Способ счалки каната

Название	Способ счалки каната
Разработчик (Авторы)	Короткий А.А., Марченко Э.В., Панфилов А.В., Панфилова Э.А., Егельская Е.В., Третьяков А.П.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2687981
Дата регистрации	17.05.2019
Правообладатель	Общество с ограниченной ответственностью Инженерно-консультационный центр "Мысль" Новочеркасского государственного технического университета
Область применения (класс МПК)	D07B 9/00 (2006.01) D07B 7/16 (2006.01) F16G 9/00 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к способу сращивания каната посредством счалки, который может быть использован во множестве областей техники и технологии машиностроительного производства, например для машин, использующих тяговый или несуще-тяговый канат, в том числе для подвесных канатных дорог.

Одним из важнейших элементов машин с канатной тягой являются канаты. На сегодняшний день способом получения тягового или несуще-тягового каната большой длины, служит счалка, заключающаяся в сплетении двух его концов посредством вплетения прядей в сердцевину каната, с предварительным удалением существующей сердцевины на длину, достаточную для образования стыковочных «замков» заплетаемых прядей.

При счалке (сращивании) тягового или несуще-тягового каната актуальной проблемой остается наличие образования при нагружении и дальнейшей эксплуатации дефекта волнистость (другое название дефекта -«штопор»), вызванного неравномерностью нагружения прядей в результате смещения равнодействующего усилия в поперечном сечении счалки каната по ее длине, что значительно снижает уровень безопасности каната в целом и приводит к значительным материальным затратам при его замене.

Известен способ изготовления бесконечного каната Патент RU №2107765 МПК D07B 9/00, F16G 9/00, F16H 7/04, опубликованный 27.03.1998, заключающийся в том, что концы сердечника скрепляют друг с другом в месте скрепления, натягивают сердечник, оплетают прядь каната до придания сечению каната требуемого профиля вокруг сердечника: укладывают каждый локальный виток пряди каната последующего глобального витка рядом с локальным витком пряди каната предыдущего глобального витка, оставляют заплетаемые концы в месте встречи окончания последнего глобального витка пряди каната с началом первого глобальноговитка, раскрепляют концы сердечника, меняют местами концы сердечника с заплетаемыми концами пряди каната в месте встречи окончания последнего глобального витка пряди каната с началом первого глобального витка, удаляют лишние части сердечника. Локальный виток пряди каната характеризуется шагом свивки - суть полный виток вокруг сердечника. Глобальный виток пряди каната характеризуется периметром каната - суть полная длина каната по одной пряди каната.

Недостатком предложенного способа изготовления бесконечного каната в области участка сращивания (счалки), является неравномерная нагрузка, возникающая в стыковочных «замках» заплетаемых прядей, что приводит к возникновению крутящего момента и образованию дефекта волнистости в результате смещения суммарного равнодействующего усилия в поперечном сечении счалки каната по длине счаливания. Заплетаемые пряди находятся в жестко фиксированном состоянии и не обеспечивают требуемой подвижности прядей при его изгибе на шкиве. (барабане). В стыковочном «замке» пары трения «сердцевина-прядь-прядь» образуется эффект «закусывания» заплетаемых прядей, что в процессе эксплуатации приводит к образованию дефекта волнистость, снижающим уровень безопасности каната в целом и являющимся браковочным показателем.

Известен способ изготовления замкнутого каната Патент RU №2607756 МПК D07B 7/16, опубликованный 10.01.2017, содержащего сердечник и спирально намотанные вокруг него металлические пряди, при этом способ включает в себя соединение двух концов каната в области сращивания, образование узлов сращивания на концах каждой пряди, которые заправляют внутрь каната после локального удаления сердечника, причем до вставки прядей внутрь каната их концы заформовывают полимером. Сращивание включает в себя соединение двух концов каната путем замены в каждом из них, в случае четного числа прядей, половины прядей одного конца на пряди другого конца и наоборот, и вставки конца пряди внутрь каната в области, где сердечник был заранее удален, после того, как между каждой паройпересекающихся прядей был выполнен узел. В случае нечетного числа прядей один из концов каната должен быть соединен большим количеством прядей, чем другой, причем две пряди, замененные в каждом из концов, соответствуют двум последовательным целым числам, имеющим значение, равное половине количества прядей в канате.

Недостатком предложенного способа изготовления замкнутого каната в области участка сращивания (счалки), как и предыдущего, является неравномерная нагрузка, возникающая в стыковочных «замках» заплетаемых прядей, что приводит к возникновению крутящего момента и образованию дефекта волнистости в результате смещения суммарного равнодействующего усилия в поперечном сечении счалки каната по ее длине.

