УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
DEVICE TO FORM CONCRETE ARTICLES

Изобретение относится к вибрационным устройствам для уплотнения изделий из бетона и может быть использовано в строительстве, например при возведении малоэтажных зданий из мелкоразмерного строительного камня, изготавливаемого, в частности, непосредственно на строительной площадке.
Известно устройство для уплотнения строительных материалов из жестких смесей, например бетонных (SU 278499, В28В 1/08, 1972). Оно представляет собой резонансную виброплощадку, содержащую соединенный посредством упругих связей с уравновешивающей рамой рабочий орган в виде формовочного стола с захватами, удерживающими форму. Рама установлена на амортизаторах, оснащена буферными элементами и кривошипно-шатунным возбудителем колебаний, который связан с рабочим органом своим шатуном через упругий элемент, выполненный в виде двух пар соосных конических и цилиндрических втулок. Недостатком известного устройства является его неустойчивая работа по уплотнению бетонной смеси и невозможность настройки параметров требуемого режима работы.
Известна виброплощадка для формования изделий из бетонных смесей (SU 531739, В28В 1/08, 1976). Она является усовершенствованием вышеуказанной виброплощадки и дополнительно снабжена шарнирно закрепленным на одном из торцов рабочего органа (формовочного стола) ползуном с направляющей, выполненной поворотной относительно поперечной горизонтальной оси и смонтированной на основании, что интенсифицирует уплотнение бетонной смеси за счет воздействия маятниковыми колебаниями. Недостатком такого устройства является сложность конструкции.
Известно устройство для бетонного формования и способ такого формования (JP 2000141327, В28В 1/08, 2000). Способ включает низкочастотное силовое воздействие на установленный на упругих элементах формовочный стол с формой, заполненной бетонной смесью, обеспечивая столу близкое к горизонтальному возвратно-поступательное движение с частотой 1,5-4,0 Гц и амплитудой 5-20 мм. Реализующее этот способ устройство содержит установленный на четырех способных отклоняться в вертикальных плоскостях упругих стойках формовочный стол, возбудитель колебаний, имеющий размещенный в зоне загрузки привод и выполненный в виде кривошипно-шатунной пары, кинематически связанной с формовочным столом, образуя с ним кривошипно-балансирный механизм, и в виде емкости с дном форму, съемно связанную с формовочным столом. Такое техническое решение уменьшает утечку цементного раствора и опасность от вибрации и шума при хорошем качестве формования. Его недостаток состоит в наличии вертикальной составляющей колебаний, что приводит к расслоению бетонной смеси по плотности компонентов.
Задача патентуемого изобретения состояла в создании такого устройства для формования бетонных изделий, которое при сохранении вибрационной безопасности позволило повысить качество изделия по равномерности распределения компонентов бетонной смеси за счет исключения вертикальной силовой составляющей колебаний и удобство в эксплуатации при использовании непосредственно в зоне строительства домов малой этажности.
Для решения поставленной задачи с получением указанного технического результата патентуемое устройство для формования бетонных изделий, например мелкоразмерного камня, включает формовочный стол с опорами, возбудитель колебаний, имеющий размещенный на площадке в зоне загрузки привод и кривошипно-шатунную пару, кинематически связанную с формовочным столом, упругий элемент и размещенную на формовочном столе и съемно связанную с ним форму. Отличительная особенность устройства состоит в том, что форма выполнена со съемным в виде поддона дном и снабжена, по крайней мере, двумя прижимами, формовочный стол имеет, по крайней мере, три опоры, которые оснащены колесами, два из которых установлены соосно, а упругий элемент выполнен в виде цилиндрической пружины сжатия и встроен в шатун возбудителя колебаний, обеспечивающего вибрацию формовочного стола с частотой в диапазоне 1,0-2,5 Гц и амплитудой в диапазоне 0,020-0,070 м, причем шатун выполнен из двух подвижных в осевом направлении частей, кинематически замкнутых через этот упругий элемент, стыковые концы шатуна имеют винтовые канавки, входящие в зацепление с концевыми участками пружины сжатия, а присоединительная часть шатуна возбудителя колебаний разъемно связана с формовочным столом со стороны опор с соосными колесами.
Для возможности независимости передачи усилия или регулирования шатун устройства выполнен трубчатым, в пристыковых полостях которого размещена направляющая втулка, жестко связанная с одним из концов шатуна, и дополнительно снабжен пружиной растяжения, размещенной в направляющей втулке и закрепленной своими концами в стыковых концах шатуна с возможностью регулирования натяжения.
Для возможности настройки режимов работы устройства с необходимыми характеристиками кривошип его возбудителя колебаний снабжен противовесом и выполнен в виде диска с радиальным пазом, в котором размещен шарнирно связанный с шатуном ползун с возможностью фиксации при заданном эксцентриситете.
