УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B28D1/00 B23K9/00 

Силикатный кирпич в настоящее время продолжает оставаться основным (при возведении стен) строительным материалом. Наряду с преимуществами перед другими строительными материалами силикатному кирпичу в то же время присущ и ряд недостатков. К основным недостаткам можно отнести сравнительно невысокую стойкость кирпича к воздействию атмосферных факторов и цветовое однообразие выполненных из него архитектурных объектов.

В течение последних трех-четырех десятилетий предпринимались попытки устранить эти недостатки, используя, в частности, плазменно-дуговую обработку кирпича (1, 2, 3). Однако в нашей стране ни одному инженерному коллективу так и не удалось создавать установку, отвечающую всем требованиям промышленной эксплуатации. Наиболее близко подошли к решению этого вопроса исследователи в институте физики АН БССР, защитив разработку авторским свидетельством N 733231 (4). Продолжительность межремонтного срока работы этой установки, названной "Устройством для высокотемпературной обработки поверхности диэлектрических материалов", по данным самих создателей ожидалась в пределах 150 ч работы (5), что не может быть признано удовлетворительным с позиций эксплуатации в строительстве. К тому же степень однородности поверхности изделий после обработки была невысокой, что снижало качество изделий и ставило под сомнение целесообразность проведения этой операции.

Устройство, созданное в институте физики АН БССР (4), по своей конструкции является одним из аналогов заявляемого. Устройство состоит из двух основных частей: конвейера и плазмотрона. Анод плазмотрона выполнен в виде двух параллельных и находящихся под одним электрическим потенциалом медных водоохлаждаемых цилиндров, установленных с возможностью вращения вокруг осей в противоположные стороны. Между цилиндрами автоматически поддерживается постоянное расстояние, равное или меньшее токопроводящего диаметра анодного пятна. Цилиндры-электроды расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси плазмотрона. Поджиг дугового разряда осуществляется при включенном блоке привода вращения и возвратно-поступательного перемещения цилиндров. Возвратно-поступательное перемещение и вращение цилиндров обеспечивают равномерное распределение тепла по поверхности цилиндров, снижает максимальную рабочую температуру поверхности, обеспечивает минимальную равномерную эрозию по длине электродов и большой объем эрозионной массы. Вращение цилиндров способствует вентиляции анодной зоны и уменьшению количества паров стройматериалов в зоне обработки.

Вторым существенным узлом этого устройства является двухленточная конструкция конвейера, рабочие ветви которого расположены симметрично относительно оси, проходящей через анод и катод плазмотрона на расстоянии, равном 1,5-5 диаметрам плазменно-дугового шнура друг от друга.

Конвейер установлен между анодным и катодным узлами плазменного генератора. Катодный узел генератора выполнен в виде стержня из вольфрама, закрепленного в охлаждаемом корпусе.

К числу эксплуатационных достоинств аналога следует отнести то, что описанная конструкция анода плазмотрона позволяет получать более устойчивую плазму. Однако ресурс работы плазмотрона до замены анодного узла не превышает 150 ч. Кроме того, надежность поджига разряда при смене типа кирпича или срабатывания анодов при длительной работе не получила удовлетворительного эксплуатационного значения. Но самым существенным недостатком этого аналога является, на наш взгляд, то, что устройство в целом не обеспечивает достаточной повторяемости результатов обработки строительных материалов, в частности кирпича, и необходимой однородности обрабатываемых поверхностей. Немаловажную роль в этом играет, по нашему мнению, то, что полотно конвейера является гибким, а обрабатываемая поверхность изделия располагается в плоскости, параллельной оси плазмотрона, и, соответственно, параллельна плазменно-дуговому шнуру. Так как поверхность обрабатываемого изделия является параметром, который наряду с конструкцией плазмотрона определяет структуру и стабильность плазменно-дугового шнура, то их взаимодействие может привести к grad. T^o в плазме и, соответственно, к отклонениям по однородности обрабатываемой поверхности.

Избежать влияния одного из факторов, определяющих качество обработки - гибкости грузонесущего полотна, можно было бы, если применить в качестве конвейера, например, устройство по а.с. СССР N 1431983 (6). Этот конвейер имеет станину с опорами, на которых смонтированы основная и дополнительная подвижные рамы. Рамы выполняют роль грузонесущего полотна и имеют возвратно-поступательное движение, обеспечивающее непрерывное равномерное прямолинейное перемещение груза. Последнее достигается за счет того, что привод конвейера выполнен в виде кулачков, имеющих форму спирали Архимеда. Рамы перемещаются с помощью рычагов, установленных на опорах шарнирно и с наклоном в сторону, противоположную движению груза. Связь рам с рычагами осуществляется через ролики, а возврат рам (в исходное состояние) с помощью возвратных пружин, связанных со станиной.

