книги из ГПНТБ / Иванов, Г. С. Эксплуатационная надежность и совершенствование технологии изготовления железобетонных шпал

агрегатной технологической схемы производства арматурных работ был создан экспериментальный автоматический арматур­

тов, их целесообразными размерами и объемами полостей ци­ линдров. Управление гидродамкратами осуществляется при по­ мощи электрозолотников. Система автоматического управления выполнена на простейших контактных элементах по линейной путевой схеме.

Предусмотрено два режима работы станка: наладочный при Дистанционном управлении исполнительными органами и экс­ плуатационный — автоматический. При отказе системы цикл станка может быть завершен на наладочном режиме.

Конструкция экспериментальной одноместной формы нераз­ борная, выполнена из двух швеллеров, образующих боковые стенки, между которыми вварено днище. Торцы формы окай­ млены металлическими строгаными плитами специального очер­ тания, предназначенными для опирания на них захватов, удер­ живающих натянутую арматуру. Торцовые плиты имеют общий уклон в 6° для облегчения ввода формы между захватами и специальные уступы для предотвращения сдвига захватов по Наклонной плоскости.

После проведения доводочных и наладочных работ экспери­

осуществления автоматического цикла при принятых технологи­ ческих и конструктивных схемах арматурного станка. Тем са­ мым на практике впервые доказана возможность автоматиза­ ции производства арматурных работ при изготовлении типовой струнобетонной шпалы.

Параметры времени были определены в процессе опытов Методом фотографии рабочего процесса при выполнении опера­ ций технологического цикла и на основе замеров составлена фактическая циклограмма работы арматурного станка. Из ци­ клограммы видно, что фактическая продолжительность одного Полного цикла станка оказалась равной 73 сек при совмещении выполнения ряда операций. Наиболее продолжительными явля­ ется операции по заготовке проволочного пакета. Выполнение Других операций цикла производится почти мгновенно. Прове­

121

денные опыты и расчеты показали, что продолжительность од­ ного полного цикла арматурного станка может быть доведена при допустимых конструктивных скоростях рабочих органов до 30—45 сек.

Многие важные вопросы по совершенствованию конструкции отдельных узлов станка — ножей для обрезки арматуры, филь­ еров, подавателя арматуры, тормозных устройств для армату­ ры, системы включения золотников с электроуправлением, сис­ темы фиксирования опрессовочной скобы на промежуточных рабочих позициях, механизма обмера длины формы и т. п. — были решены уже в процессе испытаний и при проведе­ нии доводочных работ. Это позволило обеспечить устойчивую работу станка на автоматическом режиме управления: станок выполнял все без исключения операции технологического цикла строго по заданной программе. Всего в процессе испытаний станка было заармировано более 100 шпал-

Отметим наиболее интересные решения по разработке и со­ вершенствованию отдельных узлов и определению параметров арматурного станка, которые были найдены в процессе выпол­ нения доводочных и наладочных работ.

Ножи1 для обрезки арматуры выполнены желобчатыми со

скошенной режущей дромкой ,'(рис. 45, а). Расположение режу­ щей кромки под углом к вертикали обеспечивает поочередное

перерезание проволок и плавность хода ножа, а желобки на режущей кромке, которые охватывают перерезаемую проволо­ ку, повышают износостойкость ножа. Один из фильеров выпол­ нен отодвижным (рис45, б)для того, чтобы он не препятствовал выдаче формы с захватом из станка. В положении I отодвижной фильер 1 прижат пружиной 2 к неподвижному фильеру 4, ножи 5 отведены, а проволоки 3 пропущены через отверстия в фильерах и закреплены в замыкающем захвате 6. В положении

ное положение, фильер 1 прижат пружиной 2 к фильеру 4, кон­ цы проволок освобождены и не препятствуют проходу захвата.

Устройство для обмера длины формы позволяет заготовить арматурный пакет, длина которого точно соответствует длине очередной формы, поступившей для зарядки в станок. Устрой­ ство предназначено для автоматического внесения в положение замыкающего захвата поправки, равной фактическому допуску' по длине очередной формы. Достигается это путем установки на каретке специального откидного зуба, который при ее обрат­ ном ходе упирается в торец формы и фиксирует ее положение перед опрессовкой арматуры в замыкающем захвате.

