Способ крепления троса и скоба для его осуществления

 

Изобретение относится к области подъемных и транспортных систем безопасности, а точнее к неразъемным деталям машин, используемых для крепления тросов и кабелей, и способам их изготовления. Способ крепления троса, заключающийся в том, что для крепления троса в трубчатый элемент в виде скобы с концентрическим отверстием вводят закрепляемый трос и по внешнему периметру трубчатого элемента с некоторыми промежутками, оставляя недеформированные участки, периодически прикладывают силу сжатия. Таким образом, распределенная сила сжатия одновременно прикладывается по всему внешнему периметру трубчатого элемента и в каждом подверженном ее воздействию элементарном участке внешнего периметра трубчатого элемента она направлена к центру поперечного разреза. Величину силы сжатия выбирают такой, чтобы она создавала пластическую деформацию материала трубчатого элемента, при которой на поверхности контакта троса и обхватывающего его трубчатого элемента происходит объемное сжатие материала трубчатого элемента. Ширина недеформированных участков по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента не превышает 5% ширины деформированных участков. Предметом изобретения является также скоба троса для реализации способа крепления. Технический результат заключается в повышении надежности и работоспособности крепления троса. 4 с. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области подъемных и транспортных систем и систем безопасности, а точнее к неразъемным деталям машин, используемых для крепления тросов и кабелей, и способам их изготовления, и представляет собой способ неразъемного крепления троса или кабеля, в особенности многослойного троса, между собой или к специальной скобе, которая может быть, в свою очередь, предназначена для крепления троса к прочим конструктивным элементам.

Известны способы крепления троса (например, патент США №992821 US, кл. 174/135, 024/115.М, 01.05.1911 г. и патент США №1258580 US, кл. 403/374.4, 024/136.R, 01.03.1918 г.), которые заключаются в том, что в трубчатый элемент с аксиальным отверстием вставляют закрепляемый трос и на этот трос по периметру его поперечного сечения периодически оказывается концентрическая сила сжатия путем воздействия на разрезанный трубчатый элемент деталью с коническим отверстием или нажимным кольцом. Для лучшей зацепляемости троса и трубчатого элемента с аксиальным отверстием внутренняя поверхность отверстия этого элемента может быть изготовлена с периодичным профилем.

Подобные решения использованы во многих машинах и устройствах, хотя для достижения работоспособности крепления или достаточной удерживающей силы в таком способе крепления необходимо постоянное воздействие достаточно большой концентрической силы. Даже небольшое уменьшение этой силы из-за усталости материалов в ходе эксплуатации неизбежно приводит к резкому ослаблению крепления, следствием чего является его низкая степень надежности. По этой причине данный способ не может быть использован при закреплении тросов в условиях повышенных требований надежности.

Известен также способ крепления троса (патент США №3952377, кл. F 16 G 11/04, 27.04.1976 г.), который заключается в том, что для закрепления троса в трубчатый элемент с аксиальным отверстием, имеющий форму конуса и представляющий собой несколько захватывающих трос сегментов, вставляют закрепляемый трос. Для достижения большей удерживающей силы аксиальное отверстие трубчатого элемента снабжено зубьями. На данный конусообразный элемент воздействует осевая сила, прижимающая этот элемент конусообразным отверстием к крепежной детали, создавая тем самым по периметру поперечного сечения троса концентрическую силу сжатия со стороны сегментов трубчатого элемента.

