ШПРЕНГЕЛЬ
SPRENGEL

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для подвески трубопроводов дождевальных машин или в качестве жестких растяжек для стоячего такелажа в морском и речном флоте, в строительстве, в электроэнергетике при строительстве ЛЭП, а также в других отраслях народного хозяйства.
Известен шпренгель, содержащий трос или несколько параллельных тросов, выполненных из стали или полипропилена или полиамида или металлопластика круглого, овального или прямоугольного сечения, натягиваемых внутри корпуса балки между боковыми креплениями, располагаемыми на торцевых ребрах жесткости. Эти крепления выполнены с использованием хомутов, скоб, болтов либо глухарей с крюками, удерживающими периферийные концевые петли троса, натяжной механизм которого состоит из винтового ниппеля, оснащенного с одной стороны - левой, а с другой - правой наружными резьбами и регулирующей силу натяжения троса гайкой, для чего винтовой ниппель вкручивается в концевые трубки троса, также оснащенные с одной стороны левой, а с другой - правой внутренними резьбами, с устройством в корпусе балки в месте расположения регулирующей гайки монтажного проема со съемной крышкой, а промежуточных ребрах жесткости - проходных отверстий (Патент РФ №2512147)
Устройство не характеризуется универсальностью и не претендует на улучшение таких показателей, как прочность, жесткость и пространственная устойчивость.
Известно устройство, взятое нами за прототип, а именно арматурный элемент для армирования теплоизоляционных стеновых конструкций, представляющий собой несущий сплошной цилиндрический стержень с закладным элементом, определяющим форму узлов крепления - анкерных зацепов на концах, и ограничительную втулку с опорным фланцем, установленную на центральной части несущего стержня, образованного из высокопрочного композиционного материала с поверхностной укладкой кольцевых нитей с натяжением. Анкерные зацепы выполнены в виде конических утолщений овального сечения с последующими участками постоянного или уменьшающегося сечения, ограничительная втулка с опорным фланцем выполнена разрезной по оси и установлена на несущем стержне с возможностью съема. Закладной элемент изготавливают из материала, имеющего характеристики по механической прочности и термостойкости не ниже соответствующих характеристик полимерного материала стержня и выполненного в виде цилиндра с конусом на внутреннем основании (Патент РФ №2142039).
Недостатком прототипа является ограничение по прочности композиционного материала изготавливаемого стержня, связанное с прочностью натянутых кольцевых нитей. Укладка с натяжением кольцевых нитей не обеспечивает достаточного и качественного уплотнения структуры стержня, особенно в местах переходов от одного диаметра к другому, смещает продольные волокна композиционного материала в радиальном направлении. Плотность композита неравномерна по длине стержня и его сечению, что приводит к низкой прочности изготавливаемого известным способом стержня. Такой стержень может нести только функцию соединительного элемента в теплоизоляционных стеновых конструкциях и не предназначен для работы в условиях воздействия атмосферы, в частности при работе дождевальной машины.
На шпренгель фермы дождевальной машины в процессе эксплуатации воздействуют переменные механические нагрузки, вызывающие колебания, которые под воздействием ветра могут превышать статические значения массы конструкции.
На поверхность шпренгеля воздействует ультрафиолетовое солнечное излучение, коррозионно-активная среда, возникающая при подкормке орошаемых растений минеральными или биогумусными удобрениями.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение долговечности и надежности конструкции в условиях воздействия солнечного ультрафиолетового излучения, агрессивной коррозионно-активной среды, высокой влажности и широкодиапазонных колебаний температуры.
