УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМОТКИ КАНАТОВ ДИАМЕТРОМ ДО 0,5 МИЛЛИМЕТРОВ
DEVICE FOR WINDING ROPES WITH A DIAMETER UP TO ½ MILLIMETERS

Область техники
Заявляемое изобретение относится к машинам и устройствам общего назначения для изготовления крученых канатов из нескольких проволок одного или различных материалов. Точнее к устройствам с питающими катушками, вращающимися вокруг оси каната. Изобретение может быть использовано для изготовления канатов диаметром от 0,1 до 0,5 мм, используемых в авиационной и космической промышленности.
Предшествующий уровень техники
Известно устройство из патента РФ №2049839 «Свивальная машина», МПК (6): D07B 3/00, приоритет 30.11.1992, опубликовано 10.12.1995, авторы: Алексеев Ю.Г. [RU], Феоктистов Ю.В. [BY], Бирюков Б.А. [BY], Фетисов В.П. [BY], Рыбинский В.Н. [BY], Филиппов В.В. [BY], Пикулин В.А. [RU], Соломин Н.П. [RU]. Свивальная машина двойного кручения, содержащая приводной ротор в виде двух дисков, соосно закрепленных на полых валах, и направляющих роликов, неподвижное основание, смонтированное между дисками и несущее отдающие катушки, а также вытяжной и приемный механизмы, отличающаяся тем, что диски ротора установлены с возможностью осевого регулировочного перемещения, при этом отношение расстояния между дисками к их диаметру составляет 0,75-1,25.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и эксплуатации за счет возможности осевого регулировочного перемещения основных узлов свивальной машины.
Известно также устройство из патента РФ №2374372 «Канатовьющая машина», МПК D07B 3/00, D07B 7/02; приоритет 08.08.2008, опубликовано 27.11.2009, авторы: Шубин И.Г. (RU), Каюков А.С. (RU), Румянцев М.И. (RU), Шубина О.И. (RU), Антипанов В.Г. (RU), Корнилов В.Л. (RU).
Машина содержит обжимное свивающее устройство и деформирующий роликовый блок, распределительный шаблон и два деформирующих блока. Блоки выполнены с возможностью изменения их местоположения, первый из которых установлен за свивающим устройством на расстоянии 2-3 шагов t свивки каната и под углом, равным углу свивки прядей в канате, а второй блок последовательно установлен за первым на расстоянии 2 t, при этом величина обжатия каната в первом блоке составляет 0,3-0,8 от величины обжатия во втором блоке. Форма роликов второго деформирующего блока выбирается в зависимости от формы поперечного сечения готового каната.
Это устройство является сложным в изготовлении и эксплуатации, т.к. содержит дополнительно распределительный шаблон и два деформирующих блока.
В качестве прототипа, был выбран патент РФ №2299941 «Канатовьющая машина»; приоритет 14.10.2015, опубликовано 27.05.2007, МПК: D07B 3/06, авторы: Хальфин М.Н. (RU), Рыжиков В.A. (RU), Маслов В.Б. (RU), Козынко A.A. (RU), Маслов Д.В. (RU).
Канатовьющая машина содержит ротор, на котором установлены в подшипниковых опорах зарядные катушки с прядями, трехроликовые по числу прядей секции, расположенные на выходном диске ротора, обжимные плашки, в которых свивается канат, и тяговый шкив. Кроме того, канатовьющая машина содержит регулировочное натяжное устройство, выполненное в виде регулировочного шкива, ось вращения которого параллельна оси вращения ротора и закреплена на выходном диске ротора, и двуплечих Г-образной формы подпружиненных рычагов, установленных с возможностью поступательного перемещения в радиальной плоскости относительно неподвижных направляющих, которые, в свою очередь, закреплены на выходном диске ротора. На одних концах подпружиненного рычага установлены средние ролики, опирающиеся на пряди, а на других концах - ролики.
