БЛОК
PULLEY

Область техники, к которой относится изобретение, и предшествующий уровень техники
Данное изобретение относится к области блоков и, в частности, к блокам, которые обеспечивают возможность изменения направления веревки.
На рынке имеется множество типов блока.
Первый тип блока является роликом, который обеспечивает возможность изменения направления веревки, когда она проходит через центральную выемку ролика (колеса блока, имеющего канавку).
Эти ролики малого трения обеспечивают соотношение стабильности, веса и стоимости во всех случаях, поскольку нет вращающегося компонента. Сопротивление трению получается лишь за счет волокна веревки, подлежащей изменению направления, и волокна, которое используется для крепления ролика. Это изделие все больше используется на яхтах для океанских гонок, поскольку оно гарантирует надежность. Основным их недостатком является то, что они сильно увеличивают возникновение трения веревки, которая проходит по их центру и, следовательно, приходится прикладывать намного больше энергии для манипуляций с веревкой, чем в обычном блоке.
Второй тип блока содержит ролик с шарикоподшипником, то есть блок, который вращается с помощью шарикоподшипника. Этот ролик с шарикоподшипником обеспечивает очень небольшой коэффициент трения. Этот тип блока является очень эффективным и позволяет изготавливать сложные системы уменьшения прикладываемой силы. Недостатком этих блоков является их высокая стоимость, когда они предназначены для высоких нагрузок. Они также требуют технического обслуживания и регулярного контролирования за счет присутствия шарикоподшипника. Другим недостатком является то, что при поломке оси, боковых сторон между веревкой и местом сцепления происходит повреждение системы в целом. Кроме того, блоки с шарикоподшипником, которые предназначены для больших нагрузок, являются также тяжелыми. Например, в морских условиях, этот недостаток ухудшает характеристики яхты.
Задачей данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известного уровня техники и создание улучшенного блока, который снижает возникновение трения веревки, подлежащей изменению направления, при одновременном обеспечении способности выдерживать большие нагрузки при небольшом весе.
Сущность изобретения
Согласно изобретению, предлагается блок, содержащий:
моноблочный ролик, содержащий две противоположные продольные поверхности, поперечную центральную выемку и вогнутую наружную поверхность, образующую кольцевую канавку, которая предназначена для изменения направления веревки, при этом центральная выемка и вогнутая наружная поверхность неподвижны относительно друг друга,
крепежную веревку ролика, которая проходит через центральную выемку ролика, при этом крепежная веревка находится в непосредственном контакте с центральной выемкой,
распорный элемент, который предназначен для обеспечения расстояния крепежной веревки от продольных поверхностей ролика.
Блок позволяет изменять направление веревки (элемента, который является длинным, гибким, стойким, круглым, состоящим из скрученных прядей), которая проходит через кольцевую канавку ролика. Ролик является аналогичным колесу компонентом, который используется для передачи движения. Ролик удерживается в положении с помощью крепежной веревки ролика. Ролик свободно вращается вокруг крепежной веревки, и распорный элемент предназначен для удерживания веревки на расстоянии, с целью уменьшения возникновения трения крепежной веревки с роликом.
По сравнению с блоком, имеющим шарикоподшипник, согласно уровню техники, данный блок не требует технического обслуживания, связанного с шарикоподшипником. Это преимущество в соединении с легкостью, стоимостью и характеристиками, обусловленными низким трением, делают блок, согласно данному изобретению, весьма предпочтительным.
Это объясняется тем, что блок объединяет стойкость, легкость, умеренную стоимость и практически низкое трение. Это обеспечивает для пользователя простоту обращения с роликом, когда веревка изменяет направление с помощью центральной выемки, с одновременным обеспечением легкости и надежности при использовании под большой нагрузкой.
Распорный элемент служит для уменьшения возникновения трения на ролике. Эта конфигурация позволяет распорному элементу вращать ролик без блокирования за счет сжатия крепежной веревкой. Обеспечение возможности вращения ролика вокруг крепежной веревки позволяет минимизировать возникновение трения.
Блок, согласно изобретению, улучшает надежность его использования. В случае поломки ролика, изменяющая направление веревка остается блокированной с помощью крепежной веревки. Такая поломка может быть результатом перегрузки изменяющей направление веревки.
Согласно одному аспекту изобретения, распорный элемент содержит два конца, которые выступают в поперечном направлении относительно продольных поверхностей ролика, при этом два выступающих конца расположены с возможностью размещения с упором крепежной веревки.
Таким образом, крепежная веревка находится в боковом направлении на расстоянии от продольных поверхностей ролика. Тем самым крепежная веревка служит также для удерживания ролика в положении относительно распорного элемента, что облегчает сборку из-за небольшого количества компонентов и оптимирует стоимость узла.
Согласно другому аспекту изобретения, распорный элемент содержит два крепежных средства, которые расположены на одной и на другой стороне продольных поверхностей ролика, при этом крепежные средства предназначены для крепления крепежной веревки на распорном элементе.
Согласно другому аспекту изобретения, в поперечной плоскости, которая проходит через ось вращения ролика, длина распорного элемента, измеренная в соответствии с продольной осью распорного элемента, параллельной оси вращения, больше расстояния, которое разделяет продольные поверхности ролика, при этом расстояние задано в соответствии с осью вращения ролика. В специальном варианте выполнения длина распорного элемента минимально в 1,5 раза и предпочтительно в два раза больше расстояния, разделяющего продольные поверхности ролика.
Поперечная плоскость блока задается при сборке ролика и распорного элемента. Длина распорного элемента является расстоянием между двумя концами распорного элемента, измеренным в соответствии с продольной осью в поперечной плоскости, проходящей через ось вращения.