Основным недостатком этого решения является необходимость приложения достаточно большой силы для закрепления троса, поскольку удерживающая сила создается силой трения, возникающей между тросом и трубчатым элементом. Внутренняя поверхность с зазубринами для увеличения силы трения может повредить материал троса, который является локальным концентратором напряжения. Тем самым, создается опасность разрыва троса из-за больших напряжений в нем. Недостатком данной конструкции является также то, что при ее длительной эксплуатации происходит уменьшение удерживающей силы вследствие ослабления контакта между тросом и трубчатым элементом, поскольку трос удерживается путем воздействия сил, возникающих между внешней поверхностью волокон троса и внутренней поверхностью трубчатого элемента, а зоны контакта этих элементов образуют сравнительно узкие продольные борозды в слое волокон троса, в них возникает явление контактной усталости, что может привести к разрушению поверхности крепления и потере работоспособности. В данном решении невозможно использование максимальной удерживающей силы между тросом и удерживающей поверхностью, поскольку в случае сегментов жесткого трубчатого элемента сила сжатия, воздействующая на трос, уже не направлена на центр изгиба контактной поверхности и обуславливает распределение волокон троса при его закреплении таким образом, чтобы сила сжатия была бы минимальной, а это, в свою очередь, снижает удерживающую силу.

Самым близким известным техническим решением является способ крепления троса в замке для ремня безопасности и скоба для реализации этого способа (патент США №4915451, кл. В 60 R 21/00, 13.03.1989 г.), который заключается в том, что для закрепления троса используют скобу из листового материала, имеющую разветвленные окончания. Между этими окончаниями размещают закрепляемый трос и на скобу оказывается по периметру поперечного сечения сила сжатия, которая сворачивает ветвистые окончания скобы трубкой таким образом, что трос остается внутри трубчатой части. Силу сжатия увеличивают путем деформации стенки трубчатого элемента до тех пор, пока трос будет надежно зажат в трубчатом элементе.

Основным недостатком этого решения является необходимость приложения достаточно большой силы для закрепления троса, поскольку удерживающая сила создается силой трения, возникающей между тросом и трубчатым элементом. При изгибе листового материала после удаления внешней силы, деформирующей трубчатый элемент, неизбежно возникает упругая отдача, которая вызывает уменьшение удерживающей трос силы сжатия. Увеличение силы сжатия, оказываемой на скобу при закреплении троса, ограничено объемным поведением материала скобы при сжатии. Материал скобы пластично выступает из места крепления, ослабляя закрепление троса. Если же препятствовать пластической деформации материала при кольцевом сжатии, то возникает такое состояние сжатия, когда у материала нет возможности при пластической деформации принимать соответствующую форму, что также будет служить препятствием для увеличения удерживающей силы. В случае удерживающих разветвленных окончаний скобы продольные зоны контакта троса являются относительно короткими и при приложении к тросу тяговой силы волокна троса смещаются, занимая положение вдоль скобы и контактных зон троса, и при этом легко выскальзывают из скобы.

Техническим результатом изобретения является создание такого способа крепления троса и скобы для его осуществления, которые позволяют повысить надежность крепления троса и его работоспособность, а также упрощают конструкцию крепления троса путем создания точно направленного сжатия в зоне троса и крепежного элемента.

Это достигается тем, что в способе крепления троса в трубчатом элементе с концентрическим отверстием размещают закрепляемый трос и по внешнему периметру поперечного разреза трубчатого элемента периодически прикладывают силу сжатия таким образом, что с любой точки периметра сила имеет направление к центру поперечного разреза, при этом силу сжатия прилагают до тех пор, пока трубчатый элемент пластически деформируется и его деформированные участки по периметру поперечного сечения начнут чередоваться с недеформированными участками таким образом, что создается объемное сжатие захватывающего трубчатого элемента и контактной поверхности троса, при этом для предотвращения деформации троса материал трубчатого элемента выбирают таким образом, что модуль упругости этого материала меньше модуля упругости материала троса. При деформации (например, посредством многозажимного пресса) ширина недеформированных участков по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента выбирается таким образом, что она составляет ниже 5% ширины деформированных участков по этому же периметру, что обеспечивает достаточное свободное пространство для свободной деформации материала трубчатого элемента.

