проволочный канат

Классы МПК:D07B1/06 канаты или кабели из металлической проволоки, например из фасонной проволоки, расположенной вокруг пеньковой сердцевины 
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Белов Владимир Алексеевич,
Бирюков Борис Александрович,
Жемайтис Пранас Пранасович,
Игнатьев Сергей Николаевич,
Кикоть Анатолий Иванович,
Кошиц Иван Николаевич,
Пятлин Василий Викторович,
Пятов Василий Васильевич
Приоритеты:
подача заявки:
1993-05-05
публикация патента:

Изобретение относится к длиномерным гибким изделиям и может быть использовано в качестве буксировочного, подъемного или натяжного элемента. Пряди каната крестовой свивки содержат несколько слоев проволок. Шаг свивки наружного слоя пряди выполнены в пределах от четырех до пяти величин диаметра каната, а шаг свивки каната в целом выполнен в пределах от девяти до одинацати величин диаметра каната. При этом шаги свивки проволок по слоям в прядях каната находятся в линейной зависимости от градусов расположения соответствующих слоев. Канат обладает повышенной надежностью за счет уменьшения его крутимости и вибрацией, а также более равномерного распределения нагрузки по слоям проволок при натяжении и эксплуатации в набегающем потоке. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

1. ПРОВОЛОЧНЫЙ КАНАТ, содержащий три многослойные пряди, отличающийся тем, что шаг свивки наружного слоя проволок в пряди по отношению к диаметру каната выполняется в пределах от четырех до пяти его величин

4D проволочный канат, патент № 2041302 hп проволочный канат, патент № 2041302 5D,

где hп шаг свивки наружного слоя проволок в пряди;

D диаметр каната,

при этом шаг свивки каната в целом по отношению к диаметру каната выполняется в пределах от девяти до одиннадцати его величин

9D проволочный канат, патент № 2041302 H проволочный канат, патент № 2041302 11D,

где H шаг свивки каната в целом;

D диаметр каната.

2. Канат по п. 1, отличающийся тем, что шаги свивки проволок по слоям в прядях каната находятся в линейной зависимости от радиусов расположения соответствующих слоев, при этом выполняется условие

hi h0 + ( hп h0) ri/rn,

где hi шаг свивки i-го слоя пряди;

h0 шаг свивки первого слоя в пряди;

hп шаг свивки последнего наружного слоя пряди;

ri радиус расположения i-го слоя в пряди;

rп радиус расположения последнего слоя в пряди.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к длинномерным гибким линиям связи и может быть использовано в качестве буксировочного, подъемного или натяжного элемента систем, в том числе тралового рыболовного оборудования.

Известна конструкция каната, содержащая не более четырех проволочных многослойных прядей крестовой свивки, в котором отношение шагов свивки слоев проволок пряди к шагу свивки прядей в канат выбрано не более удвоенного квадрата отношений средних радиусов свивки этих слоев проволок к среднему радиусу свивки прядей в канат. Однако такой канат подвержен сильным вибрациям при использовании его в качестве буксировочной линии связи в потоке воды или воздуха.

Также известна конструкция каната, содержащая несколько слоев проволоки свитых в одном направлении, при этом углы свивки проволок по слоям обратно пропорциональны радиусам свивки соответствующих слоев проволок. Недостатком такой конструкции каната, является его малая надежность и низкие показатели некрутимости.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции каната повышенной надежности, предназначенного для эксплуатации в различных средах, как при статических, так и динамических нагрузках. Повышение надежности каната достигается за счет увеличения показателей его некрутимости при одновременном уменьшении вибрации в потоке среды эксплуатации, а также за счет более равномерного распределения нагрузки по слоям свивки. Предлагаемая конструкция каната состоит из трех прядей, каждая из которых содержит несколько слоев проволок свитых с заданным шагом.

Основными существенными отличиями предложения являются обоснованно выбранные диапазоны величин шагов свивки наружных слоев проволок в прядях и шага свивки каната в целом по отношению к диаметру каната. Предлагается выполнять шаг свивки наружного слоя в прядях в пределах от четырех до пяти величин диаметра каната, а шаг свивки каната в целом в пределах от 9 (девяти) до 11 его диаметров.

Также установлено, что наиболее целесообразной является линейная зависимость шагов свивки проволок по слоям в прядях каната от радиусов расположения соответствующих слоев. Перечисленные существенные отличия определяют новизну, изобретательский уровень предложения и позволяют решить поставленную задачу.

На фиг. 1 изображена схема каната; на фиг. 2 зависимость коэффициента сопротивления каната Cx от шага свивки Н отнесенного к его диаметру D.

