LV15154B - Arku konstruktīvo kompozītdetaļu izgatavošanas paņēmiens, izmantojot tipveida plakanparalēlus koksnes materiālu elementus - Google Patents

Description

Izgudrojuma apraksts

Izgudrojums attiecas uz arku konstruktīvo kompozītelementu izgatavošanas paņēmienu, izmantojot tipveida plakanparalēlus koksnes elementus, no kuriem saskaņā ar izgudrojumā aprakstīto paņēmienu, tos salīmējot detaļās, var izveidot vairākslāņu arkas vai arī riņķveida konstrukcijas, kurās elementu slāņi ir novietoti vertikāli attiecībā pret arkas garenasi. Izgudrojumu var izmantot koka arku izveidē, tajā skaitā siltumnīcu, angāru, jumta konstrukciju, tiltu vai būvniecībai nepieciešamo veidņu izgatavošanai. Izgudrojumu var izmantot arī citiem nolūkiem, piemēram, koka rotaļlietu ražošanā.

Izgudrojums ļauj samazināt līdz minimumam arkas konstrukcijas izveidošanai nepieciešamo detaļu sortimentu (tipveida elementu) skaitu, pieteicoties tam, ka pēc izgudrojuma tehnoloģijas izgatavotās detaļas ir salīdzinoši maza izmēra, tās var kompakti iepakot, līdz ar to ievērojami samazinās transportēšanas, ražošanas, realizācijas un loģistikas procesu izmaksas.

Detaļu zināmo leņķveida savienojumu analīze

Vispārzināmi ir daudzi amatniecībā un mēbeļu galdniecībā izmantojamie koka detaļu savienojumi, tostarp dēļu un/vai brusu šķērs- un gala savienojumi, šķautņu garensavienojumi (tostarp: sadursavienojumi, piedursavienojumi, līdzena pārlaiduma savienojumi garenvirziena), kā ari leņķveida piedursavienojumi, izmantojot dzeguļus (vienu taisnu dzeguli, divus vai vairākus taisnus dzeguļus, caurejošus ieliktņus vai iegremdētus dzeguļus) u.c. Visi minētie koka detaļu leņķveida savienojumi ir divdaļīgas konstrukcijas, katra no kurām vairumā gadījumu ir integrāls veidojums ar pietiekami sarežģītu, tehnoloģiski grūti izfrēzējamu profilu, un galvenokārt tie ir paredzēti detaļu stūru savienošanai taisnā leņķī, nevis pa aploci.

Ir zināms patenta pieteikums US2478421 A, kurā definētais izgudrojums vertikālo slodžu sadalījumu spēj efektīvi ietekmēt tikai līdz arku detaļu savienojuma plaknei, kura ir paralēla detaļu garenvirziena plaknei, un līdz ar to slodzes efektīvi tiek izkliedētas tikai līdz savienojuma vietai.

Izgudrojuma tehniskais mērķis un būtība

Izgudrojuma tehniskais mērķis ir izveidot arku konstruktīvo kompozītdetaļu izgatavošanas paņēmienu, izmantojot vienkāršus tipveida plakanparalēlus koksnes materiālu elementus, lai veidotu daudzslāņu arkas struktūru, kurā slāņi ir novietoti vertikāli attiecībā pret arkas garenasi. Ja izgudrojumu salīdzina ar iepriekšminēto patenta pieteikumu US2478421 A, tad izgudrojumā piedāvātais elementu savienojuma risinājums iztur lielākas slodzes, jo elementu un detaļu savienojuma princips nodrošina trīs vai vairākslāņu līmētas koka arkas izveidi, kurā slāņi ir novietoti vertikāli attiecībā pret arkas garenasi, un attiecībā pret detaļu vertikālajām asīm slodzes sadalījums ir vienmērīgs visā arkas konstrukcijas šķērsgriezumā.

