Металлический полухомут соединителя двух взаимно перпендикулярных труб

[01] Область техники
[02] Полезная модель относится к трубным соединениям, а именно к полухомутам для соединителя двух взаимно перпендикулярных труб, в частности перекладин гимнастической лестницы с вертикальными стойками в игровых и спортивных комплексах.
[03] Уровень техники
[04] Наиболее близким аналогом полезной модели является полухомут соединителя двух взаимно перпендикулярных труб, описанный в патенте РФ на полезную модель RU 211662, 16.06.2022. Указанный полухомут выполнен из алюминиевого сплава в форме полукольца с возможностью соединения с другим полухомутом по плоскости стыка разъемным резьбовым соединением с образованием хомутового соединителя. Полухомут с внутренней стороны имеет первую и вторую области стыка, между которыми размещена цилиндрическая поверхность для обхвата трубы большего диаметра. В первой и второй областях стыка полухомут имеет утолщения и снабжен отверстиями для резьбовых крепежных элементов, проходящими поперечно плоскости стыка. Во второй области стыка полухомут имеет полуцилиндрический вырез, проходящий вдоль плоскости стыка с возможностью обхвата указанным вырезом трубы меньшего диаметра. Кроме того, во второй области стыка полухомут выполнен вытянутым вдоль плоскости стыка с образованием наклонной внешней поверхности полухомута.
[05] Недостатком указанного аналога является сравнительно невысокие прочностные свойства соединения. Это связано в первую очередь с небольшой длиной второй области стыка (толщиной полухомута в данной области). Кроме того, расстояние между крепежным отверстием и внутренней цилиндрической поверхностью полухомута не является достаточно большим для эффективного противостояния соединителя изгибающим и другим нагрузкам.
[06] Таким образом, основной технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является недостаточная надежность полухомута.
[07] Раскрытие сущности изобретения
[08] Техническим результатом полезной модели является повышение прочности соединения двух взаимно перпендикулярных труб при горизонтальном и вертикальном нагружениях без увеличения веса полухомута.
[09] Указанный технический результат достигается в заявленной полезной модели за счет того, что металлический полухомут соединителя двух взаимно перпендикулярных труб выполненный в форме полукольца с возможностью соединения с другим полухомутом по плоскости стыка разъемным резьбовым соединением с образованием соединителя. Причем полухомут с внутренней стороны имеет первую и вторую области стыка, между которыми размещена цилиндрическая поверхность для обхвата трубы большего диаметра. В первой и второй областях стыка полухомут имеет утолщения и снабжен отверстиями для резьбовых крепежных элементов, проходящими поперечно плоскости стыка. Во второй области стыка полухомут выполнен вытянутым вдоль плоскости стыка с образованием наклонной внешней поверхности полухомута и имеет полуцилиндрический вырез, проходящий вдоль плоскости стыка с возможностью обхвата указанным вырезом трубы меньшего диаметра. При этом отношение длины полуцилиндрического выреза к его диаметру составляет от 4 до 5,5, а отношение расстояния между внутренней цилиндрической поверхностью и отверстием под резьбовой крепежный элемент во второй области стыка к диаметру полуцилиндрического выреза составляет не менее 0,3.
[010] Указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации полезной модели за счет того, что:
[011] - отверстия для резьбовых крепежных элементов имеют с внутренней стороны гладкую цилиндрическую часть для размещения резьбового стержня болта, а с внешней стороны - шестигранную часть для фиксации гайки и размещения круглой головки болта;
[012] - на цилиндрической поверхности полухомута выполнено два продольных паза, образующих три ребра жесткости.
[013] - полухомут выполнен из алюминиевого сплава.
[014] В заявленной конструкции полухомута вторая зона стыка, имеющая цилиндрический вырез, выполнена вытянутой с наклоном внешней поверхности полухомута. Такая конструкция обеспечивает наиболее оптимальное распределение нагрузок при возникновении вертикальных усилий, что повышает прочность соединения без увеличения веса изделия (вызванного увеличением общей толщины полухомута и/или толщины стенки во второй зоне стыка).