Поставленная задача решается за счет того, что в шпренгеле, содержащем несущий сплошной цилиндрический стержень из высокопрочного композиционного материала с поверхностной укладкой кольцевых нитей с натяжением и с узлами крепления на концах, выполненных в виде конических утолщений, для закрепления в ограничительной втулке, закладной элемент в виде цилиндра с конусом на внутреннем основании, изготовленного из материала, имеющего характеристики по механической прочности и термостойкости не ниже соответствующих характеристик полимерного материала стержня, композиционный материал несущего сплошного цилиндрического стержня, закрепленного в ограничительной втулке посредством сухарей и заплечиков, выполнен на основе ровинга стеклянных, базальтовых или углеродных волокон, пропитанных отвержденным затем эпоксидным компаундом, а втулка снабжена пробкой и крепежным элементом, закладной элемент дополнительно снабжен конусом на внешнем основании его цилиндра и окружен плотно примыкающими со всех сторон прямыми нитями ровинга волокон с образованием протяженной зоны прямых нитей у концов стержня на расстоянии до конуса, большем диаметра основания цилиндра. Причем материал закладного элемента и ровинг волокон прямых и кольцевых нитей имеют равные значения коэффициентов температурного расширения, а зона кольцевых нитей имеет пропитку топкоутом на основе эпоксидного компаунда и порошка из волокон ровинга.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид конструкции шпренгеля;
на фиг. 2 представлена втулка шпренгеля для крепления на элементах конструкции;
на фиг. 3 представлен узел соединения концов несущего сплошного цилиндрического стержня шпренгеля и втулок.
Шпренгель (фиг. 1) содержит несущий сплошной цилиндрический стержень из высокопрочного композиционного материала - 1 с узлами крепления на концах - 2, выполненных в виде конических утолщений, закладной элемент - 3 в виде цилиндра с конусами на основаниях, выполненный из того же материала, что и материал ровинга прямых высокопрочных нитей 4 (стеклянных, базальтовых, углеродных, арамидных); кольцевые нити 5, намотанные под углом к оси цилиндрического стержня 1, протяженную зону прямых нитей – 6, расположенную между конусом закладного элемента - 3 и концом стержня - 1, кольцевые нити 5 защищены топкоутом 7 от воздействия ультрафиолетового солнечного излучения, влаги и агрессивной среды.
Втулка (фиг. 2) установлена на конце цилиндрического стержня 1 для крепления шпренгеля, например, в конструкции фермы дождевальной машины и включает корпус с заплечиками 8 втулки, сухари 9, пробку 10 и крепежный элемент - болт 11. Корпус с заплечиками 8 втулки и сухари 9 могут быть изготовлены из стали или пластика (стеклобазальтопластика, стеклонаполненного полиамида, полиуретана или стеклонаполненной фенолоформальдегидной смолы АГ4С).
Втулку (фиг. 3) устанавливают на несущий сплошной цилиндрический стержень 1 шпренгеля в следующей последовательности: сквозь центральное отверстие корпуса с заплечиками 8 втулки пропускают утолщенный конец 2 до выхода из отверстия стержня 1, затем внутрь отверстия вкладываются сухари 9 и корпус с заплечиками 8 втулки перемещают в сторону утолщенного конца 2 до упора. Отверстие в корпусе с заплечиками 8 закрывается пробкой 10. В поперечные отверстия в корпусе с заплечиками 8 и отверстие в пробке 10 вставляется крепежный болт 11. Затем шпренгель может монтироваться в конструкции фермы дождевальной машины.
Конструктивные отличия заявляемого объекта от прототипа, а именно то, что закладной элемент размещен внутри зоны прямых нитей и протяженность зоны прямых нитей между конусом закладного элемента и концом шпренгеля более одного диаметра основания цилиндра, обеспечивают большую механическую прочность. Это объясняется тем, что при возможном разрушении прочность обеспечивается не только адгезией, но и необходимостью разрушения зоны прямых нитей. В этом случае силам адгезии противопоставлена прочность композитного материала из прямых нитей, уплотненных кольцевыми нитями, пропитанными эпоксидным компаундом при деформации изгиба. Дополнительный конус закладного элемента обеспечивает равномерное распределение нагрузки на узлы крепления, повышая прочность шпренгеля на разрыв, а пробка, установленная на втулке, ограничивает доступ агрессивной среды в зону прямых нитей, повышая прочность и срок службы устройства.
Идентичность материала закладного элемента и ровинга волокон и нитей, равные значения коэффициентов температурного расширения этих материалов при циклических температурных градиентах по сечению шпренгеля будут приводить к минимальным температурным напряжениям и относительным температурным деформациям.
Пропитанные внешние слои кольцевых нитей и топкоут на основе эпоксидного компаунда, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, воздействию высокой влажности и агрессивной коррозионно-активной среды обеспечат длительную эксплуатацию шпренгеля без разрушения и изменения физико-механических свойств его материалов.