Piedāvātais arku konstruktīvo kompozītelementu izgatavošanas paņēmiens, ir raksturīgs ar to (skat. 1. pretenziju), ka, izmantojot piedāvātos tipveida plakanparalēlus koksnes elementus, kas turpmāk tekstā tiek saukti par elementiem, un tos pēc izgudrojumā aprakstītā principa savstarpēji salīmējot un/vai sastiprinot jebkurā citā pieņemamā veidā kompozītdetaļās, kuras sastāv vismaz no trīs minētajiem elementiem kā veidojošiem slāņiem un kuras turpmāk tekstā tiek sauktas vienkārši par detaļām, var izveidot vairākslāņu augstas stiprības arkas, kurās slāņi ir orientēti perpendikulāri arkas garenasij un kurās slāņu skaits ir vienāds ar elementu skaitu šķērsgriezumā. Izgudrojuma realizācijas varianti ir definēti no 2. līdz 10. pretenzijai.

Saskaņā ar izgudrojumu arka kā vienots veselums tiek veidota vai nu no viena veida sānskatā identiskiem elementiem (A) vai no divu veidu elementiem (B un C), kuriem atšķirīgs ir šo elementu garums un leņķi. Atkarībā no tā, cik elementu ir vienā detaļā un kā tie tiek plakanparalēli savienoti savā starpā, atšķiras detaļu raksturlielumi (garums, biezums, slāņu skaits, slodzes nestspēja u.c. parametri), kuru optimālā projektēšana nav šī izgudrojuma mērķis.

Izgudrojuma aprakstam pievienoto zīmējumu īss raksturojums

Arkas detaļu konstruktīvā risinājuma, kas tiek izmantots piedāvātā paņēmiena īstenošanai saskaņā ar jebkuru no 1. līdz 10. pretenzijai, daži piemēri un to izmantošanas iespējas ir parādītas pievienotajos astoņos zīmējumos. Izgudrojuma aprakstā un zīmējumos ar plus zīmi (+) ir apzīmēts elementu paralēlais izkārtojums mezglā, ar mīnus zīmi (-) ir apzīmēts mezglu izkārtojums virknē, bet zīme (‘) norāda uz spoguļsimetrisku elementu.

1. zīm. dažādos skatos 1.1 un 1.2 parādītā arkas detaļa X ir izveidota no vienādiem elementiem (A), resp., X= A+A’+A’.

2. zīm. dažādos skatos 2.1 un 2.2 parādītā arkas detaļa Y ir izveidota no elementiem (B un C), resp., Y= В +C+C.

3. zīm. dažādos skatos 3.1 un 3.2 parādītā arkas detaļa Z arī ir izveidota no elementiem (B un C), resp., Z= С +B+B.

4. zīm skatā no sāna ir attēloti trīs arkas varianti 4.1, 4.2 un 4.3, kura attiecīgi ir izveidota no detaļām: Z un Y; tikai no X; X, Y un Z, kas ir attēlotas l.zīm., 2.zīm. un 3.zīm.

5.zīm. sānskatā ir attēloti elementu (А, В un C) viens no iespējamiem leņķu variantiem.

6. zīm. trīsdimensiju veidojumā ir attēlota detaļa X, kurai ir izveidoti savstarpēji saderīgi frēzējumi, kas arī atzīmēti ar indeksiem 1 un 2.

7. un 8.zīm. ir parādīti izgudrojuma pielietojuma daži varianti nesošo arkveida konstrukciju veidošanai.