Согласно изобретению, крепежная веревка проходит от ролика в двух направлениях на каждой стороне ролика, при этом два направления образуют друг с другом угол от 10° до 180° и предпочтительно от 80° до 120°. Таким образом, уменьшается возникновение трения. Угол определен в рабочем положении блока, то есть, когда ролик удерживается крепежной веревкой.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, распорный элемент содержит ориентационную канавку ролика. Ориентационная канавка предназначена для прохождения по меньшей мере по части ролика.
Таким образом, ориентационная канавка позволяет удерживать ролик с трением в одном направлении, что предотвращает поворот или перемещение распорного элемента роликом во время нагрузки. Кроме того, эта конфигурация предотвращает сход веревки с ролика.
Крепежная веревка может содержать по меньшей мере две пряди, которые проходят через центральную выемку ролика. Предпочтительно, распорный элемент предназначен для удерживания на расстоянии друг друга двух прядей параллельно продольным поверхностям ролика. В качестве альтернативного решения, по меньшей мере две пряди могут прилегать друг к другу.
Предпочтительно, крепежная веревка ролика образует бесконечную петлю. Например, бесконечная петля позволяет удерживать распорный элемент относительно блока. Петлю можно удалять из распорного элемента, с целью упрощения сборки и разборки блока. Бесконечная петля обеспечивает возможность технического обслуживания ролика и стабилизации ролика во время нагрузки. В этой конфигурации распорный элемент предназначен для размещения двух люверсов, которые образованы крепежной веревкой, по обе стороны центральной выемки, с целью обеспечения крепления блока посредством пропускания через два люверса.
В целом, использование крепежной веревки для крепления блока позволяет дополнительно увеличивать надежность его использования. Это объясняется тем, что в случае поломки распорного элемента, изменяющая направление веревка остается блокированной крепежной веревкой.
Согласно другому аспекту изобретения, блок содержит несколько отдельных крепежных веревок, которые проходят каждая через центральную выемку. Блок может содержать также столько распорных элементов, сколько крепежных веревок, при этом каждый распорный элемент согласован с крепежной веревкой.
Согласно другому аспекту изобретения, блок содержит:
несколько моноблочных роликов, содержащих каждый две противоположные продольные поверхности, поперечную центральную выемку и вогнутую наружную поверхность, образующую кольцевую канавку, которая предназначена для изменения направления веревки, при этом центральная выемка и вогнутая наружная поверхность неподвижны относительно друг друга,
крепежную веревку, которая связана с каждым из роликов и которая проходит через центральную выемку соответствующего ролика, при этом крепежная веревка находится в непосредственном контакте с центральной выемкой соответствующего ролика,
распорный элемент, который предназначен для бокового перемещения различных крепежных веревок от продольных поверхностей соответствующих роликов.
Для улучшения отвода тепла, создаваемого за счет трения крепежной веревки с роликом, ролик содержит радиатор, который обеспечивает возможность рассеяния посредством конвекции тепла, создаваемого за счет трения крепежной веревки в контакте с центральной выемкой.
Для ограничения трения крепежной веревки на ролике, ролик содержит полость, которая предусмотрена для приема смазывающего материала и предназначена для смазки контакта между крепежной веревкой и центральной выемкой.
Для облегчения сборки блока, крепежная веревка содержит замкнутую петлю, которая проходит через центральную выемку, и выступающую часть, которая предусмотрена для крепления блока.
Блок может содержать кольцо, которое образовано петлей веревки, которое проходит через центральную выемку и которое находится в непосредственном контакте с центральной выемкой.
В поворотной тали блок дополнительно содержит:
вторую крепежную веревку ролика, которая проходит через центральную выемку ролика и которая находится в непосредственном контакте с центральной выемкой,
второй моноблочный ролик, содержащий две противоположные продольные поверхности, вторую поперечную центральную выемку и вторую вогнутую наружную поверхность, образующую кольцевую канавку, которая предназначена для изменения направления веревки, при этом вторая центральная выемка и вторая вогнутая наружная поверхность неподвижны относительно друг друга,
второй распорный элемент, который предусмотрен для обеспечения расстояния второй крепежной веревки от продольных поверхностей этих двух роликов.
Предпочтительно, блок содержит средство для обнаружения чрезмерной нагрузки крепежной веревки.
Предпочтительно, блок содержит средство для измерения температуры.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем  изобретение поясняется  описанием вариантов его осуществления, не носящих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает первый вариант выполнения блока, согласно изобретению, на виде спереди;
фиг. 2 – первый вариант выполнения блока, согласно изобретению, в изометрической проекции;
фиг. 3 – модификацию первого варианта выполнения блока, согласно изобретению, на виде спереди;
фиг. 4а и 4b изображают модификации первого варианта выполнения;
фиг. 5 изображает другую модификацию первого варианта выполнения;
фиг. 6 и 7 изображают другой вариант выполнения, в котором распорный элемент образует структуру, имеющую другие функции;
фиг. 8 изображает вариант выполнения, в котором несколько роликов имеют совместно один и тот же распорный элемент;
фиг. 9 - вариант выполнения, в котором распорный элемент имеет увеличенную жесткость;
фиг. 10 - вариант выполнения, в котором крепежная веревка изготовлена посредством намотки нити;
фиг. 11 и 12 изображают варианты выполнения, в которых несколько петель крепежных веревок связано с одним и тем же роликом;
фиг. 13 изображает вариант выполнения, в котором один и тот же распорный элемент связан с несколькими роликами;
фиг. 14 и 15 изображают ролики, которые имеют средства рассеяния тепла;
фиг. 16 изображает ролик, который обеспечивает возможность смазки контакта с крепежной веревкой;
фиг. 17-20 изображают различные узлы блока, согласно изобретению;
фиг. 21 изображает блок, в котором крепежная веревка является композитом;
фиг. 22 – блок, в котором крепежная веревка образована с помощью ремня;
фиг. 23 – схему испытания блока, согласно изобретению.
