Резательная технология производства изделий из ячеистого бетона. Часть 1. Конструктивные схемы формовочно-резательного оборудования

Промышленное производство изделий из ячеистого бетона началось в первой половине прошлого столетия по технологической схеме, заимствованной из опыта производства железобетонных изделий с формованием в индивидуальных и кассетных формах [1]. Основными недостатками такой технологии являются низкая оборачиваемость формооснастки, высокая металлоемкость, значительная часть ручного труда при обслуживании форм, зависимость качества изделий от состояния оснастки, ограниченная номенклатура выпускаемой продукции и многие другие [2, 3]. Поэтому уже давно при проектировании и строительстве новых заводов по производству изделий из ячеистого бетона, использование кассетного способа производства считается нецелесообразным, а ориентируются на резательный способ изготовления, нашедший широкое распространение в зарубежных странах. Именно благодаря резательной технологии, повысившей качество изготавливаемой продукции, ячеистые бетоны получили широкое распространение в строительной практике многих стран, удовлетворяя до 30% потребностей в стеновых материалах.

Известно множество разновидностей резательного оборудования, от простейших рамок до полностью автоматизированных комплексов, но характерной особенностью большинства является то, что процесс резания на изделия осуществляется струнами, когда массив ячеистого бетона находится в полупластическом состоянии [4].

Конструктивное исполнение машин зависит от способа резания, который, в свою очередь, выбирается в соответствии с номенклатурой выпускаемой продукции, а также геометрическими параметрами формуемого массива, определяющими удельное сопротивление разрезаемого сырца режущему органу.

Существуют различные принципы решения режущих органов в зависимости от вида совершаемой разрезки: горизонтальной, вертикальной, продольной и вертикальной поперечной [1].

Наиболее технически простой является конструктивная схема горизонтальной разрезки (рис. 1, а, б, в). Для ее выполнения применяются следующие методы: продавливание неподвижной струной; струной, выполняющей колебательные движения; бегущей струной, совершающей поступательное движение за счет перемотки с барабана на барабан. Практически применение того или иного способа ограничивается шириной массива, требованием к качеству разрезаемой поверхности и минимально допустимой пластической прочностью массива при разрезке, определяемой из условий геометрии массива и степени слипания разрезаемых слоев.

Именно эти ограничения часто исключают метод продавливания, применение которого возможно при структурной прочности ячеистого бетона не более 0,04...0,06 МПа и ширине массива не более 160...180 см. Сама установка для горизонтальной разрезки, как правило, является стационарной. Проход режущего органа осуществляется движением конвейера.

Вертикальная поперечная разрезка производится на неподвижном массиве обычно при помощи опускающейся режущей рамы (рис. 1, г, д, е). Здесь, так же как и при горизонтальной разрезке, теоретически может быть применен любой из перечисленных выше методов движения режущих органов. Однако наиболее часто применяется колебательное и поступательное движение режущего органа, конструктивное исполнение которого на такой установке не вызывает трудностей. Применение метода продавливания при помощи вертикально или наклонно опускающейся рамы будет характеризоваться значительным недорезом в центре массива, вызываемого изгибом струны при сопротивлении разрезаемого сырца (рис. 1, г).

В связи с этим данный метод разрезки обычно применяется при подаче струны не сверху, а сбоку с использованием специального клавишного поддона, пропускающего ведущий пуансон под массивом за счет опускания соответствующего клавиша. Из-за целого ряда технических сложностей и неудовлетворительного качества поверхностей этот вид разрезки применяется крайне редко. Как горизонтальная, так и вертикальная поперечная разрезка может выполняться только при съемных бортах.

Самой сложной операцией является вертикальная продольная разрезка по наибольшему размерному параметру массива. Применение для этой цели типичных конструктивных схем поперечной разрезки не дает положительного результата, так как прогиб струны в центре массива, при его длине около 6 м, достигает значительной величины и полное прорезание массива в этом месте не может быть обеспечено ни одной из рассмотренных ранее схем. В связи с этим продольное разрезание массива обычно производится вертикальным движением струн, перпендикулярным поддону формы, при котором геометрический параметр разрезки равен высоте массива. Однако в этом случае разрезание массива не может производиться без влияния на конструкцию формовой оснастки и, как правило, требует разрезного поддона.