Для возможности и удобства транспортирования изделия в зону разгрузки при сохранении возможности формования изделия опора с несоосным колесом формовочного стола устройства выполнена поворотной с возможностью фиксации в положении параллельности осей колес и снабжена рукоятью, взаимодействующей с кронштейном формовочного стола только в нижнем (нетранспортном) положении.
Для сохранения постоянства состава бетонного раствора путем исключения вытекания воды из него без предъявления жестких требований по точности изготовления контактирующих поверхностей и повышения качества поверхности изделия устройство снабжено расположенным между формой и поддоном разделителем из легко деформируемого и неадгезионного к вяжущему компоненту бетона материала (листового полиэтилена толщиной 0,003-0,008 м или листовой резины такой же толщины, или в сочетании с дополнительной полиэтиленовой пленкой в случае прикрепления основного разделителя к поддону) и прижимом в виде двух взаимодействующих с ручками формы резьбовых стержней, ввинченных в поддон, связанного откидными болтами с гайками с опорной плитой формовочного стола.
Для исключения возможного поперечного смещения формовочного стола во время его вибрации устройство снабжено расположенными на площадке в зоне загрузки направляющими для колес.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 устройство для формования бетонных изделий, например мелкоразмерного строительного камня, вид спереди с частичным разрезом (в положении перед подачей бетона);
на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - то же, ступенчатый разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.4-6 - то же, модификации его упругого элемента, продольный разрез;
на фиг.7 - то же, часть поперечного разреза модификации поддона;
на фиг.8-15 - то же, различные фазы его работы;
на фиг.16 - то же, график усредненной зависимости необходимой амплитуды колебаний формовочного стола от ее частоты при вибрационном воздействии на бетонную смесь в форме.
Устройство для формования бетонных изделий (фиг.1 и 2) включает формовочный стол 1, возбудитель колебаний 2 с приводом 3, упругий элемент 4 и форму 5.
Формовочный стол 1 выполнен в виде плиты 6, имеющей рабочую плоскую поверхность 7 и, по крайней мере, три опоры 8, 9 и 10, оснащенные одинаковыми колесами 11, 12 и 13 соответственно, причем оси 14 и 15 колес 11 и 12 установлены соосно, их опоры 8 и 9 жестко связаны с плитой 6, а опора 10, несущая ось 16 колеса 13, выполнена поворотной, ее ось поворота 17 перпендикулярна рабочей поверхности 7 плиты 6 и размещена в подшипнике 18 последней.
Формовочный стол 1 снабжен рукоятью 19 в виде стержня 20, имеющего на одном конце рукоятку 21, а на другом - вилку 22, концы 23 которой связаны с осью 16 колеса 13 поворотной опоры 10, образуя шарнир 24. Для удержания рукояти 19 в нижнем положении (в процессе уплотнения) с обеспечением ориентации оси 16 колеса 13 параллельно соосным осям 14 и 15 колес 11 и 12 на плите 6 формовочного стола 1 впереди подшипника 18 закреплен кронштейн 25, выполненный в виде пластины с крючкообразным концом 26 с возможностью взаимодействия с основанием 27 вилки 22, т.е. зацепления в нижнем положении и выхода из зацепления в приподнятом (транспортном) положении рукояти 19.
Возбудитель колебаний 2 (фиг.1) имеет кривошипно-шатунную пару, шатун 28 которой связан с помощью быстроразъемного шарнира 29 с плитой 6 формовочного стола 1, а кривошип 30 выполнен в виде диска с радиальным пазом 31, в котором размещен связанный с шатуном 28 шарниром 32 ползун 33 с возможностью фиксации при заданном эксцентриситете (для настройки размера амплитуды колебаний). Для этого кривошип 30 снабжен винтом 30а, размещенным вдоль радиального паза 31. Винт 30а имеет кольцевой паз 30б (фиг.3), через который проходят два симметрично расположенных ввинченных в кривошип 30 винта 30в, образует винтовое соединение 33а с ползуном 33 и снабжен контргайкой (на чертеже не показано).
Шатун 28 выполнен из двух подвижных в продольном направлении частей 28а и 28б (фиг.1), кинематически замкнутых через упругий элемент 4.
Упругий элемент 4 может быть выполнен в виде цилиндрической пружины сжатия 34 (фиг.4), а стыковые концы частей 28а и 28б шатуна 28 имеют винтовые канавки 35, входящие в зацепление с концевыми частями 34а и 34б пружины сжатия 34. Шатун 28 может быть выполнен трубчатым с полостью 36. В пристыковых полостях 36а и 36б шатуна 28 (фиг.5) может быть размещена направляющая втулка 37, жестко связанная, например, с помощью винта 38, с одной из концевых частей, например 28а шатуна 28, что исключает поперечную направленность колебаний при недостаточной жесткости пружины сжатия 34.