Описание вариантов выполнения изобретения
На фиг. 1 и 2 показан первый вариант выполнения блока 10, согласно изобретению. Блок 10 содержит ролик 11, содержащий две противоположные продольные поверхности 12 и 13, поперечную центральную выемку 14 и вогнутую наружную поверхность 15, образующую кольцевую канавку, которая предназначена для изменения направления веревки 16. Центральная выемка 14 проходит через ролик 11 от одной продольной поверхности к другой продольной поверхности. Ролик 11 является моноблочным. Другими словами, две продольные поверхности 12 и 13, центральная выемка 14 и вогнутая наружная поверхность 15 неподвижны относительно друг друга. Ролик 11 может быть изготовлен в виде единого механического элемента, например, посредством литья или машинной обработки. В качестве альтернативного решения, ролик 11 может содержать несколько механических компонентов, которые изготовлены по отдельности, а затем собраны вместе с образованием узла, в котором функциональные поверхности 12, 13, 14 и 15 фиксированы относительно друг друга.
Ролик 1 может вращаться вокруг оси А, которая перпендикулярна двум продольным поверхностям 12 и 13. Ролик 11 порождается посредством вращения вокруг оси А. Блок 10 содержит также крепежную веревку 17 ролика 11. Часть крепежной веревки 17 проходит через центральную выемку 14 ролика 11. Крепежная веревка 17 проходит в центральной выемке 14 по существу в соответствии с осью А. Крепежная веревка 17 может иметь единственную прядь. В качестве альтернативного решения, крепежная веревка 17 может иметь несколько прядей. В показанном примере крепежная веревка 17 содержит две пряди 18 и 19, которые проходят по обе стороны двух продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11.
Блок 10 содержит распорный элемент 20, который предназначен для создания бокового расстояния крепежной веревки 17 от продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11. Когда ролик 11 вращается, то он трется о крепежную веревку 17. Присутствие распорного элемента 20 позволяет уменьшать трение.
Распорный элемент 20 содержит два конца 22 и 23, которые выступают в поперечном направлении относительно продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11. Два конца 22 и 23 предназначены для приема с упором двух прядей 18 и 19 крепежной веревки 17. Таким образом, две пряди 18 и 19 удерживают ролик 11 при одновременном уменьшении возникновения трения во время использования блока 10. Длина L распорного элемента 20 является расстоянием между двумя концами 22 и 23 распорного элемента 20 в соответствии с продольной осью В, параллельной оси А вращения ролика 11. Для удаления крепежной веревки 17 от продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11, длина L больше расстояния М, которое разделяет продольные поверхности 12 и 13. Расстояние М определено в соответствии с осью А.
Изготовление крепежной веревки 17 по меньшей мере из двух прядей ограничивает любые погрешности относительно параллельности двух осей А и В. Это обусловлено тем, что направление усилий, прикладываемых к ролику веревкой 16, может изменяться, что приводит к вращению ролика 11 относительно распорного элемента 20 вокруг оси С, которая перпендикулярна двум осям А и В. Ширина l распорного элемента 20 является расстоянием, которое перпендикулярно длине L и которое разделяет для каждого конца 22 и 23 упоры двух ветвей 18 и 19 в распорный элемент 20. Ширина l ограничивает вращение ролика 11 относительно распорного элемента 20 вокруг оси С. Ширина l предпочтительно больше наименьшего диаметра центральной выемки 14. Центральная выемка 14 порождается вращением вокруг оси А. Ее диаметр, перпендикулярный оси А, может быть изменяемым, с целью получения, например, типа «шарошки», которая проходит вокруг оси А. В этом случае наименьший диаметр D центральной выемки расположен в зоне оси С. Возможны другие формы центральной выемки 14. Центральная выемка 14 может иметь цилиндрическую форму с постоянным круглым поперечным сечением, форму яйца, форму гиперболоида, порожденную вращением, и т.д.
Другими словами, распорный элемент 20 предназначен для удерживания на расстоянии двух прядей 18 и 19 параллельно продольным поверхностям 12 и 13 ролика 11.
Две пряди 18 и 19 могут быть полностью отдельными. В качестве альтернативного решения, в варианте выполнения, показанном на фиг. 1 и 2, крепежная веревка 17 ролика 11 образует бесконечную петлю, и в этом случае ролик 11 удерживается крепежной веревкой 17 в нескольких местах, которые следуют за формой распорного элемента 20. Две ветви 18 и 19 крепежной веревки 17 заданы между частями крепежной веревки 17 на одной и на другой стороне ролика 11 между двумя продольными поверхностями 12 и 13 ролика 11 и распорным элементом 20. Бесконечная петля фиксирована на распорном элементе 20 в канавке или выемке, форма которой по существу соответствует форме прядей 18 и 19. Например, для прядей 18 и 19, имеющих круглое поперечное сечение, канавки, которые предназначены для размещения прядей 18 и 19, также имеют круглые поперечные сечения, которые являются по существу полукруглыми и того же диаметра, что и поперечное сечение прядей 18 и 19. Таким образом, крепежная веревка 17 фиксирована по положению относительно распорного элемента 20.