Izgudrojuma detalizēts izklāsts

Arkas detaļas, kas tiek izmantotas piedāvātā paņēmiena īstenošanai saskaņā ar jebkuru no 1. līdz 10. pretenzijai, sastāv no trīs vai vairāk elementiem, pie tam atšķirīga veida elementi tajos ir apzīmēti ar atšķirīgiem lielajiem burtiem (А, В un C). Minēto detaļu izgatavošanai ir nepieciešami trīs veidu elementi, no kuriem, tos sasvstarpēji salīmējot, var izveidot zīmējumos norādītās detaļas un no detaļām var izveidot arkveida konstrukcijas. Ja detaļu izveidošanai izmanto elementus, kuriem ir frēzējumi, tad šādiem (frāzētiem) elementiem ir jābūt visā arkas elementu slānī. No frēzētiem elementiem arka tiek veidota tā, lai elementu frēzējumu virsmas detaļas slāņos būtu savstarpēji paralēlas vienā detaļas galā, šāda nosacījuma izpilde ir nepieciešama, lai detaļas varētu savienot savā starpā pa garumu. Frēzējumu formai, vēlams, ir jābūt bezdelīgastes savienojuma formai līdzīgam ffēzējumam vai āķa tipa frēzējumu formai, kāda ir parādīta 6.zīm. Detaļas var izveidot arī no elementiem, kuriem nav frēzējumu, bet šādu detaļu savienošanas procesā, lai izveidotu arku, ir nepieciešams izmantot līmi.

Izgudrojuma aprakstam pievienotajos zīmējumos arku detaļas sastāv no elementiem (А, В un C), no kuriem (A) ir paralelograma formai līdzīgi (atšķiras galu leņķi) elementi, bet (B un C) ir trapeces formas elementi, tos izvietojot vertikālā plaknē simetriski attiecībā pret vidusplakni. Nosacīti visu veidu elementus var sagrupēt arī sīkāk, veidojot apakšgrupas pēc materiāla, garuma, biezuma un galu slīpuma leņķiem, elementu slāņu skaita, u.c. parametriem. Elementu (A) galu slīpuma leņķi ir atšķirīgi, to atšķirība ir tieši atkarīga no tā, cik lielu arkas segmentu aizņem viens elements. Elementa (A) galu leņķu summārā starpība ir aprēķināma, izdalot pēc sekojošas formulas: arkas loka grādu skaits ir jāizdala ar minētā elementa vienību skaitu lokā. Tādā veidā var uzzināt leņķu summāro starpību elementa (A) galos. Analoga leņķu atšķirība un savstarpējā sakarība pastāv arī trapeces veida elementiem (B vai C), pie kam trapeces veida elementiem galu leņķi elementā ir vienādi bet pretēji vērsti, bet pēc augstākminētās sakarības leņķi savstarpēji atšķiras starp dažādiem (B un C) trapeces elementiem, šo veidu elementiem savstarpējā leņķu atšķirība ir aprēķināma tādā pašā veidā kā galu leņķu atšķirība (A) tipa elementiem: arkas loka grādu skaits ir jāizdala ar viena slāņa elementu skaitu lokā un tādā veidā var uzzināt leņķu summāro starpību elementu (B vai C) galos. Attiecībā pret arku veidojošo kompozītdetaļu vidusplakni ārējie elementi ir vienādi orientēti viens attiecībā pret otru, un kompozītdetaļu galu slīpuma leņķi vienas detaļas ietvaros ir simetriski. Detaļas vidējā slānī izvietoto elementu (A vai A’), analogi (B vai C), orientācija ir tāda, ka to leņķiski izveidotie gali ir spoguļsimetriski attiecībā pret abu ārējo slāņu leņķisko galu orientāciju. Elementu savstarpējam plakanparalēlajam novietojumam detaļas slāņos, vēlams, ir jābūt ar lielāku vai mazāku savstarpējo nobīdi attiecībā pret garenasi tā, lai elementu novietojums detaļas sānskatā nesakristu, bet būtu savstarpēji nobīdīts, ņemot vērā nosacījumu, ka katra elementa paralēlajām malām (augšas un apakšas malām) ir jābūt perpendikulārām attiecībā pret arkas radiālo asi.