Процесс заформовывания полимером является технологически сложным и требующим специальных материалов и оборудования, что значительно снижает универсальность данного способа и приводит к удорожанию и временным потерям. Заплетаемые пряди заформированнные полимером находятся в жестко фиксированном состоянии и не обеспечивают требуемой подвижности прядей при его изгибе на шкиве (барабане). В стыковочном «замке» пары трения «сердцевина-прядь-прядь» образуется тот же эффект «закусывания» заплетаемых прядей, что в процессе эксплуатации и приводит к образованию дефекта волнистости («штопора»), снижающий уровень безопасности и являющимся браковочным показателем.

К другим недостаткам предложенного способа изготовления замкнутого каната, можно отнести и невозможность обеспечения точности разрезания заправляемой пряди на требуемую длину, при этом при отрезании пряди с излишней длиной наблюдается утолщение во время размещения пряди либо, если она отрезается слишком короткой, возникает недостаток опоры для прядей на длине, которая может достигать нескольких миллиметров, что приводит к локализованному уменьшению диаметра каната, кроме того, более или менее жесткий контакт между смежными внешними виткамиможет приводить к досрочному появлению различных повреждений проволоки в данной области.

Известен способ счалки, взятый за прототип, по Е28-3-6. Счалка тяговых и тягово-несущих канатов http://allrefs.net/c43/3js68/p7/, включающий разметку длины счалки и места стыковки каната, установку зажимов и проволочных обмоток на канате, резку каната, расплетку каната на отдельные пряди, обрубку прядей каната, обработку концов прядей каната, стыковку каната в «замок», вплетение концов прядей в середину каната с выемкой сердцевины, выравнивание счалки. Контрольной операцией счалки является замер диаметра в местах стыковки каната в «замок» во взаимно перпендикулярных плоскостях каната.

Недостатком прототипа, как и предыдущих аналогов, на участке счалки (сращивания), является возникающая неравномерная нагрузка в стыковочных «замках» заплетаемых прядей, что приводит к возникновению крутящего момента и образованию дефекта волнистости при эксплуатации в результате смещения суммарного равнодействующего усилия в поперечном сечении счалки каната по ее длине. Заплетаемые пряди находятся в жестко фиксированном состоянии и не обеспечивают требуемой подвижности прядей при его изгибе на шкиве (барабане). В стыковочном «замке» пары трения «сердцевина-прядь-прядь» образуется эффект «закусывания» заплетаемых прядей, что в процессе эксплуатации приводит к образованию дефекта волнистость («штопор»), снижающим уровень безопасности и являющимся браковочным показателем.

Дефект волнистость («штопор») проявляется в процессе эксплуатации, при многократном огибании тяговым или несуще-тяговым канатом отклоняющего или приводного шкива (барабана). В процессе изгиба каната происходит взаимное перемещение прядей. Прядь, опираясь на сердцевину, имеет продольное и угловое перемещение, при сохранении тангенциального зазора между прядями. Отсутствие тангенциального зазора или отсутствие подвижности прядей, особенно на длине счалки (сращивания) в стыковочном«замке», приводит к «закусыванию» пряди и, как следствие, к перераспределению суммарной нагрузки между прядями, что в конечном итоге приводит к образованию дефекта волнистости («штопора»).

В изобретении под участком счалки (сращивания) понимается длина каната, содержащая стыковочные «замки» счалки, равных удвоенному количеству прядей каната, и по два соответствующих участка, непосредственно примыкающих к крайним стыковочным «замкам», вдоль которых две соединенных в «замок» соответствующие пряди заправлены в пространство новой сердцевины каната путем вытеснения ее подвижного цилиндрического стержня.

Для изготовления каната большой длины необходимо выполнить счалку (сращивание) двух его концов. Такая счалка (сращивание) включает соединение посредством повторного переплетения прядей каждого из концов каната с образованием стыковочных «замков» между парой пересекающихся прядей, путем удаления существующей сердцевины и последующим вплетением конца одной из прядей в термоусадочной трубке в конструкцию полого цилиндра новой сердцевины вместо вытеснения ее подвижного цилиндрического стержня.