В варианте выполнения, в котором крепежная веревка 17 ролика 11 образует бесконечную петлю, крепежная веревка 17 замкнута сама на себя с помощью двух люверсов 26 и 27, которые образованы крепежной веревкой 17 и которые расположены на одной и на другой стороне центральной выемки 14.
Распорный элемент 20 предназначен для размещения двух люверсов 26 и 27 и для обеспечения крепления блока 10, посредством прохождения через два люверса 26 и 27. Для этого распорный элемент 20 содержит отверстие 28, которое обеспечивает возможность прохождения наружного элемента через два люверса 26 и 27. В показанном примере этот наружный элемент является веревкой 29, которая позволяет закреплять блок 10.
Крепежная веревка 17 проходит от ролика 11 в соответствии с двумя направлениями 31 и 32 по обе стороны ролика 11. Два направления 31 и 32 образуют совместно угол α от 10° до 180° и предпочтительно от 80° до 120°. Этот угол α задан в основном формой распорного элемента 20 и может слегка изменяться в соответствии с усилиями, прикладываемыми к веревке 16. В показанном на фиг. 1 примере этот угол α составляет 100°.
Распорный элемент 20 может также содержать канавку 34 ориентации ролика 11. Ориентационная канавка 34 раскрывается в соответствии с осью С. Этот характерный признак предотвращает выход ролика 11 из его положения, или выход изменяющей направление веревки 16 из канавки 15 ролика 11.
На фиг. 3 показана модификация первого варианта выполнения; показаны те же элементы, что и в первом варианте выполнения. Различие состоит в том, что распорный элемент 20 покрывает ролик 11, так что крепежная веревка 17 отходит от ролика 11 в соответствии с теми же осями. Другими словами, угол α составляет 180°. Следовательно, крепежная веревка 17 следует за формой распорного элемента 20.
На фиг. 4а и 4b показан другой вариант выполнения блока 10, содержащего крышку 36, которая позволяет защищать крепежную веревку 17. Блок показан в изометрической проекции на фиг. 4а и в разнесенной изометрической проекции на фиг. 4b. Крышка 36 может быть выполнена из двух частей 36а и 36b.
На фиг. 5 показан другой вариант выполнения блока 10, в котором предусмотрено крепление блока на жестком объекте 40. Показаны ролик 11, распорный элемент 20 и крепежная веревка 17, которая образована здесь из двух прядей 18 и 19. В этом варианте выполнения распорный элемент 20 имеет канавку 41, которая открыта параллельно двум продольным поверхностям 12 и 13 ролика 11. Распорный элемент 20 содержит отверстие 42, которое перпендикулярно канавке 41. Канавка 41 предусмотрена для размещения жесткого объекта 40, и отверстие 42 предусмотрено для размещения оси 43, которая проходит как через распорный элемент 20, так и через жесткий объект 40. Ось 43 может быть винтом, который обеспечивает возможность соединения распорного элемента 20 с жестким объектом 40. Размеры канавки 41 и размеры жесткого элемента 40 могут быть согласованы для задания точного положения распорного элемента 20 на жестком объекте 40.
На фиг. 5 показана ширина l распорного элемента 20, которая обеспечивает возможность фиксации положения ролика 11 относительно распорного элемента 20. Эта фиксация положения является особым преимущество этого варианта выполнения. Она одновременно обеспечивает улучшение фиксации ролика 11 относительно жесткого объекта 40 с помощью распорного элемента 20.
На фиг. 6 и 7 показан второй вариант выполнения. Так же, как и в первом варианте выполнения, блок 50 содержит ролик 11, содержащий две противоположные продольные поверхности 12 и 13, поперечную центральную выемку 14 и вогнутую наружную поверхность 15, образующую кольцевую канавку, которая предусмотрена для изменения направления веревки. Блок 50 содержит также крепежную веревку 17 ролика 11. Часть крепежной веревки 17 проходит через центральную выемку 14 ролика 11. Крепежная веревка 17 может содержать две пряди, которые проходят по обе стороны двух продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11.
Блок 50 содержит также распорный элемент 51, содержащий два крепежных средства 52 и 53, которые расположены на одной и на другой стороне продольных поверхностей ролика 11. Крепежные средства предусмотрены для крепления крепежной веревки 17 ролика 11 на распорном элементе 51. Таким образом, крепежную веревку 17 можно располагать на боковом расстоянии от продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11, и тем самым может быть увеличен угол α. Чем больше становится угол α, тем больше уменьшается возникновение трения.
Распорный элемент 51 может быть выполнен со структурой, которая может служить для других функций. В примере, показанном на фиг. 6 и 7, распорный элемент 51 выполнен в мачте яхты. Такая мачта может быть выполнена в виде полого металлического профиля. Первое отверстие 54 выполнено в профиле для размещения в нем ролика 11. Два других отверстия 55 и 56 выполнены в профиле симметрично относительно отверстия 54. Два отверстия 55 и 56 позволяют каждое крепить один конец крепежной веревки 17. В частности, концы крепежной веревки 17 проходят каждый через одно из отверстий 55 и 56, и удерживающий элемент 57 и 58, который прикреплен к каждому концу, обеспечивает удерживание каждого конца крепежной веревки 17. Крепежные средства 52 и 53 содержат отверстия 55 и 56 и удерживающие элементы 57 и 58. Мачта яхты может иметь в основном выпуклый профиль. Таким образом, крепежная веревка 17 может быть расположена в основном внутри профиля. Концы крепежной веревки 17, которые снабжены удерживающими средствами 57 и 58, проходят снаружи мачты. Блок 50 можно использовать для направления веревки 16, проходящей через стенку мачты, например, фала, позволяющего поднимать парус. Фал проходит внутри мачты и внизу мачты фал выходит из мачты с целью обеспечения маневрирования. Блок 50 позволяет поднимать парус с помощью фала и позволяет изменять его направление для маневрирования им. Крепежная веревка 17 может быть бесконечной петлей, и концы крепежной веревки 17, выходящие через отверстия 55 и 56, могут быть люверсами 59 и 60, которые образованы в крепежной веревке 17. Удерживающие элементы 27 и 58 могут быть пальцами, которые просовываются в люверсы 59 и 60. В качестве альтернативного решения, может иметься крюк, на котором крепится каждый конец крепежной веревки 17 совместно или другим образом, который позволяет крепить совместно пряди или концы крепежной веревки 17 на распорном элементе 51 с целью фиксации положения ролика 11. Описание блока 50 было приведено с помощью мачты, в которой желательно проходит веревка 16, такая как фал. Естественно, что этот вариант можно использовать для любого типа стены, через которую проходит веревка 16, при этом стена снабжена блоком, на которую опирается веревка для прохождения через стену.
