УСТРОЙСТВО ДОРНОВОЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОБОЛОЧКИ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
MANDREL DEVICE TO FORM ENCLOSURE OF COMPLEX SHAPE

Изобретение относится к производству оболочек сложной формы из композиционных материалов на полимерной основе и может быть использовано в изготовлении трубопроводов, в авиастроении и других отраслях промышленности, где необходимо использование изделий, обладающих высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред, высокой прочностью и долговечностью.
Известно устройство [пат. №2294463 Российская Федерация, МПК F16C 11/08, В29С 53/56. Способ изготовления гибких трубопроводов и устройств для его осуществления.; заявитель и патентообладатель Мохов Д.С. - №2005131914/06; заявл. 07.10.2005 опубл. 27.02.2007], содержащее в своем составе опору, на которой консольно закреплена оправка для намотки ленты, снабженная приводом вращения. Оправка представляет собой сборную конструкцию с двумя основаниями, одно из которых закреплено на опоре, второе является свободным. Основания соединены между собой осевой стяжкой, между основаниями установлены валы, по меньшей мере, один из которых является ведущим и соединен с приводом вращения. На обоих основаниях концы валов равномерно распределены по соосным окружностям равного диаметра, при этом концы валов на свободном основании смещены по окружности на радиальный угол по отношению к концам валов на основании, закрепленном на опоре, а устройство для подачи ленты выполнено с обеспечением возможности ее подачи на один из валов тангенциально ему. В качестве средства, обеспечивающего получение неразъемного соединения зоны перекрытия соседних витков ленты, используются различные известные приемлемые средства, выбор соединения которых зависит от используемого материала.
Недостатками данного устройства является то, что оно позволяет выпускать трубы только простого профиля и не имеет возможности формирования сложного профиля из-за расположения валов, концы которых равномерно распределены по соосным окружностям равного диаметра.
Кроме того устройство обладает низким КПВ из-за необходимости использования вспомогательного оборудования в виде «приемлемых средств для получения неразъемного соединения».
Известен способ и коническая оболочка вращения [пат. 2350470 Российская Федерация, МПК В29С 53/56. Способ намотки конической оболочки вращения из полимерных композиционных материалов и коническая оболочка вращения из полимерных композиционных материалов.; заявитель и патентообладатель Разин А.Ф. - №2007126093/11; опубл.27.03.2009, Бюл №9. - 9 с: ил.]. Коническая оболочка вращения из полимерных композиционных материалов, содержит силовую оболочку и шпангоуты, выполненные преимущественно из кольцевых волокон и снабженные заделанными в волокна радиальными зацепами, где зацепы выполнены в виде шипованной ленты из расположенных в ряд гвоздей, шляпки которых заделаны в полоски из слоистого пластика с расположением их между, как минимум, двух слоев этого пластика, причем ленты установлены на всю ширину шпангоута равномерно по окружности концентричными группами с окружным смещением каждой группы, с приращением радиуса, на котором установлена последующая группа, не превышающим высоты гвоздя, при этом гвозди расположены на всю толщину шпангоута.
Недостатком известного способа является низкая технологичность намотки из-за невозможности изменения формы оболочки, сход готового изделия с оправки не гарантирует целостность готового изделия из-за зацепов, выполненных в виде шипованной ленты из расположенных в ряд гвоздей, низкий КПВ из-за необходимости использования вспомогательного оборудования.
В качестве прототипа выбрано устройство [пат. 2397868 Российская Федерация, МПК B29C 53/82. Оправка для непрерывной намотки трубы и способ ее применения.; заявитель и патентообладатель Зиньковский А.Т. - №2008141587/05; опубл. 27.08.2010, Бюл №9. - 9 с.:], представляющее собой оправку для непрерывной намотки трубы, содержащей вал (цилиндрическую оболочку) и расположенные симметрично оси вращения секторные планки, совершающие вместе с валом вращательное движение. От привода вращательного движения и привода возвратно-поступательного движения вал и секторные планки приходят во вращательное движение вокруг оси вращения оправки и возвратно-поступательное движение вдоль (параллельно) той же оси вращения. При перемещении секторных планок к концу оправки в направлении схода труба, формируемая на оправке путем нанесения на нее волокнистого материала со связующим и дальнейшей полимеризацией, также перемещается к концу оправки со скоростью, определяемой приводом возвратно-поступательного движения.
Недостатками данного устройства являются невозможность изменения формы оболочки, сход готового изделия с оправки не гарантирует целостность готового изделия, низкий КПВ из-за необходимости использования вспомогательного оборудования.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей устройства путем придания оболочке различных конфигураций.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве дорновом для формирования оболочки сложной формы, содержащем поверхность формирования в виде силовой оболочки, имеющей форму тела вращения, и секторные планки, согласно изобретению секторные планки (коромысла) смонтированы с возможностью изменения угла конусности относительно оси вращения образующей, при этом они шарнирно посредством шатунов связаны с ползуном, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно геометрической оси оболочки, а секторные планки (коромысла) выполнены демонтируемыми для изменения профиля оболочки.
Расширение технологических возможностей устройства за счет изменения возможности геометрических характеристик оправки (конусность, параболоидальность, коноидность и т.д.), состоящей из различных конструкций секторных планок. Дорновая система съема обеспечивает формирование некоторого множества оболочек в непрерывном автоматическом режиме с различными конфигурациями и параметрами.
На фиг.1 изображена кинематическая схема устройства; на фиг.2 показана укладка материала на устройство, имеющее конический профиль; на фиг.3 представлено заявленное устройство в аксонометрии. Устройство содержит подвижно закрепленные с одной стороны, расположенные под углом относительно оси вращения секторные планки 1 (фиг.1), к которым с внутренней стороны шарнирно присоединены шатуны 2, другой стороной шатуны шарнирно соединены с ползуном 3, совершающим возвратно-поступательные перемещения по винту 4, установленному в подшипниковых опорах 5 с возможностью вращательного движения. Изменение угла конусности φ секторных планок осуществляется в результате поступательного движения ползуна при вращении винта.
Устройство работает следующим образом.
Фиксируя угол, намотка материала 6 (в форме нити, группы нитей или ленты) (фиг.2) ведется послойно до требуемой толщины готового изделия. Такой способ укладки наматываемого материала позволяет варьировать в широком диапазоне прочностные характеристики изготавливаемых изделий.
По окончании процесса намотки, после стабилизации формы оболочки (например, в термокамере, которая обеспечивает ускорение отверждения при нагревании до определенных температур), устройство обеспечивает беспрепятственный съем без нарушения ее целостности, за счет уменьшения угла конусности φ, относительно оси вращения секторных планок (коромысел) 1 (фиг.1), который достигается прямолинейным движением ползуна 3, приводимого в движение вращением винта 4, расположенного параллельно относительно оси вращения.
Универсальность устройства позволяет оперативно изменять форму продольного профиля формируемой оболочки, заменяя секторные планки (коромысла) 1 различных конфигураций. Таким образом, конструкция устройства обеспечивает улучшенные прочностные характеристики изделия.
Устройство обеспечивает формирование трехмерной поверхности заданной конфигурации при условиях, обеспечивающих стабильность, при действии силовых и температурных воздействий в процессах намотки и последующем отверждении структуры сформированной оболочки.
Таким образом, дорновое устройство, обеспечивающее формирование оболочек сложной формы и беспрепятственный съем готовой оболочки, дает возможность формирования множества оболочек в непрерывном автоматическом режиме с различными конфигурациями и физико-механическими параметрами при оптимальном КПВ, обусловленном исключением необходимости использования вспомогательного оборудования в основном технологическом процессе.