Кроме того, что кулачки привода конвейера выполнены в виде спирали Архимеда, для обеспечения непрерывного равномерного и прямолинейного перемещения груза принципиальное значение имеет правильность выбора угла наклона рычагов, перемещающих рамы, и встречное движение рам. Угол наклона рычагов к вертикали задан в конвейере таким, чтобы tg этого угла был меньше коэффициента трения скольжения на осях роликов, с помощью которых рамы прокатываются на рычагах. Благодаря этому достигается то, что при рабочем движении сначала происходит подъем рамы, а затем ее горизонтальное перемещение. При обратном же движении рамы заданный угол наклона рычага к вертикали обеспечивает то, что сначала рама опускается, оставляя груз на второй раме, и лишь затем движется назад. Кроме того, обеспечивается возможно малый промежуток времени при отрыве плоскости рамы от плоскости груза.

Выгодно отличаясь от конвейера в Минской установке (4) жестким грузонесущим полотном, описанная конструкция конвейера по а.с. N 1431983 имеет свои существенные недостатки: зависимость работоспособности конвейера от тангенса угла наклона рычагов к вертикали и коэффициента трения скольжения на осях роликов, стабильность которого сложно обеспечить в реальных условиях эксплуатации таких установок; практически невозможно избежать обратного проскальзывания груза в момент перехода с одной рамы на другую.

В связи с ограничениями пользования информаций об устройстве, созданном в И. Ф. АН БСССР (4), и отсутствием плазмотрона в устройстве (6) в качестве ближайшего аналога (прототипа) заявляемого устройства взята установка по патенту США N 3584184 (7).

Установка (в описании к патенту названная аппаратом) включает своеобразный поддон для расположения в нем обрабатываемых изделий и плазмотрон, аноду которого придана форма параллелепипеда, выполненного из медной фольги и имеющего водяное охлаждение, а катод расположен под острым углом к поверхности обрабатываемых изделий (огнеупорные кирпичи или керамические детали). Дополнительных к поддону узлов или транспортных средств для подачи изделий в зону обработки в описании к патенту не оговаривается.

Таким образом, конструкция плазмотрона в этой установке не позволяет увеличить производительность труда за счет, например, обработки нескольких поверхностей или нескольких изделий одновременно. Кроме того, конструкция устройства требует сложного узла сканирования для обеспечения равномерного покрытия по всей обрабатываемой поверхности, а устройству в целом присущ низкий КПД, так как для плазменной обработки используется небольшая (концевая) часть плазменной струи. Большая же часть энергии плазмы излучается в пространстве.

Сущностью заявляемого изобретения является устройство, в котором устранены в достаточной степени недостатки аналогов, в том числе и ближайшего. В устройстве, так же как и в прототипе, для осуществления термообработки изделий применен плазменный генератор, но с соосно расположенными и разнесенными относительно полотна конвейера анодным и катодным узлами. Анод выполнен из графита в форме диска, посаженного на ось вращения. Для удобства обслуживания и придания плазменно-дуговому факелу большей стабильности катодный узел помещен внизу полотна конвейера так, что продольная ось, проходящая вертикально через сопло катодной горелки, оказывается направленной на боковую поверхность анодного диска (проходя одновременно через его ось и центр массы). При этом расстояние между осью диска и основанием устройства регулируется.

Конвейер в данном устройстве выполнен двухручьевым, и в отличие от ближайшего аналога каждое полотно его представляет собой две жесткие рамы, набранные из металлических полос, расположенных на разной высоте относительно основания устройства так, что плоскость, проходящая через грузонесущие грани полос, образует с осью катодной горелки угол, отличный от 90^o (см. фиг. 1, вид А-А). Этим обеспечивается непараллельность плоскости боковой (обрабатываемой) грани кирпича вертикальной оси, проходящей через сопло горелки плазмотрона, чем достигается высокая однородность по цвету и качеству поверхности изделия в результате обработки. Привод конвейера обеспечивает плавное перемещение объекта обработки вдоль плазменно-дугового шнура с постоянной скоростью. Плавность перемещения достигается за счет узла подъема и опускания рам полотна конвейера, в конструкции которого используется планка с уступом, высота которого равна разнице высот установки рам. Устройство обеспечивает хорошую повторяемость результатов. Эксплуатационный срок его работы (до замены анода и катода) превышает месяц при двухсменной работе.

На фиг. 1 дано схематичное изображение устройства; на фиг. 2 - конструкция узла подъема и опускания рам полотна конвейера; на фиг. 3 - конструкция катодного узла плазменного генератора; на фиг. 4 конструкция анодного узла генератора.

