CC BY
14
УДК 666.97
ВЫБОР ФОРМЫ УПЛОТНЯЮЩИХ РОЛИКОВ УСТАНОВКИ РАДИАЛЬНОГО ПРЕССОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ
В.Г. Васильев
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва
Аннотация.
Качество железобетонных труб, изготавливаемых методом радиального прессования, во многом определяется конструкцией формующей головки и формой уплотняющих роликов. В статье обосновывается угол наклона конической части прессующего ролика. Для повышения производительности установки радиального прессования и создания благоприятных условий формования железобетонных труб величина угла наклона образующих роликов в конической части должна быть равна или меньше 38.
Ключевые слова.
Железобетонные безнапорные трубы, метод радиального прессования, формующая головка, уплотняющие ролики, бетонная смесь. История статьи: Дата поступления в редакцию 10.07.21
Дата принятия к печати 11.07.21
О
г
ни
О
Железобетонные безнапорные трубы широко применяются в строительстве, при прокладке автодорог и коммуникаций для транспортирования атмосферных, подземных вод и других производственных жидкостей [1-5]. К железобетонным трубам предъявляют достаточно жесткие требования к геометрическим размерам изделий (отклонения внутреннего диаметра составляет 3-5 мм для труб диаметром 300 — 1000 мм), а также к качеству поверхностей [6].
В настоящее время изготовление безнапорных железобетонных труб может осуществляться различными способами: вибрацией, гидропрессованием, центрифугированием и другими. Метод радиального прессования является одним из эффективных способов уплотнения жестких бетонных смесей, который позволяет получать высокую прочность свежеотформованного бетона (0,5... 0,6 МПа), достаточную для немедленной распалубки изделий [1, 3, 4].
Схема установки для формования железобетонных безнапорные труб методом радиального прессования представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема установки для радиального прессования труб: 1 — форма; 2 — кольцо; 3 — вал прессующей головки; 4 — питатель бетонной смеси; 5 — верхний распределительный конус; 6 — прессующие ролики; 7 — скользящая опалубка (короткий цилиндр); 8 — вибростол; 9 — пластины-метатели
п X
о 2
* X
5 X
^ О
о н
а а
£ О
£ т
3 о
£ "
£ * к
И
| 8
2 и
а (и
о а
■& с
£ 2
Л Л
СО Ц
. га
00 §
ш "
I! I
Р
Сй X
■ га
I- н
а >
Формование внутренней поверхности трубы производится прессующими роликами (6), установленными на формующей головке, вращающейся в неподвижной вертикальной форме (1), которая располагается соосно с приводным валом головки (3) [3, 4].
Эффективность уплотнения бетонной смеси методом радиального прессования и качество изготавливаемых железобетонных труб (плотность, прочность бетона, шероховатость поверхности и др.) зависит от гарантированной подачи необходимого объема смеси под прессующие ролики, что во многом определяется конструкцией формующей головки и, в первую очередь, формой (конфигурацией) прессующих роликов [7-9].
По данным [9], при существующей цилиндрической форме роликов давление прессования смеси по высоте ролика изменяется от нуля в верхней части, далее плавно увеличивается, достигая своего максимума на середине высоты ролика, и остается неизменным до самого низа ролика. Такое распределение прессующего давления свидетельствует о том, что всего лишь нижняя половина ролика по высоте эффективно участвует в формовании изделий.
Кроме этого, при данной форме прессующих роликов не весь объем бетонной смеси, отброшенной метателями на стенки формы, попадает под набегающие ролики и уплотняется ими. В зоне формования между формой и прессующими роликами может образовываться избыток бетонной смеси, что нежелательно сказывается на режимах работы формующей головки.
С целью совершенствования процесса формования бетонных труб методом радиального прессования в работах [8, 9] было предложено изменить форму прессующих роликов. Так в работе [8] рекомендуется использовать цилиндрические ролики, имеющие коническую форму в верхней части с образующей, наклоненной к основанию под углом 60-700.
В работе [9] для максимального использования всей высоты укатывающих роликов за счет включения в работу верхней наклонной части, автор предложил следующую форму прессующих роликов: высота цилиндрической и конической части имеет соотношение 3:1, а образующая конической части наклонена относительно вертикальной оси головки под углом 15-200.
При такой конфигурации формующего ролика происходит перераспределение прессующего давления по высоте ролика со смещением максимального давления к верху роликов. Таким образом, увеличивается площадь роликов, эффективно участвующая в прессовании, что позволяет повысить скоростьпе-ремещения формующей головки в вертикальной плоскости [3, 4].
Угол наклона образующей конической части роликов выбран автором [9] в пределах 15-200 относительно вертикальной оси для случаев формования труб из усредненных составов с учетом подвижности бетонных смесей и толщин стенок труб.
В данной статье предлагается иной подход к обоснованию угла наклона конической части прессующего ролика. Так как величина этого угла во многом определяет условия уплотнения смеси, находящейся между образующей конической части ролика и стенкой формы, в процессе прессования может происходить как захватывание роликами смеси, так и ее выдавливание вверх.
По аналогии с работой конусной дробилки, условия захвата и уплотнения бетонной смеси происходит в том случае, когда угол а между образующей конической части ролика и стенкой формы не будет превышает определенной величины [1]. При превышении угла а этой величины, материал будет выдавливаться вверх, не будет захватываться роликами и будет способствовать образованию «завала» смеси. С другой стороны, очевидно, что при малых значениях а эффект уплотнения бетонной смеси конической частью ролика будет небольшим.
