Технологическая линия и оборудование для производства неметаллической композитной полимерной стеклопластиковой арматуры

Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры, которая может быть использована для армирования бетонных конструкций и смешанного армирования железобетонных конструкций. Линия включает: шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, узел сушки ровингов в виде наклонной платформы с нагревательными элементами-тэнами, укрепленными относительно друг друга зигзагообразно, пропиточную ванну с прямоугольным днищем и нагревательным элементом по всей поверхности днища, натяжное устройство в виде двух валов разного диаметра и отжимное устройством в виде прижимных валов из эластичного упругого материала, узел разделения ровингов в виде рамы с пластинами и направляющей, при этом каждая пластина имеет отполированный край и отполированные края соседних пластин противоположны друг другу, а пластины относительно друг друга установлены на раме с возможностью волнообразного движения ровинга, формовочный узел, включающий коаксиально установленные полые неподвижный вал и подвижный вал, первый из которых имеет концевое расширение, а второй - упорные подшипники, ременный привод, и устройство спиральной намотки с диском, бобинами и направляющими элементами спиральной скрутки ровинга. Кроме того, линия включает полимеризационную камеру с нагревательным элементом, узел охлаждения, тянущее устройство в виде верхнего и нижнего полотна из полиуретанового материала, имеющего ребристую поверхность, блок для сматывания жгута арматуры и его резки. Заявленная полезная модель позволяет повысить надежность работы линии, упростить техническое ее обслуживание и получить стабильные значения физико-механических показателей, соответствующие нормативным требованиям, 1 нез. п. ф-ы, 3 зав. п-а, фиг 1-6.

Изобретение относится к технологическим линиям для изготовления неметаллической композитной арматуры, которая может быть использована в промышленно-гражданском строительстве, например, для изготовления бетонных конструкциях зданий и сооружений различного назначения, в дорожном строительстве, например, для изготовления и укрепления откосов насыпей, берегов водоемов, а также может быть использована для изготовления осветительных опор и опор линий электропередач.

Известна технологическая линия для изготовления композитной арматуры, включающая последовательно шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, камеру отжига, пропиточную ванну с натяжным устройством, отжимное устройство, формовочный узел, устройство спиральной намотки, полимеризационные камеры, тянущее устройство, узлы резки и сматывания, при этом формовочный узел выполнен в виде матрицы с продольными каналами, установленной непосредственно перед зоной спиральной намотки, причем расстояние от точки намотки обмоточным жгутом композитной арматуры до матрицы равно (1-10) d, где d - диаметр арматуры, отжимное устройство выполнено из эластичного упругого материала и установлено перед матрицей, а выравнивающее устройство выполнено в виде гребенки, у которой количество пазов не менее чем количество каналов в матрице (РФ патент 2287646 оп. 20.11.2006 г.)

Недостатком технологической линии является то, что у нее невысокая производительность, а также ограниченный ассортимент изготовляемой арматуры, и, как показала практика, при повышении скорости формованиясвыше 65 м/ч, сформованный стержень в процессе обмотки «скручивается», что приводит к ухудшению потребительских свойств изготавливаемой арматуры.

Известны технологические линии для изготовления неметаллической (композитной) арматуры, включающие шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, камеру отжига, пропиточную ванну с натяжным устройством, отжимное устройство, формовочный узел, устройство спиральной намотки, полимеризационные камеры, тянущее устройство, узлы резки и сматывания, в одной из которых формовочный узел выполнен из 2-х частей, первая из которых представляет собой матрицу со щелевым каналом, толщина которого меньше диаметра арматуры и равна (0,7-0,1)d, где d - диаметр арматуры, и технологическая линия снабжена двумя устройствами спиральной намотки, размещенными последовательно, а также устройствами для предотвращения скрутки волокон и распределения полимерного связующего по длине арматуры (РФ патент на ПМ 76659 от 27.09.2008 г.), а в другой - каждое устройство спиральной намотки включает не менее двух катушек обмоточного жгута, а также обмоточную втулку, на цилиндрической поверхности которой выполнены продольные Т-образные пазы различной длины, причем количество пазов соответствует количеству катушек намоточного жгута (РФ патент на ПМ 82247 от 20.04.2009 г.)

