ТКАНЫЙ ЛЕНТОЧНЫЙ АМОРТИЗАТОР ДЛЯ ГАШЕНИЯ УДАРНОЙ НАГРУЗКИ
WOVEN BELT SHOCK ABSORBER TO SUPPRESS IMPACT LOAD

Изобретение относится к усовершенствованию тканых ленточных амортизаторов для гашения ударной нагрузки за счет поглощения кинетической энергии при высокоскоростном нагружении. Такие амортизаторы находят применение в предохранительных поясах строителей, монтажников-высотников, верхолазов и альпинистов, в подвесках парашютных строп, в том числе используемых при десантировании тяжелой техники, в тормозных сеточных устройствах для экстренной остановки автомобилей и самолетов палубной авиации, в буксировочных тросах и иных устройствах, работающих в условиях возникновения резких ударных нагрузок, требующих погашения кинетической энергии на уровне, исключающем или значительно уменьшающим вероятность травмирования человека или механического повреждения объектов техники.
В уровне техники тканые ленточные амортизаторы для гашения ударной нагрузки, принцип работы которых основан на обеспечении последовательного разрушения элементов, связывающих несущие (силовые) ленты, условно подразделяются на четыре основных типа.
К первому типу относятся тканые ленточные амортизаторы, представляющие собой, по меньшей мере, две сложенные несущие ленты, сшитые швейными нитями поперек лент. В таких амортизаторах разрушаемыми связывающими элементами несущих лент являются швейные стежки. Технология изготовления данного вида амортизаторов требует специального швейного оборудования, подбора швейных нитей и режима шитья, снижающего возможность иссечения прошиваемых силовых лент при прошивке. Уровень техники амортизаторов описанного типа отражают следующие, наиболее типовые ранее запатентованные изобретения (иностранные патенты и авторские свидетельства СССР):
пат. Великобритании №407838, 1934; пат. Великобритании №2292782, 1996; пат. Германии №4005563, 1991; пат. США №1935339, 1933; пат. США №3937407, 1976; пат. США №3804698, 1974; пат. США №3074760, 1963; пат. США №4100996, 1978; пат. США №3444957, 1969; пат. США №5174410, 1992; пат. Канады №2480609, 2006; международная публикация WO 0247764, 2002; пат. Японии №40-49978, 1992.
Ко второму типу относятся текстильные амортизаторы, в которых вместо сшивки используют отдельные связывающие элементы, соединяющие несущие ленты по типу узлов, стягивающих ленты или жгуты из разрывающихся или сползающих вдоль ленты при приложении к концам лент силовой нагрузки, пат. Франции №2851924, 2004, или формируют из сложенных в петли силовых лент петельные упругие участки, удлиняющиеся при нагрузках, пат. США №6085802, 2000.
К третьему типу относятся впервые разработанные в СССР тканые амортизаторы, представляющие собой две цельнотканые петельные ленты, петли которых, служащие разрываемыми элементами, последовательно провязаны между собой по типу трикотажного переплетения, авт. свид. СССР №1147412, 1985; авт. свид. СССР №1194428, 1985; авт. свид. СССР №2023071, 1994. Тканые амортизаторы данного типа не обладают недостатками сшивных, так как не имеют разрываемых швейных стежков, также обеспечивают гашение ударных нагрузок на расчетных пороговых величинах приложения нагрузки, но требуют ручного соединения петель с помощью вязальной иглы.
К четвертому типу относятся тканые текстильные амортизаторы, силовые (несущие) ленты которых соединены между собой в процессе ткачества общими, разрываемыми при приложении нагрузки, нитями основы, переходящими из ленты в ленту (из слоя в слой), авт. свид. СССР №937558, 1982; авт. свид. СССР №1607829, 1990; авт. свид. СССР №1172954, 1985; пат. Японии №58-220845, 1983. Указанные источники по технической сущности релевантны и являются наиболее близкими аналогами заявленному изобретению, так как разрываемыми элементами в каждом из них служат нити основы, образующие в процессе ткачества вместе с несущими лентами единое тканое целое. Технология изготовления цельнотканых амортизаторов по принципу ткачества купонов, представляющих собой повторяющиеся по длине ленты полуфабрикаты заданной формы, наиболее производительна и предусматривает только последующее разрезание сходящей с ткацкого станка длинной ленты на отдельные купоны и сшивку по краям отрезанных кусков лент проушин крепления, полученного таким образом готового к использованию текстильного амортизатора.
