УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПРОТЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
DEVICE TO CONNECT FIRST AND SECOND EXTENDED ELEMENTS

Настоящее изобретение относится к устройству для соединения первого и второго протяженных элементов. Более конкретно, изобретение относится к соединительному устройству для соединения первого и второго протяженных элементов, которое содержит первый соединительный элемент, выполненный с возможностью крепления к первому протяженному элементу, второй соединительный элемент, выполненный с возможностью крепления ко второму протяженному элементу, и связующий элемент для соединения друг с другом первого и второго соединительных элементов.
Лебедки, барабаны, блоки, кабестаны и другие устройства используются для направления, управления и/или хранения запаса канатов, тросов, кабелей и других элементов, в дальнейшем обобщенно называемых «протяженными элементами». Некоторые барабаны имеют недостаточные размеры для высоких нагрузок/окружных напряжений, которые могут воздействовать на барабан от внутреннего слоя протяженного элемента из-за тяжелого груза, подвешенного на протяженном элементе. В результате барабан может подвергаться пластической деформации и разрушаться. Решением этой проблемы могла бы быть укладка внутреннего слоя на барабан с низким натяжением и повышение натяжения, начиная от второго, лежащего сверху слоя за несколько витков безопасности. Однако после разматывания всей или почти всей длины протяженного элемента с тяжелым грузом на конце, этот же груз невозможно вытянуть, не подвергнув барабан полному или почти полному напряжению от груза. Таким случаем может быть, например, опускание оборудования с судна на морское дно. Весь протяженный элемент может быть заменен новым, более длинным протяженным элементом, однако протяженные элементы для подъема тяжелых грузов, такие как стальные тросы диаметром 128 мм, очень дороги. Стоимость стального троса диаметром 128 мм длиной 3000 м превышает полтора миллиона долларов США. Известные соединительные устройства для удлинения имеющегося протяженного элемента на дополнительную длину создают увеличенную по диаметру часть протяженного элемента. Кроме того, известные соединительные устройства не способны изгибаться таким образом, чтобы их можно было надлежащим образом расположить на барабане при надлежащей поддержке лежащих сверху слоев протяженного элемента. Известные соединительные устройства также не приспособлены для прохода по блокам и кабестанам различных диаметров и затрудняют наматывание протяженного элемента на барабан. Кроме того, в аварийном случае, например при аварии в море, когда судно с подъемным краном должно освободиться от груза, подвешенного к протяженному элементу на кране, кран может подвергаться чрезмерно большим и разрушительным силам, если груз не может быть освобожден управляемым и безопасным образом.
Задачей настоящего изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков решений уровня техники.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет признаков, раскрытых в последующем описании и пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту изобретение относится к соединительному устройству для соединения первого и второго протяженных элементов, содержащему:
- первый соединительный элемент, выполненный с возможностью крепления к первому протяженному элементу;
- второй соединительный элемент, выполненный с возможностью крепления ко второму протяженному элементу; и
- связующий элемент для соединения друг с другом первого и второго соединительных элементов, причем соединительное устройство выполнено с максимальным диаметром, по существу, равным диаметру первого и второго протяженных элементов.
За счет выполнения соединительного устройства с диаметром, который, по существу, равен диаметру первого и второго протяженных элементов, оно может надлежащим образом поддерживать лежащие сверху слои протяженных элементов. Кроме того, соединительное устройство может проходить через различные наматывающие устройства для разматывания и наматывания протяженных элементов, которые настроены для работы с протяженными элементами конкретного диаметра. Первый и второй протяженные элементы могут иметь, по существу, одинаковый диаметр.
В одном из вариантов осуществления соединительное устройство может быть выполнено с возможностью изгиба, по меньшей мере, в одной плоскости, содержащей продольную ось соединительного устройства. Изгиб может способствовать наматыванию соединенных протяженных элементов на барабан и/или их протягивание по блоку или кабестану. В еще одном варианте осуществления устройство может быть выполнено с возможностью изгиба в любой плоскости, содержащей его продольную ось. При этом соединенные протяженные элементы могут наматываться на барабан и/или проходить по блоку или кабестану несмотря на любой случайный поворот соединительного устройства вокруг его продольной оси.