Рис. 1. Принципиальные схемы разрезки массива в горизонтальном и поперечном направлениях: а — метод продавливания; б — метод пиления; в — метод бегущей струны; г — метод продавливания; д — метод пиления и бегущей струны; е — метод продавливания на клавишном поддоне

Рис. 2. Принципиальные схемы разрезки массива в вертикальном продольном направлении: а — метод продавливания при клавишном поддоне; б — метод продавливания с применением пуансонов; в — метод бегущей струны; г — метод замены вертикальной разрезки горизонтальной с кантованием массива; д — метод транспортировки массива на специальный стенд с использованием колосниковых поддонов; е — метод выталкивания массива на поддоне-транспортере; ж — метод предварительной укладки струн

В производственной практике имеется целый ряд принципиальных схем разрезных поддонов. Наиболее типичным решением этой проблемы является клавишный поддон, состоящий из поперечных планок шириной от 200 до 350 мм (рис. 2, а). Планки крепятся в специальных пазах оснастки и в собранной форме составляют с бортами единое целое. Герметизация щелей между планками осуществляется пористой резиной, закрепленной на конвейерной тележке. Форма на тележку устанавливается таким образом, чтобы щели поддона герметизировались этой резиной. При выполнении продольной разрезки форма с массивом устанавливается на специальный стенд, состоящий из таких же планок-клавишей, опирающихся на пару гидроцилиндров. Фиксация планок поддона производится в точном соответствии с клавишами стенда. После этого раздвигаются борта формы, планки поддона выходят из зацепления с ними и поддерживаются только клавишами стенда, бортоснастка снимается с массива, производится его разрезка специальной рамкой с натянутыми струнами. Для пропуска рамки под массивом совершается последовательное опускание клавишей при помощи гидроцилиндров. Количество одновременно отрываемых от массива клавишей рассчитывается исходя из структурной прочности массива, необходимой для предотвращения оседания массива. Такое техническое решение используется в конструкции резательного оборудования «Сипорекс» (рис. 3).

Рис. 3. Клавишная резательная машина фирмы «Сипорекс»: 1 — резательная тележка; 2 — привод тележки; 3 — режущие струны; 4 — массив ячеистого бетона; 5 — клавиши машины; 6 — пневмоцилиндры; 7 — клавиши поддона формы; 8 — привод

К недостаткам клавишного метода разрезки относятся: конструктивная сложность оснастки и оборудования, тяжелые условия их переналадки и эксплуатации, использование для разрезания массива только способа продавливания; к положительным качествам этого метода необходимо отнести объединение на одном посту всех видов разрезки, а также возможность ее проведения по любому сечению массива.

Применение вместо поперечного продольного набора клавишей, специальных прорезей в поддоне, привязывает геометрическое расположение резов в массиве к соответствующим прорезям поддона, что, как правило, обеспечивается конструкцией поддона, которая может быть выполнена в виде жесткой контурной рамы, служащей для опирания продольных планок, или в виде соответствующих прорезей и каналов в цельнометаллической конструкции.

Поддон с контурной рамой применяется при разрезке массива бегущей струной. Одновременно с движением массива производится перемотка струн с нижнего барабана на верхний. При этом скорость движения массива и скорость перемотки должны быть строго синхронизированы, чтобы поступательное движение струны не закончилось раньше, чем разрезка. Запасовка и перемотка струны производятся только в одном направлении — снизу вверх (рис. 2, в). После разрезки струна возвращается в исходное положение.

К достоинствам этого метода необходимо отнести значительное снижение усилий на струну и образование удовлетворительной поверхности реза. К недостаткам относятся сложность кинематической схемы самой машины, громоздкость конструкции поддона, значительные трудности по восстановлению оборванных струн в момент реза.

При разрезании массива методом продавливания используется цельнометаллический поддон с прорезями для прохода пуансонов или скользящих вкладышей (рис. 2, б). Применение пуансонов возможно как при разрезке неподвижного массива на специальном посту, так и при конвейерной схеме производства. В последнем случае пуансоны заранее укладываются в поддон и на посту разрезки присоединяются к откидному упору, закрепляющему их в неподвижном положении. К свободному концу пуансонов, лежащему в прорези поддона, присоединяется режущая проволока, другой конец которой закрепляется на верхней рамке к амортизаторам. Разрезка массива происходит при движении поддона-тележки конвейером. При выходе пуансонов из прорезей под них укладывается специальная подставка. Использованные пуансоны снимаются с поста разрезки и перемещаются на пост сборки форм. Эта операция является самым крупным недостатком рассматриваемого способа. Возможен также вариант укладки пуансонов непосредственно перед разрезкой после поступления формы на пост. Однако как в первом, так и во втором случаях эта операция с трудом поддается механизации.