На фиг. 8 показан третий вариант выполнения блока 65, содержащего три ролика 11, которые расположены параллельно друг другу в соответствии с теми же осями вращения роликов 11. Каждый ролик 11 идентичен ролику, описание которого приведено в первом и втором варианте выполнения.
Блок 65 содержит также распорный элемент 66, содержащий три канавки 67, в каждой из которых может скользить один из роликов 11. Распорный элемент 66 является общим для различных роликов 11.
Крепежная веревка 17 проходит через центральную выемку 14 каждого из роликов 11, проходящих через каждую из канавок 67. Как указывалось выше, крепежная веревка 17 проходит по обе стороны от продольных поверхностей 12 и 13 каждого ролика 11. В показанной конфигурации крепежная веревка 17 образует бесконечную петлю. Распорный элемент 66 содержит отверстие 68, которое обеспечивает возможность крепления блока 65. В этом третьем варианте выполнения можно, естественно, использовать любое количество роликов 11.
На фиг. 9 схематично показан другой вариант выполнения, в котором распорный элемент 71 блока 70 образован с помощью элемента, содержащего два конца 72 и 73, которые выступают в поперечном направлении относительно продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11. Два конца 72 и 73 предназначены для крепления концов крепежной веревки 17, с целью наилучшего восприятия усилий, прикладываемых крепежной веревкой 17 к распорному элементу 71, при этом распорный элемент может быть металлическим.
На фиг. 10 схематично показан вариант выполнения, в котором крепежная веревка 75 содержит несколько меньших петель, с целью обеспечения той же опоры, что и с помощью крепежной веревки 17, имеющей больший диаметр. Можно выполнять крепежную веревку 75 посредством намотки нити. Количество создаваемых петель соответствует нагрузке на блок.
Согласно двум другим вариантам выполнения, которые показаны на фиг. 11 и 12, может иметься несколько бесконечных петель крепежной веревки 17, с целью обеспечения опоры для большей нагрузки, чем для единственной крепежной веревки 17. Крепежная веревка 17 может состоять также из несколько прядей, которые скреплены друг с другом. На фиг. 11 с каждой петлей крепежной веревки 17 согласован распорный элемент 20. На фиг. 12 распорный элемент 20 является общим для нескольких петель крепежной веревки 17.
Два варианта выполнения, показанные на фиг. 11 и 12, позволяют выполнять средство для обнаружения усилия, превосходящего усилие, воспринимаемое крепежной веревкой 17. Например, может быть предусмотрено, что одна из крепежных веревок 17, связанных с роликом 11, имеет механическую прочность меньше, чем другая крепежная веревка 17. Более слабая прочность может быть получена с помощью меньшего поперечного сечения крепежной веревки или материала, механическая прочность которого меньше. Максимальное номинальное усилие, которое может воспринимать блок, может определяться силой разрыва крепежной веревки 17, которая имеет наименьшую механическую прочность. Если это усилие превышается, то крепежная веревка 17, имеющая наименьшую механическую прочность, разрывается, и другие крепежные веревки 17 воспринимают усилие для обеспечения непрерывности службы блока.
Разрыв одной из крепежных веревок 17 обеспечивает визуальное обнаружение превышения номинального усилия и служит предупреждением о необходимости замены блока.
В качестве альтернативного решения, можно использовать другие средства для обнаружения превышения допустимого усилия в блоке, согласно изобретению, такие как, например, расположение одного или нескольких датчиков 77 деформации на крепежной веревке 17, при этом датчики выполнены, например, с помощью резистивного элемента, сопротивление которого увеличивается при его удлинении. При креплении крепежной веревки 17 относительно крепления блока, можно просто соединять электрически датчик 77 деформации с измерительными средствами, расположенными снаружи блока, с целью измерения его сопротивления и тем самым определения усилия, воспринимаемого крепежной веревкой 17.
На фиг. 13 показан вариант выполнения, в котором один и тот же распорный элемент 80 связан с несколькими роликами 11. Каждый ролик 11 имеет отдельную крепежную веревку 17. Различные крепежные веревки 17 удерживаются с помощью одного и того же распорного элемента 80. В показанном примере оси вращения каждого ролика 11 параллельны друг другу или даже совпадают. Возможно также предусмотрение роликов 11 так, что оси вращения различных роликов не параллельны друг другу, с целью иметь ролики, имеющие различные диапазоны использования.
