ЩУП ДЛЯ РАЗМИНИРОВАНИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЩУПА ДЛЯ РАЗМИНИРОВАНИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
PROBING ROD FROM POLYMER COMPOSITE AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Изобретение относится к средствам инженерного вооружения и может быть использовано для обнаружения мин и их разминирования.
Известны устройства для обнаружения мин со средствами проникновения в грунт и способы их изготовления по патентам RU 2081385 от 10.06.1997, 2147364 от 25.01.1999 F41H 11/16, US 4727940 A, 01.03.1988, FR 2225713 A, 08.11.1974, DE 2310332 A1,24.10.1985, F41H 11/16.
Известные устройства и известный способ определяют общий уровень техники и не являются особо релевантными, поэтому предлагаемыми решениями устраняются недостатки общего известного уровня техники.
Недостатком общего известного уровня техники для щупа для разминирования является низкая надежность его работы из-за отсутствия защиты пользователя, наличия металлических элементов, контактирующих с обнаруженными объектами, из-за низких прочностных и жесткостных характеристик жала, низкой надежности его закрепления, низкой износостойкости острия жала, также недостатком является высокая масса устройства.
Недостатком общего известного уровня техники для способа является низкая технологичность его изготовления, не обеспечивающая заданные требования по прямолинейности и содержанию связующего (заданный коэффициент армирования) пучка нитей жала, а также не исключающая возможности попадания нитей пучка и их закусывания в плоскости разъема пресс-формы, кроме того, недостатком является низкое качество устройства из-за низкой надежности его работы.
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является разработка конструкции и технологии изготовления щупа, исключающая указанные недостатки.
Технический результат для устройства, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении удобства эксплуатации и надежности его работы за счет повышения степени защиты пользователя путем увеличения защищенной от осколков зоны при надежно установленном на оптимальном расстоянии от объекта защитном экране, за счет повышения прочностных и жесткостных характеристик материала жала при максимальном повышении его коэффициента армирования, за счет повышения надежности закрепления жала с помощью сферического утолщения при оптимальном расположении его армирующих волокон, а также за счет повышения износостойкости жала, преимущественно конуса острия при взаимодействии с абразивной средой (грунтом), благодаря армированию материала винтовыми волокнами (наличию поперечного, по отношению к направлению изнашивающего воздействия, армирования), что значительно снижает их расслоение и разлохмачивание. Кроме того, технический результат заключается в значительном облегчении конструкции.
Технический результат для способа, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении его технологичности за счет повышения технологичности отверждения с оптимальными характеристиками по прямолинейности и содержанию связующего пучка нитей жала при прессовании, а также за счет исключения возможности попадания винтовых натянутых нитей пучка и их закусывания в плоскости разъема пресс-формы, кроме того, технический результат заключается в повышении качества устройства за счет повышения надежности его работы.
Для устройства поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что щуп для разминирования из полимерных композиционных материалов, включающий рукоятку с наконечником, на котором выполнен уступ для размещения защитного экрана, прижатого к уступу накидным резьбовым прижимом с размещенным в нем жалом, которое прижато своим торцевым сферическим утолщением к выемке торца наконечника этим же прижимом с ответной выемкой, причем для размещения жала в днище прижима выполнены несколько отверстий как осевое, так и с изломом оси в центре сферического утолщения, при этом экран выполнен выпуклым, из наружной и внутренней оболочек из прессованного пластика на основе арамидной ткани, пропитанной эпоксидным связующим, и расположенных между ними баллистических слоев из сухой арамидной ткани, по краю экран окантован стеклопластиковым профилем П-образного сечения, а жало выполнено из пучка однонаправленных углеродных нитей, пропитанных эпоксидным связующим, скрученных по оси и с заточенным на конус острием. Скрутка пучка жала выполнена из расчета 5…10 оборотов на метр, а заточка острия выполнена с конусностью 12…18°. Торцевое сферическое утолщение жала выполнено из нитей жала, завязанных в узел с его опрессовкой и мехобработкой. Торцевое сферическое утолщение жала выполнено из кольцевых витков стеклонити, пропитанных эпоксидным связующим. Наконечник и прижим выполнены из термо- или реактопласта, рукоятка - из трубок стекло-, органо- или углепластика телескопического соединения с цанговыми зажимами.
