Стержень из холоднодеформированной стали периодического профиля для армирования предварительно напряженных железобетонных шпал

Определены геометрические параметры стержня стального для армирования железобетонных шпал, описаны специфические параметры резьбовых концевых участков стержня предназначенного для приложения растягивающих усилий и тем самым предварительно напряжения шпал.

Для обеспечения высокой надежности резьбы при растяжении стержня профиль резьбы в местах сопряжения соседних выступов выполняется - по радиусу.

Приведенные геометрические характеристики стержня для армирования обеспечивают снижение металлоемкости железобетонных шпал и высокий уровень технологичности процесса их изготовления.

Заявляемое техническое решение относится к области производства метизов, в частности, к производству арматурной стали в прутках с профилированной поверхностью повышенной готовности для изготовления предварительно напряженных железобетонных шпал.

Известен прокат для армирования железобетонных конструкций по ГОСТ 5781-82 с гладким и периодическим профилем. Данный прокат изготавливается в основном, в прутках. Недостатком данной продукции является то, что соединение арматурных прутков между собой и с устройствами для предварительного напряжения осуществляется электросваркой или обвязкой вязальной проволокой. Электросварка снижает прочность арматуры, а обвязка вязальной проволокой вызывает повышенный расход металла и требует ручного труда.

Известен так же арматурный прокат фирмы «Bekaert» в котором напряжение создается при помощи «кнопок», получаемых деформацией - осадкой металла в холодном состоянии. Недостатком здесь является необходимость применения специализированных станков для расплющивания арматурного проката.

Известна также технология использования арматурного проката в мотках и прутках используется для армирования с предварительным напряжением железобетонных шпал по технологии формирования последовательно расположенных ячеек - в единой монолитной конструкции на 10 шпал. Такая технология на практике называется стендовой.

По данной технологии арматурный прокат из мотков разматывается параллельными нитями в виде струнопакета, который проходит цепочку ячеек для заливки бетона. Далее струнопакет растягивается с необходимым усилием. Затем производится установка закладных деталей, заливка бетоном, пропаривание и другие операции.

Недостатком такого проката является то, что при обрыве или ослаблении натяжения одной или нескольких нитей проката приводит к браку сразу нескольких шпал.

Близким к заявляемому объекту является сталь арматурная периодического профиля в прутках, см. справочник «Технология прокатного производства», М., Металлургия. 1991, на стр.196 1-й книги [1]. Недостатком этой продукции является недостаточно высокая точность размеров, так допустимые колебания размеров поперечного сечения этих прутков составляет до 0,5 мм. Овальность поперечного сечения этих прутков может достигать абсолютного значения допуска на размер поперечного сечения по дну впадин [1].

Повышенные допуски на размеры поперечного сечения объясняется тем, что формирование последних производится методом горячей прокатки на устаревшем прокатном оборудовании. Повышенные допускаемые отклонения имеет и длина прутков, которые имеют плюсовые и минусовые допускаемые отклонения ±5 мм. Это объясняется тем, что длина готовых прутков формируется резкой на гильотинных ножницах с ручной подачей прутков до мерного упора.

Таким образом повышенные допуска на длину и поперечное сечение прутков определяет повышенный расходный коэффициент металла при производстве железобетонных шпал, низкую технологичность их производства. Все эти недостатки снижают технико-экономические показатели шпального производства и соответственно качество готовых железобетонных шпал.

Наиболее близким к заявляемому объекту является прокат холоднодеформированный, периодического профиля для армирования железобетонных шпал, в соответствии со стр.94 издания Б.А.Никифорова, В.А.Харитонова, Е.М.Киреева «Производство высокопрочной арматурной проволоки», Свердловск, 1982 г., 96 с. Особенностью и недостатком этого проката является отсутствие приспособления для наложения растягивающих усилий с целью предварительного напряжения шпал. Общий вид этого проката представлен на рисунке (Фиг.1).

Использование арматурных прутков при изготовлении предварительно напряженных железобетонных шпал включает операции, по изготовлению специальной резьбы по концам последних. При этом выполняются следующие операции:

- проточки концов перфорированных прутков до гладкой цилиндрической поверхности, при чем диаметр этой поверхности равен среднему диаметру резьбы;

- изготовление фасок по торцевым поверхностям прутков;

- изготовление специальной резьбы на выполненных ранее цилиндрических гладких поверхностях.

Выполнение первой и второй операций осуществляется методом резки металла, третья операция методом накатки в двух или трех наклонных роликах. Изготовление железнодорожных шпал натяжением прутков осуществляется при помощи анкеров (Фиг.2), которые имеют внутреннюю резьбу. В процессе изготовления шпал внутренняя резьба анкерных устройств изнашивается, при этом увеличивается средний диаметр резьбы в анкерном устройстве. А поскольку на прутках средний диаметр резьбы постоянен, то при увеличении среднего диаметра резьбы в анкерном устройстве более чем на 10% происходит срез резьбы на прутках. Это приводит к отбраковке железнодорожных шпал и ухудшении экономических показателей производственного процесса. При чем изготовление резьбы выполняется только на частях гладких концевых участках, т.е. между перфорированной поверхностью арматурных прутков и резьбовыми участками имеются участки с гладкой цилиндрической поверхностью, как показано на рисунке 3. Эти гладкие цилиндрические участки имеют длину в интервале от 0,16 до 0,17 общей длины арматурных прутков. Диаметр гладкой цилиндрической части находится в интервале от 0,92 до 0,98 номинальных диаметров перфорированной части арматурных прутков. Далее арматурные прутки и закладные детали устанавливаются в формы для заливки бетона, растягиваются необходимым усилием и поступают на заливку бетоном, виброобработку и на дальнейшие операции. Недостатком таких арматурных прутков является необходимость выполнение операций проточки, изготовление фасок и выполнение резьбы. Эти операции связаны с расходом металла и нехарактерным для железобетонного производства. Более того наличие остаточной кривизны арматурных прутков, отклонения по диаметру, овальности и глубине впадин приводит к браку и дополнительному расходу металла, снижает производительность процесса изготовления железобетонных шпал. Кроме того, заусенцы по месту реза и косина реза на концах арматурных прутков вызывает низкую износостойкость и частые аварийные поломки режущего инструмента при выполнении фасок и проточки цилиндрической поверхности под выполнение резьбы на концах арматурных прутков. Последнее также снижает производительность и ухудшает экономические показатели процесса изготовления железобетонных шпал.