На фиг. 14 и 15 показаны ролики 11, которые имеют средства для рассеяния тепла. Это обусловлено тем, что во время работы, когда ролик 11 вращается, трение между крепежной веревкой 17 и роликом 11 приводит к нагреванию, и ролик 17 предпочтительно содержит радиатор, который обеспечивает рассеяние вызванного трением крепежной веревки 17 в контакте с центральной выемкой 14 тепла за счет конвекции. На фиг. 14 ребра 85, которые образуют радиатор, расположены в кольцевой канавке 15. Ребра 85 проходят, например, перпендикулярно оси А. На фиг. 15 ребра 87 расположены на одной или на обеих продольных поверхностях 12 и 13. Распорный элемент 20, который не изображен на фиг. 15, предпочтительно предотвращает контакт между крепежной веревкой 17 и ребрами 87.
На фиг. 16 показан ролик 11, который обеспечивает возможность смазки контакта с крепежной веревкой 17. Эта смазка позволяет ограничивать нагревание в зоне контакта между крепежной веревкой 17 и центральной выемкой 14. Смазку можно просто обеспечивать посредством расположения смазочного материала, такого как консистентная смазка, на крепежной веревке 17. Это делает необходимым регулярное вмешательство для покрытия крепежной веревки 17 смазкой. Для исключения этого в блоке может быть предусмотрен резервуар для смазки. Для этого ролик 11 содержит полость 90, которая предназначена для размещения смазочного материала. Полость 90 расположена так, чтобы смазывать контакт между крепежной веревкой 17 и центральной выемкой 14. Полость 90 расположена, например, на оси С.
В целом, блок содержит средства для рассеяния тепла, создаваемого трением крепежной веревки 17 в контакте с центральной выемкой 14. Эти средства могут быть расположены в ролике 11, как показано на фиг. 14 и 15, или в качестве альтернативы, в распорном элементе 20 или в крепежной веревке 17, например, с помощью канала, проходящего в крепежной веревке 17, при этом канал предназначен для прохождения теплообменной текучей среды, которая обеспечивает рассеяние тепла.
Смазка и отвод тепла наружу позволяют ограничивать нагревание блока. Блок может содержать также средство для измерения температуры, например, расположенное в крепежной веревке 17. Так же как в случае датчика усилия, можно размещать в крепежной веревке 17 датчик температуры с использованием, например, резистора, имеющего температурный коэффициент, который является положительным или отрицательным. Можно также размещать на крепежной веревке элемент, который способен изменять цвет при превышении температурного порога. Изменение цвета может быть необратимым для обеспечения обнаружения превышения порогового значения, с целью предупреждения о необходимости замены блока.
На фиг. 17-20 показаны различные компоновки блока, согласно изобретению. Описание каждой компоновки приводится со ссылками на вариант выполнения, который наиболее подходит для этого. Понятно, что описываемые различные компоновки можно использовать в других вариантах выполнения. В этом случае необходимо осуществлять простое согласование компоновок.
На фиг. 17 используется вариант выполнения, показанный на фиг. 4а и 4b. Распорный элемент 20 скрыт позади двух частей 36а и 36b крышки. Крепежная веревка 17 образует бесконечную петлю, и два люверса 26 и 27 выступают из крышки 36 в зоне оси С. Один конец 90 веревки 29 проходит через люверсы 26 и 27 для крепления блока 10. Конец 29 образует замкнутую петлю 91. Возможно повторное замыкание петли 91 с помощью узла, который выполняется на конце 90 веревки 29. Предпочтительно, петля повторно замыкается с помощью сплесни, выполняемой в веревке 29.
На фиг. 18 показан вариант компоновки блока 10, в котором крепежная веревка 17 содержит замкнутую петлю 95, которая проходит через центральную выемку 14, и продолжение 96, которое предназначено для крепления блока 10. А именно, одна и та же веревка используется в качестве крепежной веревки, проходящей через ролик 11, и в качестве средства для крепления блока 10. Можно выполнять эту компоновку посредством пропускания через ролик 11 одного конца 97 веревки. Конец 97 приводится в упор с распорным элементом 20, а затем замыкается, например, с помощью сплесни 98. На наружной стороне замкнутой петли 98 веревка проходит для образования продолжения 96, позволяющего закреплять блок 10.
На фиг. 19 показан вариант компоновки блока 10, в котором образовано кольцо 100 с помощью петли веревки, которая проходит через центральную выемку 14 и которая находится в непосредственном контакте с центральной выемкой 14. В показанном примере кольцо 100 образовано с помощью петли веревки, которая является отдельной от крепежной веревки 17. В качестве альтернативного решения, крепежная веревка 17 может быть продолжена для образования кольца 100.
Крепление блока 10 в показанном примере аналогично креплению, описание которого дано со ссылками на фиг. 17. Добавленное кольцо 100, в частности, обеспечивает возможность создания фиксированной точки для веревки 16, не изображенной на фиг. 19. Эта фиксированная точка может использоваться в тали с использованием блока 10. Кольцо является отдельным от крепежной веревки 17. Присутствие кольца 100 показано здесь упрощенным образом. Возможно расположение в петле, образованной кольцом 100, распорного элемента 101, который предназначен для отодвигания кольца 100 от продольных поверхностей 12 и 13 ролика 11.
В качестве альтернативного решения, кольцо может быть образовано петлей веревки, которая закреплена на распорном элементе 20 и которая не зависит от ролика 11.