Значительная металлоемкость и сложность конструкции поддона послужили причинами разработки целого ряда других способов вертикальной продольной разрезки, позволяющих применять простую формовую оснастку. Наибольшее внимание при этом заслуживает способ, связанный с кантованием массива, что позволяет заменить продольный вертикальный рез на горизонтальный (рис. 2, г). Данный прием применяют для массивов незначительной высоты (до 75 см), формуемых обычным способом.

После набора необходимой пластической прочности, массив на специальном манипуляторе-кантователе поворачивают на 90° и производят съем бортоснастки, состоящей из цельноскрепленных двух торцевых, одного продольного бортов и днища. А оставшийся продольный боковой борт в дальнейшем служит транспортным поддоном для массива. Операции по разрезке производятся на раздельных постах. Горизонтальная разрезка осуществляется струнами на специальной раме, после операции кантования заменяющая вертикальное продольное разрезание. Поперечная разрезка осуществляется качающимися струнами, закрепленными на подъемной раме. Это конструктивное решение формовочно-резательного оборудования наиболее перспективно и в настоящее время нашло широкое применение в различных технологиях («Итонг», «Верхан», «Маза-Хенке» и др.)

Другим технологическим приемом, позволяющим формовать массив на гладком поддоне, является транспортировка массива без поддона на специальный пост, где производится разрезка в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Перенос массива осуществляется специальной траверсой при помощи продольных бортов или бортов траверсы, предотвращающих его выскальзывание путем сжатия массива и определенного угла наклона. При этом степень сжатия не должна превышать соответствующего предела прочности сырца, чтобы избежать его смятия. В связи с этим расчет максимально возможной массы массива для его транспортировки и соответствующих усилий сжатия должен учитывать суммарную площадь бортов-захватов, прочность сырца ячеистого бетона на сжатие и коэффициент сцепления материала с металлом.

Сам пост разрезки представляет собой специальный стол решетчатой конструкции, имеющий проходные прорези-каналы в продольном и поперечном направлениях. Перед установкой массива на стол в его поперечные каналы укладывается колосниковая рама, служащая для дальнейшей транспортировки разрезанного массива (рис. 2, д).

После установки массива на стол траверса снимает его обжатие, раздвигает и удаляет борта с массива. Разрезка массива в продольном направлении осуществляется методом продавливания при помощи пуансонов, проходящих по соответствующим каналам стола, поперечная разрезка — при помощи качающихся струн, закрепленных на горизонтальной раме, опускающейся на массив. Струны машины в конце разрезки проходят в соответствующие поперечные прорези установочного стола. Таким образом, за счет введения дополнительной операции решается вопрос значительного упрощения формовой оснастки. Однако применение этого метода требует на практике четкого соблюдения технологического процесса производства, а особенно контроля структурной прочности массива перед разопалубкой. Метод транспортировки сырца ячеистобетонного массива без поддона нашел применение в зарубежных технологиях «Хебель», «Дюрокс-Калсилокс» и др. и отечественной — «Универсал-60».

Еще одно техническое решение — применение гладкого поддона-транспортера (рис. 2, е). Для формования на поддон устанавливается бортовая оснастка, которая снимается перед разрезкой массива. Разрезают массив в вертикальном и горизонтальном направлениях струнами, совершающими возвратно-поступательное движение, в период передачи массива с поддона-транспортера на запарочную решетку. Передача осуществляется подключением ведущего барабана поддона к двигателю, который, вращая ленту транспортера, сталкивает с себя массив ячеистого бетона. Выходящая с поддона часть массива разрезается натянутыми на качающиеся барабаны вертикальными и горизонтальными струнами. Для предотвращения деформации и обрушения свисающей части массива под него из специальной кассеты подаются колосники коробчатого сечения, соединяющиеся между собой специальными шпонками. Дальнейшее движение по конвейеру массива продолжается на запарочной решетке. Поперечная разрезка массива осуществляется так же, как и в ранее описанном случае. Для разрезки в любом направлении вместо качающейся может быть применена бегущая струна.