122

Гидравлический выравниватель арматуры предназначен Для выравнивания длин проволок в период заготовки арматур­ ного пакета и представляет собой систему установленных на единой раме малогабаритных гидравлических домкратов с поршнями одинакового диаметра и цанговыми захватами. Все Домкраты подключены к одному насосу и развивают равное тяговое усилие в пределах 200—250 кг, достаточное для вырав­ нивания длин проволок перед закрытием замыкающего зах­ вата.

Захваты проходного типа со съемными волнистыми плашка­ ми, применяемые на заводах при изготовлении железобетонных Шпал, не удовлетворяют полностью требованиям производства По причинам быстрого износа плашек и недостаточной надеж­ ности закрепления арматуры. Наблюдаются частые обрывы ар­ матуры при ее натяжении. Коэффициент безобрывности, даже при использовании неизношенных плашек, не превышает 0,72.

40Х и 12 ХНЗА и закалены до HRC 52—54, так как по услови­ ям многократного использования на них не должно оставаться Вмятин от проволок. Профили волн на плашках описаны дуга­ ми разной кривизны, соединенными прямыми линиями.

123

Рис. 46. Плашки для закрепления арматуры в захватах:

а — с симметричным профилем; б — с несимметричным профилем

Обратим внимание на часто допускаемую ошибку, когда стремятся подогнать вплотную плашки друг к другу и не учи­ тывают, что при раздвижке их на толщину проволоки зазоры будут пропорциональны углам наклона прямых линий, сопря­ гающих отдельные дуги. При переменных радиусах эти углы не­ одинаковы, поэтому между сдвинутыми вплотную плашками должны быть предусмотрены зазоры на участках с большими углами наклона.

Кроме того, для предупреждения перекусывания арматуры в местах сопряжения вершин ;и ,впадин (смежных плашек необ­ ходимы зазоры 0,7—1,0 мм, так |как арматурная проволока пе­ риодического профиля изготовляется с определенными допуска­ ми по диаметру.

Установка для испытания плашек (рис. 47) состоит из рамы 1 с. размещенными на ней двумя гидравлическими домкратами-

124

несимметричный

Испытания проведены с высокопрочной одиночной проволо­ кой диаметром ,3,4 |и 5 мм (ГОСТ , 8480—57).; Опыт , проводили так: закладывали проволоку между плашками и обжимали дом­ кратом, фиксируя по манометру усилие обжатия N. Второй ко­ нец проволоки закрепляли в натяжном домкрате и в плоских плашках и доводили проволоку до обрыва, регистрируя усилие, характер и место обрыва проволоки между волнистыми плаш­ ками.

Всего было испытано более 800 образцов проволоки. Резуль­ таты опытов приведены на графике (рис. 48), из которого видно, что кривые Ci=f(N) для испытанных плашек всех профилей имеют явно выраженные максимумы, соответствующие опреде­ ленным усилиям обжатия проволок между плашками (нумера­ ция кривых на графике соответствует номерам испытанных профилей плашек). По условиям производства выгодно приме­ нять плашки, которым соответствует более пологая кривая и наивысшее значение С]>0,87 (см. раздел 3.1). Наилучшими ха­ рактеристиками для закрепления проволок диаметром 3 и 5 мм обладают плашки с несимметричными профилями. Появле­ ние на графиках нисходящей ветви обусловлено тем, что при Дальнейшем увеличении силы обжатия происходит местное смя­ тие проволоки на выходе из захвата, приводящее к концентра­ ции напряжений и обрыву ее в этом месте. Опытами установ­ лено, что наилучшими прочностными показателями обладают Плашки из стали марки 12 ХНЗА, а сталь 40Х оказалась непри­ годной для этой цели, так как дает хрупкие изломы плашек.

Проведенные исследования плашек позволили приступить к созданию новой конструкции захвата. Захват (рис. 49) состоит Из корпуса 1, в который вмонтированы волнистые плашки 2, Крайние плашки соединены со штоками 3, входящими в отвер­ стия корпуса. В вертикальных пазах 4 корпуса 1 находятся Клинья 5, входящие в окна штока и запирающие захват при

125

сжатых плашках. Крайние плашки соединены тягами с плава­ ющими плашками. Тяга 6 грибовидной формы имеет свобод­ ную посадку в плавающей плашке.