На фиг. 20 показан вариант компоновки блока 10, который весьма пригоден для образования тали. Общая компоновка, называемая «поворотным блоком» включает компоновку, которая образована с помощью двух роликов, которые установлены на одной опорной структуре. Компоновка приспособлена к данному изобретению. Поворотный блок, согласно изобретению, обозначен позицией 110. А именно, поворотный блок 110 содержит, как указывалось выше, первый ролик 11, первый распорный элемент 20 и первую крепежную веревку 17, описание признаков которой приведено выше. Кроме того, блок 110 содержит:
вторую крепежную веревку 117 первого ролика 11, которая проходит через центральную выемку 14 ролика 11, и которая находится в непосредственном контакте с центральной выемкой 14,
второй моноблочный ролик 111, который аналогичен ролику 11 и который содержит две противоположные продольные поверхности 112 и 113, вторую поперечную центральную выемку 114 и вторую вогнутую наружную поверхность 115, образующую кольцевую канавку, которая предназначена для изменения направления веревки, при этом вторая центральная выемка 114 и вторая вогнутая наружная поверхность 115 неподвижны относительно друг друга,
второй распорный элемент 120, который предназначен для отодвигания второй крепежной веревки 117 от продольных поверхностей 12, 13, 112 и 113 двух роликов 11 и 111.
Согласно всем вариантам выполнения, ролик 11 предпочтительно выполнен возможно более гладким и не должен деформироваться под нагрузкой. Следовательно, ограничены возможные материалы, и они являются главным образом металлами или композитными материалами.
Например, можно использовать металлы и композитные материалы из не претендующего на полноту списка:
алюминий, чистый или анодированный и его производные; нержавеющая сталь, естественная или полированная; титан, который может быть обработан или не обработан; литой алюминий и т.д.,
изотропные композитные материалы на основе литья под давлением пластмассы, которая может быть армирована волокном (полиамидом, полиэтиленом, сложным полиэфиром, полиуретаном и т.д.); анизотропные композитные материалы на основе смол (эпоксидных, полиэфирных, винилоэфирных, природных) и волокон (углеродных, стеклянных, кевларовых, льняных, целлюлозных и т.д.).
Эти два примера не являются исчерпывающими и все содержат металлы или композитные материалы, которые предпочтительно являются легкими и стойкими к коррозии и ультрафиолетовому свету, при одновременной высокой стойкости к напряжениям. Можно использовать сплавы металлов, нагруженные металлы и композитные материалы с углеродным или стеклянным волокном.
Аналогичным образом, во всех вариантах выполнения, распорный элемент 20 не подвергается сильному сжатию, поэтому материалы для его выполнения могут быть теми же, что и для ролика 11, с дополнением отливаемых под давлением пластмасс. Распорный элемент 20 может быть выполнен даже из древесины.
Во всех вариантах выполнения крепежная веревка 17 предпочтительно является текстильным изделием, которое обеспечивает соединение между роликом 11 и распорным элементом 20. Во-первых, материал должен иметь высокий уровень прочности на растяжение и подходить для восприятия нагрузки на блок. Следовательно, его механические характеристики при возникновении трения должны быть превосходными. Не все волокна отвечают этим двум условиям, однако можно смешивать волокна друг с другом. Таким образом, имеется множество материалов, которые можно использовать.
Например, крепежная веревка 17 выполнена из единственного материала, такого как высокомодульный полиэтилен (или обычно называемый «dyneema» или «spectra» и называемый ниже динеема), высокоэффективный полиэтилен или подассамблея полиэтилена. Этот материал объединяет легкость, прочность на разрыв, небольшое удлинение, стойкость относительно внешних воздействий (химических, органических, ультрафиолетовых), низкий коэффициент трения и разумную стоимость. Предпочтительно, использование единственного материала обеспечивает наилучшую комбинацию эффективности, качества и стоимости.
В другом примере выполнения, таком как, например, показанный на фиг. 21, используется смесь нескольких материалов, содержащих, например, внутреннюю структурную часть, называемую сердечником 125, и защитную часть, называемую покрытием 126. Сердечник 125 может быть волокном, которое является очень стойким к растяжению, для покрытия можно использовать волокно, имеющее низкий коэффициент трения. Имеется множество возможных примеров:
- сердечник из динеема, покрытие из динеема или смеси динеема и тефлона,
- сердечник из арамида, покрытие из динеема или смеси динеема и тефлона,
- сердечник из вектрана, покрытие из динеема или смеси динеема и тефлона,
п
- сердечник из РВО (поли--фениленбензобиоксазоль), покрытие из динеема или смеси динеема и тефлона,
- сердечник из предварительно растянутого сложного полиэфира, покрытие из динеема или смеси динеема и тефлона,
- сердечник из металлической оплетки, покрытие из динеема.
Однако смесь нескольких волокон не является предпочтительной при условии, что характеристики и стойкость уменьшаются в течение времени.
Сердечник 125 может также иметь обработку, такую как полиуретаном или подассамблеей полиуретана.
Покрытие 126 может быть выполнено из самосмазывающегося материала с целью ограничения возникновения трения между роликом 11 и крепежной веревкой 17.
На фиг. 22 показан вариант выполнения блока, в котором крепежная веревка 17 образована с использованием ремня, который может быть образован с использованием плоско тканых волокон. Используемые волокна содержат, например, высокомодульный полиэтилен, как указывалось выше, или любой другой материал, который способен выдерживать трение с роликом 11.
На всех других фигурах поперечное сечение крепежной веревки 17 круглое. Естественно, возможны любые другие формы поперечного сечения крепежной веревки 17, без выхода за объем изобретения.
Для демонстрации неожиданного результата относительно стойкости к нагрузке, было выполнено сравнение блока, согласно изобретению, с двумя решениями. Первое решение состояло в одном ролике, а второе решение – в ролике шарикоподшипникового типа, т.е. ролике, имеющем шарикоподшипник. Используемый ролик имел вес 12,8 г для рабочей нагрузки 1600 кг и нагрузки разрушения 3500 кг. Ролик с шарикоподшипником имел вес 118 г для рабочей нагрузки 500 кг и нагрузки разрушения 1500 кг.