Для предотвращения раскручивания волокон троса путем обеспечения достаточно надежного контакта троса вдоль его оси с захватывающим трубчатым элементом длина трубчатого элемента выбирается больше по внешнему периметру, чем ширина деформированных участков по внешнему периметру трубчатого элемента, а длина деформированных участков на внешней поверхности трубчатого элемента вдоль продольной оси троса выбирается таким образом, чтобы она равнялась или превышала ширину деформированных участков по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента.

Для дополнительного увеличения удерживающей силы используется воздействующая вдоль продольной оси троса периодически меняющаяся сила сжатия или, в дополнение к этому, к трубчатому элементу прикладываются вдоль продольной оси периодически меняющиеся силы с двух сторон трубчатого элемента таким образом, что направленность этих боковых сил сдвинута в отношении друг друга на полпериода π. Такая переменная сила сжатия, периодически действующая вдоль оси троса, создает вдоль контактирующей поверхности трубчатого элемента и троса продольные волны, при которых элементарная площадь каждого взаимодействия троса и трубчатого элемента образует с осью этого элемента угол α, при этом сила тяги при выдергивании троса из трубчатого элемента остается в каждой элементарной поверхности контакта под углом α с этой поверхностью и тем самым увеличивается необходимая для выдергивания троса сила F, как это предусмотрено в отношении дополнительного силового компонента при использовании формулы Эйлера ΔF=F×tanα.

Поскольку трос, как правило, состоит из сплетенных или спиралевидных волокон, то элементарная поверхность контакта каждого такого волокна с трубчатым элементом образует по отношению к оси троса угол β, создавая и без периодически действующей боковой силы увеличение необходимой для выдергивания троса из трубчатого элемента силы на величину, равную ΔF=F×tanβ. Поскольку вследствие пластической деформации трубчатого элемента материал трубчатого элемента окружает внешний слой волокон по всему периметру поперечного сечения, то средняя величина угла β составляет 45° и сила ΔF, необходимая для вытягивания троса, в данном случае вырастает на 100%. К этой силе добавляется величина, на которую сила тяги вырастает при воздействии боковой силы. Трос может выскользнуть из трубчатого элемента только при преодолении общего значения получаемой силы или только в случае троса со спиралевидными волокнами, если каждое волокно минует спирально деформированный отпечаток, вдавленный в трубчатый элемент, и весь трос повернется одновременно. Последнему препятствует наличие сравнительно длинных продольно деформированных участков трубчатого элемента, которые образуют, в свою очередь, препятствующие выскальзыванию троса и увеличивающие силу трения волны в виде следа от спиралевидных волокон на внутренней стороне трубчатого элемента путем ее деформации. Тем самым при деформации достигается такое состояние трубчатого элемента, при котором удерживающая сила троса вырастает без возникновения в материале троса узлов напряжения, что могло бы снизить надежность крепления троса в эксплуатационных условиях.

Для закрепления тросов при их эксплуатации используется удерживающая скоба, которая состоит из одного или нескольких трубчатых элементов и крепежной петли, при этом скоба целиком может быть изготовлена из листового материала, согнутого таким образом, что обе стороны листового материала образуют захватывающий трос трубчатый элемент. Для облегчения создания периодического сжатия по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента внешняя поверхность этого элемента может быть снабжена продольными выступами, которые создают дополнительные условия для максимального сжатия трубчатого элемента вместе с контактной поверхностью троса при приложении силы сжатия на трубчатый элемент извне.

Техническую сущность изобретения поясняют следующие чертежи.

фиг.1 - общий вид скобы с разветвленным тросом;

фиг.2 - схема крепления (обжатия) скобы троса;

фиг.3 - поперечный разрез деформированной скобы с закрепленным пучком тросов;

фиг.4 - поперечный" разрез скобы с продольными выступами и разветвленным тросом в недеформированном виде;

фиг.5 - общий вид скобы с раздвоенным тросом;

фиг.6 - поперечный разрез деформированной скобы с закрепленным сдвоенным тросом;

фиг.7 - односторонняя скоба;

фиг.8 - односторонняя скоба с тросом;

фиг.9 - двусторонняя скоба;

фиг.10 -двусторонняя скоба с тросом;

фиг.11 - периодически деформированная в продольном направлении односторонняя скоба;

фиг.12 - продольный разрез периодически деформированной в продольном направлении односторонней скобы.