Первая часть наружной поверхности соединительного устройства при его изгибе может образовывать, по существу, дугу окружности. Первая часть наружной поверхности может быть поверхностью соединительного устройства, способной примыкать к желобу на круглом цилиндрическом барабане, на котором могут быть намотаны протяженные элементы, а кривизна первой части наружной поверхности может комплементарно соответствовать кривизне желоба в барабане. Таким образом, может быть оптимизирован контакт между барабаном и соединительным устройством. Кривизна первой части наружной поверхности может быть изменяемой за счет изгиба соединительного устройства, что обеспечивает возможность его прилегания к барабану и прохода по блокам или кабестанам различных диаметров. Форма изогнутого соединительного устройства будет результатом как положения соединительных элементов относительно связующего элемента и относительно друг друга, так и формы наружной поверхности соединительных элементов. Форма наружной поверхности соединительных элементов может быть немного изогнутой, чтобы способствовать поддержке лежащих сверху слоев и улучшению прилегания к барабану.
Далее, вторая часть наружной поверхности соединительного устройства при его изгибе может также образовывать, по существу, дугу окружности. Вторая часть наружной поверхности может быть частью, противоположной первой части, и, таким образом, может поддерживать лежащий сверху слой протяженного элемента на барабане. Кривизна второй части наружной поверхности соединительного устройства может быть комплементарна соответствующей внутренней кривизне лежащего сверху слоя протяженного элемента.
В одном из вариантов осуществления соединительного устройства связующий элемент может соединять первый и второй соединительные элементы с помощью первого и второго штифтов, проходящих насквозь в первом и втором отверстиях в связующем звене. Штифты могут также проходить насквозь в отверстиях в соединительных элементах. Отверстия в соединительных элементах могут быть резьбовыми. Штифт может быть снабжен концевыми резьбовыми участками большего диаметра, чем средний участок без резьбы.
В еще одном варианте осуществления первое и второе отверстия связующего элемента могут содержать первый участок первого диаметра и второй участок второго диаметра. Это может давать преимущество в том, что позволяет штифту проходить через отверстие в связующем звене и создает для него некоторый радиальный зазор для наклона в отверстии с получением в то же время хорошего прилегания между штифтом и связующим элементом в напряженной части штифта.
В одном из вариантов осуществления связующий элемент соединительного устройства может быть выполнен с расширяющимися участками в направлении, параллельном центральным осям отверстий. Расширяющиеся участки могут направлять связующий элемент в соединение с соединительными элементами. Кроме того расширяющиеся участки могут уменьшать изгиб связующего элемента и уменьшать скольжение связующего звена относительно штифта в осевом направлении штифта.
В одном из вариантов осуществления соединительное устройство может быть выполнено с возможностью образования слабого звена при соединении первого и второго протяженных элементов. Слабое звено может давать преимущество с точки зрения безопасности и предотвращать передачу ударных нагрузок на краны, барабаны, блоки и другие компоненты. Соединительное устройство может быть выполнено с более низкой минимальной разрывающей нагрузкой, чем крепление конца протяженного элемента к барабану. В результате в случае аварии протяженный элемент может быть стянут с барабана без повреждения какого-либо подъемного оборудования. Между грузом и креплением конца протяженного элемента к барабану протяженный элемент будет иметь ряд витков безопасности/натяжения. Минимальная разрывающая нагрузка соединительного устройства должна быть равна или больше, чем минимальная разрывающая нагрузка протяженного элемента с учетом натяжения через витки безопасности, как это будет понятно для специалиста в данной области.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к способу соединения первого и второго протяженных элементов посредством соединительного устройства по п. 1 настоящей заявки, причем способ содержит следующие шаги:
- уменьшают диаметр концевой части первого протяженного элемента,
- уменьшают диаметр концевой части второго протяженного элемента,
- прикрепляют первый и второй соединительные элементы к участкам уменьшенного диаметра первого и второго протяженных элементов, соответственно, и
- соединяют первый и второй протяженные элементы посредством присоединения первого и второго соединительных элементов к связующему элементу.