Возможна модификация выполнения упругого элемента 4, которая дополнительно еще снабжена пружиной растяжения 39 (фиг.6), размещенной в направляющей втулке 37. Пружина 39 связана своими присоединительными концами 39а и 39б соответственно с пальцем 40 в направляющей втулке 37 и присоединительным размещенным в части 28б шатуна 28 винтовым элементом 29а быстроразъемного шарнира 29 с возможностью регулирования натяжения, например, с помощью винта 38 и нескольких отверстий 41, выполненных в направляющей втулке 37 (дискретная настройка), и с помощью винтовой пары - винтового элемента 29а и гайки 42 (плавная настройка). Винтовой элемент 29а на внутреннем торцевом выступе 43 имеет отверстие 44 для прохода конца 39б пружины 39, а на наружном торцевом выступе 45 - отверстие 46 под замковый подпружиненный палец 47 быстроразъемного шарнира 29. В пределах своей наружной резьбы 48 винтовой элемент 29а имеет продольный паз 49, в который входит конец винта 50, зафиксированного в части 28б шатуна 28, чем при вращении гайки 42 предотвращается вращательное движение винтового элемента 29а и сохраняется поступательное. Гайка 42 выполнена с наружным кольцевым пазом 51 на входящей в полость 36 шатуна 28 своей части 42а. Осевое смещение гайки 42 при ее вращении предотвращается наличием в ее кольцевом пазу 51 конца винта 52, зафиксированного в части 28б шатуна 28.
Кривошип 30 возбудителя колебаний 2 закреплен на валу 53 привода 3 (фиг.1), например электрического редукторного, и может быть снабжен противовесом 54 необходимой массы и эксцентриситета установки.
Форма 5 (фиг.1 и 2) выполнена съемной в виде прямоугольного сечения открытой с торцов емкости 55, снабженной съемным поддоном 56 и двумя прижимами 57.
Поддон 56 выполнен в виде имеющей верхнюю рабочую поверхность 58 жесткой прямоугольной пластины с размерами, превышающими поперечные размеры емкости 55. Между нижним торцом 59 формы 5 и верхней поверхностью 58 поддона 56 расположен разделитель 60, выполненный из легко деформируемого и неадгезионного к вяжущему компоненту бетона материала, например из листового полиэтилена толщиной 0,003-0,008 м или из листовой резины такой же толщины. Листовой разделитель 60 может быть закреплен на верхней поверхности 58 поддона 56 с помощью винтов 61 (фиг.7) или клея (на чертеже не показано); в этом случае возможно использование дополнительного пленочного полиэтиленового разделителя 60а, накладываемого на основной разделитель 60, и последний служит податливой подкладкой, что исключает возможность просачивания воды из заполненной бетоном формы за счет гарантированного контакта торца 59 формы с разделителем 60а при формовании смеси. Наличие дополнительного пленочного разделителя 60а облегчает операцию снятия с поддона 56 готового изделия.
Каждый из двух прижимов 57 (фиг.1 и 2) выполнен в виде стержня 62, имеющего на одном (нижнем) конце резьбу 63, ввинченного в резьбовое отверстие 64 утолщения 65 поддона 56, а на другом - рукоятку 66. Стержень 62 проходит через проем 67 скобообразной ручки 68 формы 5. В средней части стержня 62 выполнены два упора 69 и 70, между которыми размещена пластина 71, имеющая ребро жесткости 72 и отверстие 73, через которое проходит стержень 62. Пластина 71 опирается на скобообразную ручку 68 формы 5 при прижатии последней к поддону 56 через разделитель 60, а при удалении прижима 57 остается на его стержне 62, удерживаемая упорами 69 и 70.
Поддон 56 крепится к плите 6 формовочного стола 1 с помощью двух пар снабженных гайками 74 откидных болтов 75, соединенных шарнирами 76 с кронштейнами 77 плиты 6 и входящими в открытые с торцов пазы 78 последней (фиг.1 и 2).
Для установления режимных параметров вибрационного воздействия (амплитуды А, частоты f и времени t) на уплотнение бетонной смеси были проведены опыты на экспериментальном образце, представляющем одну из возможных модификаций предлагаемого устройства с регулируемым по частоте приводом возбудителя колебаний при следующих исходных данных:
1) использовались две стальные формы, обеспечивших получение двух серий стандартных по габаритам камней (длиной, шириной, высотой)
390×190×188 мм и 288×138×138 мм соответственно;
2) приготовлялась бетонная смесь состава:
керамзитовый гравий (К) с максимальным размером зерен 40 мм;
песок (П) мелкозернистый речной;
портландцемент (Ц) марки 400;
вода водопроводная
при соотношении компонентов в объемных долях
К:П:Ц=6,5:3,5: 1.