В соответствии с известным уровнем техники, счалка (сращивание) образует локализованную длину, через которую происходит передача тягового усилия канатом, имеющим разрывы целостности прядей, силами трения, возникающими между прядями а также прядями и сердцевиной. На длине счалки (сращивания) также происходит нарушение геометрического положения прядей и сердцевины в поперечном сечении, в частности:

- вблизи стыковочных «замков», образованных из пар пересекающихся прядей каната;

- по обе стороны от стыковочных «замков» вдоль участка счалки (сращивания), где соединенные в стыковочный «замок» пряди заправлены в область сердцевины;

- на обоих концах участков счалки (сращивания);

- в местах образования пустот за счет погрешностей, образующихся при заправке прядей в пространство сердцевины, приводящих к возникновению недостатка опоры для прядей на длине счалки.

Все перечисленные особенности участка счалки (сращивания) приводят к перераспределению суммарной нагрузки между прядями при передаче тягового усилия канатом, следствием которого при эксплуатации является дефект волнистости («штопор»), являющимся браковочным показателем.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерности распределения нагрузки между всеми прядями в стыковочном «замке» счалки передаваемого канатом тягового усилия, с возможностью обеспечения подвижности вплетаемой пряди и сохранения геометрической целостности поперечного сечения каната, который достигается в предложенном способе счалки каната, разметкой длины счалки и места стыковки каната, установкой зажимов на канате, резкой каната, расплеткой каната на отдельные пряди, обрубкой прядей каната, обработкой концов прядей каната, стыковкой каната в «замок», вплетением концов прядей в середину каната с выемкой существующей сердцевины, выравниванием счалки, контролем счалки замером диаметра в местах стыковки каната в «замок» во взаимно перпендикулярных плоскостях каната, при этом обработку концов прядей каната осуществляют их обжатием термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал с последующей ее температурной обработкой, заменяют сердцевину на длине счалки конструкцией, включающей подвижный цилиндрический стержень, диаметр которого выполняют равным диаметру пряди в термоусадочной трубке и полый цилиндр, длиной больше длины счалки на величину двух концов крайних заправляемых прядей, обработанных термоусадочной трубкой, наружную часть которого в поперечном сечении, выполняют в форме звезды с числом лучей равным числу прядей, и высотой лучей не менее половины диаметра пряди, имеющих винтовую форму с шагом свивки равным шагу прядей в канате, и срадиусом сегментов между лучами, выполненными равными диаметру прядей, при этом лучи в вершине выполнены в форме ласточкиного хвоста, а полый цилиндр в каждом стыковочном узле «замка» имеет овальные отверстия соответствующие сечению под углом свивки диаметра пряди в термоусадочной трубке, количество которых равно удвоенному числу прядей, равномерно расположенных в шахматном порядке по винтовой линии длины полого цилиндра, в том числе равномерно попарно числу прядей строго напротив друг другу по радиусу полого цилиндра, вплетают концы прядей в термоусадочной трубке в тело полого цилиндра заменяемой сердцевины, пропуская их через овальные отверстия в каждом стыковочном «замке» путем замещения подвижного цилиндрического стержня концами прядей, обработанными термоусадочной трубкой, затем наносят сплошную линию на наружную поверхность прядей вдоль длины счалки и, под нагрузкой, проводят контроль ее прямолинейности.

Сущность предложенного способа поясняется чертежами:

На фиг. 1 показана операция установки зажима и расплетка каната на отдельные пряди.

На фиг. 2 показана операция обжатие концов вплетаемых прядей термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал с последующей температурной обработкой и обрубки прядей каната.

На фиг. 3 показана конструкция заменяемой сердцевины, включающей подвижный цилиндрический стержень, диаметр которого выполняют равным диаметру пряди в термоусадочной трубке и полый цилиндр, длинной больше длины счалки на величину двух концов крайних вплетаемых прядей, наружную часть которого в поперечном сечении, выполняют в форме звезды с числом лучей равным числу прядей, и высотой лучей не менее половины диаметра пряди, имеющих винтовую форму с шагом свивки равным шагу прядей в канате, и с радиусом сегментов между лучами, выполненными равными диаметру прядей, при этом лучи в вершине выполнены в формеласточкиного хвоста, а полый цилиндр в каждом стыковочном узле «замка» имеет овальные отверстия соответствующие сечению под углом свивки диаметра пряди в термоусадочной трубке, количество которых равно удвоенному числу прядей, равномерно расположенных в шахматном порядке по винтовой линии длины конструкции сердцевины, в том числе равномерно попарно числу прядей строго напротив друг другу по радиусу полого цилиндра.

На фиг. 4 показана операция стыковки каната в «замок», путем вплетения конца одной из прядей (другая прядь условно не показана) в конструкцию полого цилиндра вместо вытеснения подвижного цилиндрического стержня заменяемой середины.