Как было раскрыто выше, соединительное устройство может образовывать слабое звено. В этом случае разрывающая нагрузка на оставшейся части протяженных элементов на участках уменьшенного диаметра должна быть выше, чем разрывающая нагрузка соединительного устройства. Альтернативно, наиболее слабая часть всего узла соединительного устройства и участка уменьшенного диаметра протяженного элемента может использоваться для прогнозирования необходимого числа витков безопасности на барабане.
В одном из вариантов осуществления способ может дополнительно содержать шаг крепления первого и второго протяженных элементов к их соответствующим первому и второму соединительным элементам, по меньшей мере, частично с помощью клея на основе смолы, такого как эпоксидный клей.
В одном из вариантов осуществления способ может содержать шаг надевания соединенных первого и второго протяженных элементов на барабан. Дополнительно, способ может содержать шаг наматывания/натягивания первого слоя протяженного элемента на барабан с натяжением, которое меньше безопасной рабочей нагрузки протяженных элементов и/или соединительного устройства, то есть с натяжением ниже нагрузки наиболее слабого звена во всем узле соединительного устройства и протяженных элементов. Это может быть полезным для разгрузки барабана от чрезмерных усилий/окружных напряжений, превышающих его прочность. Еще в одном варианте осуществления способ может содержать шаг наматывания/натягивания первого слоя протяженного элемента на барабан с усилием, которое не превышает 10% безопасной рабочей нагрузки протяженных элементов и/или соединительного устройства.
В одном из вариантов осуществления способ может содержать шаг обеспечения соединительного устройства, соединяющего первый и второй протяженные элементы у конца первого слоя протяженного элемента на барабане. Это подразумевает, что первый протяженный элемент, который в данном случае будет добавлен к имеющемуся второму протяженному элементу, будет уложен на барабане в качестве первого, свободного слоя, а второй протяженный элемент будет уложен поверх первого протяженного элемента. Таким образом, первые витки второго слоя будут витками безопасности/натяжения. Эти первые витки не будут нагружены полностью, так что могут быть допустимы мелкие неточности/дефекты соединительного конца второго протяженного элемента. Число витков безопасности зависит от применения протяженных элементов, однако на практике число витков безопасности может быть равно пяти или шести без ограничения этого числа.
Далее будет раскрыт не имеющий ограничительного характера предпочтительный пример осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает на виде сбоку барабан с двумя протяженными элементами, соединенными с помощью соединительного устройства в соответствии с изобретением;
фиг. 2А-2С изображают в увеличенном виде, соответственно на виде сбоку, сверху и в поперечном разрезе, соединительное устройство по фиг. 1;
фиг. 3 изображает в разрезе по линии III-III на фиг. 1 первый и второй протяженные элементы и соединительное устройство в соответствии с изобретением;
фиг. 4 изображает на виде сбоку барабан с двумя протяженными элементами, соединенными с помощью соединительного устройства в соответствии с изобретением;
фиг. 5А-5С изображают в увеличенном виде, соответственно на виде сбоку, сверху и в поперечном разрезе, соединительное устройство по фиг. 4;
фиг. 6A-6D подробно изображают на различных видах соединительный элемент и штифт в составе соединительного устройства в соответствии с изобретением;
фиг. 7A-7C подробно изображают на различных видах связующее звено в составе соединительного устройства в соответствии с изобретением и
фиг. 8 изображает барабан на виде в аксонометрии.
В дальнейшем описании позицией 1 обозначено соединительное устройство в соответствии с изобретением. На чертежах устройство представлено схематично в упрощенном виде, а одни и те же элементы обозначены одними и теми же позициями.