Устройство (фиг. 1) состоит из двухручьевого возвратно-поступательного конвейера 1, камеры с плазмотроном 2, двух тумб левой 3 и правой 4, соединенных внизу швеллерами 5, и пульта управления 6 с силовыми узлами электропитания привода установки и плазмотрона.

В левой тумбе 3 размещен привод конвейера, включающий электродвигатель 7, редуктор 8, барабан 9 и две тяговые каретки 10, пальцы которых помещены в паз на боковой поверхности цилиндрического барабана, чем обеспечивают возвратно-поступательные движения их и связанных с ними двух рам конвейера. Для подъема и опускания полотна конвейера на тумбах 3 и 4 установлены специальные узлы 11.

Конвейер набран из металлических полос 12 (фиг. 1, вид А), горизонтально расположенные грани которых выполняют роль грузонесущего полотна конвейера. Над полотном конвейера располагаются рассекатель 13 и роликовые поджимы 14, которые обеспечивают идентичное расположение обрабатываемых изделий относительно плазменно-дугового шнура и гарантированный зазор между изделиями. Полосы конвейера соединены швеллерами так, что из них образуются две рамы 15 и 16. При этом полосы установлены на разной высоте от основания конвейера. Разница установки двух соседних полос, принадлежащих разным рамам, обозначена на фиг. 1 "δ". Разница установки полос, принадлежащих одной и той же раме, показана в виде плоскостей, проходящих через горизонтальные грани полос и образующих с вертикалью углы α′ и α″, равные между собой по абсолютной величине (фиг. 1, вынесенное сечение А-А).

Узел подъема и опускания полотна конвейера (фиг. 2) включает в себя линейку, состоящую из корпуса 21, в котором находятся вкладыш 22 и две планки 23 и 24 с уступами 25 и 26, ролик 27, наружная поверхность которого образует два цилиндра разного диаметра и два пружинных упора 28. При движении полотна конвейера в одну сторону (на фиг. 1 и 2 вправо), обеспечивающем перенос обрабатываемых изделий через камеру с плазмотроном, вкладыш линейки своим основанием 29 касается той цилиндрической поверхности ролика, которая имеет меньший диаметр, и катится по ней вправо. Полотно конвейера при этом находится в поднятом состоянии, т.к. уступ 26 планки 24, принадлежащей полотну 30 конвейера, и уступ 25 планки 23 соприкасаются, как показано на фиг. 2. При обратном ходе полотна конвейера (на фиг. 2 влево) планка 23 будет сдвинута пружинным упором 28 влево, так что уступы планок разойдутся и полотно конвейера опустится. Линейка при этом основанием своего корпуса 21 касается той части цилиндрической поверхности ролика 27, которая имеет большой диаметр, и будет катиться по ней.

Плазмотрон устройства (фиг. 3 и 4) имеет разнесенные по вертикали относительно полотна конвейера анодный и катодный узлы. Анодный узел состоит из графитового анода 31, выполненного в виде диска и установленного с возможностью вращения, телескопического вала 32 и медных водоохлаждаемых радиаторов 33, выполняющих роль токопроводов. Анод снабжен эксцентриковым механизмом 34 подъема и опускания его, обеспечивающим начальный поджиг плазменной дуги, а также возможность подстройки для обработки кирпичей и изделий различных размеров.

Катодный узел содержит горелку 37, установленную на штоке 38. Для удобства обслуживания и придания плазменно-дуговому шнуру необходимой стабильности катодная горелка установлена между центральными полосами полотна конвейера снизу так, что вертикальная ось, проходящая через сопло горелки, направлена строго в центр оси анодного диска.

Пульт управления представляет собой металлический шкаф, содержащий узлы включения, управления, автоматики, приборы для контроля электрического режима работы установки в целом, а также необходимые силовые элементы электросхемы для работы плазмотрона.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом: подачей напряжения на электродвигатель включается привод, который приводит в движение полотно конвейера через червячный редуктор 8. Цепной передачей приводится во вращение барабан 9, который вызывает возвратно-поступательное движение тяговых кареток 10. Изделия (кирпичи) устанавливаются на этом же конце конвейера, где расположен привод вплотную к рассекателю 13. При подходе к плазмотрону положение изделий будет откорректировано с помощью роликовых поджимов 14. Так как грузонесущая плоскость конвейерного полотна за счет специальной установки составляющих ее полос образует с вертикалью угол, отличный от 90^o, то обрабатываемая грань кирпича получает необходимый экспериментально подбираемый угол по отношению к плазменно-дуговому шнуру. Этим обеспечивается требуемая высокая степень однородности обработки. На выходе с конвейера изделие поступает в приемник или снимается вручную. При движении изделия по конвейеру описанная выше конструкция узла подъема и опускания полотна конвейера (фиг. 2) обеспечивает необходимую плавность передачи изделия с одной рамы на другую (когда для первой наступает цикл возврата). Немаловажную роль при этом играет тот факт, что барабан и паз на его боковой поверхности сконструированы так, что в момент касания изделием второй рамы полотна конвейера первая продолжает двигаться какое-то время в ту же сторону (на фиг. 1 вправо), в которую началось движение второй рамы, принявшей изделие, т.е. часть цикла движения конвейера обе рамы двигаются одновременно в одну и ту же сторону. Высота же подъема и опускания рам полотна конвейера определяется высотой уступов планки 23.