На фиг. 5 показан продольный разрез каната при осуществлении операции стыковки каната в «замок», путем вплетения конца одной из прядей в термоусадочной трубке в конструкцию полого цилиндра вместо вытесняемого подвижного цилиндрического стержня заменяемой сердцевины.

На фигурах обозначены позиции:

1. канат;

2. зажим;

3. прядь каната 1;

4. существующая сердцевина;

5. термоусадочная трубка, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал;

6. полый цилиндр заменяемой сердцевины;

7. подвижный цилиндрический стержень заменяемой сердцевины;

8. луч наружной части полого цилиндра заменяемой сердцевины 6 в форме ласточкиного хвоста;

9. сегмент наружной части полого цилиндра заменяемой сердцевины 6;

10. овальное отверстие в теле полого цилиндра заменяемой сердцевины 6.

Осуществляется способ счалки каната следующим образом.

На первом этапе производят разметку длины счалки и места стыковки концов каната 1, установку зажимов 2 на канате 1, резку каната 1, расплетку каната 1 на отдельные пряди 3, обрубку прядей 3 каната 1, обработку концов прядей 3 каната 1 обжатием термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал 5 с последующей ее температурной обработкой. На втором этапе осуществляют стыковку каната 1 в «замок», путем вплетения концов прядей 3 в полый цилиндр заменяемой сердцевины 6 каната 1 с выемкой существующей сердцевины 4. Заменяемая сердцевина конструктивно включает подвижный цилиндрический стержень 7, диаметр которого выполняют равным диаметру пряди 3 обжатой термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал 5 и полый цилиндр заменяемой сердцевины 6, наружную часть которого, в поперечном сечении, выполняют в форме звезды с числом лучей в форме ласточкиного хвоста 8 равным числу прядей 3, по длине, имеющих винтовую форму с шагом свивки равным шагу прядей 3 в канате 1, и с радиусом сегментов 9 между лучами в форме ласточкиного хвоста 8, выполненными равными диаметру прядей 3. Вплетение концов прядей 3 в конструкцию полого цилиндра заменяемой сердцевины 6 в каждом стыковочном «замке» осуществляют путем замещения подвижного цилиндрического стержня заменяемой сердцевины 7 концами прядей, обработанными термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал 5, через овальные отверстия 10 в теле полого цилиндра заменяемой сердцевины 6.

Полый цилиндр заменяемой сердцевины 6 в каждом стыковочном узле «замка» имеет овальные отверстия 10 в теле полого цилиндра заменяемой сердцевины 6, соответствующие сечению под углом свивки диаметра пряди 3 в термоусадочной трубке, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал 5. Количество овальных отверстий 10 в теле полого цилиндра заменяемой сердцевины 6 равно удвоенному числу прядей 3, равномерно расположенных в шахматном порядке по винтовой линиидлины полого цилиндра заменяемой сердцевины 6, в том числе равномерно попарно числу прядей 3 строго напротив друг другу по радиусу сегмента 9 наружной части полого цилиндра заменяемой сердцевины 6.

Длину полого цилиндра заменяемой сердцевины 6 выполняют больше длины счалки на величину двух концов крайних вплетаемых прядей 3, обработанных термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал 5.

Завершающей операцией способа счалки является нанесением сплошной линии на поверхность прядей 3 вдоль длины счалки каната 1 с последующим контролем под нагрузкой замера диаметра в местах стыковки в «замок» во взаимно перпендикулярных плоскостях и прямолинейности сплошной линии на наружной поверхности прядей 3 вдоль длины счалки.

В процессе многократного огибания канатом отклоняющего или приводного шкива (барабана) в каждом стыковочном узле «замка» верхняя прядь контактирует с замещаемой нижележащей и с полым цилиндром заменяемой сердцевины 6 по зоне контакта. В зоне контакта при изгибе каната создаются большие удельные давления, препятствующие требуемой подвижности прядей 3 в продольном и угловом перемещении. Взаимная продольная и угловая подвижность соприкасающихся прядей 3 и с полым цилиндром заменяемой сердцевины 6 в предлагаемом способе увеличивается за счет наличия в зоне контакта в каждом стыковочном узле «замка» порошкового антифрикционного материала, размещенного в термоусадочной трубке 5. В процессе взаимного продольного и углового перемещения соприкасающихся прядей 3 и с полым цилиндром заменяемой сердцевины 6 происходит разрушение термоусадочной трубки 5 по зоне контакта, в результате чего порошковый антифрикционный материал попадает между поверхностями трения. В стыковочном «замке» пары трения «сердцевина-прядь-прядь» порошковый антифрикционный материал уменьшает силы трения и препятствует образованию эффекта «закусывания» заплетаемых прядей 3. Таким образом, предложенная технология уменьшает возможностьобразования дефекта волнистость («штопор») и повышает уровень безопасности каната в целом.