На фиг. 1 показан барабан 6, на котором намотан первый протяженный элемент 2, соединенный со вторым протяженным элементом 4 с помощью соединительного устройства 1 согласно изобретению. В показанном варианте осуществления протяженные элементы 2, 4 являются стальными тросами. Для наглядности барабан 6 показан без боковой реборды. Внутренний, первый слой 61 на барабане 6 включает в себя конец первого протяженного элемента 2 и начало второго протяженного элемента 4. Начало второго слоя 62 определяет первый виток безопасности/натяжения на барабане 6. Конец первого протяженного элемента 2 образован участком 21 уменьшенного диаметра, прикрепленным к первому соединительному элементу 3 соединительного устройства 1. Начальный конец второго протяженного элемента 4 также образован участком 41 уменьшенного диаметра и прикреплен ко второму соединительному элементу 7. Соединительные элементы 3, 7 прикреплены к протяженным элементам 2, 4 с помощью не показанного клея на основе смолы. Далее соединительное устройство 1 будет более подробно описано со ссылками на фиг. 2, 5, 6 и 7.
Как лучше всего видно на фиг. 2А-2С, соединительное устройство 1 изогнуто относительно своей продольной оси L таким образом, что первая часть 11 наружной поверхности соединительного устройства 1 образует дугу А окружности, а вторая часть 13 наружной поверхности соединительного устройства 1 образует дугу А' окружности. Первая, внутренняя часть 11 наружной поверхности выполнена по форме такой, что повторяет кривизну барабана 6, а вторая, внешняя часть 13 наружной поверхности имеет кривизну, комплементарно соответствующую внутренней кривизне второго слоя 62 протяженного элемента 4 для того, чтобы поддерживать второй слой 62 протяженного элемента 5 на барабане 6. Соединительное устройство 1 на фиг. 2А-2С показано без прикрепления к протяженным элементам 2, 4. На фиг. 2А соединительное устройство 1 показано на виде сбоку, как и на фиг. 1. Соединительное устройство 1 имеет максимальный диаметр D, по существу, равный диаметру протяженных элементов. Соединительные элементы 3, 7 соединены друг с другом связующим элементом 5 с помощью штифтов 9, проходящих насквозь через отверстия 51 в связующем звене 5 и сквозные отверстия 33, 73 в соединительных элементах 3, 7, как это показано на фиг. 5С и 6А-6С. Соединительные элементы 3, 7 шарнирно поворачиваются вокруг штифтов 9, проходящих насквозь через связующий элемент 5, таким образом, что все соединительное устройство 1 изгибается. Соединительное устройство 1 изогнуто таким образом, что следует по упомянутым дугам А, А' окружностей. Образованию дуг А, А' также способствует форма наружной поверхности соединительных элементов 3, 7, которые могут быть частично изогнутыми. Как видно на фиг. 2В и 6B, дальние концы соединительных элементов 3, 7 выполнены в виде двузубых вилок, а связующее звено 3 заходит в выемки 31, 71 между зубцами 35, 75 вилок. Штифты 9 проходят также насквозь в резьбовых отверстиях 33, 73 зубцов 35, 75 вильчатых дальних концов соединительных элементов 3, 7, как это показано, например, на фиг 5С. На фиг. 2С показан вид в разрезе по линии А-А на фиг. 2В. Соединительные элементы 3, 7 выполнены полыми или содержат выемки для приема соответствующего протяженного элемента 3, 7 на конце, противоположном зубцам 35, 75.
На фиг. 3 показан вид в разрезе по линии III-III на фиг. 1. На чертеже показаны три слоя 61, 62, 63 соединенных протяженных элементов 2, 4 на барабане 6, который здесь не показан. Показанный в разрезе крайний правый протяженный элемент 2 первого слоя 61 определяет конец первого протяженного элемента 2, который соединен с первым соединительным элементом 3, а смежный с ним показанный в разрезе протяженный элемент 4 во втором слое 62 определяет начало первого витка безопасности/натяжения. После витков безопасности протяженный элемент 4 может быть полностью натянут до минимальной разрывающей нагрузки. Как было указано в общей части описания, первый слой 61 может быть намотан на барабан 6 свободно/с низким натяжением, для защиты барабана 6.
На фиг. 4 на виде сбоку, подобном виду по фиг. 1, показан барабан 6 с протяженными элементами 2, 4. Разница состоит в том, что протяженные элементы 2, 4, а следовательно, и соединительное устройство 1 повернуты на 90° вокруг продольной оси соединительного устройства 1. Однако соединительное устройство остается изогнутым вместе с протяженными элементами 2, 4 по форме дуги окружности подобно раскрытому выше.