Цветовая окраска обработанной поверхности изделия определяется характером вещества, наносимого на обрабатываемую поверхность изделия.

Дисковая форма графитового анода плазмотрона и придание вращения обеспечивают ему равномерность износа. Следует учитывать, что дуговой разряд плазмотрона неизбежно вызывает некоторое испарение материала с поверхности изделия. Материал попадает в плазму, ионизируется и взаимодействует с поверхностью анода. И если обрабатываемым изделием является силикатный кирпич, то не исключается возможность образования на поверхности анода силицида графита, отличающегося повышенной стойкостью к разрушению в дуговых разрядах.

Все это в совокупности обеспечило устройству по сравнению с прототипом повышение межремонтного периода, повышение качества обрабатываемых изделий и производительность, необходимую для промышленной эксплуатации надежность работы.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 725327, кл. B 23 K 9/00.

2. Авторское свидетельство СССР N 707134, кл. C 04 B 41/32.

3. Варга Акош, патент ВНР N 171530.

4. Авторское свидетельство СССР N 733231, кл. B 28 B 1/00.

5. Разработка физических принципов плазменной обработки поверхности строительных материалов. Отчет о НИР. Минск: Институт физики АН БССР, 1980.

6. Авторское свидетельство СССР N 1 431983, кл. B 65 25/00.

7. Патент США N 3584184, кл. B 23 K 9/00, 1971.

Использование: в производстве строительных материалов. Сущность изобретения: установка содержит двухленточный возвратно-поступательный конвейер, каждое полотно которого представляет собой две рамы, набранные из металлических полос, установленных на разной высоте от основания установки так, что плоскость, проходящая через грузонесущие грани полос, образует вертикально регулируемый угол, отличный от 90^o. Тем самым достигается образование угла между обрабатываемой поверхностью кирпича и осью плазменно-дугового разряда плазмотрона, чем обеспечивается высокая степень однородности обработки. Этой же цели служит применение в конвейере узла подъема и опускания рам специальной конструкции, который вместе с кулачковым приводом обеспечивает непрерывное плавное перемещение обрабатываемых объектов по конвейеру с постоянной скоростью. Так как в камере плазмотрона обрабатываются одновременно поверхности двух изделий, то гарантированный зазор между ними достигается за счет рассекателя, установленного над поверхностью полотна конвейера и роликовых поджимов. Желаемый цвет получается за счет нанесения на обрабатываемую поверхность кирпича соответствующего вещества. Применение в качестве анода плазмотрона, вращающегося графитового диска с медными водоохлаждаемыми радиаторами, и установление катодной горелки плазмотрона снизу полотна конвейера обеспечивают межремонтный срок работы установки свыше месяца без переналадки. 4 ил.

Установка для защитно-декоративной обработки строительных материалов, преимущественно силикатных кирпичей, включающая плазмотрон и устройство для размещения изделий в зоне обработки, отличающаяся тем, что анод плазмотрона выполнен из графита в форме цилиндрического диска, установлен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и снабжен радиаторами охлаждения, являющимися одновременно токоподводами, причем катодный и анодный узлы плазмотрона расположены соосно, а устройство для размещения изделий в зоне обработки выполнено в виде двухручьевого возвратно-поступательного конвейера, каждое полотно которого расположено в горизонтальной плоскости симметрично оси катодного узла плазмотрона и выполнено из двух рам, набранных из параллельно расположенных жестких грузонесущих полос, установленных на разной высоте от основания установки так, что плоскость, проходящая через грузонесущие грани полос, принадлежащих одной раме, образует с осью плазмотрона угол, отличный от 90^o, при этом конвейер снабжен узлом подъема и опускания рам с имеющей уступ подвижной планкой, и разница уровней установки двух смежных полос, принадлежащих разным рамам, равна высоте уступа подвижной планки в узле подъема и опускания рам конвейера.