Взаимодействие элементов захвата при заготовке прово­ лочного пакета следующее: при воздействии опрессовочной скобы на штоки плашки сближаются и обжимают находящие­ ся между ними проволоки 7. Клинья падают под собственным весом, входят в окна штоков и закрепляют плашки в сжатом положении. Для раскрытия захвата выпрессовывают клинья и отводят штоки в исходное положение. Плавность спуска натя­ жения арматуры обеспечивается малым углом (около 6°) заост­ рения самотормозящегося клина. Два захвата такой конструк­ ции были испытаны на экспериментальном арматурном станке при изготовлении шпал.

Механические испытания конструкции захвата прошли ус­ пешно и подтвердили возможность осуществления полной авто­ матизации арматурных работ — зарядки захвата, закрытия его замков, натяжения арматуры и т. д.

При групповом закреплении арматуры коэффициент безоб-

рывности С? также зависит от усилия опрессовки проволок между плашками и от равномерности напряжений отдельных проволок, характеризуемых коэффициентом (3. В наших опы­

126

ления арматуры в захвате необходимо добиваться также боль­ шей равномерности напряжений в проволоках пакета.

Проверка надежности одновременного закрепления двадца­ ти проволок диаметром 5 мм в захвате между плашками с сим­ метричным профилем произведена в статическом состоянии и при вибрации. Замеры напряжений прибором ДП-6 в отдель­ ных проволоках пакета тотчас после его установки в форму и после суточной выдержки показали, что средняя величина сни­ жения напряжения через 24 ч не превышала 2,4%. Эти потери напряжений могут быть отнесены за счет релаксации.

В следующем опыте форма с натянутой арматурой была подвергнута интенсивной вибрации в течение 60 сек на электро­ магнитной виброплощадке типа В-38Б. В результате замеров напряжений в арматуре до и после вибрации установлено, что средняя величина снижения напряжений в арматуре после виб­ рации оказалась не выше, чем в предыдущем случае. Таким

но сохраняет во времени под статической и вибрационно-удар­ ными нагрузками заданное в арматуре напряжение.

Система автоматического контроля величины натяжения ар­ матуры должна обеспечивать точное задание усилия арматур­ ным пакетам.

Исследованы системы контроля, основанные на использова­ нии следующих принципов замера усилий натяжения армату­ ры: по давлению в рабочей полости гидродомкрата, по удлине­ нию натягиваемой арматуры, по деформации штока натяжно­ го гидродомкрата или по встроенной между ним и арматурным пакетом силовой динамометрической скобе.

Все варианты систем снабжены обратной связью и основа­ ны на принципе отсечки подачи жидкости в гидравлический домкрат при достижении требуемой величины усилия натяже­ ния арматурного пакета или при достижении заранее установ­ ленной величины его удлинения. Например, при контроле по удлинению арматурного пакета захват воздействует на конечный

выключатель, срабатывает промежуточное реле и включает элект­ розолотник, прекращающий подачу жидкости в натяжной гид-

родомкрат. При ослаблении натяжения арматуры захват от­ ходит от конечного выключателя, система вновь срабатывает и жидкость подкачивается в гидродомкрат.

Очевидно, что при принятой в станке схеме фиксирования пакета наиболее целесообразной системой является контроль по удлинениюЭто связано с тем, что длина натянутого арма­ турного пакета должна соответствовать длине формы. При дру­ гих системах контроля, когда в пакетесоздается требуемое усилие натяжения, длины натянутых пакетов могут быть не­ одинаковы из-за неоднородности упруго-пластических свойств

127

проволочной арматуры. В соответствии с кривыми распределе­ ния, показанными на рис. 31, [коэффициент точности натяжения арматурного пакета

данным.

Результаты опытов по сравнению указанных систем автома­ тического контроля натяжения арматуры приведены на графи­ ке (рис. 50). Обращают внимание значительные величины 5ТН,

Рис. 50. Точность автоматического контроля натяжения арматуры:

■ — уставка по конечному выключателю; О — по шкале образцового манометра;

А — по индикатору динамометрической скобы; Д — по реохорду электронного моста.

128

вычисленные по показаниям манометра. Эти данные свидетель­ ствуют о том, что при использовании манометра даже в каче­ стве регистрирующего пассивного прибора возможны значи­ тельные расхождения между фактическим усилием в пакете и фиксируемыми по давлению в гидравлическом домкрате.