Наиболее близким из указанных аналогов является изобретение, описанное в авт. свид. СССР №1172954 и выбранное в качестве прототипа по большинству совпадающих существенных признаков. В прототипе при использовании тканых лент, изготовленных на одночелночном ткацком станке, поглощение кинетической энергии осуществляется не только за счет разрушения соединительных основных нитей, но и за счет разрушения коренных уточных нитей на участке перехода из одного фонового слоя в другой. При этом если длина этого участка равна или меньше длины участка, образованного соединительными основными нитями при переходе из одного фонового слоя в другой, то уточная нить может нагружаться и разрушаться раньше, чем участок из соединительных основных нитей этой ячейки. Следовательно, нагружение этой уточной нити происходит на участке фонового слоя до его максимального нагружения. Поэтому уточная нить может достаточно легко вытягиваться из фонового слоя, стягивая его ширину, и, следовательно, снижать его несущую способность, а также приводить к неравномерности усилия торможения.
В задачу изобретения входит устранение указанных недостатков и обеспечение такого технического результата, как повышение равномерности усилия торможения за счет дискретного перераспределения приложения разрывающего усилия к нитям основы и утка при повышении несущей способности фонового слоя за счет исключения легкости вытягивания уточной нити из фонового слоя и стягивания его ширины под воздействием силовой нагрузки.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в тканом ленточном амортизаторе для гашения ударной нагрузки, содержащем два фоновых слоя, выполненных переплетением коренных основных и уточных нитей, и соединительные основные нити, заработанные последовательно в каждом из слоев с образованием между ними ячеек, участок коренной уточной нити, образующийся при переходе из одного фонового слоя в другой, имеет длину больше, чем длина участка из соединительных основных нитей между двумя фоновыми слоями, при этом все указанные участки коренной уточной нити расположены, по меньшей мере, с одной боковой стороны ленты и образуют переходящие из слоя в слой провисающие и свободные от нитей основы уточные протяжки, выступающие за ширину ленты и образующие подобную бахроме петельную кромку. Участок коренной уточной нити, образующийся при переходе из одного слоя в другой, может состоять из двух коренных уточных нитей, а образованная ими петельная кромка может располагаться с обеих сторон ленты или чередоваться по длине с разных сторон ленты в шахматном порядке. Совокупность существенных признаков амортизатора обеспечивает повышение энергоемкости и надежности работы амортизатора при изготовлении тканой ленты на одночелночном ткацком станке.
Когда участок коренной уточной нити, образующийся при переходе из одного фонового слоя в другой, имеет длину больше, чем длина участка из соединительных основных нитей при переходе из одного фонового слоя в другой, то этот участок уточной нити в виде относительно свободно провисающих протяжек (петельная бахромоподобная кромка) начинает нагружаться после того, как нагрузится и разрушится как минимум один участок перехода соединительной основы из одного фонового слоя в другой. Следовательно, если, например, усилие торможения амортизирующего устройства составляет 300 кгс, то разрушение уточной нити будет происходить тогда, когда участок фонового слоя будет нагружен до 300 кгс. При таком условии уточная нить будет прочно защемлена в фоновом слое с усилием, исключающим ее неконтролируемое вытягивание и стягивание ширины фонового слоя ленты, что, в свою очередь, существенно повышает надежность и равномерность усилия торможения при работе амортизирующего устройства.
Используя приведенную выше возможность прочного закрепления уточной нити в фоновом слое в процессе работы амортизирующего устройства, представляется перспективным использовать этот прием для увеличения энергоемкости устройства за счет одновременного нагружения и разрушения большего количества уточных нитей. Этого можно достичь, если участок уточной нити, образующийся при переходе из одного фонового слоя в другой, состоит, как минимум, из двух коренных уточных нитей.
На фиг.1а) и б) схематично показан вид сбоку тканого ленточного амортизатора;
на фиг.2а) и б) - продольный разрез тканых лент амортизатора;
на фиг.3 - вид боковой (торцевой) стороны тканого амортизатора;
на фиг.4 - диаграмма зависимости гашения нагрузки от удлинения.