Для реализации данного способа берется один или несколько тросов 1 и 2, которые вводят в концентрическое отверстие 6 трубчатого элемента 3 скобы, состоящей из трубчатого элемента 3 и крепежной петли 5 с отверстием 4. По внешнему периметру 7 поперечного разреза трубчатого элемента 3 периодически прикладывается сила сжатия F таким образом, что внутренняя поверхность 8 трубчатого элемента сжимается при помощи пластической деформации при контакте с тросами 1 и 2. Деформирующую силу F периодически прикладывают вдоль внешней поверхности трубчатого элемента 3 до тех пор, пока вся его поверхность 8 по всему периметру поперечного сечения будет соприкасаться с тросом, заполнив имеющиеся в трубчатом элементе полости 10, оставленные волокнами 9 троса 1 и 2, пластически деформированным материалом 11 трубчатого элемента 3. В результате деформации на внешней поверхности по периметру 7 образуются последовательно чередующиеся деформированные углубления 12 и выступы 13.

Для облегчения создания условий периодического сжатия на внешней поверхности трубчатого элемента 3 могут быть предварительно сделаны аксиальные выступы 14, на которые в процессе закрепления троса оказывается сила сжатия F, например, при помощи пресса с цилиндрическими внутренними поверхностями. Скоба вместе с трубчатым элементом 3 и крепежной петлей 5 может быть изготовлена из листового материала 15 путем сгибания. Скоба может также состоять из нескольких объединенных крепежной петлей 5, охватывающих тросы или кабели 1 и 2 трубчатых элементов 3. Периодически меняющаяся вдоль продольной оси троса в пределах периода 2π сила сжатия образует на поверхности трубчатого элемента 3 деформированные участки 16 и аналогичные деформированные участки 17 на контактной поверхности 8 трубчатого элемента и троса. Данные деформированные участки 17 для увеличения удерживающей силы могут быть сдвинуты в отношении друг друга на полпериода π.

Трос или кабель состоят из переплетенных между собой волокон или пучков 9, которые могут быть закручены в виде спирали для предотвращения раскручивания. Аксиально направленные деформированные участки трубчатого элемента 3 поверхности 7 благодаря такой конфигурации тросов при вдавливании их во внутреннюю поверхность трубчатого элемента 3 создают периодическое распределение сжатия как по периметру контактной поверхности 8, так и вдоль ее оси. На внутренней поверхности 8 трубчатого элемента 3 выступы 11, образуемые при деформации, объемно повторяют конфигурацию волокон троса или кабеля только в зеркальном отражении, причем эта деформация может быть как спиралевидной, так и более сложной формы. В таких условиях для выдергивания троса необходимо приложить силу, превосходящую силу трения между внутренней поверхностью трубчатого элемента и троса 1, 2, а также срезать образованные в трубчатом элементе волокнами 9 троса спиралевидные или иной конфигурации выступы 11, препятствующие аксиальному сдвигу троса. Поскольку возникшая за счет напряжения на срез материала аксиальная сила в десятки и сотни раз превышает силу трения материалов, то у такого способа крепления троса на такую же величину увеличивается удерживающая трос сила.