Повернутое соединительное устройство 1 подробно показано на фиг. 5А-5С. В этом случае соединительные элементы 3, 7 и штифты 9 наклонены относительно связующего элемента 5. Штифты 9, которые имеют резьбовые наружные части 91, завинчены в резьбовые отверстия 33, 73 зубцов 35, 75 вильчатых соединительных элементов 3, 7. Однако штифты 9 имеют некоторую свободу/радиальный зазор в связующем элементе 5, как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 7. На фиг. 5С показан вид в разрезе по линии В-В на фиг. 5, и здесь ясно видно, как штифты 9 наклонены в отверстиях 51 связующего звена 5, чтобы допускать изгиб соединительного устройства 1 также и в том случае, когда оно повернуто вокруг своей продольной оси L.
Один из соединительных элементов 7 подробно показан на фиг. 6А-6С. На фиг. 6А соединительный элемент 7 показан на виде сбоку, но без соединения с протяженным элементом 4. На фиг. 6В показан вид в разрезе по линии С-С на фиг. 6А. На этом чертеже видны резьбовые отверстия 73 в зубцах 75 и выемка 71 между зубцами 75. Выемка 71 имеет немного закругленную внутреннюю часть 711, ответную закругленной концевой части 57 связующего элемента 5, что позволяет соединительному элементу 7 шарнирно поворачиваться вокруг штифта 9 относительно связующего элемента 5. Далее, выемка 71 выполнена с наружной частью 713 увеличенной ширины по сравнению с внутренней частью 711, что определяет допустимый угол наклона соединительного элемента 7 и штифта 9 относительно связующего элемента 5. На фиг. 6С показан вид в разрезе по линии Е-Е на фиг. 6А. На фиг. 6D показан пример выполнения штифта 9, используемого для соединения соединительных элементов 3, 7 с помощью связующего элемента 5. Штифт выполнен с концевыми резьбовыми участками 91 (резьба на чертеже не показана) первого диаметра и средним участком 93 без резьбы второго, меньшего диаметра. При использовании концевые резьбовые участки 93 будут завинчены в отверстия 33, 73 зубцов 35, 75 соединительных элементов 3, 7, а средний участок 91 будет проходить через отверстие 51 в связующем элементе 5. Головки штифта 9 имеют такую форму, чтобы располагаться заподлицо с наружной поверхностью соединительных элементов 3, 7.
На фиг. 7А-7С более подробно показан связующий элемент 5. На фиг. 7А он показан в перспективе, а на фиг. 7В - на виде сбоку. На фиг. 7С показан вид в разрезе по линии F-F на фиг. 7В. Отверстия 51 связующего элемента образованы с первым широким участком диаметром D', который проходит наклонно внутрь ко второму участку меньшего диаметра D. Отверстие 51 имеет такую форму, чтобы допускать проход штифта 9. Кроме того, форма отверстия 51 допускает наклон в нем участка 93 меньшего диаметра штифта 9 с сохранением контакта штифта с наружной криволинейной кромкой 55 отверстия 51 связующего элемента 5. Это подразумевает, что соединительные элементы 3, 7, в которые прочно ввинчен штифт 9, могут наклоняться относительно связующего звена 5, как это было описано выше и показано на чертежах. Вследствие этого соединительное устройство 1 может следовать кривизне протяженных элементов 2, 4 для прохода по блокам и кабестанам различных диаметров и наматываться на барабан 6, поддерживая лежащий сверху слой протяженного элемента 4, даже когда протяженные элементы поворачиваются случайным образом. При практическом применении в зависимости от поворота вокруг продольной оси L изгиб соединительного устройства 1 может быть комбинацией шарнирного поворота соединительных элементов 3, 7 вокруг штифтов 9 и наклона соединительных элементов 3, 7 и штифтов 9 относительно связующего звена 5.
На фиг. 8 показан желобчатый барабан 6 в соответствии с известным решением уровня техники, на котором могут храниться соединенные протяженные элементы 2, 4.