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.
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.
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.
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.
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:
- 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.
- Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. справочное издание / Под редакцией Любина Дж. — Москва: Машиностроение, 1988.
- Гращенков Д. В. Стратегия развития композиционных и функциональных материалов / Д. В. Гращенков, Л. В. Чурсова // Авиационные материалы и технологии. — 2012. — № 8. — С. 231–242.