Также поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что способ изготовления щупа для разминирования из полимерных композиционных материалов, при котором на наконечник рукоятки вплотную к его уступу устанавливают выпуклый защитный экран, а в выемку торца наконечника устанавливают жало, прижимая его торцевым сферическим утолщением к упомянутой выемке накидным резьбовым прижимом, одновременно прижимая этим же прижимом защитный экран к уступу, при этом защитный экран прессуют за единый технологический процесс из слоев арамидной ткани, пропитывая наружные и внутренние слои наружной и внутренней оболочек эпоксидным связующим, окантовывая по краю экран стеклопластиковым профилем П-образного сечения, а жало выполняют из пучка однонаправленных углеродных нитей, пропитывая их эпоксидным связующим, например, методом пултрузии, удаляют избыток связующего, скручивая и растягивая пучок, отверждают пучок в пресс-форме с плоскостью разъема, совпадающей с продольной плоскостью симметрии пучка, дополнительно удаляя избыток связующего, мехобрабатывают жало с удалением облоя и заточкой острия жала на конус. Скручивание пучка выполняют из расчета 5…10 оборотов на метр, а заточку острия жала выполняют с конусностью 12…18°. Торцевое сферическое утолщение жала формируют из нитей жала, завязывая пропитанный пучок в узел с его опрессовкой и мехобработкой. Торцевое сферическое утолщение жала выполняют из кольцевых витков стеклонити, пропитанных эпоксидным связующим.
Отличительными признаками для устройства являются следующие:
- щуп, включающий рукоятку с наконечником, на котором выполнен уступ для размещения защитного экрана, прижатого к уступу накидным резьбовым прижимом с размещенным в нем жалом, - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое взаимное расположение и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение удобства эксплуатации и надежности работы конструкции за счет повышения степени защиты пользователя путем увеличения защищенной от осколков зоны при надежно установленном на оптимальном расстоянии от объекта защитном экране;
- жало прижато своим торцевым сферическим утолщением к выемке торца наконечника этим же прижимом с ответной выемкой - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую форму элементов, новое взаимное расположение и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции за счет повышения надежности закрепления жала;
- для размещения жала в днище прижима выполнены несколько отверстий как осевое, так и с изломом оси в центре сферического утолщения - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую форму элементов, новое взаимное расположение и их новую взаимосвязь, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение удобства эксплуатации и надежности работы конструкции за счет повышения надежности закрепления жала;
- жало выполнено из жгута однонаправленных углеродных нитей, пропитанных эпоксидным связующим, скрученных по оси и с заточенным на конус острием, - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую форму элементов и новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции за счет повышения прочностных и жесткостных характеристик материала жала при максимальном повышении его коэффициента армирования, а также за счет повышения износостойкости жала, преимущественно конуса острия при взаимодействии с абразивной средой (грунтом), благодаря армированию материала винтовыми волокнами (наличию поперечного, по отношению к направлению изнашивающего воздействия, армирования), что значительно снижает их расслоение и разлохмачивание;
- скрутка жгута жала выполнена из расчета 5…10 оборотов на метр, а заточка острия выполнена с конусностью 12…18° - признаки существенные, предусматривают новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции за счет повышения износостойкости конуса острия, а также на повышение удобства эксплуатации, так как исследованиями установлено, что заявленное соотношение размеров обеспечивает оптимальную износостойкость при обеспечении возможности прокалывания большинства грунтов;
- торцевое сферическое утолщение жала выполнено из нитей жала, завязанных в узел с его опрессовкой и мехобработкой, - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую форму элементов, новое взаимное расположение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение надежности работы конструкции за счет повышения надежности закрепления жала с помощью сферического утолщения при оптимальном расположении его армирующих волокон;
- торцевое сферическое утолщение жала выполнено из кольцевых витков стеклонити, пропитанных эпоксидным связующим, - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новую форму элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение удобства эксплуатации и надежности работы конструкции за счет повышения надежности закрепления жала с помощью сферического утолщения;
- наконечник и прижим выполнены из термо- или реактопласта, рукоятка - из трубок стекло-, органо- или углепластика телескопического соединения с цветовыми зажимами - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое взаимное расположение и их новую взаимосвязь, обоснованное применение новых материалов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение удобства эксплуатации и значительное облегчение конструкции.
