ТРОС МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫЙ

Полезная модель относится к конструктивным особенностям канатов, в частности - к конструированию и производству металлополимерных тросов. Трос металлополимерный нашел широкое применение в народном хозяйстве в качестве крепежного элемента многих конструкций: растяжек мачт, закрепления тентов транспортных средств, кабелей, шпалер виноградников и других плодово-ягодных культур, подвесок указателей и др. элементов; в качестве передающего усилие от одного элемента к другому: аварийная остановка конвейера и многое другое.
Известна конструкция троса, выполненного из металлических нитей и изготовленного способом двойной свивки металлических нитей [1].
Недостатком данной конструкции троса является его низкая коррозионная стойкость.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству, является конструкция троса, состоящего из сердечника из металлических нитей с покрытием и полимерной оболочки из класса ПВХ (поливинилхлорид). По меньшей мере, одна из нитей сердечника имеет покрытие, преимущественно, из латуни [2].
Однако, известное техническое решение (прототип) не обладает достаточными эксплутационными и потребительскими характеристиками. Конструкция троса имеет недостаточно прочное соединение сердечника с оболочкой. Одна нить или несколько нитей из латунного покрытия многониточного сердечника не позволяют обеспечить коррозионную стойкость в целом всех элементов сердечника и эффективную адгезию сердечника с оболочкой. ПВХ оболочки не учитывает удлинение сердечника и разрушается при приложении к тросу значительных нагрузок. Этот материал также не всегда обеспечивает стойкость к воздействию щелочей, кислот, излучениям, температурным воздействиям.
Задачей полезной модели является улучшение эксплутационных и потребительских характеристик изделия, повышение прочности соединения сердечника с оболочкой и его коррозионной стойкости, а также - расширение номенклатуры выпускаемых изделий для более полного удовлетворения потребностей потребителей.
Поставленная задача решается путем разработки новой конструкции троса, содержащий металлический сердечник, состоящий из скрепленных между собой свивкой прядей, которые в свою очередь состоят из скрепленных между собой свивкой нитей (проволок) из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов, причем пряди имеют впадины для соединения с цветной или прозрачной полимерной оболочкой с относительным удлинением не менее 20%. и возможностью добавления в нее фотолюминофоров или глитера. Прочностные характеристики троса с учетом негативного влияния механических воздействий на сердечник при его эксплуатации определяются путем расчета разрывного усилия металлополимерного троса по эмпирической формуле:
где: Рмт - разрывное усилие металлополимерного троса;
Рс - разрывное усилие сердечника;
n - количество нитей в сердечнике;
f - коэффициент потери прочности = 1.12
Техническим результатом является улучшение эксплутационных и потребительских характеристик изделия, повышение прочности соединения сердечника с оболочкой и его коррозионной стойкости, полученным за счет новой конструкции троса, применения новых материалов.
Новая конструкции троса, содержит один сердечник, состоящий из соединенных между собой свивкой прядей, которые в свою очередь состоят из соединенных между собой свивкой нитей (проволок) из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов (цинк, латунь), причем пряди имеют впадины для соединения с цветной или прозрачной полимерной оболочкой с относительным удлинением не менее 20%. и возможностью добавления в нее фотолюминофоров или глитера.
Изготовленный таким образом сердечник можно рассматривать как витую цилиндрическую пружину, предназначенную для накапливания энергии. Длина растяжения сердечника зависит от количества витков, шага свивки, диаметра проволоки, предельно воспринимаемой нагрузки. Причем такими свойствами обладают как отдельные пряди, так и сердечник в целом, свитый из прядей. Витая цилиндрическая пружина растяжения, упруго деформиуемая вдоль оси, имеет коэффициент жесткости
,
D
где: d - диаметр проволоки;
F
d - диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);
n - число витков;
G - модуль сдвига (для обычной стали G≈80 ГПа).
Данный сердечник с пружинистыми свойствами позволяет по сравнению с прототипом для одинаковых нагрузок уменьшить диаметр проволок или их количество. Что приводит к уменьшению массы единицы длины троса и увеличивает гибкость тороса.