Detaļu plaknēm, kuras savstarpēji savienojas garenvirzienā ar blakusesošo detaļu perpendikulārajām plaknēm, 6.zīm. ir piešķirti indeksi 1 un 2. Plaknēs, kurām ir piešķirti indeksi 1 un 2, ir izveidoti savstarpēji saderīgi ffēzējumi. Detaļu savienojumu plaknes, kurām nav apzīmējumu, ir bez frēzējuma, tās ir savstarpēji saderīgas un savienojas ar līmes palīdzību. Detaļā elementus ir vēlams savstarpēji savienot ar nobīdi, lai detaļu savienojumi paralēlajos slāņos neatrastos vienā plaknē, ņemot vērā nosacījumu, ka elementu augšējām un apakšējām plaknēm ir jābūt perpendikulārām attiecībā pret arkas rādiusu.

Izmantojot l.zīm. attēloto elementu kombināciju detaļā, ir iespējams izveidot arkas struktūru no viena veida savstarpēji vienādām detaļām, kas ir attēlotas 4.2.zīm. un sastāv no vienādiem elementiem (A).

Izmantojot 2.zīm un 3.zīm.attēlotās elementu kombinācijas detaļās Y un Z, ir iespējams izveidot arkas struktūru Z-Y-Z-Y-Z-Y, kas parādīta 4.l.zīm.

Izmantojot l.zīm., 2. zīm. un 3.zīm attēlotās elementu kombinācijas detaļās X, Y un Z ir iespējams izveidot arkas struktūru X-Y-Z-X-X, kas parādīta 4.3.zīm., ievērojot nosacījumu, ka detaļai X arkas galos vai vairāku detaļu virknējumam X-X arkas galos ir jābūt savstarpēji atšķirīgām no Z un Y detaļām vai arī tādai pat X detaļai, kas pagarina X detaļu virknējumu (ievērojot šos nosacījumus, detaļas var savirknēt arī savādākā kombinācijā, veidojot citas atšķirīgas struktūras).

6.zīm. parādītās detaļas vidējo elementu galos ir frēzējumi, kas apzīmēti ar indeksiem 1 un 2. Frēzējumu 1 un 2 formas ir savstarpēji saderīgas un no minētajām detaļām, pateicoties minēto elementu savstarpēji saderīgajiem frēzējumiem, ir iespējams izveidot arku, neizmantojot līmi. Atšķirībā no 6.zīm. parādītā varianta frēzējumus, kas pilda savienojumu funkciju, ir iespējams izveidot arī citu elementu virsmās, ievērojot nosacījumu, ka elementi ir jāsavieto detaļā tā, ka frēzēto virsmu plaknes vienā detaļas galā ir paralēlas.

Arku, kas saskaņā ar izgudrojumu tika izgatavotas no egles dēļiem, eksperimentālā pārbaude praksē deva sekojošus rezultātus:

- trīsslāņu arka (6x8 cm; 7,85 metri; diametrs 5 m), kurā elementu savienojumu plaknes divos no trīs slāņiem atradās aptuveni vienā plaknē, salūza pie 640 kg slodzes (slodze apzināti tika pielikta nevienmērīga un arka tika šūpota);

- trīsslāņu arka (6x8 cm; 7,85 metri; diametrs 5 m), kurā savienojumu plaknes paralēlajos slāņos neatradās vienā plaknē, salūza pie 1220 kg slodzes (tāpat kā pirmajā variantā arka tika intensīvi šūpota);

-ja slodze tiek pielikta vienmērīgi vai tiek pielikta tikai arkas vidū, arka spēj izturēt ievērojami lielāku slodzi (pirmajā gadījumā pārbaude tika veikta ar 700 kg, otrajā gadījumā - ar 1400 kg), bet ņemot vērā to, ka arkas izgatavošana izmaksā pietiekami dārgi un tām ir reāls pielietojums, piem., siltumnīcu nesošā režģveida karkasa izgatavošanai, eksperimenti ar vienmērīgām slodzēm netika izvērsti.

