Изготовление волнистых листов

Форма листов

Волнистые листы — основной вид продукции отечественных асбестоцементных заводов. Они применяются в кровельных покрытиях и в меньших количествах — для стеновых ограждений неотапливаемых зданий.

Необходимо, чтобы профиль волны асбестоцементных листов удовлетворял следующим основным требованиям.

Форма волны должна быть такой, чтобы волнистый асбестоцементный лист, изготовленный из коротковолокнистых сортов асбеста (в основном 5-го и 6-го сорта или с небольшой добавкой асбеста 3-го и 4-го сорта), не имел трещин и расслоений в формуемом листе, и боковые кромки волнистого листа обеспечивали плотность покрытия при укладке листов в стыках друг на друга;
Волнистый лист рассчитывают так, чтобы он выдерживал с требуемым запасом прочности равномерно распределенную и сосредоточенную нагрузки, которые он испытывает при эксплуатации на кровле.

Профиль волнистых асбестоцементных листов, получаемых путем профилирования свежесформованных плоских листов, обычно образуется дугами окружности. Это обеспечивает равномерное распределение деформаций в формуемом листе. Дуги окружностей, образующих профиль волны, могут или непосредственно сопрягаться между собой, или же соединяться прямолинейными участками. В соответствии с этим различают два типа профиля волнистых асбестоцементных листов.

Профиль листов первого типа образован дугами окружностей, непосредственно сопряженных друг с другом, а листов второго типа — дугами окружностей, сопряженных прямолинейными участками. Волнистые листы первого профиля имеют меньший момент сопротивления и поэтому применяются сравнительно редко.

Волнистые листы, сформованные из плоских листов, при наложении их один на другой (в стопе или в покрытии) соприкасаются не всей своей поверхностью, а лишь наклонными плоскими участками, как это видно из рис. 56, и образуют на остальных участках серповидные зазоры. Максимальная теоретическая ширина этого зазора, которую мы обозначим b, будет равна: b — z — s, где z — высота подъема верхнего листа над соседним нижним. Но z = s/cosα, где α — половина центрального угла дуги, образующей криволинейные участки профиля листа. Следовательно:

Эту величину зазора волнистые листы имели бы в том случае, если бы профиль их был совершенно одинаковым.


Рис. 56. Расположение волнистых листов в стопе

Практически размер ширины зазора несколько превосходит теоретическую его величину за счет того, что высоты и профили волн накладываемых листов несколько различаются.

Через эти зазоры в зимнее время задувает снег. При хранении листов в высоких стопах и, особенно, при железнодорожных и автомобильных перевозках в гребнях нижних листов стопы возникают большие напряжения, часто приводящие к их излому.

Выше мы рассмотрели схему листоформовочной машины системы Маньяни, позволяющую формовать волнистые листы с утолщениями на гребнях и впадинах волн, которые полностью заполняют указанные серповидные зазоры. Этот метод позволяет вырабатывать также листы с любым соотношением размеров толщины s листа к диаметру D изогнутой части профиля волнистого листа S/D. Он позволяет также формовать изогнутые участки профиля любого очертания.


Рис. 57. Типы профилей волнистых листов

На рис. 57 показаны три профиля волнистых листов, из которых первые два профилированы из плоских листов, а последний сформован на машине системы Маньяни. Профиль верхнего листа 1 состоит из дуг окружностей, описанных из общего центра, внешняя из которых имеет радиус R, а внутренняя — R — 5, сопряженных прямолинейными участками длиной а. Профиль среднего листа 2 составлен из тех же дуг окружностей, что и профиль первого листа, но прямоугольная вставка у него отсутствует и дуги сопрягаются непосредственно одна с другой. Профиль нижнего листа 3 составлен из дуг окружностей со смещенными центрами, имеющими один и тот же размер радиуса R, сопряженных прямолинейными вставками.

Рассмотрим профиль каждого из этих листов.

Чтобы более наглядной была разница между ними, размеры основного радиуса R взяты одни и те же во всех трех профилях листов. В листах 1 и 3 размеры шага волны L и высота волны h также одни и те же. Ввиду отсутствия у профиля второго листа прямолинейной вставки, размеры длины волны L и высоты волны h у него соответственно уменьшились.

Профиль волнистого листа 1 определяется следующими элементами: длиной волны L, высотой волны h, толщиной листа s, радиусом внешней дуги R, центральным углом дуги 2α, длиной прямолинейного сопряжения дуги участка α.