Отличительными признаками для способа являются следующие признаки:
- на наконечник рукоятки вплотную к его уступу устанавливают выпуклый защитный экран, а в выемку торца наконечника устанавливают жало, прижимая его торцевым сферическим утолщением к упомянутой выемке накидным резьбовым прижимом, одновременно прижимая этим же прижимом защитный экран к уступу, - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность их выполнения и их новое исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата на повышение технологичности сборки и качества устройства с повышением надежности его работы;
- защитный экран прессуют за единый технологический процесс из слоев арамидной ткани, пропитывая наружные и внутренние слои наружной и внутренней оболочек эпоксидным связующим, окантовывая по краю экран стеклопластиковым профилем П-образного сечения, - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность их выполнения и их новое исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности способа, а также на повышение качества устройства за счет повышения надежности его работы при повышении степени защиты пользователя;
- жало выполняют из жгута однонаправленных углеродных нитей, пропитывая их эпоксидным связующим, например, методом пултрузии, удаляют избыток связующего, скручивая и растягивая пучок, отверждают пучок в пресс-форме с плоскостью разъема, совпадающей с продольной плоскостью симметрии пучка, дополнительно удаляя избыток связующего, мехобрабатывают жало с удалением облоя и заточкой острия жала на конус - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность их выполнения и их новое исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности способа за счет повышения технологичности отверждения с оптимальными характеристиками по прямолинейности и содержанию связующего пучка нитей жала при прессовании, а также за счет исключения возможности попадания винтовых натянутых нитей пучка и их закусывания в плоскости разъема пресс-формы;
- скручивание пучка выполняют из расчета 5…10 оборотов на метр, а заточку острия жала выполняют с конусностью 12…18° - признаки существенные, предусматривают новое исполнение операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности способа за счет исключения возможности попадания винтовых натянутых нитей пучка и их закусывания в плоскости разъема пресс-формы, а также на повышения качества устройства за счет повышения удобства его эксплуатации;
- торцевое сферическое утолщение жала формируют из нитей жала, завязывая пропитанный пучок в узел с его опрессовкой и мехобработкой, - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность их выполнения и их новое исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение технологичности способа, за счет формирования зацепа для натяжения пучка при его прессовании, а также на повышение качества устройства за счет повышения надежности закрепления жала;
- торцевое сферическое утолщение жала выполняют из кольцевых витков стеклонити, пропитанных эпоксидным связующим, - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новую последовательность их выполнения и их новое исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, на повышение качества устройства за счет повышения надежности закрепления жала.
Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности конструкции щупа для разминирования и надежности ее работы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид щупа, на фиг.2 - общий вид и крепление жала, на фиг.3 - общий вид острия, на фиг.4 - прессование жала, на фиг.5 - прессование жала с разомкнутой пресс-формой, на фиг.6 - поперечное сечение разомкнутой пресс-формы с жалом, на фиг.7 - торцевое сферическое утолщение жала с кольцевыми витками.