Недостатком рассматриваемого технического решения является большое количество функциональных узлов, выход из строя или сбой одного из которых приводит к остановке всей машины и процесса. Кроме того, данная канатовьющая машина громоздка и не мобильна, требует создание специального рабочего места. Помимо этого, проволока на сматывающие катушки наматывается специальными намоточными машинами, и поэтому для обслуживания данного устройства требуется содержать парк намоточных машин. А также, данное техническое решение невозможно применить для изготовления стальных канатов диаметром до 0,5 мм из проволок малых диаметров порядка от 0,04 мм.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка устройства для намотки канатов диаметром от 0,1 до 0,5 миллиметров из проволок разнородных материалов, экономия производственных площадей, упрощенная ремонтопригодность.
Технический результат заключается в оптимальной конструкции устройства за счет исполнения его в виде модулей, постоянном максимально необходимом натяжении свиваемых проволок, исключении необходимости в организации отдельного рабочего места.
Технический результат достигается тем, что в канатовьющей машине, содержащей ротор, на котором установлены зарядные катушки с проволокой, регулировочный натяжной блок, обжимной блок, блок натяжения каната, блок намотки каната, согласно изобретению, блок натяжения каната и блок намотки каната объединены в барабан-натяжитель, регулировочный натяжной блок выполнен в виде прижимающих пластин, обжимной блок выполнен в виде отверстия в твердом теле, которое жестко закреплено относительно ротора на расстоянии, обеспечивающем шаг свивки от 7 до 11 диаметров свиваемого каната. Оптимальный угол между проволокой и нормалью к канату настроен в диапазоне от 16 до 20 градусов. Отношение угловых скоростей вращения ротора и барабана-натяжителя настроено в диапазон от 25 до 30.
Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - оптимальной конструкции устройства, постоянного максимально необходимого натяжения свиваемых проволок, исключение необходимости в организации отдельного рабочего места для блока намотки и блока натяжения каната.
Канаты используются в подъемных механизмах и основная их характеристика - повышенная грузоподъемность и прочность в течение долгого времени. Этим требованиям вполне соответствуют различные марки сталей, из которых изготавливают проволоки для свивки канатов.
Для работы в агрессивных средах, например, при криогенной температуре до -196°С, или при повышенной температуре порядка +300°С, или при необходимости высокой электрической проводимости каната требуется изготавливать канаты из материалов, отличных от стали, с диаметром менее 0,5 миллиметров. Эти материалы менее прочные, чем сталь. Потому сложность заключается в том, что известные канатовьющие машины, такие как в прототипе, не могут быть использованы, так как возможны обрывы проволоки в процессе свивки каната. Кроме того, ГОСТы на изготовление канатов не предусматривают использование проволок, из материалов иных, чем сталь. В дополнение к этому, известные канатовьющие машины довольно громоздки и не приспособлены для быстрой сборки и ремонта на новом месте.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет более точно, равномерно и стабильно в процессе работы настроить силу натяжения проволоки. При этом появляется возможность работать как со стальной проволокой, так и с менее прочной проволокой из другого материала.
В предлагаемом устройстве конструкция выполнена в виде сообщающихся между собой модулей. Это позволяет меньше затрачивать времени и усилий для монтажа и ремонта канатовьющей машины, так как вышедший из строя модуль можно быстро заменить на работающий резервный. Объединение нескольких функциональных блоков в один модуль позволяет компактно размещать машину без организации отдельного рабочего места. Что экономит производственные площади.
Достигаемый результат, обеспечивается не только наличием известных отличительных признаков, но и зависит от взаимодействия их с другими существенными признаками заявляемого устройства. Это позволяет устройству расширить свои функциональные возможности и обеспечить высокий технический результат - постоянное максимально необходимое натяжение свиваемых проволок из разных материалов и исполнение устройства в виде модулей. Расширенная функция, обеспечиваемая известными отличительными признаками, и получение неожиданного результата от использования этих признаков в совокупности с другими признаками, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
Краткое описание фигур чертежа
На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для намотки канатов.
