндель выполнен с возможностью направления одной проволоки, проходящей через него и питания взаимодействующей трубкой, при этом шпиндель перемещается вперед и назад, а также поворачивается на 540 градусов поочередно с перемещениями, так что проволоки, выходящие из шпинделей, сплетают в по меньшей мере 1,5-кратные сплетения для формирования проволочной сетки, которая впоследствии принимается барабаном.
Способ согласно изобретению отличается тем, что в нем используют проволоки из высокоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв в диапазоне 1500-1900 МПа, и тем, что проволоки, скручиваемые по спирали в трубках, выпрямляют перед подачей в шпиндели, при этом изготавливаемая проволочная сетка имеет ячейки, в которых отношение ширины к длине меньше 0,75.
Предпочтительно используют проволоки, изготовленные из стали с содержанием углерода от 0,71% до 1%.
2
Проволоки могут иметь антикоррозионное покрытие, предпочтительно цинкоалюминиевое покрытие в количестве минимум 150 г/м.
Предпочтительно, используют проволоки из нержавеющей стали.
Примерные варианты осуществления проволочной сетки и устройства для изготовления проволочной сетки в соответствии с изобретением показаны на чертежах, на которых:
- фиг. 1 показывает фрагмент проволочной сетки согласно изобретению;
- фиг. 2 показывает схематический вид фрагмента устройства согласно изобретению;
- фиг. 3 схематично показывает первый вариант осуществления выпрямляющей направляющей;
- фиг. 4 схематично показывает второй вариант осуществления выпрямляющей направляющей;
- фиг. 5 показывает детализированный вид соединения между трубкой и шпинделем в устройстве согласно изобретению;
- фиг. 6 показывает увеличенный вид сплетения из двух проволок в законченной проволочной сетке согласно изобретению.
- фиг. 7 показывает схематический вид барабана устройства согласно изобретению.
Как видно на фиг. 1, показывающей фрагмент проволочной сетки 7 согласно изобретению, каждая гексагональная ячейка проволочной сетки 7 имеет две стороны со сплетением и четыре стороны без сплетения. Кроме того, каждая сетка имеет шесть углов: есть четыре угла, где сторона со сплетением встречается со стороной без нее, и два угла (противоположные друг другу), где встречаются две стороны без сплетений. Ширина А ячейки здесь определяется как расстояние между двумя сторонами со сплетениями, а длина В ячейки определяется как расстояние между двумя углами, где встречаются две стороны без сплетений.
Авторами изобретения было установлено, что проволоку из высокоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв в диапазоне 1500-1900 МПа можно использовать для изготовления гексагональной проволочной сетки 7 с по меньшей мере 1,5-кратной сплетением при условии, что проволока была выпрямлена перед тем, как введена в шпиндели, и чтобы указанные проволоки не изгибались слишком сильно впоследствии на приемном барабане. Таким образом, в ячейках проволочной сетки 7 согласно настоящему изобретению соотношение ширины А к длине В меньше 0,75. На основании экспериментов было также установлено, что наиболее преимущественное содержание углерода в стали, используемой для изготовления проволоки, находится в диапазоне от 0,71% до 1%, поскольку такая проволока является достаточно прочной и в то же время пластичной, чтобы обеспечить возможность изготовления проволочной сетки 7 согласно изобретению. Более высокое содержание углерода сделало бы проволоку слишком хрупкой, а более низкое его содержание сделало бы ее слишком пластичной и со слишком низким пределом прочности на разрыв.
Предпочтительная толщина проволоки для изготовления проволочной сетки 7 согласно изобретению составляет от примерно 2,0 до примерно 4,0 мм.
Фиг. 2 показывает схематический вид фрагмента устройства согласно изобретению.
Проволоки 1 подводят от станций подачи 2 с помощью направляющих элементов 3 и 4 к сборке трубок 5. Трубки 5 сборки трубок формируют ряд. В каждой второй трубке ряда проволока скручивается по спирали, то есть, в каждой второй трубке проволока остается прямой. На фиг. 2, проволока 1 в трубке 5 скручена. Ниже по потоку от сборки трубок 5 (как показано на фиг. 2 над сборкой трубок 5) расположена сборка шпинделей 6, так что проволока 1, выходящая из каждой трубки 5, проходит к взаимодействующему шпинделю 6. Соседние проволоки сплетаются друг с другом шпинделями 6 (такими же, как в описанной выше машине уровня техники), а из шпинделей 6 готовая проволочная сетка 7 проходит на барабан 8 и затем наматывается на рулон 9.
Особенностью устройства согласно изобретению является то, что оно снабжено выпрямляющими проволоку направляющими 10. Между каждой трубкой 5, в которой проволока 1 спирально скручивается, и взаимодействующим с ней шпинделем 6 расположена выпрямляющая направляющая 10.