Изготовление сердечника в целом из стальных проволок с покрытием из цветных металлов (цинк, латунь) позволяет повысить антикоррозионные свойства сердечника по сравнению с прототипом. Кроме того покрытие из цветных металлов (цинк, латунь) позволяет повысить адгезию сердечника с полимером. Что, с учетом того, что сердечник имеет впадины для соединения с полимерной оболочкой, приводит к увеличению прочности соединения сердечника с оболочкой. Для того, чтобы не было разрушения полимерной оболочки при удлинении сердечника, полимерная оболочка изготавливается с относительным удлинением не менее 20%. Прочностные характеристики троса рассчитывают с учетом негативного влияния механических воздействий на сердечник при его эксплуатации путем расчета разрывного усилия металлополимерного троса по эмпирической формуле (1).
Для улучшения эксплутационных и потребительских характеристик изделия для изготовления оболочки применяются цветные или прозрачные полимеры возможностью добавления фотолюминофоров или глитера.
Конструкция металлополимерного троса представлена на фигурах 1, 2, 3.
На фиг. 1 показан поперечный разрез троса металлополимерного, где обозначено:
поз. 1 - металлический сердечник в виде троса из свитых между собой прядей;
поз. 2 - пряди сердечника из свитых между собой нитей (проволок) из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов;
поз. 3 - нити (проволоки) из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов;
поз. 4 - впадины между нитями (проволоками);
поз. 5 - полимерная оболочка.
На фиг. 2 показан срез полимерной оболочки металлополимерного троса, где показано:
поз. 3 - нити (проволоки) из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов;
поз. 4 - впадины между нитями (проволоками), заполненные полимером;
поз. 5 - полимерная оболочка.
На фиг. 3 показана фотография троса полимерного.
Трос металлополимерный конструктивно выполнен из металлического сердечника 1, содержащего соединенные между собой свивкой пряди 2. А пряди в свою очередь состоят из соединенных между собой свивкой стальных нитей (проволок) 3 с покрытием из цветных металлов, образующие впадины 4, заполненные полимером оболочки 5.
Сердечник 1 изготовлен из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов, которое предотвращает коррозию стали. Коррозию и окисление металлического сердечника 1 также предотвращает полимерная оболочка 5.
Основную нагрузку на трос металлополимерный выдерживает сердечник 1, который при наложении нагрузок на трос удлиняется за счет свивок прядей 2 и свивок нитей (проволок) 3. Полимер оболочки имеет относительное удлинение не менее 20%. Такое относительное удлинение не позволяет разрушаться полимерной оболочки 5 при растяжении сердечника 1.
Трос металлополимерный изготавливается в два этапа:
1 этап - изготовление сердечника 1;
2 этап - нанесение на сердечник 1 слоя полимера (прозрачного, цветного, с глитером, с флуоресцентным веществом), образующего защитную оболочку 5 с нужными эксплутационными, потребительскими, техническими характеристиками.
Сердечник изготавливается на крутильной или литцекрутильной машине путем скручивания стальных нитей 3 с покрытием из цветных металлов в разработанную конструкцию с заданным диаметром. В установке для изготовления металлополимерного троса на металлический сердечник 1 методом экструзии в расплавленном состоянии наносится слой выбранного типа полимера, который заполняет впадины 4 сердечника 1. Затем, при охлаждении, полимер твердеет, образует прочное соединение с нитями 3. Таким образом изготавливается защитная оболочка 5.
Металлополимерный трос ЗАО «Танис» прошел лабораторные климатические испытания в ГНУ «Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого» Национальной академии наук Беларуси, показавшие его высокие эксплутационные и потребительские свойства с расчетным сроком службы до 25 лет. Покрытие устойчиво к воздействию солнечного излучения, атмосферным осадкам, изменению температур в диапазоне от -40°C до +110°C.
Основными техническими, эксплутационными и потребительскими характеристиками троса металлополимерного являются: материал сердечника, материал полимера, диаметр троса металлополимерного; диаметр сердечника; разрывное усилие троса, указанные в нижеследующих таблицах.