Izmantotie informācijās avoti:

1. Ministru kabineta noteikumi Nr.140 Noteikumi par Latvijas būvnormatīvu LBN 206-99 “Koka konstrukciju projektēšanas normas” http://likumi.lv/doc.php?id=23616

2. RĪGAS TEHNISKĀS UNIVERSITĀTES doktora studiju programmas „Būvniecība” promocijas darba kopsavilkums „NETRADICIONĀLI KOKSNES KOMPOZĪTU KONSTRUKCIJU ELEMENTI UN TO APRĒĶINU METODIKAS” > file:///D:/Users/Lauris/DownIoads/suml 5646.pdf

3. TRĪSLOCĪKLU SISTĒMAS http ://www.bf.rtu.lv/documents/edu/bm/bm2 5 .pdf

4. ASV patenta pieteikums US2478421 A (Arches or top chord construction).

Claims (10)

1. Pretenzijas

   1. Arku konstruktīvo kompozītdetaļu izgatavošanas paņēmiens, izmantojot tipveida plakanparalēlus koksnes konstruktīvos elementus (A, В un C), pie kam elementi (A) ir paralelograma formai līdzīgi elementi ar atšķirīgiem leņķiem to galos un (B un C) ir trapecveida elementi ar vienādiem, bet pretēji vērstiem leņķiem elementu galos, vai izmantojot to analogus, attiecīgi pagrieztus ap savu garenasi, un tos attiecīgi strukturējot simetriski attiecībā pret veidojamās elementu paketes (detaļas) vidusplakni, kā arī tos sastiprinot savā starpā ar līmi, lai no minētajiem elementiem veidotu vismaz trisslāņu brusu tipa detaļas X, Y, Z, kuras arkas montāžas procesa tiek nostiprinātas viena otrai galā.
2. 2. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, pie kam, lai veidotu minēto brusu tipa detaļu kvalitatīvus sadur savienojumus arkas konstrukcijā, katrā detaļas slānī to veidojošo elementu biezums ir konstants, pie tam minētās detaļas X, Y, Z veidojošo slāņu (А, В un C) biezumi var būt savstarpēji atšķirīgi ar nosacījumu, ka to novietojums ir simetrisks attiecībā pret elementu paketes (detaļas) vidusplakni.
3. 3. Paņēmiens saskaņā ar 1. vai 2. pretenziju, pie kam elementi detaļas paketes veidošanas procesā tiek izvietoti tā, ka to apakšējās un augšējās malas būtībā ir perpendikulāras arkas radiālajai asij un vismaz vienā no slāņiem elementi ir pretēji vērsti attiecībā pret blakusslāņa elementu leņķi, t.i., ja vienā detaļas slānī tiek novietots, piem., elements (A), tad blakusslānī tiek novietots elements (A'), kurš ir tāds pats kā elements (A), tikai apgriezts pa savu garenasi, lai, izvietojot elementus vienu otram galā, vienā slānī savienotos elements (A) ar (A) vai (A') ar (A'), turklāt:

   - elementu A vai A' galu slīpuma leņķi ir atšķirīgi, un minētā atšķirība ir funkcija no arkas segmenta garuma, ko aizņem viens elements, un elementa (A vai A') galu leņķu summārā starpība ir aprēķināma pēc sekojošas formulas: 360 grādi ir jāizdala ar viena slāņa elementu skaitu arkas lokā; analogi kā gadījumā, kad detaļa tiek veidota no elementiem (A un A'), tiek aprēķināta leņķu summārā starpība arī tajā gadījumā, ja detaļa tiek veidota no trapecveida elementiem (B vai C), pie tam viena tipa trapecveida elementiem galu leņķi ir vienādi, leņķu atšķirība trapecveida elementos ir starp dažādajiem elementiem (B un C).