[015] При этом, в отличие от ближайшего аналога, вторая зона стыка выполнена более удлиненной с отношением длины полуцилиндрического выреза к его диаметру от 4 до 5,5. При соотношении менее 4 длина зоны контакта полухомута с трубой меньшего диаметра будет недостаточной для выдерживания нагрузок, что может привести к поломке соединителя или возникновению в нем повреждений. В этом случае придется увеличивать толщину стенки во второй зоне стыка, что приведет к повышению веса изделия. При соотношении более 5,5 (т.е. при повышении длины выреза по отношению к диаметру) хомут будет иметь повышенный вес или придется изготавливать вторую зону стыка с более тонкой стенкой, что может привести к разрушению соединителя при проектных нагрузках.
[016] Более того, в отличие от наиболее близкого аналога, отверстие под крепежный элемент расположено дальше от цилиндрической поверхности полухомута, что позволяет уменьшить длину рычага при возникновении вертикальных нагрузок. При этом экспериментально установлено, что для выдерживания проектных нагрузок соотношение расстояния между внутренней цилиндрической поверхностью и отверстием под резьбовой крепежный элемент во второй области стыка к диаметру полуцилиндрического выреза должно составлять не менее 0,3.
[017] Таким образом, заявленная конструкция полухомута обеспечивает повышение прочностных свойств соединения двух взаимно перпендикулярных труб при горизонтальном и вертикальном нагружениях без значительного увеличения веса и размеров полухомута.
[018] Краткое описание чертежей
[019] Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан вид заявленного полухомута сбоку,
на фиг. 2 показан вид полухомута снизу (со стороны внутренней поверхности);
на фиг. 3 показан вид полухомута сверху (со стороны внешней поверхности);
на фиг. 4 и 5 показан общий вид соединителя, образованного двумя полухомутами в разобранном и собранном состоянии;
на фиг. 6 и 7 показано соединение двух труб с помощью соединителя.
[020] Конструктивные элементы обозначены на фигурах следующими позициями:
1 - полухомут,
2 - первая область стыка,
3 - вторая область стыка,
4 - внутренняя цилиндрическая поверхность полухомута,
5 соединительное отверстие под резьбовой крепежный элемент,
6 - плоскость стыка
7 - болт,
8 - гайка,
9 - труба большего диаметра,
10 - труба меньшего диаметра,
11 - полуцилиндрический вырез,
12 - наклонная поверхность
13 -продольный паз
а - расстояние от отверстия до внутренней цилиндрической поверхности во второй области стыка,
d - диаметр полуцилиндрического выреза
s - длина полуцилиндрического выреза
[021] Осуществление изобретения
[022] Заявленный полухомут (1) представляет собой сборочную единицу, выполненную в форме полукольца, и предназначено для соединения со вторым таким же полухомутом (1) посредством резьбовых элементов крепления (7, 8) с образованием хомутового соединителя двух перпендикулярных труб (9, 10). Полухомут выполняется из металлического материала, предпочтительно, алюминиевого сплава.
[023] Полухомут с внутренней стороны имеет две области стыка (2) и (3), между которыми размещена внутренняя цилиндрическая поверхность (4) для обхвата трубы большего диаметра (9) при соединении двух полухомутов (1) по плоскости стыка (6). На указанной поверхности может быть выполнено по меньшей мере два продольных паза (13), образующих не менее трех ребер жесткости, равномерно передающих давление на трубу большего диаметра (9).
[024] В первой области стыка (2) полухомут имеет утолщение (по отношению к полукольцевой области с внутренней цилиндрической поверхностью 4), а также поперечное соединительное отверстие (5), приспособленное для размещения в нем резьбового крепежного элемента - болта (7) или гайки (8). Указанное отверстие (5), предпочтительно, имеет с внутренней стороны полухомута гладкую цилиндрическую часть для размещения резьбового стержня болта (7), а с внешней стороны - шестигранную часть, приспособленную для фиксации гайки (8) или размещения круглой головки болта (7), имеющего также отверстие под шестигранный ключ. Такая конфигурация обеспечивает универсальность соединителя, т.к. оба полухомута в соединении выполняются идентичными, а также удобство его монтажа, поскольку скрепление двух полухомутов (1) может осуществляться с любой стороны.