Для более полного удовлетворения потребностей потребителей в тросе полимерном, нашедшем широкое применение в народном хозяйстве и предназначенного для: растяжки мачт телевизионных антенн и тентовых конструкций; монтажа информационных табличек и рекламных растяжек, систем освещения, систем ограждения; использования при оборудовании парников и теплиц; использования в качестве поддерживающего троса при прокладке воздушных кабельных линий; использования в качестве бельевого шнура; формирования шпалеры в садоводстве и виноградарстве; оборудования систем экстренного останова конвейера и других механизмов; в системах опломбирования; закрепления тентов автомобилей; использования на флагштоках, тренажерах, роллетах; натяжки теннисных, волейбольных и защитных сеток; использования для погружения насосов в не пищевые жидкости; использования в колодцах при подъеме емкостей с холодной водой; декоративных и дизайнерских целей при изготовлении различных изделий широкого назначения; других целей на усмотрение потребителя, заявителем разработана широкая номенклатура изделий, представленная в нижеследующих таблицах:
Группа ПР (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - поливинилхлорид)
Группа ПРЛ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - поливинилхлорид с люминофором)
Группа ПРГ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - поливинилхлорид с глитером)
Группа ПРФ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - поливинилхлорид с цветным флуоресцентным покрытием
Группа ПРШ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер -
полипропилен)
Группа ПРПЛ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер-полиуретан)
Группа ПРО (сердечник - оцинкованные проволоки, полимер - поливинилхлорид)
Группа ПРПО (сердечник - оцинкованные проволоки, полимер - полиуретан)
Группа ПРИО (сердечник - оцинкованные проволоки, полимер - полипропилен с износостойкими свойствами)
Группа ПРИЛ (сердечник- стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - полипропилен с износостойкими свойствами)
Группа ПРМЛ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - поливинилхлорид термопластичный морозостойкий)
Группа ПРМО (сердечник - оцинкованные проволоки, полимер - поливинилхлорид термопластичный морозостойкий)
Группа ПРСЛ (сердечник - стальные проволоки с латунным покрытием, полимер - полиамид)
Группа ПРСО (сердечник - оцинкованные проволоки, полимер - полиамид)
Работа троса металлополимерного рассматривается на примере промышленных испытаний шпалеры для винограда, изготовленной из троса группы ПРШ. Испытания проводились в Молдавии (ООО «АгроСадым»).
По краям виноградника и по его длине устанавливаются поддерживающие столбы, к которым неподвижно прикрепляется металлополимерный трос для шпалер. К металлополимерному тросу для шпалер прикрепляются посаженные лозы винограда.
При росте винограда увеличивается его зеленая масса и масса зреющих плодов, приводящие к увеличению нагрузки на металлополимерный трос. Возникающие деформации растяжения компенсируются пружинистыми свойствами сердечника 1 металлополимерного троса, образующихся за счет свивки между собой нескольких прядей 2, которые в свою очередь свиты из стальных нитей (проволок) 3 из высокоуглеродистых марок сталей. Кроме этого, система трос - виноград подвергается воздействию ветра, вызывающего продольно-поперечные и крутящие деформации, которые также компенсируются пружинистыми свойствами сердечника 1 металлополимерного троса, образующихся за счет свивки между собой нескольких прядей 2, которые в свою очередь свиты из стальных нитей (проволок) 3 из высокоуглеродистых марок сталей.
На виноградном поле металлополимерный трос для шпалер подвергается воздействию солнца, ветра, дождей, поливу и удобрений виноградника, вызывающие температурные, химические, радиационные воздействия на полимерную оболочку металлополимерного троса для шпалер. Для предотвращения разрушения защитной полимерной оболочки от этих воздействий в качестве полимеров применяют модифицированный полипропилен, обладающий большой стойкостью к ультрафиолетовому излучению, воздействию атмосферных осадков, перепаду температур, действию кислот и щелочей.
Промышленные испытания показали высокие эксплутационные и потребительские качества металлополимерного троса для шпалер производтва ЗАО «Танис».
Трос металлополимерный по данной полезной модели удачно сочетает свойства сердечника, состоящего из соединенных между собой свивкой прядей, которые в свою очередь состоят из соединенных между собой свивкой из стальных нитей из высокоуглеродистых марок сталей с покрытием из цветных металлов, выдерживать разного рода нагрузки и имеющих меньший вес по сравнению с прототипом с эффективными защитными и потребительскими свойствами применяемых полимеров.
[1] Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1976 - с. 197 (аналог).
[2] Описание полезной модели к патенту RU 48538, (45) 27.10.2005 (прототип).