Недостатками указанных технологических линий, основанных на безфильерной технологии изготовления композитной арматуры (метод «плейнтрузия»), являются малая производительность оборудования и низкие прочностные свойства изготавливаемой композитной арматуры, особенно больших диаметров.

Наиболее близким техническим решением является известная технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры, включающая последовательно установленные шпулярник с бобинами ровингов, выравнивающее устройство, камеру отжига, пропиточную ванну с днищем полуцилиндрической формы, формовочный узел, устройство спиральной намотки, полимеризационную камеру с отражателем и нагревательным элементом, узел водяного охлаждения, тянущее устройство, блок сматывания жгута арматуры и его резки, при этом пропиточная ванна снабжена валом и регулируемым отжимным устройством, содержащим полиуретановую ленту, выполненную с возможностью контакта с валом на уровне ниже верхней точки вала со стороны подачи ровингов, натяжное устройство состоит из двух установленных по разные стороны от вала натяжных роликов, один из которых выполнен регулируемым по высоте, а тянущее устройство представляет собой систему четырех валов, установленных попарно по условной оси, перпендикулярной протягиваемой неметаллической арматуре, без зазора относительно друг друга, причем одни валы являются приводными, а другие подпружинены (РФ патент ПМ, 107803 от 27.08.2011 г.).

Недостатками указанной линии являются сравнительно низкая надежность работы и сложное техническое обслуживание линии, получение арматуры с неустойчивыми физико-механическими показателями, например, по упругости и прочности при растяжении и изгибе, по относительным соотношениям коэффициентов расширения бетона и неметаллической арматуры, определяющие анкерующие свойства арматуры.

Настоящая полезная модель направлена на достижение технических результатов, которые заключаются в повышении надежности работы заявленной линии, в упрощении технического обслуживания узлов линии: подготовки нитей ровинга к пропитке связующим, пропитки, формования жгута и профиля арматуры и узла протяжки жгута арматуры. Кроме того, полезная модель направлена на получение стабильных значений физико-механических показателей и анкерующих свойств готовой арматуры, и соответствия этих значений нормативным требованиям.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной технологической линии для изготовления неметаллической арматуры, включающей последовательно установленные шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, пропиточную ванну с натяжным и отжимным устройствами, формовочный узел, устройство спиральной намотки, полимеризационную камеру, снабженную нагревательным элементом, узел охлаждения, тянущее устройство и блок сматывания жгута арматуры и его резки, она дополнительно содержит, узел сушки ровингов, установленный перед пропиточной ванной, и узел разделения ровингов, установленный после пропиточной ванны, причем узел сушки ровингов выполнен в виде наклонной платформы с нагревательными элементами-тэнами, укрепленными относительно друг друга зигзагообразно, а узел разделения ровингов, состоит из рамы с пластинами и направляющей, при этом каждая пластина имеет отполированный край и отполированные края соседних пластин противоположны друг другу, а пластины относительно друг друга установлены на раме с возможностью волнообразного движения ровинга, пропиточная ванна имеет прямоугольное днище и, смонтированный по его поверхности, нагревательный элемент, натяжное устройство ванны представляет собой два регулируемых вала разного диаметра, при этом вал большего диаметра установлен на входе ровинга в ванну, а вал малого - внутри ванны, отжимное устройство ванны, установлено на выходе из нее и выполнено в виде, регулируемых двух прижимных валов, формовочный узел представляет собой коаксиально установленные полый неподвижный вал и полый подвижный вал, причем неподвижный вал, со стороны поступления ровингов, имеет воронкообразное, расширение, а подвижный вал снабжен упорными подшипниками и имеет, выполненные в единой конструкции, ременный привод, на одном его конце, со стороны поступления ровингов, а на другом - устройство спиральной намотки, включающее диск с бобинами ровинга и направляющие элементы спиральной скрутки ровинга, тянущее устройство представляет собой, подвижные верхнее и нижнее полотна, выполненные из полиуретанового материала, имеющего ребристую поверхность, и смонтированные относительно друг друга с возможностью обеспечения жесткого прижима арматурного жгута с поверхностями полотен. При этом в полимеризационной камере в качестве нагревательного элемента используют термоэлектронагреватель, или СВЧ-нагреватель, или инфракрасный промышленный нагреватель-излучатель, угол наклона узла сушки ровингов относительно технологической линии составляет 45-50°, а прижимные валы натяжного устройства выполнены из эластичного упругого материала.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Техническое решение иллюстрируется следующими графическими материалами, представленными схематично, где: на фиг 1 - общий вид технологической линии, вид спереди; на фиг.2 - узел сушки ровингов; на фиг.3 - пропиточная ванна с натяжным и отжимным устройствами, в разрезе; на фиг.4 - узел разделения ровингов; на фиг.5 - формовочный узел, в разрезе; на фиг.6 - устройство спиральной намотки ровинга на жгут.

Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры (фиг.1-6) включает шпулярник 1 с бобинами 2 ровинга, выравнивающее устройство 3, платформу 4, нагревательные элементы-тэны 5 узла сушки ровингов,, пропиточную ванну 6, нагревательный элемент 7, вал 8 большого диаметра и вал 9 малого диаметра натяжного устройства, прижимные валы 10 отжимного устройства, рама 11, пластины 12 и направляющая 13 устройства разделения ровингов, полый неподвижный вал 14, полый подвижный вал 15, концевое воронкообразное расширение 16, упорные подшипники 17, диск ременного привода 18, диск 19 (в совокупности элементы 14-19 составляют формовочный узел), на диске 19 установлены бобины 20 ровинга, направляющие элементы 21 спиральной скрутки ровингов устройства спиральной намотки, полимеризационная камера 22, узел охлаждения 23, верхнее полотно 24 и нижнее полотно 25 тянущего устройства, блок 26 для сматывания жгута 27 арматуры в бухты и его резки.

Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры работает следующим образом.

Поточная линия по производству композитной арматуры состоит из ряда узлов, каждый из которых, отвечает за отдельный технологический процесс. Натяжение в системе и перемещение ровинга от бобин 2 до узла 26 скручивания готовой арматуры в бухту и резки осуществляется за счет работы тянущего устройства, конструкция которого позволяет осуществлять надлежащее сцепление арматуры с его элементами и без проскальзывания за счет жестких полимерных ребер полотен 24 и 25 производить движение арматуры. Крутящий момент, передаваемый от привода тянущего устройства создает постоянное равномерное натяжение жгута 27 по всей длине линии, что отвечает требованиям по технологическим условиям процесса.

Количество бобин (стекложгутов), необходимых для изготовления арматуры, устанавливается в зависимости от метрического номера жгута и диаметра изготавливаемой арматуры.

Ровинги из минеральных (стеклянных, базальтовых, углеродных и др.) или полимерных (капроновых, полиэфирных и др.) нитей, из которых, впоследствии, будет образован композитный сердечник арматуры, сматываются с бобин 2, установленных на шпулярнике 1, и через выравнивающее устройство 3 нити равномерно протягиваются на наклонную платформу 4 с нагревательными элементами-тэнами 5 узла сушки, установленного перед пропиточной ванной 6. Угол наклона платформы узла сушки ровингов относительно линии составляет 45-50°, а ее нагревательные элементы-тэны 5 укреплены относительно друг друга зигзагообразно. Сушку пучков ровингов проводят при температуре 35-45°С, в результате чего, помимо удаления влаги из ровинга, происходит разогрев имеющегося у него замасливателя, обеспечивая тем самым эффективность последующей пропитки ровинга полимерным связующим (смолой).