Показания электронного моста несколько ниже показаний динамометрической скобы, что связано с инерционностью его срабатывания, в то время как динамометрическая скоба явля­ ется фактически безынерционным прибором. Заметим, что и показания основного контрольного прибора — динамометричес­ кой скобы — дают завышенные над уставкой величины усилий в пакете. Это превышение вызвано инерционностью срабатыва­ ния элементов системы — релейной группы, конечного выключа­ теля и электромагнитного золотника.

Анализируя результаты эксперимента, видим, что с ростом величины уставки величина 5 ТН уменьшается. Это явление мо­ жет быть объяснено наличием гидравлического удара в систе­ ме, питающей натяжной гидравлический домкрат. С увеличе­ нием продолжительности процесса натяжения арматуры влия­ ние гидравлического удара на точность срабатывания системы несколько сглаживается. Полученные результаты свидетельст­ вуют о том, что контроль по удлинению арматуры более точен (коэффициент вариации для системы v —1,6%), чем по давле­ нию в гидравлическом домкрате ( v=2,8% ). При рабочем ре­ жиме арматурного станка jVyCT£t:40rc; STH= 1,01, что удовлетво­ ряет требованиям точности натяжения арматурного пакета.

В итоге рассмотрим, в каких пределах могут находиться па­ раметры точности и стабильности процесса армирования шпал при принятой схеме станка и как при этом могут быть выпол­ нены технические требования, сформулированные ранее. Ос­ новными технологическими параметрами процесса армирования являются точность расположения арматуры в поперечном сече­ нии шпалы, точность задания и сохранности в ней предвари­ тельного напряжения и предупреждение обрывов проволок-

Точность размещения проволок между плашками проходных захватов определяется положением проволок в пазах подава­ теля и между плашками захватов до их закрытия. Смещение проволок по горизонтали возможно лишь при неточности изго­ товления плашек и сборки захватов. Плашки, как показал опыт, могут быть изготовлены с точностью по толщине ±0,5 мм. Посадка их в корпус захвата может быть выполнена с такой же точностью. Следовательно, отклонение крайних ря­ дов проволок от центра захватов может составить ±1,5—2мм.

жения по вертикали может достигать ± 4 мм. Если учесть из­ нос захватов и торцовых плит форм, то отклонение может дос­

форм. Напомним, что на действующих шпальных заводах с по­ точно-агрегатной схемой производства фактические максималь­ ные отклонения арматуры от проектного положения достига­ ют ±25 мм.

Вероятность частых обрывов напрягаемых проволок исклю­ чается ввиду применения новой конструкции захвата, который не только позволяет автоматизировать процесс арматурных ра­ бот, но и обладает высоким значением коэффициента безобрывности.

Разработанная и экспериментально проверенная система ав­ томатического контроля величины натяжения арматуры обеспе­ чивает без участия рабочего точное и стабильное поддержание заданного усилия в арматурном пакете, а принятая схема его фиксирования в форме гарантирует, что в пакете после обжа­ тия формы и выбора посадочных зазоров всегда сохранится на­ пряжение не ниже требуемого проектного (см. рис. 31).

Рассмотрим далее, в какой степени могут быть выполнены остальные технические требования к технологии арматурных работ. Эти требования исходили прежде всего из условий обя­ зательного повышения качества изготовляемых шпал, а также из условий повышения производительности труда. Предлагае­ мый арматурный станок полностью обеспечивает, как показали опыты, комплексную механизацию и на базе ее — комплексную автоматизацию процесса армирования железобетонных шпал.

Требования по устранению большей неравномерности на­ пряжений в отдельных проволоках пакета оказалось возмож­ ным выполнить путем предварительного выравнивания их длинОпытами доказано, что при повышении качества поставляемой высокопрочной проволоки можно добиться, чтобы неравномер­ ность напряжений в ней не превышала ± 5 % . С этой целью в конструкции арматурного станка должно быть предусмотрено выравнивающее устройство.

При автоматизации гарантируется полная безопасность ра­ бот для обслуживающего персонала, который всегда находится вне рабочей зоны действующего станка. Обрыв проволоки не вызывает длительной остановки станка. Оператору достаточно довести цикл на наладочном режиме и выдать дефектный пакет вместе с формой из арматурного станка.

При автоматизации должна значительно возрасти произво­ дительность труда. Расчеты показывают, что если при армиро­ вании четырехместной формы установить продолжительность цикла станка 120 сек, то при двухсменной работе можно заар-

130