Канат 1 состоит из трех прядей 2, каждая из которых свита из нескольких слоев проволочных нитей 3. Канат выполнен крестовой свивки при которой углы проволочный канат, патент № 2041302 свивки слоев проволочных нитей в прядях имеют противоположный знак по отношению к углу проволочный канат, патент № 2041302 свивки каната в целом. В результате проведения многочисленных испытаний установлено, что нагруженный канат находящийся в набегающем потоке подвержен поперечным колебаниям (вибрации).

Вибрация каната в потоке приводит к значительному увеличению коэффициента его сопротивления Сх и силе сопротивления перемещению каната в потоке. Следствием вибрации каната в потоке при одновременном его кручении при продольном нагружении являются значительные перегрузки, которые ускоряют разрушение конструкции каната и снижают его надежность.

Авторами разработана конструкция некрутящегося и маловибрирующего каната. При использовании предложенного трехпрядного каната в качестве буксировочного элемента при транспортировке рыболовных или других устройств под водой возникает закручивание набегающего потока вдоль линии свивки прядей, переходящее далее во встречное течение потока. Это приводит к снижению интенсивности вихреобразований вдоль поверхности каната и тем самым, к уменьшению амплитуды его колебаний (вибрации). Таким образом достигается эффект ведущий к уменьшению напряжения в проволочных нитях, снижению их перегрузок и к повышению надежности каната.

На основании результатов испытаний стальных канатов установлена зависимость коэффициента Сх трехпрядного каната от отношения H/D при различных фиксированных скоростях потока. Полученные данные для скоростей 0,2; 1,4 и 2,6 м/с для трехпрядного каната представлены в таблице.

Графики полученной авторами зависимости представлены на фиг. 2 для диапазона скоростей набегающего потока от 0,2 до 2,6 м/с. Из графиков видно, что наименьшая величина коэффициента Сх, а следовательно минимальное сопротивление и вибрация трехпрядного каната имеют место при условии H/D=10.

Также установлено, что в диапазоне величин g проволочный канат, патент № 2041302 H/D проволочный канат, патент № 2041302 11 коэффициент Сх имеет незначительные изменения, находящиеся в пределах 5% от максимальных наблюдаемых при испытаниях, т.е. практически не меняется. При этом за пределами отмеченного диапазона величина Сх резко возрастает, что ведет к значительному увеличению амплитуды колебаний каната и его вибрациям. Поэтому авторами предложена конструкция каната, у которого величина H/D=10 проволочный канат, патент № 2041302 1. Из представленной таблицы и графиков на фиг. 2, можно установить, что для осредненных условий испытаний (график аналогичный условиям V=1,4 м/с) Схх min= 0,70 при H/D=10.

В случает изменения отношения H/D в пределах предложенного авторами диапазона, т.е. при H/D=9; 11 коэффициент Схпроволочный канат, патент № 2041302 0,72. Наблюдается незначительный рост Сх на 0,02 единицы или всего на 3%

В то же время при выходе за предлагаемый диапазон, т.е. для H/D=8; 12 коэффициент Сх проволочный канат, патент № 2041302 0,80. Показатель прироста коэффициента Сх изменяется на порядок, он составляет 0,1 единицы или 15%

Как уже отмечалось ранее недостатком большинства конструкций канатов, наряду с подверженностью их вибрациям в потоке, является их повышенная крутимость при растяжении под нагрузкой. Это явление связано с тем, что в прядях каната и в канате могут возникать неуравновешенные крутящие моменты. У предлагаемой конструкции каната это отрицательное явление отсутствует.

Авторами выполнен математический расчет, в основу которого было положено условие равенства нулю крутящих моментов возникающих в канате

проволочный канат, патент № 2041302 Mi=0

Крутящий момент от слоя проволок толщиной dr определяется по формулам

dM= проволочный канат, патент № 2041302 2 проволочный канат, патент № 2041302 r(rcosпроволочный канат, патент № 2041302 sinпроволочный канат, патент № 2041302 +Rsin проволочный канат, патент № 2041302 cos проволочный канат, патент № 2041302 )dr (2)

проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302cos2проволочный канат, патент № 2041302 усилие на единицу площади (3), где Тn усилие в пряди каната при растяжении;

проволочный канат, патент № 2041302 угол свивки пряди;

r расстояние от центра пряди до рассматриваемого слоя;

rn расстояние от центра пряди до наружного слоя;

проволочный канат, патент № 2041302 угол свивки троса;

R расстояние от центра пряди до центра троса.