Возможное в условиях эксплуатации ослабление сжатия троса и трубчатого элемента неспособно при этом уменьшить необходимую для выдергивания троса из скобы силу тяги, поскольку необходимая выступам 11 сила среза очень мало зависит от возникающей в контактной поверхности нормальной силы. Для создания наиболее выгодной с точки зрения препятствия вытягиванию троса из скобы конфигурации выступов 11 целесообразно, чтобы ширина а недеформированных участков, образующих выступы, 13 по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента не превышала 5% ширины b деформированных участков, образующих углубления 12, по этому же периметру. Модуль упругости трубчатого элемента выбирается меньше модуля упругости материала троса, что позволяет в условиях деформации избежать повреждения троса или сужения его поперечного сечения, что в свою очередь уменьшило бы надежность троса и его крепления. Для образования выступов 11 с достаточной для надежного соединения конфигурацией длина с деформированных участков 12 на внешней поверхности трубчатого элемента 3 должна быть равной или превышать ширину b этих участков.

Тем самым в предлагаемом способе крепления троса, в дополнение к обыкновенному соединению за счет силы трения или сцепления троса с внешними зазубринами, материал крепежной скобы сам создает элемент закрепления троса за счет своей деформации путем образования выступов 11. Такое крепление в дополнение к силе трения работает также на напряжение на срез и тем самым обеспечивает значительно более высокую удерживающую силу троса и надежность его крепления.

Формула изобретения

1. Способ крепления троса, при котором в трубчатый элемент в виде скобы с концентрическим отверстием вводят закрепляемый трос и по внешнему периметру поперечного разреза трубчатого элемента периодически прикладывают силу сжатия, отличающийся тем, что силу сжатия прикладывают по внешнему периметру трубчатого элемента с некоторыми промежутками, оставляя недеформированные участки, и таким образом распределенная сила сжатия одновременно прикладывается по всему внешнему периметру трубчатого элемента и в каждом подверженном ее воздействию элементарном участке внешнего периметра трубчатого элемента она направлена к центру поперечного разреза, при этом величину силы сжатия выбирают такой, чтобы она создавала пластическую деформацию материала трубчатого элемента, при которой на поверхности контакта троса и обхватывающего его трубчатого элемента происходит объемное сжатие материала трубчатого элемента, а ширина недеформированных участков по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента не превышает 5% от ширины деформированных участков.

2. Способ крепления троса по п.1, отличающийся тем, что материал трубчатого элемента выбирают таким образом, что модуль упругости этого материала меньше модуля упругости материала троса.

3. Способ крепления троса по п.1 или 2, отличающийся тем, что длину обхватывающего трос трубчатого элемента выбирают большей, чем ширина деформированных участков по внешнему периметру трубчатого элемента.

4. Способ крепления троса по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина деформированных участков на внешней поверхности трубчатого элемента вдоль продольной оси троса равняется или больше ширины деформированных участков по внешнему периметру поперечного сечения трубчатого элемента.

5. Способ крепления троса по п.1 или 2, отличающийся тем, что значение воздействующей на трубчатый элемент силы сжатия периодически меняют вдоль продольной оси троса.

6. Способ крепления троса по п.5, отличающийся тем, что в дополнение к периодически меняющейся силе сжатия, воздействующей на внешний периметр трубчатого элемента, с двух сторон трубчатого элемента вдоль продольной оси троса прикладывают также периодически меняющиеся боковые силы таким образом, что направленность этих боковых сил сдвинута в отношении друг друга на полпериода.

7. Скоба троса для реализации способа крепления троса по пп.1, 2 или 6, отличающаяся тем, что трубчатый элемент снабжен крепежной петлей.

8. Скоба троса по п.7, отличающаяся тем, что крепежная петля снабжена по меньшей мере двумя трубчатыми элементами для крепления нескольких тросов отдельно.

9. Скоба троса для реализации способа крепления троса по пп.1, 2 или 6, отличающаяся тем, что трубчатый элемент изготовлен из листового материала, согнутого таким образом, что обе стороны листового материала образуют обхватывающий трос трубчатый элемент.

10. Скоба троса для реализации способа крепления троса по пп.1, 2 или 6, отличающаяся тем, что трубчатый элемент с внешней стороны снабжен продольными выступами.

РИСУНКИ