Описанный метод производства используется за рубежом и обеспечивает хорошее качество получаемой продукции, однако, как и предыдущий метод, в связи с большими техническими трудностями требует высокой культуры производства.

Наиболее простым способом разрезки массива на гладком поддоне является предварительная укладка струн в определенном порядке, в соответствии с раскладкой изделий в массиве. Струны определенной длины укладываются, натягиваются и закрепляются на поддоне в заданном положении. При этом один конец струн закрепляется постоянно, другой — только до момента разрезки. При выполнении разрезки он отсоединяется от поддона и закрепляется на вращающемся барабане. Массив разрезается за счет собственного движения конвейера. При этом происходит постоянное вовлечение в разрезку массы струны, уложенной на поддоне; освобождающаяся часть струны наматывается на барабан (рис. 4.2, ж).

Свободное расположение струны, удерживаемое только удельным сопротивлением ячеистобетонной смеси, обеспечивает минимальные растягивающие усилия в режущем органе, однако при неоднородной структуре массива может привести к отклонению струны от плоскости реза. Другими случаями отклонения струны могут быть вынужденная остановка конвейера при незавершенной операции, а также попадание под струну посторонних включений. К недостаткам его следует отнести также невозможность повторного заведения режущей струны в случае ее обрыва.

Таким образом, на основании приведенного описания типичных способов расчленения массива на изделия можно составить классификацию резательных машин и установок по основным признакам [1]:

а) по генеральному направлению реза установки:

— для горизонтального продольного резания;

— для вертикального продольного резания;

— для вертикального поперечного резания;

— для резания в двух и трех основных направлениях;

б) по движению режущего органа, производящего:

— резание неподвижной струной (метод продавливания);

— резание струной, совершающей возвратно-поступательное движение (метод пиления);

— резание струной, совершающей поступательное движение (метод бегущей струны);

— резание струной, совершающей вращательное движение вокруг собственной оси;

— резание органом, совершающим возвратно-поступательное движение с вращением струн вокруг собственной оси (метод пиления струной с навивкой);

в) по функциональной связи бортовой оснастки с операциями по разрезке массива, предусматривающей:

— резание в формовой оснастке (метод предварительной закладки струн);

— резание без бортовой оснастки на поддоне;

— резание на специальном посту без формовой оснастки и поддона (метод переноса массива);

— резание с кантованием массива;

г) по конструкции поддона формы, предполагающей:

— гладкий поддон;

— поддон-транспортер;

— клавишный поддон;

— поддон с проходными каналами;

— запарочная решетка (колосниковый поддон);

д) по способам монтажа:

— стационарные;

— самоходные.

Необходимость выпуска самой различной продукции, начиная от крупноразмерных элементов длиной свыше 6000 мм и кончая мелкоштучными стеновыми блоками длиной до 600 мм, требует применения разнообразного технологического оборудования и формовой оснастки. Для выполнения основных направлений разрезки массива в зависимости от вида выпускаемой продукции и архитектурных требований к ней существуют наиболее оптимальные варианты движения режущего органа и конструкции формовой оснастки.

Литература

1. Чистяков Б. З., Мысатов И. К., Бочков В. И. Производство газобетонных изделий по резательной технологии. —  Л.: Стройиздат, Ленингр. отд., 1977. — 240 с.

2. Мартыненко В. А., Ястребцов В. В. О развитии производства ячеистобетонных изделий в Украине. Проблемы качества изделий // Строительные материалы и изделия. —  2003. Спец. выпуск. —  С. 17—19.

3. Мартыненко В. А., Ястребцов В. В., Яременко В. Ф. Некоторые аспекты технологии изготовления мелких стеновых ячеистобетонных изделий // Строительство, материаловедение, машиностроение // Сб. научн. трудов. Вып. 15, Ч. 2. — Днепропетровск: ПГАСА, 2002. —  С. 109—113.

4. Большаков В. И., Мартыненко В. А., Ястребцов В. В. Производство изделий из ячеистого бетона по резательной технологии. — Днепропетровск: Пороги, 2003. —  141с.