МНОГОСЛОЙНАЯ ГИБКАЯ ТРУБА

Устройство относится к производству резино-технических изделий и может быть использовано при изготовлении гибких трубчатых изделий, например, резиновых рукавов для тормозной системы подвижного состава железных дорог и метрополитена.
Целью разработки устройства является улучшение эксплуатационных свойств при снижении трудоемкости изготовления.
В настоящее время резино-технические изделия являются многотоннажной продукцией широкого ассортимента. Несмотря на устойчивое производство этих изделий по разработанным технологиям и соответствующей утвержденной научно-технической документации (НТД), поиск новых технических решений, усовершенствующих их конструкцию, продолжается как в России, так и за рубежом.
В основном, конструкторские разработки направлены на использование новых армирующих материалов.
Так, армированный рукав по патенту Англии №2.165.331А, кл. F16L 11/08, 1986, имеет силовые слои из нитей «Кевлар» и нитей «Дакрон», расположенных одна через одну. Однако, в этой конструкции не решен вопрос оптимального соотношения количеств разнопрочных нитей в силовых слоях относительно допустимого разрывного давления в рукаве и его размеров.
Устройство по патенту РФ №2066415 С1, кл. F16L 11/08, 1994 г. задача увеличения допустимого разрывного давления решается иначе. В этом устройстве в каждом слое используют определенный нитеобразный материал, причем эти материалы в различных слоях отличаются структурой нити, а также прочностными и деформационными свойствами.
Техническое решение устройства, представленное в описании к полезной модели по свидетельству №19118, И1, кл. F16L 11/08, 2001, отличается использованием в качестве армирующего материала металлической проволоки различного диаметра, намотанной в одном направлении по поверхности внутренней герметизирующей камеры. Витки проволоки меньшего диаметра расположены между витками проволоки большего диаметра и касаются друг друга. Из описания следует, что плотный проволочный слой препятствует соприкосновению внутреннего и наружного резиновых слоев.
Данное устройство, обладая достаточно высокой разрывной прочностью, не обеспечивает необходимой гибкости и эластичности, требуемых при эксплуатации изделия в условиях динамических нагрузок.
В другом устройстве (свидетельство на полезную модель №8768, 1999) армирующие элементы выполнены в виде металлических лент, количество которых в каждом повиве не превышает 6, зазоры между лентами составляют 2-5% от ширины ленты, а углы наложения лент в повивах находятся в пределах 54 град. 14 мин. - 54 град. 44 мин к оси трубы.
Это техническое решение также представляет интерес для использования, в основном, в стационарных трубопроводах, перекачивающих газы или жидкости под высоким давлением.
Изменение угла повива армирующих нитей используется в различных устройствах. Так, например, в одном из технических решений этот угол равен 20-30 градусам к оси трубы, повивы выполнены из двух слоев полипропиленового шпагата, навитых в противоположных направлениях (полезная модель по патенту №50274, 2005). В другом случае, два слоя высоко прочных нитей навиты под углом к оси трубы, причем оба слоя навиты в противоположные стороны (полезная модель по патенту №59190111, 2006).
Последнее устройство является наиболее близким к заявляемому техническому решению.
В устройстве, представленном в описании данной полезной модели, армирующие нити не соприкасаются друг с другом, образуя просвет. Для придания дополнительной прочности и создания монолитной структуры трубы между внутренней оболочкой и армирующей системой нанесен адгезионный слой из полиолефинов, например, сополимеров этилена.
В данном техническом решении дополнительные прочностные характеристики устройству придает образование прочных химических связей между конструктивными элементами самой трубы и адгезионным клеевым материалом, размещенным между полимерным слоем и армирующей системой из высокопрочных нитей.
Недостатками данного решения являются использование дополнительного исходного материала в виде адгезионного клеевого слоя, недостаточная прочность межслоевого соединения, жесткость полимерных составляющих каркаса трубы и низкие показатели рабочих характеристик, требуемых при эксплуатации трубы в условиях динамических нагрузок - прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве и др.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что три каркасных слоя трубы выполнены из резиноподобного материала, например, сополимеров синтетического каучука, а два аримирующих слоя - из повивов высокопрочных нитей.
Главной отличительной характеристикой заявляемого устройства является образование четырехугольных ячеек между каждыми двумя, навитыми в противоположных направлениях, высокопрочными нитями. Навивка армирующих нитей производится на внутренний и средний каркасный слой.
По площади данного четырехугольника при опрессовке трубы происходит соприкосновение расположенного сверху и снизу слоев резиноподобного каркасного материала и их совулканизация.
Возникающее при этом когезионное взаимодействие, помимо химических, обеспечивает и дополнительные физико-химические связи, придавая изделию высокую прочность и гибкость.
Необходимым и достаточным условием является, таким образом, площадь четырехугольника между направленными в противоположные стороны нитями навивки.
2
В зависимости от используемых каркасных и армирующих материалов, от внутреннего диаметра рукава, от толщины нити, от угла навива, от требуемых эксплуатационных характеристик, площадь ячейки может варьироваться в пределах от 8 до 81 кв. мм. Четырехугольник, площадью меньше 8 кв. мм, не обеспечит необходимого когезионного взаимодействия и, соответственно, требуемой прочности, а увеличение площади более 81 мм не позволит использовать достаточное количество армирующих нитей, что также приведет к потере прочности.
Когезионное взаимодействие каркасных слоев в четырехугольных ячейках обеспечивает соответствие изделий требованиям НТД к резиновым рукавам с нитяным усилением для тормозной системы подвижного состава железных дорог и метрополитена.
При этом не требуется применения специальных клеевых материалов, что значительно удешевляет готовое изделие, повышает показатель пожаровзрывобезопасности и улучшает условия труда на производстве.
На фиг.1 изображен общий вид рукава с двумя оплетками и тремя каркасными слоями с частичными разрезами, на которых виден армирующий слой с образующейся между двумя разнонаправленными повивочными нитями четырехугольной ячейки.
Рукав, представленный на фиг.1, имеет комбинированный силовой каркас, включающий внутренний слой из резиноподобного материала, второй слой из армирующей нити, навитой на первый слой в двух противоположных направлениях, третий слой из резиноподобного материала, на который нанесен четвертый слой, аналогичный второму слою, и наружный, пятый, слой из резиноподобного материала.
Второй и четвертый слои имеют четырехугольные ячейки между навитыми армирующими нитями.
Пример 1.
Расчет прочностных характеристик приведен для каркаса рукава диаметром 35 мм. В качестве армирующего материала использована полиэфирная нить. Для изготовления рукава применены 36 - шпульные оплеточные машины. Расстояние между осями соседних нитей составит 46,7 мм. С учетом угла наклона нити к оси рукава образующийся между пересекающимися нитями четырехугольник имеет вид ромба. При заданных условиях его площадь составит 63 кв.мм.
Изготовленный рукав имеет следующие эксплуатационные характеристики:
прочность при разрыве, кгс/кв.мм
- 84 (49)
прочность при растяжении, кгс/ кв.см
- 96 (54)
относительное удлинение при разрыве, %
- 250 (210)
- в скобках для сравнения приведены данные для сплошной навивки с использованием дополнительного приклеивания армирующей нити.
Как видно из приведенного примера, когезионное взаимодействие двух резиноподобных каркасных слоев по площади четырехугольной ячейки при их совулканизации обеспечивает повышенные эксплуатационные характеристики. При этом, вследствие отсутствия дополнительной операции - проклеивания армирующего слоя - снижается трудоемкость изготовления изделия и улучшаются условия труда на производстве.