Техническая задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель - повышение технологичности процесса изготовления железобетонных шпал, снижение удельного расхода металла при их изготовлении, повышение производительности и, тем самым, повышение экономических показателей данного процесса.

Решение поставленной задачи состоит в том, что конструкция проката периодического профиля для армирования предварительно - напряженных железобетонных шпал представляет из себя стержень с перфорированной поверхностью мерной длины в интервале от 2648 мм до 2654 мм.

Данный интервал длины стержней определен в экспериментах по армированию железобетонных шпал:

п/п	Длина стрежней для армирования ж/б шпал, мм	Результат эксперимента по армированию ж/б шпал
1	Менее 2648 мм	Возможность установки стержней в анкерах и их свинчивание без изгиба стержней имеется. При наложении усилия растяжения 90000 Н для предварительного напряжения происходит разрушение (обрыв или срез резьбы) в 40% случаев.
2	От 2648 мм до 2654 мм	Возможность установки стержней в анкерах и их свинчивание без изгиба стержней имеются. При наложении усилия растяжения 90000 Н для предварительного напряжения происходит разрушение отдельных стержней менее 1% случаев.
3	Более 2654 мм	Возможность установки стержней в анкера и их свинчивание отсутствует из-за превышения длины стержней максимально-возможной длины между анкерами для предварительного нагружения ж/б шпал.

На торцевых поверхностях стержней выполнены фаски под углом в интервале от 30 до 60 градусов длиной 5±1 мм.

На концах стержней выполнена специальная резьба М 10,3×1,5 длиной в интервале от 32,0 мм до 40,0 мм диаметром в интервале от 9,2 мм до 9,6 мм. Центральный перфорированный участок стержней с целью снижения металлоемкости имеет диаметр описанной окружности в интервале от 9,45 мм до 9,81 мм.

Данный интервал диаметров описанной окружности определен в экспериментах по армированию железобетонных шпал.

п/п	Диаметр описанной окружности поперечного сечения стержней для армирования ж/б шпал, мм	Результат эксперимента по армированию ж/б шпал
1	Менее 9,45	При проточке гладкого цилиндрического участка и накатке резьбы для свинчивания с анкером получается прослабленная резьба (с заниженным средним диаметром). При растяжении стержней усилием 90000 Н происходит разрушение - срез резьбы.
2	От 9,45 до 9,81	Проточка гладкого цилиндрического участка и накатка резьбы происходят без замечаний. При растяжении стержней усилием 90000 Н разрушение - срез резьбы происходит менее 1,5% случаев.
3	Более 9,81	Проточка гладкого цилиндрического участка под накатку резьбы затруднительна - происходит преждевременный износ и разрушение резцов из-за повышенного усилия реза, т.к. толщина срезаемого металла при диаметре стержней более 9,81 мм завышена.

Общий вид стержней из холоднодеформированной стали периодического профиля для армирования предварительно напряженных железобетонных шпал представлен на рисунке 4 (Фиг.4).

Для снижения вероятности среза резьбы на концах стержней при их растяжении резьба Ml0×1,5 имеет специальный профиль рисунок 5 (Фиг.5). Сопряжения смежных выступов резьбы выполняется по радиусу в интервале 0,375 до 0,400 мм, а допускаемые отклонения минимального диаметра резьбы не превышают 0,18 мм

1. Стержень из холоднодеформированной стали периодического профиля для армирования железобетонных шпал, отличающийся тем, что для снижения расхода металла длина стержня находится в интервале 2648 - 2654 мм, а номинальный диаметр перфорированной поверхности в интервале 9,45 - 9,81 мм.

2. Стержень из холоднодеформированной стали п.1, отличающийся тем, что для предварительного напряжения имеет резьбовые концы длиной от 32 до 38 мм со специальной резьбой М 10,3×1,5.

3. Стержень из холоднодеформированной стали по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для повышения технологичности изготовления резьбовых концов стержней выполнены фаски под углом от 40 до 60° на участках длиной от 4,0 до 6,0 мм, а перфорированный участок отделен от резьбовых концов гладкими цилиндрическими поверхностями длиной от 2,0 до 7,0 мм, диаметром от 9,4 до 9,8 мм.

4. Стержень из холоднодеформированной стали по п.2, отличающийся тем, что, с целью исключения концентраторов напряжений, профиль сопряжения выступов резьбы выполнен по радиусу от 0,375 до 0,400 мм, а допускаемые отклонения минимального диаметра резьбы не более 0,18 мм.