Размеры этих элементов профиля определяются следующими двумя формулами, позволяющими определить размеры двух элементов, задавшись четырьмя остальными: Половина длины волны L (см. рис. 57, лист 1) L/2 = h + l2 + l3;
l1 = R sin α; l2 = α cos α и l3 (R — s) sin α. Заменяя в первом равенстве l1, l2 и l3 их значениями, получим:
L/2 = R sin α + α cos α + (R — s) sin α = (2R — s) sin α + a cos α;
L = 2 (2R — s) sin α + 2α cos α.   (3)
Высота волны (см. лист 1) h = h1 + h2 + h3;
h1= R — R cos α = R (l—cos α); h2 = α sin α; h3—(R— s)— (R — s) cos α = (R — s) (1 — cos α).

Заменяя в предыдущем равенстве h1, h2 и h3 найденными их значениями, получаем
h = R (1 — cos α) + α sin α + (R — s) (1 — cos α) = (2R — s) (1 —cos α) + α sin α.   (4)
Важной технологической характеристикой профиля волнистого листа является коэффициент сокращения листа при формовании его в волнистый лист. Теоретическая величина этого коэффициента Кс определяется отношением половины длины волнистой линии к размеру половины шага волны.

Из рис. 57 (лист 1) следует:

где ab и cd — дуги, a bc — прямая вставка профиля листа. По формуле (3) Ь = 2 (2R — s)sin α + 2α cos α; дуга ab — Rарк α; bc = α; дуга cd — (R — s)apk α (apk α — длина дуги при радиусе 1 с центральным углом α; apk α = п·1/180° α.  Подставляя найденные значения Кс, получаем:

Профиль волнистого листа 2 (см. рис. 57). В этом профиле из шести элементов рассмотренного профиля листа 1 отсутствует прямолинейная вставка. Взаимная зависимость остальных элементов сохранена. Это позволяет использовать выведенные для расчета первого профиля равенства, приняв размер α = 0:

В профиле листа 3 размеры длины L и высоты h волны, толщины листа в прямой вставке а такие же, как и в рассмотренном профиле листа 1. Разница между ними состоит лишь в том, что в профиле листа 1 внешние и внутренние дуги описаны из одного центра и имеют разные размеры, а в профиле листа 3 они имеют один и тот же радиус, но различные центры, находящиеся на одной вертикали, но отстоящие один от другого на расстоянии z = s/cos α. Следовательно, верхняя волнистая линия профиля листа 3 может быть получена путем вертикального перемещения нижней волнистой линии на величину s1 = s/cos α, что обеспечивает при укладке листов в стопы плотное прилегание поверхности листа к верхней поверхности лежащего ниже листа. При таком профиле асбестоцемент скапливается преимущественно в вершинах и впадинах волн, т. е. в зонах, более удаленных от средней оси листа, что повышает сопротивляемость листа изгибающим нагрузкам. Изменяется размер и форма прямолинейного участка профиля, который в листе 1 имеет форму прямоугольника, а в листе 3 — ромба и увеличивается размер центрального угла 2α дуг профиля листа 3.

Зависимость между размерами элементов профиля листа 3 мы получим, если в формулы (3) и (4), выведенные для профиля листа 1, заменим R — s на R.

Длина волны
L = 4Rsin α + 2α cos α.       (9)
Высота волны
h = 2R(1 — cos α) + α sin α. (10)
Выясним, какой должна быть величина диаметра окружности, образующей профиль волнистого листа.

Если мы возьмем сырой асбестоцементный лист толщиной s мм и выгнем его по цилиндрической поверхности радиусом R, то внешняя поверхность листа получит деформацию удлинения, а внутренняя, прилегающая к цилиндрической поверхности, охватываемой листом,— деформацию сжатия. Если принять (условно), что нейтральный слой, т. е. тот слой асбестоцементного листа, в котором деформации отсутствуют, пройдет через центральную часть сечения листа, то относительное удлинение внешней поверхности листа составит:

но так как s всегда значительно меньше 2R, то без большой погрешности мы можем пренебречь ее величиной в знаменателе, и тогда получим следующее выражение:

т. е. удлинение будет прямо пропорционально толщине формуемого листа и обратно пропорционально диаметру формующей поверхности.

Когда е превысит определенную величину, в растянутой зоне асбестоцементного листа появятся поверхностные трещины, которые уменьшат механическую прочность листа и ослабят его морозостойкость.

Предельная величина е зависит от процентного содержания асбеста в асбестоцементной листе, его сорта и степени распушки, а также плотности листа. Чем больше содержится волокон асбеста в листе, чем тоньше эти волокна распушены, тем более высокие деформации может выдерживать лист, не разрушаясь.

Предельное отношение D/s (диаметра, образующего профиль окружности, к толщине волнируемого листа) для асбестоцементных листов, содержащих около 14—15% асбеста 5-го и 6-го сорта, согласно исследованиям ленинградского отделения НИИСтройдормаша, находится в следующей зависимости от объемного веса листов, определяющих их плотность.