На фиг. 2 показан внешний вид каната.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1, предлагаемое изобретение содержит мобильные модульные элементы канатовьющей машины: ротор 1 с зарядными катушками 2 по количеству необходимых проволок 4 в канате 5, прижимающие пластины 3, твердое тело в виде диска 6 с отверстием, намоточный барабан-натяжитель 7, соединяющий в себе функции натяжения и сматывания свитого каната 5. За счет такой конструкции можно монтировать устройство на малой свободной площади, а при выходе из строя любого из модульных элементов его легко и быстро можно заменить на исправный. Это упрощает и ускоряет ремонт устройства в целом.
Ротор 1 с закрепленными на нем катушками 2 и прижимающими пластинами 3 соединен с механизмом вращения 8, который приводит ротор 1 во вращательное движение. В качестве механизма вращения 8 можно использовать двигатель токарного станка, или дрели. Намоточный барабан-натяжитель 7 стационарно закреплен на расстоянии от ротора 1, достаточном для визуального контроля наматываемого каната 5 и возможного регулирования процесса его свивки.
Барабан-натяжитель 7 соединен и приводится во вращение механизмом вращения 9. В качестве механизма вращения 9 можно использовать, например, шаговый двигатель.
Намоточный барабан-натяжитель 7 объединяет в себе две функции - обеспечение требуемого натяжения проволок 4 и сматывание готового каната 5. Это позволяет экономить рабочее место, исключая использование дополнительного оборудования отдельно для натяжения и отдельно для сматывания каната 5.
б
Характеристиками скручивания каната 5 являются угол свивки α - угол между проволокой 4 и нормалью к канату 5 (фиг. 1) и отношение N/S, - угловых скоростей ротора 1 и намоточного барабана-натяжителя 7.
Диск 6 с отверстием выполняет функцию формирования свиваемого каната 5. Он жестко закреплен на необходимом расстоянии от ротора 1 в зависимости от требуемых характеристик скручивания каната 5 с целью обеспечить оптимальный угол свивки α. Для регулирования оптимального угла свивки α имеется возможность передвигать и закреплять на разных расстояниях от ротора 1 диск 6. При отдалении диска 6 от ротора 1 угол свивки α увеличивается. При приближении диска 6 к ротору 1 угол свивки α уменьшается.
При формировании каната 5 проволоки 4 подвергаются изгибу и кручению. Качество свивки каната 5 в значительной мере зависит от угла свивки α проволок 4. Показателем качества свивки каната 5 является кратность шага свивки t/d.
Кратность шага свивки каната - это отношение шага свивки t к диаметру d (фиг. 2) полученного каната. Для получения качественной свивки каната 5 оптимальные значения кратности шага свивки t/d должны быть не менее 7 и не превышать 11.
Как показано на фиг. 2, шаг свивки t - это длина участка каната, получившийся при одном полном обороте ротора свивальной машины. На канате его можно выделить как длину участка, заключенного между двумя ближайшими точками на одной и той же проволоке, при этом точки принадлежат одной прямой, лежащей на поверхности каната параллельно его оси.
б
Второй характеристикой скручивания каната 5 является отношение угловых скоростей N/S. ротора 1 и намоточного барабана-натяжителя 7.
Вращение намоточного барабана-натяжителя 7 осуществляется от механизма вращения 9, в виде шагового двигателя. Между угловыми скоростями ротора 1 и намоточного барабана-натяжителя 7 должна поддерживаться следующая зависимость:
б
N=25…30S,
где N - угловая скорость ротора 1 (об/мин);
б
S - угловая скорость намоточного барабана-натяжителя 7 (об/мин).
Такое соотношение между угловыми скоростями поддерживается настройкой двигателей механизмов вращения 8 и 9.
б
Экспериментально было установлено соотношение угловых скоростей (N) ротора 1 и (S) намоточного барабана-натяжителя 7 для получения качественной свивки каната 5, показателем которой является кратность шага свивки. Результаты приведены в таблице 2.
Для получения качественной свивки каната оптимальные значения кратности шага свивки должны быть не менее 7 и не превышать 11.