Заменяемая сердцевина, как правило, может изготавливаться способом трехмерной печати (технология прототипирования) и является шаблоном (трафаретом) для счалки, позволяющая обеспечить качественно все операции, без отклонений от технологического процесса. Качество счалки при использовании данного способа незначительно зависит от квалификации персонала, производящие данный вид работы.

В результате, достигается высокое качество проводимых работ, незначительно зависящее от квалификации персонала, при этом обеспечивается равномерность распределения нагрузки между всеми прядями в стыковочном «замке» счалки передаваемого канатом тягового усилия, с возможностью обеспечения подвижности вплетаемой пряди и сохранения геометрической целостности поперечного сечения каната.

Благодаря предложенному способу канат обладает повышенной устойчивостью при эксплуатации к образованию дефекта волнистости («штопор»), являющимся браковочным показателем, а также позволяет заблаговременно предупредить о возможности наступления показателей браковочных параметров волнистости каната по контролю прямолинейности сплошной линии на его поверхности, тем самым значительно повышается его безопасность при эксплуатации.

Для проверки работоспособности предлагаемого способа был проведен эксперимент с участком стального каната длинной 20 метров диаметром 56 мм с органическим сердечником из полимерного материала. Заменяемая сердцевина была изготовлена способом трехмерной печати по технологии прототипирования и являлась шаблоном (трафаретом) для счалки. Общий вид заменяемой сердцевины представлен на фотографиях.

В лабораторных условиях были проведены последовательно все операции по счалке, показавшие исполнимость и работоспособностьпредложенной технологии. После выполнения счалки канат поместили на стенд, где провели его нагружение. При нагружении и после снятия нагрузки производился замер диаметра каната в узлах в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, который не превысил допускаемых значений и контроль прямолинейности сплошной линии на его поверхности.

Способ счалки каната подтвердил работоспособность предложенной технологии при наличии всех заявляемых отличительных признаков.

На основании вышеизложенного и с учетом проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый нами «Способ счалки каната» может быть признан изобретением и защищен патентом.

Формула изобретения

Способ счалки каната, содержащий разметку длины счалки и места стыковки каната, установку зажимов на канат, резку каната, расплетку каната на отдельные пряди, обрубку прядей каната, обработку концов прядей каната, стыковку каната в «замок», вплетение концов прядей в середину каната с выемкой существующей сердцевины, выравнивание счалки, контроль счалки замером диаметра в местах стыковки каната в «замок» во взаимно перпендикулярных плоскостях каната, отличающийся тем, что обработку концов прядей каната осуществляют их обжатием термоусадочной трубкой, внутри которой размещают порошковый антифрикционный материал, с последующей ее температурной обработкой, заменяют существующую сердцевину на длине счалки конструкцией, включающей подвижный цилиндрический стержень, диаметр которого выполняют равным диаметру пряди в термоусадочной трубке, и полый цилиндр длиной больше длины счалки на величину двух концов крайних заправляемых прядей, обработанных термоусадочной трубкой, наружную часть которого в поперечном сечении выполняют в форме звезды с числом лучей, равным числу прядей, и высотой лучей не менее половины диаметра пряди, имеющих винтовую форму с шагом свивки, равным шагу прядей в канате, и с радиусом сегментов между лучами, выполненными равными диаметру прядей, при этом лучи в вершине выполнены в форме ласточкиного хвоста, а полый цилиндр в каждом стыковочном узле «замка» имеет овальные отверстия, соответствующие сечению под углом свивки диаметра пряди в термоусадочной трубке, количество которых равно удвоенному числу прядей, равномерно расположенных в шахматном порядке по винтовой линии длины полого цилиндра, в том числе равномерно попарно числу прядей строго напротив друг другу по радиусу полого цилиндра, вплетают концы прядей в термоусадочной трубке в тело полого цилиндра заменяемой сердцевины, пропуская их через овальные отверстия в каждом стыковочном «замке» путем замещения подвижного цилиндрического стержня концами прядей, обработанными термоусадочной трубкой, затем наносят сплошную линию на наружную поверхность прядей вдоль длины счалки и, под нагрузкой, проводят контроль ее прямолинейности.

Изобретение "Способ счалки каната" (Короткий А.А., Марченко Э.В., Панфилов А.В., Панфилова Э.А., Егельская Е.В., Третьяков А.П.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога