Создание универсального инструмента для обжатия строительной арматуры в стальных муфтах

Машиностроение и машиноведение

УДК 693.554.1:621.825

СОЗДАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБЖАТИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ АРМАТУРЫ В СТАЛЬНЫХ МУФТАХ

© А.Д. Абрамов1, И.А. Кошлань2

Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191.

Анализируются все способы соединения арматурных стержней. Каждому методу свойственны как преимущества, так и недостатки. Особое внимание уделяется вопросам механического стыкования строительных каркасов. В основу этого метода положен принцип муфтового соединения. Для реализации данного метода в соответствии с технологическим процессом необходимо создание оборудования, обладающего оптимальными, с точки зрения энергетических затрат, параметрами. Такое оборудование минимизирует затраты на формирование стыка и увеличивает скорость монтажа арматурных каркасов.

Ключевые слова: строительная арматура; стальные муфты; обжатие; эксперимент; энергия единичного удара; однофазные низкочастотные машины ударного действия.

CREATION OF A UNIVERSAL TOOL FOR REINFORCEMENT REDUCTION IN STEEL SPLICE CLIPS A.D. Abramov, I.A. Koshlan

Siberian Transport University,

191 Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049, Russia.

Analyzes all methods of reinforcing bars connection. Each method is characterized by both advantages and disadvantages. Special attention is paid to the problems of building frames mechanical splicing. This method is based on the principle of a sleeved system. Implementation of this method in accordance with the technological process requires the creation of equipment with optimal energy cost parameters. Such equipment minimizes costs for splice creation and increases the speed of reinforcement cage assembly.

Keywords: reinforcement (building bars); steel splice clips; reduction; experiment; energy of a single blow; single-phase low-frequency punchers.

В современном строительном производстве невозможно представить возведение масштабных объектов без применения средств комплексной механизации различных операций. Разнообразие применяемых при строительстве технологий определяет широту номенклатуры применяемого оборудования и оснастки. Очевидно, что большое разнообразие оборудования требует высокой квалификации обслуживающего персонала и значительных эксплуатационных затрат, поэтому разработка унифицированного инструмента, универсальной оснастки и типовых технологий, обеспечит снижение трудовых и материальных издержек.

В качестве примера рассмотрим технологию, связанную с опрессованием монтажных жил в трубчатых элементах. Данная технология широко применяется в строительстве и имеет множество типов механизированного инструмента. Операция опрессования связана с силовым деформированием обрабатываемого материала, что является общим и для ряда строительных технологий. Определение энергоемкости этих технологий является основой для создания универсального инструмента и оснастки.

В нашей стране традиционными способами со-

единения арматуры на монтаже сегодня являются:

- нахлёст (вязка арматурных перепусков);

- ручная дуговая сварка протяженными швами внахлёстку и с накладками;

- ванношовная сварка на стальной скобе-накладке либо в инвентарных формах.

Зарубежные монтажники-армировщики (в результате необходимости активного развивающегося строительства) начали применять для соединения арматуры, наряду с традиционным способом - сваркой, стыкование при помощи винтовых и обжимных муфт, которое показало свою эффективность за счет существенного удешевления работ при увеличении темпа монтажа конструкций. Первыми примененными муфтами стали обжимные и конусные. Однако присущие этим способам стыкования ограничения предопределили их дальнейшее технологическое совершенствование, итогом которого являются комбинированные муфты и муфты с параллельной резьбой.

В развитых промышленных странах в последние годы общепринятыми способами стыкования несущей арматуры являются различные виды соединений с помощью специальных муфт [1]. Технологии, исполь-

1Абрамов Андрей Дмитриевич, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологии транспортного машиностроения и эксплуатации машин, тел.: 89139123674, e-mail: abramov@stu.ru

Abramov Andrey, Doctor of technical sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Transport Engineering Technology and Machine Operation, tel.: 89139123674, e-mail: abramov@stu.ru

2Кошлань Инна Анатольевна, аспирант кафедры технологии транспортного машиностроения и эксплуатации машин, тел.: 89133970239, e-mail: Ineska8@mail.ru

Koshlan Inna, Postgraduate of the Department of Transport Engineering Technology and Machine Operation, tel.: 89133970239, e-mail: Ineska8@mail.ru

зуемые при этом, определяют названия подобных соединений: винтовые, болтовые, обжимные, резьбовые с параллельной резьбой, резьбовые с конусной резьбой, комбинированные (обжимные с резьбовой вставкой). Используют еще ряд способов механического соединения арматуры (фрикционно-зажимные муфты, муфты с раствором, обжимные с клиньями), которые не столь технологичны.

Обжимные соединения арматуры получают многократным последовательным либо однократным обжатием арматуры в отрезке стальной трубы переносным гидравлическим прессом. Также подобное соединение возможно в результате деформирования муфты посредством ее протяжки.

Таким образом, основной задачей для распространения муфтового соединения арматуры становится возможность использования гладких трубчатых наконечников для непосредственного обжатия их на арматуру при ее соединении. Поставленная задача может быть решена только при наличии малогабаритного ручного инструмента, способного эффективно выполнять технологическую операцию обжатия [2].

Наиболее эффективный способ деформирования материалов - использование энергии единичного удара, а принимая во внимание, что наиболее доступной на строительной площадке является электросеть, то целесообразнее применять ударные электрические инструменты, среди которых наибольший интерес вызывают электромагнитные машины (молотки), обладающие минимальной массой и габаритами [3].

При проектировании ручного электрического ударного инструмента важнейшей задачей является выбор или расчет энергии единичного удара, позволяющий получить требуемую эффективность технологической операции. Это обстоятельство вызывает необходимость максимально возможного увеличения энергии единичного удара. отнесенного к массе электромагнитной машины.

Задачи динамического деформирования могут решаться с использованием моделей, отображающих поведение материалов при упругопластических деформациях. Но при решении ряда технических задач зачастую не представляется возможным построение действительных а-е диаграмм. В этом случае в расчетах могут быть использованы силовые нагрузочные Р-х характеристики, устанавливающие связь между приложенной нагрузкой F и абсолютной величиной деформации х. Для расчетов удобно использовать жестко-пластичную модель деформирования твердого тела. Но для определения этих характеристик необходимо провести экспериментальные исследования.

Последовательность проведения экспериментальных исследований состояла из двух этапов. На первом этапе выполнялось обжатие строительной арматуры в трубчатых наконечниках для определения силовых характеристик сопротивления деформации образца с определенными физико-механическими свойствами (рис. 1). Второй этап исследования - это разрыв арматурных стержней для получения значения усилия, при котором начинается их движение (рис. 2).

После проведения экспериментальных исследований были получены результаты. На их основании построены диаграммы зависимости величины осадки заготовки от усилия сдавливания. По данным результатам эксперимента построена итоговая нагрузочная статическая характеристика.

Для эксперимента были использованы три типа соединения строительной арматуры диаметром 14 мм по ГОСТ 10922-90:

- сварное;

- вязка арматурных стержней;

- обжимное в стальных муфтах, в качестве которых применялись водогазопроводные трубы по ГОСТ 3262-75 с внутренним диаметром 15 мм.

Величии а осадки заготовки X, мм Рис. 1. Диаграмма нагружения заготовки «строительная арматура - стальная муфта»

Соединение Соединение Муфтовое сваркой вязкой соединение

Рис. 2. Гистограмма результатов экспериментов на разрыв соединения

По результатам исследований можно сделать однозначный вывод - наиболее надежным способом соединения строительной арматуры в стальных муфтах является сварка. Однако использование технологии обжатия арматурных стержней в трубчатых наконечниках позволит сократить расходы и минимизировать ручной труд.

Для изготовления соединения строительной арматуры в соответствии с данным технологическим процессом необходимо создание оборудования, обладающего оптимальными, с точки зрения энергетических затрат, параметрами. А именно, простотой в обслуживании, а также надежностью при эксплуатации. Кроме того, такое оборудование должно наиболее качественно и с высокой степенью быстродействия выполнять операцию обжатия. Важнейшим условием является достижение минимальных массогабаритных характеристик, что обеспечит возможность оперативной переналадки производства. Эта задача может быть решена на основе анализа общих принципов конструирования низкочастотных машин ударного действия, с учетом характерных особенностей, свойственных им как специфическому классу машин.

С ростом энергии единичного удара неизбежно увеличивается амплитудное значение тока в импульсе. Поскольку действующий ток не может превышать установленного для конкретной питающей сети допустимого значения, то частота следований импульсов должна быть снижена из энергетических соображений. Сами по себе границы частот носят условный характер, а для их оценки, позволяющей отнести машину к низкочастотной, могут быть выбраны различные критерии.

Динамический цикл машины в целом включает в себя разгон бойка, соударение и движение его вместе с инструментом, возврат в исходное положение, отскок амортизатора и успокоение. Длительность динамического цикла и определяет максимально допустимую частоту ударов 8-10 Гц. Технологический крите-

рий низкочастотного режима (1-3 Гц) выбирается из соображений необходимости визуального контроля за величиной осадки или степенью разрушения обрабатываемого материала [4].

Вопрос о выборе энергии единичного удара машины для конкретной технологии решается однозначно. При создании многофункциональных машин ударная мощность, определяемая произведением энергии удара на частоту, выбирается по наиболее энергоемкой технологической операции. Поэтому схема управления должна обеспечивать широкое регулирование ударной мощности путем изменения частоты или величины действующего значения тока в импульсе.

Однофазные ручные низкочастотные машины ударного действия с электромагнитным приводом, питаемые от сети промышленной частоты, имеют ограничения по энергии единичного удара. Предельное ее значение, определяемое условиями эксплуатации сети, не может превышать 50-60 Дж. Дальнейшее повышение энергии может быть достигнуто путем создания двух- или многосторонних машин, работающих на встречных ударах, или двух- и трехфазным включением силовой катушки.

Устройство для соединения арматуры опрессова-нием в стальных гильзах разработано на базе устройства для забивки дюбель-гвоздей в строительные основания [5]. Общий вид комплекта насадок и машины приведен на рис. 3.

В состав универсальной электрической машины входят следующие составные части: собственно машина, соединительный кабель с блоком управления и вилкой, три матрицедержателя, устройство для зане-воливания шлангов высокого давления, комплект матриц и пуансонов для опрессовки многопроволочных жил, проводов и кабелей, комплект матриц и пуансонов для запасовки стальных канатов, комплект матриц и пуансонов для опрессовки стальных втулок на арматуре.

Рис. 3. Ручная универсальная электрическая машина ударного действия с комплектом технологических насадок

Краткая техническая характеристика комплекта приведена в таблице.

Техническая характеристика комплекта

Параметры Значение

Энергия единичного удара, Дж 58

Частота ударов, уд/мин 80

Потребляемая мощность, кВт 0,6

Масса машины, кг 5,6

Количество технологических комплектов 4

Масса технологических комплектов (с кейсом), кг 17

По методу защиты универсальная электрическая машина относится к электрическим машинам 2-го класса по ГОСТ12.2007.0-75 и снабжена двойной изоляцией. При проектировании машины учтены требования безопасности ГОСТ 10084-73, ИУС 1980, № 12 «Машины ручные электрические. Общие технические условия». Дополнительной мерой электробезопасности является зануление корпуса.

Электромагнитная машина работает в низкочастотном режиме при 100-120 ударах в минуту, что обеспечивается электронным блоком управления при

питании ее от сети промышленной частоты 220 В. Это позволяет значительно увеличить энергию единичного удара по сравнению с существующими машинами при одновременном снижении вибрационных воздействий на оператора. Для питания от переносных электростанций ограниченной мощности разработано устройство управления, содержащее блок конденсаторов. Периодичность цикла возвратно-поступательного движения бойка регулируется настройкой электронной схемы блока управления, работающей по принципу релаксационного генератора.

Мировой и российский опыт применения метода соединения арматурных стержней гидравлическим обжимным оборудованием подтверждает возможность сокращения расхода арматуры до 30% по сравнению с соединением внахлёст, также уменьшает время соединения в 20 раз по сравнению с соединением ванной сваркой, кроме того, отсутствует необходимость в высококвалифицированных сварщиках. Приоритетное место в строительстве занимает обеспечение эксплуатационной безопасности объекта. В связи с этим в большинстве стран мира для стыкования строительной арматуры применяют механические соединения, гарантирующие надежность сооружения.

Статья поступила 16.06.2015 г.

1. Абрамов А.Д. Создание ручных форсированных электрических машин ударного действия для строительно-монтажных работ: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Омск, 2013. 32 с.

2. Маслов А.В., Донсков Р.Е. Технология прямого монтажа -решение многих задач // Крепёж, клеи, инструмент и ... 2008. № 4. С.14-20.

3. Каргин В.А. Низкочастотные электромагнитные двигатели // Электромагнитные импульсные системы. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1989. С. 27-33.

Библиографический список

4. Каргин В.А., Абрамов А.Д. Виброударная технология и инструмент для железнодорожного транспорта // Современные технологии строительства, ремонта и эксплуатации путевого хозяйства Западно-Сибирской железной дороги: сб. трудов. Новосибирск, Изд-во СГУПСа, 2001. С. 116-123.

5. Каргин В.А., Абрамов А.Д., Тюнюкова Т.К. Применение электромагнитных машин для соединения строительной арматуры // Строительные и дорожные машины. 2011. № 7. С. 22-24.