Щуп 1 для разминирования из полимерных композиционных материалов, включающий рукоятку 2 с наконечником 3, на котором выполнен уступ 4 для размещения защитного экрана 5, прижатого к уступу 4 накидным резьбовым прижимом 6 с размещенным в нем жалом 7, которое прижато своим торцевым сферическим утолщением 8 к выемке 9 торца наконечника этим же прижимом 6 с ответной выемкой 10. Для размещения жала 7 в днище прижима 6 выполнены несколько отверстий 11 как осевое, так и с изломом оси в центре сферического утолщения 8. Экран 5 выполнен выпуклым, из наружной и внутренней оболочек 12 из прессованного пластика на основе арамидной ткани, пропитанной эпоксидным связующим, и расположенных между ними баллистических слоев 13 из сухой арамидной ткани, по краю экран окантован стеклопластиковым профилем 14 П-образного сечения. Жало 7 выполнено из пучка однонаправленных углеродных нитей 15, пропитанных эпоксидным связующим, скрученных по оси и с заточенным на конус 16 острием 17. Скрутка пучка жала 7 выполнена из расчета 5…10 оборотов на метр, а заточка острия 17 выполнена с конусностью 12…18°. Торцевое сферическое утолщение 8 жала 7 выполнено из нитей 15 жала 7, завязанных в узел 18 с его опрессовкой и мехобработкой. Торцевое сферическое утолщение 8 жала 7 выполнено из кольцевых витков 19 стеклонити 20, пропитанных эпоксидным связующим. Наконечник 3 и прижим 6 выполнены из термо- или реактопласта, рукоятка 2 - из трубок 21 стекло-, органо- или углепластика телескопического соединения с цанговыми зажимами 22.
Способ изготовления щупа 1 для разминирования из полимерных композиционных материалов, при котором на наконечник 3 рукоятки 2 вплотную к его уступу 4 устанавливают выпуклый защитный экран 5, а в выемку 9 торца наконечника 3 устанавливают жало 7, прижимая его торцевым сферическим утолщением 8 к упомянутой выемке 9 накидным резьбовым прижимом 6, одновременно прижимая этим же прижимом 6 защитный экран 5 к уступу 4. Защитный экран 5 прессуют за единый технологический процесс из слоев арамидной ткани, пропитывая наружные и внутренние слои наружной и внутренней оболочек 12 эпоксидным связующим, окантовывая по краю экран стеклопластиковым профилем 14 П-образного сечения. Жало 7 выполняют из пучка однонаправленных углеродных нитей 15, пропитывая их эпоксидным связующим, например, методом пултрузии. Удаляют избыток связующего, скручивая 23 и растягивая 24 пучок, отверждают пучок в пресс-форме 25 с плоскостью разъема 26, совпадающей с продольной плоскостью симметрии пучка, дополнительно удаляя избыток связующего. Мехобрабатывают жало 7 с удалением облоя и заточкой острия 17 жала 7 на конус 16. Скручивание 23 пучка выполняют из расчета 5…10 оборотов на метр, а заточку острия 17 жала 7 выполняют с конусностью 16 - 12…18°. Торцевое сферическое утолщение 8 жала 7 формируют из нитей 15 жала 7, завязывая пропитанный пучок в узел 18 с его опрессовкой и мехобработкой. Торцевое сферическое утолщение 8 жала 7 выполняют из кольцевых витков 19 стеклонити 20, пропитанных эпоксидным связующим.
Пример конкретного исполнения щупа 1 заключается в том, что он снабжен набором сменных жал 7, выполненных, в зависимости от проводимой операции по разминирования, различной формы, например в виде лопатки с сечением в форме желоба. Применение различных быстросменных жал 7 повышает удобство эксплуатации.
Пример конкретного исполнения способа заключается в том, что при прессовании скрученного 23 пучка его натягивают 24 в момент смыкания пресса, благодаря наличию зацепа 27 узлом (одинарным или двойным, или большим количеством завязываний), предотвращая попадание нитей 15 в зазор 28 между матрицей 29 и пуансоном 30 пресс-формы 25.
Работает щуп следующим образом. При срабатывании 31 мины благодаря наличию защитного экрана 5 обеспечивается зона 32, защищенная от поражения осколками. При проникновении конического острия 17 жала 7 со скрученными нитями в абразивный грунт благодаря выходу нитей 15 на коническую поверхность с разными углами 33 и 34 (у кончика острия - с практически нулевым углом, у основания конуса - с максимальным) картина разрушения 35 (микрорастрескивания связующего) усложняется, увеличивая тем самым протяженность и площадь разрушения, увеличивая сопротивление материла разрушению, с повышением стойкости материала жала 7 к износу, что подтверждено проведенными на предприятии-заявителе исследованиями.
Использование изобретений позволит создать высокотехнологичную конструкцию щупа высокого качества и с повышенной надежностью работы, что подтверждает использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний щупов для разминирования, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.