   - elementi detaļas veidošanas procesā tiek izvietoti tā, ka brusas šķērsgriezumā vismaz viena slāņa elementu leņķi, vēlams, ir pretēji vērsti attiecībā pret blakusslāņa elementu leņķiem, t.i., ja vienā detaļas slānī tiek novietots, piem., elements B, tad vismaz vienā no slāņiem ir jābūt novietotam elementam C.
4. 4. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju ar nosacījumu, ka ir izpildītas 2. un 3. pretenzijā definētās prasības, pie kam arkas detaļa X= A+A’+A’ (l.zīm.) tiek veidota no vienādiem elementiem (A) un, izmantojot minēto elementu kombināciju detaļā, tiek veidota arkas struktūra ...-X-X-X-... no viena veida savstarpēji vienādām detaļām.
5. 5. Paņēmiens saskaņā ar 1. pretenziju, ar nosacījumu, ka ir izpildītas 2. un 3. pretenzijā definētās prasības, pie kam arkas detaļa Y= B+C+C (2.zīm.) vai detaļa Z=C+B+B (3.zīm.) tiek izveidotas no simetriskiem trapecveida elementiem (B un C) un, izmantojot minētās elementu kombinācijas detaļās Y un Z, tiek izveidota arkas struktūra.
6. 6. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru iepriekšējo pretenziju, pie kam elementu savstarpējais plakanparalēlais novietojums detaļu slāņos, vēlams, ir raksturīgs ar savstarpējo nobīdi attiecībā pret garenasi ar nosacījumu, ka katra elementa paralēlās malas (augšas un apakšas malas) ir perpendikulāras attiecībā pret arkas radiālo asi; tādējādi, izmantojot l.zīm., 2. zīm. un 3.zīm attēlotās elementu kombinācijas detaļās X, Y un Z ir iespējams izveidot arkas struktūru, kas ir attēlota 4.3.zīm., vai jebkura citu no minētās atšķirīgu arkas struktūru, ievērojot nosacījumu, ka detaļas X galos vai vairāku detaļu X virknējuma ...X-X...galos ir izvietotas savstarpēji atšķirīgas detaļas (Z υη Y) vai tāda pat detaļa X, kas pagarina minēto detaļu virknējumu.
7. 7. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru iepriekšējo pretenziju un izgudrojuma aprakstu, pie kam minētās detaļas pakete tiek veidota no vairāk par trim elementiem (А, В un C) un minētie elementi paketē tiek izvietoti sekojoši: ja vienā slānī tiek novietots elements (B), tad vismaz vienā no pārējiem slāņiem, vēlams, tiek novietots elements (C), turklāt, izvietojot detaļas vienu otrai galā, elementa galos tiek izvietoti atšķirīgi elementi, lai izveidotu koka dzīvojamo ēku, rūpniecisko ēku (angāru, siltumnīcu, u.c.) un sporta haļļu arkveida slodzi nesošās pārseguma konstrukcijas, kā arī konstrukcijas monolīto dzelzsbetona ēku būvniecībā nepieciešamo veidņu balstīšanai.
8. 8. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru iepriekšējo pretenziju, pie kam minēto elementu plaknēs, kuras savienojas ar citas detaļas saderīgo elementu, tiek izveidoti savstarpēji saderigi frēzējumi, kuri nodrošina detaļu savstarpēji noturīgu savienojumu, neizmantojot līmi, pie tam, izmantojot frēzētus elementus, ir jāievēro nosacījums, ka elementi, kuriem ir frēzējumi, tiek izvietoti tā, ka detaļu savienojumu vietās frēzētās plaknes ir savstarpēji paralēlas.
9. 9. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru no 1. līdz 7. pretenziju, pie kam minēto elementu savstarpējo savienojumu plaknes, kurās nav frēzējumu, tiek savienotas, izmantojot līmi.
10. 10. Paņēmiens saskaņā ar jebkuru iepriekšējo pretenziju, pie kam paņēmiena īstenošanai izmantoto koksnes izejmateriālu kvalitāte, sortiments, stipribas īpašības un apstrādes tehnoloģiskie parametri, tostarp dzeguļu nošļaupto leņķu lielumi, slāņu skaits un elementu biezums slāņos, lai veidotu liekti līmētas koksnes konstrukcijas, atbilst ISO standartiem.