б
Если соотношение угловых скоростей ротора 1 и намоточного барабана-натяжителя 7 больше 30, то угловая скорость S намоточного барабана-натяжителя 7 будет недостаточна. Канат 5 начнет свиваться до отверстия в диске 6, что приведет к слишком сильному закручиванию проволок 4, стремительному уменьшению угла α и кратности шага свивки t/d меньше 7 (табл. 2), и как следствие к обрыву проволок 4 на катушках 2.
б
Если соотношение угловых скоростей ротора 1 и намоточного барабана-натяжителя 7 меньше 24, то угловая скорость S намоточного барабана-натяжителя 7 будет выше, чем требуется. Это приведет к кратности шага свивки t/d больше 11, (табл. 2), слабому закручиванию крайних проволок 4 вокруг центральной. В этом случае каната 5 просто не получится.
б
Проволоки 4 диаметром от 0,04 мм до 0,2 мм, используемые для получения канатов 5 диаметром до 0,5 мм, имеют низкий предел прочности и требуют высокой точности настройки прижимающих пластин 3 и подбора угловых скоростей N ротора 1 и S барабана-натяжителя 7.
Перед началом запуска установки проводят настройку натяжения проволок 4. Каждую проволоку 4 пропускают через прижимающие пластины 3 и диск 6 с отверстием и закрепляют на намоточном барабане-натяжителе 7. При помощи регулировки прижимающих пластин 3 обеспечивают постоянное максимально необходимое натяжение свиваемых проволок 4.
При использовании проволок 4 из разнородных материалов существует возможность настройки отдельно каждой проволоки 4 в соответствующих прижимающих пластинах 3 с учетом физико-механических свойств материалов за счет того, что конструкция прижимающих пластин 3 проста и легкодоступна для регулировки.
Устройство работает следующим образом. Рассчитывают допустимые угловые скорости механизмов вращения 8 и 9. Запускают механизм вращения 9 намоточного барабана-натяжителя 7 при неподвижном роторе 1. Под действием барабана-натяжителя 7 проволоки 4 натягиваются, воздействуют на катушки 2, которые начинают вращаться. Проволоки 4 сматываются с катушек 2, проходят через прижимающие пластины 3, далее через диск 6 с отверстием и наматываются на намоточный барабан-натяжитель 7. Равномерное вытягивание проволок 4, отсутствие обрывов и провисания в течение минуты работы намоточного барабана-натяжителя 7 свидетельствует об оптимальной настройке устройства.
Далее запускают ротор 1 с катушками 2 так, чтобы выполнялось рассчитанное соотношение угловых скоростей между ротором 1 и барабаном-натяжителем 7. Каждая проволока 4 с катушек 2 на границе отверстия в диске 6 начинает закручиваться вокруг центральной проволоки 4, образуя канат 5. Готовый канат 5 выходит из отверстия диска 6 и наматывается на намоточный барабан-натяжитель 7. Работу устройства осуществляют до тех пор, пока не будет свито требуемое количество каната 5, либо не закончится место на намоточном барабане-натяжителе 7. В последнем случае производят остановку устройства и замену барабана-натяжителя 7.
Легко настраиваемая конструкция прижимающих пластин 3 и намоточного барабана-натяжителя 7, а также предварительное включение только намоточного барабана-натяжителя 7 обеспечивают контроль натяжения и исключение обрывов проволоки 4 в ходе работы устройства, и получение технического результата - постоянное максимально необходимое натяжении свиваемых проволок 4.
При выходе из строя какого-либо из модулей, из которых состоит устройство, возможно достаточно быстро заменить его исправным модулем.
При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не были обнаружены аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественной всем существенным признакам данного изобретения. Это подтверждает, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна».
Промышленная применимость
Предложенное изобретение может быть использовано для изготовления канатов в машиностроении, металлургии, авиационной и космической технике и т.д. Там, где предъявляются повышенные требования к малым размерам, широкому диапазону физических характеристик для канатов. Были проведены испытания предложенного варианта осуществления изобретения на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это доказывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.