Чтобы определить предельную величину угла а рассмотрим усилия, действующие при работе уплотняющей головки на ролик и на объем уплотняемой бетонной смеси, ограниченной (в сечении) трапецией АБСВ (рис. 2).
Рис. 2. Схема к определению угла конической части прессующего ролика
На объем уплотняемой бетонной смеси действует сила тяжести G материала, усилия нажатия ролика на смесь, реакция стенки формы, силы трения смеси о поверхности ролика и формы T и T и равнодействующая этих усилий R.
Силы воздействия конической поверхности ролика на бетонную смесь для упрощения расчетов заменим на сосредоточенную силу P, проходящую через центр тяжести уплотняемого объема смеси, а реакцию стенки формы представим результирующей силой P1. Так как сила тяжести G мала по сравнению с силами P и Pr при расчетах ею можно пренебречь. Силы трения можно записать в следующем виде:
T=fP; (1)
T1=fP1, (2)
где f — коэффициент трения бетонной смеси о поверхность роликов и стенку формы.
Объем бетонной смеси, защемленной в зоне конусной части ролика и стенкой формы, при вращении головки и прессующих роликов не будет выталкиваться вверх, если суммарные силы трения будут больше или равны равнодействующей этих сил R. Для этого должно выполняться условие:
fP1+fP cos a>P sin a. (3)
Значение P1 определим из уравнения состоянии равновесия материала в горизонтальной плоскости:
P cos a+fP sin a — P = 0 (4)
Подставив значение Р в уравнение (3), после соответствующих преобразований получим выражение:
2/
tg а <
i-/2
(5)
Заменим коэффициент трения / равной ему величиной тангенса угла трения и после преобразований получим:
а<2ф. (6)
Следовательно, угол а в конической части прессующего ролика должен быть меньше двойного угла трения ф чтобы не происходило выдавливание бетонной смеси вверх.
Коэффициенты трения бетонной смеси о поверхности роликов и стенки формы, выполненных из стали, равен / = 0,35 [10]. Такому коэффициенту трения / соответствует угол трения ф=19°17'.
Исходя из формулы (6), согласно которой угол а в конической части прессующего ролика должен быть меньше двойного угла трения ф величина угла наклона образующих роликов а должна быть равна или меньше 38.
Z м
G
-I м Э СО
и х
о 2
a i
5 X
s о
0 н а о
£ 0
s т
3 е
1 5 £ *
И
= га
^ и
Ü 8
Z и
а а
0 а ■& =
6 2 Л £
СО q
. га
ш я
ш ч
-а S
1 *
i»
■ ra
i- н
Таким образом, для повышения производительности установки радиального прессования и создания благоприятных условий формования стенки бетонной трубы уплотняющими роликами величина угла наклона образующих роликов в конической части должна быть равна или меньше 38.
ЛИТЕРАТУРА
1. Механическое оборудование и технологические комплексы: учеб. пособие / С.М. Пуляев, М.А. Степанов, Б.А. Кайтуков и др. — М.: МГСУ, 2018. — 480 с.
2. Технологические комплексы и механическое оборудование предприятий строительной индустрии: учебное пособие / Под ред. В.С. Богданова и А.С. Ильина. — Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. — 528 с.
3. Борщевский А.А., Ильин А.С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий: учеб. для вузов. — М.: Изд. дом Альянс, 2009. — 368 с.
4. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / Силенок С.Г., Борщевский А.А., Горбовец М.Н. и др — М.: Машиностроение, 1990. — 416 с.
5. Машины и оборудование для производства сборного железобетона: отраслевой каталог / Л.А. Волков, С.К. Казарин, С.А. Житкова и др. — М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1990. — 544 с.
6. ГОСТ 6482-2011. Трубы железобетонные безнапорные. Технические условия (с Поправкой, Изменением N 1). М.: Стандартинформ, 2018. — 19с.
7. Головка станка радиального уплотнения трубчатых изделий из бетонных смесей: пат. 903125 Рос. Федерация, №2933003/29-33 / Бринь Н.А., Капуста М.А., Симонов и др.; заявл. 11.03.80; опубл. 07.02.82.
8. Головка станка радиального прессования трубчатых изделий из бетонной смеси: пат. 1009775 Рос. Федерация, №3332208/29-33 / Трембицкий С.М., Теняев Н.Г.; заявл. 31.08.81; опубл. 07.04.83.
9. Головка для радиального прессования изделий из бетонной смеси: пат. 2008218 Рос. Федерация. № 5020142/33 / Капацинский В.И.; заявл. 03.01.92; опубл. 28.02.94.
10. СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции / Госстрой России. — М., ФГУП ЦПП, 2004.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
В.Г. Васильев. Выбор формы уплотняющих роликов установки радиального прессования железобетонных труб. — Системные технологии. — 2021. — № 40. — С. 5—8.
SELECTING THE SHAPE OF THE INSTALLATION SEALING ROLLERS RADIAL PRESSING OF REINFORCED CONCRETE PIPES
V.G. Vasiliev
National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow
Abstract.
The quality of reinforced concrete pipes produced by radial pressing is largely determined by the design of the forming head and the shape of the sealing rollers. The article substantiates the angle of inclination of the conical part of the pressing roller. To increase the productivity of the radial pressing unit and create favorable conditions for forming reinforced concrete pipes, the angle of inclination of the forming rollers in the conical part should be equal to or less than 38°.
Key words.
Reinforced concrete pressure-free pipes, radial pressing method, forming head, sealing rollers, concrete mix. Date of receipt in edition: 10.07.21 Date o f acceptance for printing: 11.07.21