Далее сухие и разогретые нити ровингов через крутящие и регулируемые валы 8 и 9 натяжного устройства погружаются равномерно в в пропиточную ванну 6, имеющую прямоугольное днище и, смонтированный по его поверхности, нагревательный элемент 7. Ванна 6 заполнена смолой (полиэфирные, винилэфирные или эпоксидные смолы), подогретой до температуры 40-75°С. Вал 9 полностью утоплен в раствор смолы и его взаимное расположение с валом 8 позволяет нитям ровингов получать качественную пропитку композитным раствором, что сказывается в дальнейшем на конечном качестве изделия. Показатели скорости протяжки ровинга и времени контакта волокон ровинга со смолой находятся в зависимости от показателя количества поступающих нитей ровинга и от показательно ширины его полотна.

Нити, смоченные смолой попадают на регулируемые прижимные валы 10, вращающиеся во взаимно-противоположном направлении, отжимного устройства, установленного на выходе из ванны 6. Валы 10 прижаты друг к другу с небольшим давлением, причем таким, что проходя через них с нитей ровинга отжимается излишняя смола, которая стекает обратно в ванну 6. Прижимные валы 10 выполнены из эластичного упругого материала, обеспечивающего также дополнительное смачивание нитей ровинга смолой, оставшейся на прижимных валах 10. Движение прижимных валов 10 осуществляется за счет движения самих нитей, имеющих натяжение со стороны тянущего устройства. Пропиточная смола в ванне 6 постоянно подогревается нагревательным элементом 7 для поддержания заданной технологической температуры.

С прижимных валов полотно ровингов поступает в устройство разделения ровингов, а именно, на пластины 12, установленные на раме 11 и далее с помощью направляющей 13, поступает в (формовочный узел. Каждая пластина 12 имеет отполированный край, а отполированные края соседних пластин противоположны друг другу, при этом пластины 12 относительно друг друга установлены на раме 11 таким образом, что, при протяжке полотна ровинга через отполированные края пластин, они образуют движение волнообразной формы.

Далее нити ровинга поступают в концевое воронкообразное расширение 16 полого неподвижного вала 14 формовочного узла. Вал 14 с приемной воронкой 16 остается неподвижным по отношению к вращающемуся, за счет упорных подшипников 17, полому валу 15. Вал 15 в единой конструкции имеет на одном конце, со стороны поступления нитей ровинга, диск ременного привода 18, а на другом - устройство спиральной намотки, состоящее из диска 19, бобин 20 и направляющих элементов 21. Смотанные нити ровинга с бобин 20 проходят через направляющие 21, которые навивают с определенным шагом скрученные ровинги, создавая в месте прилегания к стержню спиральную вмятину, образующую на его поверхности периодический профиль жгута арматуры. На выходе из формовочного узла тело арматуры принимает цилиндрическую форму.

Далее арматура равномерным движением попадает в полимеризационную камеру 22, где при температуре до 400°С происходит удаление летучих и спекание (полимеризация) связующего до монолитного изделия. В камере 22 смонтирован нагревательный элемент (поз. не указана), в качестве которого используют термоэлектронагреватель, или СВЧ-нагреватель, или инфракрасный промышленный нагреватель-излучатель. Профиль арматуры натянут на жгуте 27 арматуры с такой силой, которая не позволяет ему провисать и касаться стенок камеры 22 с нагревательным элементом.

Равномерное движение жгута 27 создается за счет конструкции тянущего устройства, включающего верхнее и нижнее полотна 24 и 25 соответственно, выполненные из полиуретанового материала имеющего ребристую поверхность. Полотна 24 и 25 смонтированы относительно друг друга с возможностью обеспечения жесткого прижима арматурного жгута 27 с поверхностью полотен. Тянущее устройство, так же, создает равномерную скорость продвижения арматуры через полимеризационную камеру 22, имеющую, в свою очередь, заданную длину прохождения.