В тканом ленточном амортизаторе позицией 1 отмечены фоновые слои, 2 - соединительные основные нити; 3 - коренные уточные нити и участок при переходе из одного фонового слоя в другой. Из фиг.1 очевидно, что если участок коренной уточной нити 3 больше участка 2 соединительных основных нитей, образующихся при переходе из одного фонового слоя в другой (фиг.1а), то при нагружении амортизатора силой F участок 2 из соединительных основных нитей разрушится раньше, чем начнет нагружаться участок 3 уточной нити. Следовательно, участок коренной уточной нити 3 начнет нагружаться, когда фоновые слои в месте его размещения будут иметь максимальную нагрузку, обеспечивающую прочное защемление уточной нити, исключающее ее неконтролируемое вытягивание (фиг.1а).
На фиг.2а) и б) показан продольный разрез тканых лент амортизатора, где 1 - фоновые слои; 2 - соединительные основные нити; 3 - коренная уточная нить и участок из нее, образующийся при переходе из одного фонового слоя в другой. Как видно из фиг.1а, участок коренной уточной нити 3 состоит из одной нити, а на фиг.2б - из двух. Таким образом, при увеличении количества коренных уточных нитей в этом участке можно существенно увеличить усилие торможения при работе амортизирующего устройства и, следовательно, повысить его энергоемкость.
Если же участок 3 коренной уточной нити будет иметь длину в два и более раза больше участка 2 из соединительных основных нитей, что технологически вполне возможно, то участки 3 коренных уточных нитей начнут нагружаться после того, как нагрузятся и разрушатся как минимум два участка 2 из соединительных основных нитей. При этом диаграмма «нагрузка-удлинение» работы амортизирующего устройства будет иметь вид, показанный на фиг.3. Такой плавный выход работы амортизирующего устройства на номинальную нагрузку, естественно, всегда предпочтительнее.
На фиг.3 изображен вид с боковой (торцевой) стороны тканого амортизатора, где А и Б - фоновые слои тканой ленты, 2 - соединительные разрываемые основные нити, 3 - разрываемые участки коренной уточной нити, сформированные при переходе из одного фонового слоя в другой и образующие провисающие и свободные от нитей основы уточные протяжки, выступающие за ширину ленты и образующие подобную бахроме петельную кромку.
Тканый ленточный амортизатор для гашения ударной нагрузки работает по принципу своих аналогов. При приложении нагрузки к концам ленты (фоновым слоям) усилие разрыва последовательно передается на разрываемые участки основных и уточных нитей, начинается последовательный разрыв нитей и величина начального усилия (нагрузка) плавно повышается до заданного уровня по мере гашения кинетической энергии, что иллюстрируется по фиг.4 диаграммой зависимости гашения нагрузки от удлинения.
Образцы тканого ленточного амортизатора для гашения ударной нагрузки изготовлены на ткацком станке марки ТЛ-2-60, оснащенном ремизоподъемной кареткой с электронным управлением, позволяющим вырабатывать ленты с раппортом по утку до 15000. Для изготовления амортизаторов использовалась капроновая нить 93,5 текс ×2.
Испытания данной модели амортизатора проводились по ГОСТ 12.4.222-99, который является аутентичным Европейскому стандарту ЕН 355-92: металлический груз массой 100 кг сбрасывается с высоты 4 м. Усилие торможения при работе амортизатора не должно превышать 6 кН, а тормозной путь не должен превышать 1,75 м, т.е. страховочный участок не должен превышать 5,75 м.
Опытный образец тканого ленточного амортизатора при испытании показал следующие результаты:
- нагрузка при торможении груза составила 4,1 кН;
- тормозной путь при работе амортизатора составил 1,1 м.
Анализ результатов испытаний позволяет сделать следующий вывод:
1. При повышении усилия торможения до 6 кН расчетный тормозной путь должен составить 0,8-0,9 м.
2. Усилие торможения 6,0 кН может позволить использовать страховочные пояса с фалом длиной больше 2 м, установленных стандартом, либо допустить использование страховочного пояса с новым амортизатором рабочими массой более 100 кг.