Вода при этом составляла примерно 3 объемных доли, чтобы получить консистенцию бетонной смеси, соответствующей началу зоны жестких смесей, граничащей с зоной пластичных смесей, подвижность которых оценивалась по осадке конуса. Переход от пластичной смеси к жесткой смеси характеризовался изменением размера осадки конуса от 1 см к нулевому. Для применяемых в эксперименте бетонных смесей с помощью заявляемого устройства (его модификации с регулируемой по частоте вращения приводом) оценивалась их условная жесткость, определяемая временем вибрации (в секундах), необходимым для формования бетонной смеси в форме. Фактическая условная жесткость использованных бетонных смесей изменялась от 5 до 15 секунд.
Данные эксперимента, приведенные на графике (фиг.16), выражают усредненную взаимосвязь оптимальных сочетаний амплитуд А (в мм) вибрационного воздействия на бетонную смесь и частот воздействия f (в Гц) в диапазонах А=20-70 мм =0,020-0,070 м, f=1,0-2,5 Гц при достижении окончания формирования легких бетонов за время в диапазоне 5-15 с для бетонных с смесей с условной жесткостью порядка 10 с.
Приведенный график дает возможность упростить опытную настройку режимов работы возбудителя колебаний в каждом конкретном случае в зависимости, например от размеров формы и состава бетонной смеси.
Работа патентуемого устройства может быть представлена с помощью модификации, включающей трехколесный формовочный стол, упругий элемент в виде комбинации двух пружин (сжатия и растяжения) и листовой полиэтиленовый разделитель.
В зоне загрузки на площадке с жестким основанием 79 (фиг.1) стационарно устанавливают привод 3 с кривошипно-шатунной парой 2 и соединяют последнюю с помощью быстроразъемного шарнира 29 с формовочным столом 1, колеса 11, 12 и 13 которого опираются непосредственно на основание 79 или взаимодействуют с закрепленными на нем направляющими 79а, 79б и 79в соответственно, которые выполнены в виде, например, швеллеров, планок или уголков. Укладывают на плиту 6 формовочного стола 1 поддон 56 с разделителем 60, устанавливают на последний форму 5 с последующим закреплением ее с помощью прижимов 57, а поддона 56 - к плите 6 с помощью откидных болтов 74 и гаек 75. После чего настраивают необходимый режим работы - частотный для привода 3 и амплитудный для возбудителя колебаний 2 (перемещением ползуна 33 с помощью вращения винта 33а на необходимый размер эксцентриситета и корректировкой необходимой начальной деформации упругого элемента путем вращения гайки 29а). Настройка необходимого режима работы производится один раз для изготовления конкретного вида бетонного изделия (строительного камня по его габаритам и составу компонентов исходного материала). Затем подают в форму 5 дозированную заранее подготовленную в бетономешалке порцию 80 бетонной смеси 81 (фиг.8) и после разравнивания верхнего слоя включают на заданное время привод 3, подвергая бетонную смесь 81 вибрационному воздействию (фиг.9). Выключают привод 3, отсоединяют кривошипно-шатунную пару 2 с помощью быстроразъемного шарнира 29 от формовочного стола 1 (фиг.10), путем поворота выводят рукоять 19 из зацепления с кронштейном 25, т.е. основания 27 вилки 22 с крючкообразным концом 26 кронштейна 25 (фиг.1), и транспортируют форму 5 с отформованной бетонной смесью 81а, перемещая формовочный стол 1 в зону отверждения изделия. В зоне отверждения изделия (фиг.11) освобождают поддон 56 формы 5 от связи ее с плитой 6, снимают форму 5 вместе с разделителем 60 и поддоном 56 и ставят ее на горизонтальную поверхность 82. На плиту 6 формовочного стола 1 устанавливают новый поддон 56а, закрепляя его с помощью откидных болтов 74 и гаек 75 и накладывают на него новый разделитель 60б (фиг.12). Затем удаляют прижимы 57, снимают форму 5 с сырого изделия 83 (фиг.13), устанавливают форму 5 на разделитель 60б, фиксируя ее на новом поддоне 56а прижимами 57 (фиг.14), и доставляют формовочный стол 1 в зону загрузки бетона (фиг.1). Далее технологический цикл по формованию следующего бетонного изделия повторяют. После достижения каждым ранее сформованным изделием 83а необходимой прочности его снимают с поддона 56 вместе с разделителем 60, а затем разделитель 60 отделяют от изделия 83а путем постепенного отрыва (фиг.15).
Использование предлагаемого изобретения расширяет номенклатуру средств по формованию бетонных изделий особенно в виде мелкоразмерного строительного камня с возможностью их производства непосредственно на строительных площадках малоэтажных зданий.