По окончания спекания арматуры, ее пропускают через узел охлаждения 23, где она охлаждается до заданной температуры. В охлаждающем устройстве используют в качестве охлаждающей газовую или жидкую среду, в зависимости от материала композиционной арматуры. Готовая арматура в виде жгута 27 поступает в блок 26 сматывания жгута арматуры в бухты и его резки. Датчик оборотов на оси бухты, после определенного количества оборотов, подает сигнал на отрезное устройство, которое в свою очередь производит отрезание жгута 27 арматуры.

Заявленная полезная модель позволяет повысить надежность работы всех узлов технологической линии производства неметаллической арматуры, упростить техническое обслуживание основных узлов линии: подготовки нитей ровинга к пропитке связующим, пропитки, формования жгута и профиля арматуры и узла протяжки жгута арматуры. Кроме того, полезная модель позволяет производить арматуру со стабильными значениями физико-механических показателей, соответствующими нормативным требованиям, в частности, по показателям упругости и прочности при растяжении и изгибе, равными 40000 МПа и 1000 МПа соответственно, по показателю относительного удлинения перед разрывом, который составляет 2,5% на расчетной длине 100 мм и по показателю коэффициента температурного расширения арматуры, который практически идентичен коэффициенту температурного расширения бетона. Визуально поперечный срез жгута имеет спаянный и слитный вид без узоров из «точек» нитей ровинга, что говорит об эффективности полноты и равномерности пропитки ровингов смолой. Линия не требует дорогостоящего оборудования и большого обслуживающего персонала и, в целом, отличается простой в обслуживании. Ежедневная производительность линии от 9000 м. и выше.

1. Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры, включающая последовательно установленные шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, пропиточную ванну с натяжным и отжимным устройствами, формовочный узел, устройство спиральной намотки, полимеризационную камеру, снабженную нагревательным элементом, узел охлаждения, тянущее устройство и блок сматывания жгута арматуры и его резки, отличающаяся тем, что линия дополнительно содержит узел сушки ровингов, установленный перед пропиточной ванной, и узел разделения ровингов, установленный после пропиточной ванны, причем узел сушки ровингов выполнен в виде наклонной платформы с нагревательными элементами-тэнами, укрепленными относительно друг друга зигзагообразно, а узел разделения ровингов состоит из рамы с пластинами и направляющей, при этом каждая пластина имеет отполированный край, и отполированные края соседних пластин противоположны друг другу, а пластины относительно друг друга установлены на раме с возможностью волнообразного движения ровинга, пропиточная ванна имеет прямоугольное днище и смонтированный по его поверхности нагревательный элемент, натяжное устройство ванны представляет собой два регулируемых вала разного диаметра, при этом вал большего диаметра установлен на входе ровинга в ванну, а вал малого - внутри ванны, отжимное устройство ванны установлено на выходе из нее и выполнено в виде регулируемых двух прижимных валов, формовочный узел представляет собой коаксиально установленные полый неподвижный вал и полый подвижный вал, причем неподвижный вал, со стороны поступления ровингов, имеет воронкообразное расширение, а подвижный вал снабжен упорными подшипниками и имеет выполненные в единой конструкции ременный привод, на одном его конце, со стороны поступления ровингов, а на другом - устройство спиральной намотки, включающее диск с бобинами ровинга и направляющие элементы спиральной скрутки ровинга, тянущее устройство представляет собой подвижные верхнее и нижнее полотна, выполненные из полиуретанового материала, имеющего ребристую поверхность, и смонтированные относительно друг друга с возможностью обеспечения жесткого прижима арматурного жгута с поверхностями полотен.

2. Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры по п.1, отличающаяся тем, что в полимеризационной камере в качестве нагревательного элемента используют термоэлектронагреватель, или СВЧ-нагреватель, или инфракрасный промышленный нагреватель-излучатель.

3. Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона узла сушки ровингов относительно технологической линии составляет 45-50°.

4. Технологическая линия для изготовления неметаллической арматуры по п.1, отличающаяся тем, что прижимные валы отжимного устройства выполнены из эластичного упругого материала.