Выражение для крутящего момента, который приравниваем нулю имеет вид

M проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 rcos2проволочный канат, патент № 2041302(rsinпроволочный канат, патент № 2041302cosпроволочный канат, патент № 2041302+Rsinпроволочный канат, патент № 2041302cosпроволочный канат, патент № 2041302)dr=0

(4)

В случае изготовления каната с постоянным углом свивки слоев проволок в пряди и точечном контакте проволок ( проволочный канат, патент № 2041302const), условие отсутствия крутящего момента в канате имеет вид

проволочный канат, патент № 2041302tgпроволочный канат, патент № 2041302 + проволочный канат, патент № 2041302 0

(5)

Используя соотношения

tgx проволочный канат, патент № 2041302 tgпроволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 где hn шаг свивки наружного (последнего) слоя проволок в пряди,

H шаг свивки троса.

Выражение (5) приводим к виду

проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302

(6)

В случае изготовления каната с постоянным шагом свивки слоев проволок в пряди и линейнoм контакте проволок имеем

проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302; проволочный канат, патент № 2041302n проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302

(7)

При этом крутящий момент становится равным нулю при условии

проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302

(8)

Наиболее целесообразным является изготовление каната, когда шаги свивки слоев проволок прядей находятся в линейной зависимости от радиусов расположения соответствующих слоев. При этом обеспечивается равномерное распределение нагрузки по слоям проволок при натяжении, что в конечном итоге приводит к повышению несущей способности каната в целом. Это условие выполняется при соблюдении следующей предлагаемой зависимости

hi=ho+(hn-ho)ri/rn, (9) где hi шаг свивки i-го слоя в пряди;

ho шаг свивки первого слоя в пряди;

ri радиус расположения i-го слоя в пряди.

Этот вариант изготовления каната является промежуточным по отношению к двум крайним частным случаям, обозначенным условиями (5), (7). Однако, для всех видов свивки слоев проволок в прядях каната условие его некрутимости и равенства суммарного момента нулю исходя из (6), (8) имеет вид

0,50проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 0,67проволочный канат, патент № 2041302

(10)

Для трехпрядного троса, у которого проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 условие (10) приходит к виду

0,4 проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302 0,5

(11) где hn шаг свивки наружного слоя в пряди;

Н шаг свивки троса в целом.

Ранее авторами было установлено, что предлагаемая конструкция каната имеет наименьшую вибрацию в потоке при отношении шага свивки к диаметру равному 10, т.е. должно выполняться условие

H/D=10 проволочный канат, патент № 2041302 1 (12).

Для обеспечения выполнения задачи повышения надежности каната за счет совокупности улучшения его свойств некрутимости и невибрационности объединяем условие (11) и (12). Для этого подставляем значение H/D=10 в выражение (11). В результате получаем условие некрутимости трехпрядного каната при одновременном соблюдении его невибрационности

проволочный канат, патент № 2041302 проволочный канат, патент № 2041302проволочный канат, патент № 2041302 hhnпроволочный канат, патент № 2041302проволочный канат, патент № 2041302 5D11D

(13)

Промышленное изготовление предлагаемой конструкции трехпрядного каната может быть легко серийно освоено на отечественных заводах с использованием имеющегося парка канатных машин без дополнительного их переоборудования.

Внедрение каната предлагаемой конструкции позволит получить значительный экономический эффект за счет повышения надежности каната, увеличения допускаемой на него нагрузки и удлинения срока его службы. Изготовлены первые опытные образцы канатов предлагаемой конструкции, которые прошли испытания с положительным результатом.

Класс D07B1/06 канаты или кабели из металлической проволоки, например из фасонной проволоки, расположенной вокруг пеньковой сердцевины 

трехслойный металлический трос для упрочнения каркаса шины -  патент 2358052 (10.06.2009)
кордный тросик, используемый в качестве подкрепляющего элемента для пневматических шин тяжелых колесных транспортных средств -  патент 2326198 (10.06.2008)
комбинированный многослойный трос для усиления шины -  патент 2314376 (10.01.2008)
компактный нерасслаивающийся металлокорд -  патент 2263731 (10.11.2005)
способ изготовления двухслойных витых проволочных изделий -  патент 2243053 (27.12.2004)
металлокорд с улучшенной фиксацией проволок сердечника -  патент 2237766 (10.10.2004)
способ и устройство для изготовления металлокорда для армирования изделий из эластомеров, в частности, шин -  патент 2232837 (20.07.2004)
многослойный стальной кордный тросик для пневматического каркаса изделий -  патент 2227187 (20.04.2004)
многослойный стальной кордный тросик для каркаса пневматической шины -  патент 2227186 (20.04.2004)
способ изготовления проволочного каната -  патент 2223354 (10.02.2004)
Наверх