В первом и простейшем варианте осуществления, показанном на фиг. 3, выпрямляющая направляющая 10 образована стенкой в форме усеченного конуса 11, меньшая кромка которой образует центральное выходное отверстие 12, взаимодействующее со шпинделем 6, а большая кромка которой образует центральное входное отверстие 13, взаимодействующее с выходным отверстием трубки 5.
На фиг. 4 показан вариант осуществления, в котором выпрямляющая направляющая 10' содержит полый цилиндр 14, имеющий входную кромку и выходную кромку, и снабженный внутри входной стенкой 17 в форме усеченного конуса, большая кромка которой имеет форму усеченного конуса, совмещенного с входной кромкой полого цилиндра 14 и образующего входное отверстие 15, взаимодействующее с выходом трубки 5. Меньшая кромка входной стенки 17 образует входное отверстие 18, ведущее внутрь полого цилиндра 14. Полый цилиндр 14 дополнительно снабжен снаружи выходной стенкой 19 в форме усеченного конуса, большая кромка которого образует выходную кромку полого цилиндра, а меньшая кромка - центральное выходное отверстие 20, взаимодействующее со шпинделем 6.
Выпрямляющая направляющая 10, 10' предпочтительно изготовлена из пластикового материала. Для способствования выпрямлению проволоки 1, проходящей через направляющую 10 или 10', спиральная направляющая канавка 22 может быть расположена на внутренней стороне усеченного конуса 11 или 17 соответственно.
Примерная спиральная направляющая канавка 22 показана пунктирной линией на фиг. 3 и 4.
На фиг. 5 показан увеличенный вид детали D (обведен кружком на фиг. 2) фрагмента машины между трубкой 5 и шпинделем 6, на котором установлена выпрямляющая направляющая 10'.
Благодаря наличию выпрямляющих направляющих 10, 10' скрученные проволоки 1, изготовленные из относительно жесткой стали с высоким пределом прочности на разрыв выпрямляются перед введением в шпиндели 6. Затем шпиндели 6 задают по меньшей мере 1,5-кратное сплетение соседних проволок между собой. Примерное сплетение двух проволок 1 показано на фиг. 6.
Другой важной особенностью изобретения является использование приемного барабана 8, показанного на фиг. 7, имеющего фиксирующие элементы 21, расположенные так, что изготовленная проволочная сетка 7 образована гексагональными ячейками, в которых отношение ширины А к длине В меньше 0,75.
Использование специальных выпрямляющих направляющих 10, 10' и специального расположения фиксирующих элементов 21 на приемном барабане 8 приводит к тому, что высокопрочная проволока не ломается во время по меньшей мере, 1,5-кратного сплетения, что позволяет формировать гексагональную сетку.
Благодаря гексагональной конструкции и по меньшей мере 1,5-кратному сплетению проволочная сетка не расплетается даже в случае обрыва одной проволоки. При обрыве одной отдельной проволоки (как схематично показано ножницами на фиг. 1) силы передаются соседними проволоками, и расплетение проволочной сетки предотвращается за счет соседних сплетений, поскольку сетка изготовлена из проволоки с высокой прочностью на разрыв. Кромки листа проволочной сетки снабжены граничными проволоками или тросами, которые также изготовлены из высокопрочной стали и обеспечивают надлежащую форму кромок сетки.
Проволочная сетка 7 согласно изобретению может быть компонентом системы, в которой используются обычные пластины/шайбы для прижатия смонтированной проволочной сетки к склону (не показано).
Поскольку проволочная сетка 7 в соответствии с настоящим изобретением соткана из проволоки с высокой прочностью на разрыв, она имеет склонность к самозакреплению при сплетении проволок. Следовательно, образующуюся гексагональным структура является эластичной, и ширина ленты сетки, принимаемой барабаном, меньше максимально возможной ширины ленты при растяжении. Такая упругая структура представляет собой своего рода поглотитель энергии и может быть установлена на основании насыпи с целью захвата кусков породы без использования амортизирующих тросов.
Дополнительное преимущество изобретения заключается в том, что проволочная сетка 7 согласно настоящему изобретению обеспечивает непрерывную защиту больших поверхностей. На некоторых насыпях проволочная сетка может быть сформирована из непрерывного материала по всей длине насыпи. Например, сетка из катаной проволоки длиной 30 м изготовлена из непрерывной проволоки длиной 40 м, причем уменьшение на 10 м вызвано гексагональной формой ячеек. С другой стороны, ромбовидные сетки нельзя изготавливать из проволоки длиной более 4 м.