Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 12 июля, печатный экземпляр отправим 16 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Решётка дождеприемника из металлокомпозита

Научный руководитель
Спецвыпуск
06.08.2023
35
Поделиться
Библиографическое описание
Савченко, В. Л. Решётка дождеприемника из металлокомпозита / В. Л. Савченко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 31.1 (478.1). — С. 66-68. — URL: https://moluch.ru/archive/478/105323/.


В статье представлены результаты анализа применяемых в дорожной отрасли дождеприёмников и переработки полимерных композитов, а также авторский проект по изготовлению оригинальной антивандальной конструкции решетки дождеприемника из металлокомпозита.

Ключевые слова: дождеприёмник, композит, металлокомпозит, стеклопластик.

Актуальность проблемы заключается в том, что существующие городские водопроводные, канализационные сети оборудованы смотровыми колодцами, в горловине которых установлены металлические люки с крышками и их неудовлетворительное техническое состояние, в основном, обусловлено хищением металлических крышек люков, что в свою очередь снижает безопасность дорожного движения.

Дождеприемники предназначены для приема поверхностных сточных вод с улиц, дворов и других территорий (рис. 1). Наибольшее распространение получили горизонтальные дождеприемники для колодцев, состоящие из чугунных решетки и корпуса, выполненные по ГОСТ 26008–83. В настоящие время кража решёток дождеприемника, выполненных как правило из чугуна, становится большой проблемой, из-за которой случается аварии и страдают люди, а бюджет терпит большие потери. Актуальность проблемы можно показать на примере г. Комсомольска-на-Амуре, где только с одного участка в течение года было похищено почти 35 чугунных решеток, что привело к незапланированным расходам бюджета на сумму почти 535 тыс. руб.

В основном дождеприемники изготавливают из чугуна марки СЧ15, поэтому общий вес достигает почти 115 кг, а масса только одной решетки 40 кг. Чугунные дождеприемники изготавливаются литьем в формы, имеют высокую стоимость. Кроме того, серый чугун является хрупким материалом, что способствует разрушению при воздействии динамических нагрузок.

Чугунные дождеприёмники

Рис. 1. Чугунные дождеприёмники

Относительно недавно в дорожной отрасли стали применять дождеприемники, изготовленные из полимерно-песчаной композиции (рис. 2). Полимерно-песчаная композиция состоит из 20–30 % полимера и 70–80 % песка [1], содержит арматурные каркасы в виде продольных и поперечных прутков. При этом 3–10 % от общей массы люка или решетки приходится на массовую долю арматуры.

Дождеприемник, изготовленный из полимерно-песчаной композиции

Рис. 2. Дождеприемник, изготовленный из полимерно-песчаной композиции

Достоинством полимерно-песчаной решетки является то, что в качестве полимера можно использовать полимеры вторичной переработки, имеет меньшую массу в сравнении с чугунным дождеприемником. Но полимерно-песчаный материал обладает меньшей прочностью и износостойкостью, «боится» высоких температур, быстрее разрушается при воздействии солнечного света (ультрафиолета). Срок службы полимерно-песчаного дождеприемника составляет всего 5 лет. Дождеприемники из полимерно-песчаной композиции изготавливаются методом горячего прессования.

Цель авторского проекта — разработка антивандального дождеприемника с применением перспективных полимерных композитов. В проекте решётки дождеприёмников предлагается изготавливать из полимерных композитных материалов [2]. Каждый компонент в композите играет свою роль. Наполнитель придаёт материалу жесткость, прочность, матрица распределяет нагрузку между армирующими элементами и придаёт форму изделию.

В результате проведения проектных работ была разработана конструкция металлокомпозитной решётки дождеприёмника, состоящая из двух основных компонентов — тела решетки из стеклопластика, усиленного опорной пластиной из стали толщиной 5–15 мм (рис. 3). Дополнительно на наружной поверхности решетки приклеивается стальная пластина, которая защищает поверхность стеклопластикового тела решетки от абразивного и другого вида износа (в том числе и от воздействия шипов покрышек автомобилей). Основное назначение опорной пластины — придание жесткости решетке в целом и некоторой массы, чтобы она не могла вылететь из корпуса дождеприемника при воздействии колес транспорта. Это связано с тем, что стеклопластик в 4 раза легче железа и под нагрузкой больше прогибается, чем чугун. Также опорная пластина служит для плотного прилегания решетки к опорной поверхности корпуса дождеприемника.

Металлокомпозитная решётка

Рис. 3. Металлокомпозитная решётка

Само тело решетки изготавливается из стеклопластика. Исходным сырьем был выбран клеевой препрег, например, марки КМКС-2м.120 или КМКС-4.175 на основе стеклотканей марок Т-10 и Т-15. Композиционные материалы на основе клеевых препрегов марок КМКС (на основе стеклонаполнителей) обладают широким спектром свойств в зависимости от физико-механических характеристик клеевых связующих и наполнителей, используемых в их составе [3].

Предварительный анализ показал, что предпочтительными методами изготовления объемных изделий из препрегов является метод прямого прессования. Процесс изготовления композитной решетки производится в определенной последовательности (рис. 4): 1) раскрой препрега; 2) подготовка пресс-формы, стальной и опорной пластин; 3) укладка препрега на стальную пластину; 4) укладка опорной пластины; 5) укладка препрега на опорную пластину; 6) сборка пресс-формы; 7) процесс отверждения; 8) выемка изделия из пресс-формы, механическая постобработка.

Последовательность укладки компонентов

Рис. 4. Последовательность укладки компонентов

В итоге были получены следующие результаты:

— благодаря тому, что материал легко обрабатывается любым режущим инструментом, то можно подгонять размеры металлокомпозитной решетки под любой корпус дождеприёмника, что позволяет закупать только одну решётку без корпуса;

— масса металлокомпозитной решетки в 2–3 раза меньше массы чугунной решетки, что повышает удобство её монтажа и обслуживания;

— малая металлоемкость решётки дождеприемника не представляет интереса для сборщиков металлолома, что способствует сохранности решёток дождеприемников и повышению безопасности дорожного движения;

— композитный материал решётки обладает высокими прочностью и стойкостью к агрессивным средам, перепадам температур, что позволяет их эксплуатировать в различных температурных режимах от плюс 120 °C до минус 60 °C;

— благодаря тому, что стеклопластики имеют ресурс до 100 лет, ресурс металлокомпозитной решётки повышается в разы в сравнении с решёткой из чугуна и полимерно-песчаной композиции;

— стоимость антивандальной металлокомпозитной решетки может достигать 6–7 тыс. руб. Производство решеток дождеприемника достаточно компактное в плане планировки и размещения оборудования.

Литература:

  1. Патент № 119364 Российская Федерация, МПК E03F 5/02 (2006.01). Дождеприемник полимерно-песчаный армированный: № 2012112764: заявл. 19.03.2012: опубл. 23.08.2012 / Симонов В. Г.; заявитель Симонов В. Г. — 7 с.
  2. Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. справочное издание / Под редакцией Любина Дж. — Москва: Машиностроение, 1988.
  3. Гращенков Д. В. Стратегия развития композиционных и функциональных материалов / Д. В. Гращенков, Л. В. Чурсова // Авиационные материалы и технологии. — 2012. — № 8. — С. 231–242.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
дождеприёмник
композит
металлокомпозит
стеклопластик

Молодой учёный