Для проведения испытаний использовались два датчика: первый датчик 135 силы имел предел измерения 10 т, и второй датчик 136 силы имел предел измерения 5 т. Два датчика силы были установлены последовательно с целью измерения потери нагрузки. Допустимый предел погрешности между двумя датчиками силы составлял 0,5%.
Испытания проводились для определения грузоподъемности элемента 138 для изменения направления (блока, согласно изобретению, ролика и ролика с шарикоподшипником) и передачи нагрузки тяговой силы, прикладываемой гидравлическим цилиндром 134, который соединен с помощью веревки с неподвижной точкой 137. Для блока, согласно изобретению, крепежная веревка 17 состоит из сердечника из высокомодульного полиэтилена и покрытия из сложного полиэфира, имеющего диаметр 6 мм. Угол, образуемый веревкой, проходящей в элемент 138 для изменения направления, составляет 180°. Первый датчик 135 силы установлен в линии нагрузки гидравлического цилиндра 134, второй датчик 136 силы установлен в веревке, сцепленной с неподвижной точкой 137. Элементы соединены друг с другом с помощью беседочных узлов. Схема проведения испытаний показана на фиг. 23.
Первое испытание включает испытание одного ролика, имеющего диаметр 35 мм. Веревка из динеема проходит через центральную выемку и удерживает ролик. Линия нагрузки также проходит через центральную выемку ролика. Во время натяжение было отмечено, что веревка скользит рывками и издает шум, который является характерным для большой силы трения.
В таблице приведены результаты измерений, полученных с помощью датчиков силы.
Измерение нагрузки между цилиндром и роликом
Измерение нагрузки между роликом и неподвижной точкой
Потеря
в кг
в кг
в кг
в %
204
114
90
44,11764706
272
154
118
43,38235294
354
195
159
44,91525424
435
229
206
47,35632184
493
262
231
46,85598377
546
274
272
49,81684982
Средняя потеря в % нагрузки
46,07
Наблюдалась потеря нагрузки 45% после ролика, поэтому главная часть сил поглощалась за счет возникающего трения. При контролировании веревки обнаружен износ веревки в точке контакта с роликом, проявляющийся в частичном разрыве волокон и частичном сплавление волокон друг с другом в результате нагревания, вызванного силами возникающего трения.
Второе испытание относится к ролику с шарикоподшипником, имеющим диаметр 57 мм. Это испытание проводилось при тех же условиях, что и для одного ролика. В этом испытании линия нагрузки проходила через канавку ролика с шарикоподшипником.
Результаты испытания ролика с шарикоподшипником приведены в таблице.
Измерение нагрузки между цилиндром и роликом с шарикоподшипником
Измерение нагрузки между роликом с шарикоподшипником и неподвижной точкой
Потеря
в кг
в кг
в кг
в %
93
85
8
8,602150538
118
111
7
5,93220339
213
189
24
11,26760563
291
257
34
11,6838488
340
305
35
10,29411765
415
358
57
13,73493976
446
400
46
10,31390135
557
497
60
10,77199282
Средняя потеря в % нагрузки
10,33
После разборки системы не было обнаружено дополнительного повреждения веревки. Металлический крепежный элемент ролика с шарикоподшипником был деформирован. Это вызвано тем, при нагрузке веревки приблизительно 500 кг и угле 180°, прикладываемая к ролику с шарикоподшипником сила близка к тонне, в то время как его теоретическая рабочая нагрузка составляет 500 кг. Поэтому блок был поврежден.
Третье испытание относится к блоку, согласно данному изобретению, с углом α, равным 100°. Испытание проводилось при тех же условиях, что и для ролика с шарикоподшипником, однако максимальная тяговая нагрузка была увеличена, поскольку рабочая нагрузка для блока, согласно данному изобретению, является более высокой. Линия нагрузки проходит через канавку ролика 1.
Измерение нагрузки между цилиндром и блоком
Измерение нагрузки между блоком и неподвижной точкой
Потеря
в кг
в кг
в кг
в %
291
282
9
8,602150538
235
214
21
3,092783505
403
365
38
8,936170213
349
316
33
9,429280397
445
403
42
9,438202247
468
433
35
9,478632479
529
469
60
11,34215501
544
499
45
8,272058824
582
531
51
8,762886598
629
575
54
8,585055644
Средняя потеря в % нагрузки
8,48
После разборки системы повреждений ролика 11, согласно данному изобретению, обнаружено не было. Блок сохранил цельность. Кроме того, даже под нагрузкой, ролик 11 может вращаться.
Во время первого испытания только ролика, была обнаружена большая потеря нагрузки и тем самым очень ограниченная степень эффективности и необратимое повреждение веревки с разрывом сердечника и частичного его плавления. Это повреждение не возникало во втором и третьем испытаниях.
Второе испытание показало предел нагрузки ролика с шарикоподшипником при усилии на веревке 500 кг. Эффективность его намного выше, чем в первом испытании, поскольку потеря нагрузки составляет лишь приблизительно 10%. Ролик с шарикоподшипником эффективно передает усилия и обеспечивает целостность веревки при ее использовании. Недостатками ролика с шарикоподшипником остаются стоимость, которая в 3-4 раза больше стоимости блока, согласно изобретению, а его вес в 7-8 раз больше веса блока, согласно данному изобретению.
Блок, согласно данному изобретению, показал результаты, которые действительно являются эффективными со всех точек зрения. Таким образом, было установлено, что передача усилия осуществляется лучше, чем при ролике с шарикоподшипником, что доказывает реальную эффективность данного изобретения.