[025] Во второй области стыка (2) также выполнено утолщение (по отношению к полукольцевой области с внутренней цилиндрической поверхностью 4) и аналогичное поперечное отверстие (5) под резьбовые крепежные элементы. При этом во второй области стыка (2) с внутренней стороны также выполнен полуцилиндрический вырез (11) для обхвата трубы меньшего диаметра (10). Указанный вырез (11) проходит вдоль плоскости стыка (6) по всей длине второй области стыка (2), определяющей толщину полухомута в месте утолщения.
[026] Для обеспечения удержания трубы меньшего диаметра (10) вторая область стыка (3) выполнена конически вытянутой с наклоном внешней поверхности (12) полухомута (1) по отношению к плоскости стыка (6) в направлении края второй области стыка (3). Такая конфигурация обеспечивает наиболее оптимальное распределение нагрузок на полухомут при возникновении изгибающих усилий трубы меньшего диаметра (10).
[027] Отношение длины (s) полуцилиндрического выреза к его диаметру (d) должно отвечать следующим условиям s/d=4-5,5. Кроме того, отношение расстояния (а) между внутренней цилиндрической поверхностью и отверстием (5) к диаметру (d) полуцилиндрического выреза должно отвечать условию a/d≥0,3.
[028] Полухомут используется следующим образом.
[029] В комплект соединителя для двух труб входит два одинаковых полухомута (1) описанной конструкции, два болта (7) с круглой головкой и внутренним шестигранником, а также две гайки (8) со стопорным кольцом.
[030] При монтаже полухомуты (1) располагают вокруг вертикальной трубы большего диаметра (9) (столба) и размещенной в ней горизонтальной трубы (10) меньшего диаметра (перекладины) (см. фиг. 6). Затем с одной из сторон фиксируют переднюю часть соединителя во второй области стыка (3) с помощью болта (7) в отверстии (5) и отверстии трубы (10) и с другой стороны закрепляют болт гайкой (8), которая плотно встает в шестигранную часть отверстия (5). Далее затягивают болт (7) не до конца. После этого фиксируют заднюю часть соединителя в первой области стыка (2) аналогичным образом. И в завершении производят максимальную затяжку соединения в передней и затем в задней части соединителя.
[031] Ниже описан пример реализации полезной модели.
[032] Полухомут для соединения трубы (9) диаметром 108 мм и трубы (10) диаметром 34 мм. Указанный полухомут имеет диаметр во внутренней цилиндрической поверхности 108,5 мм и диаметр (d) полуцилиндрического выреза 34,3 мм (с учетом допусков). При этом длина (s) полуцилиндрического выреза второй области стыка составляет 153,5 мм, а расстояние (а) между отверстием (5) под резьбовой крепежный элемент и внутренней цилиндрической поверхностью (4) - 14 мм.
[033] Для подтверждения работоспособности заявленной полезной модели были проведены испытания соединителей (обойм), состоящих из двух полухомутов из алюминиевого сплава, для соединения труб размером 76×34 мм (диаметр большей трубы × диаметр меньшей трубы), 89×34 мм и 108×34 мм с различными геометрическими параметрами второй области стыка. Все полухомуты с одинаковым диаметром под трубу большего диаметра имели одинаковый вес (76×34 - 0,47 кг, 89×34 - 0,53 кг и 108×34 - 0,59 кг), отличалась лишь геометрия второй соединительной области. При испытаниях к середине перекладины длиной 1386 мм, закрепленную на двух обоймах, прикладывали сосредоточенную горизонтальную и вертикальную нагрузку 4903.325 Н (500 кг) и выдерживали в течении 5 мин. При приложении горизонтальной и вертикальной нагрузки контролировали состояние обоймы. Далее проверяли наличие на обойме повреждений, в т.ч. трещин, поломок, чрезмерных остаточных деформаций, ослаблений соединений и связей. В таблице 1 показаны результаты испытания соединителей с различными параметрами полухомутов.
[034]
[035] Как видно из данных таблицы полухомуты, соответствующие заявленной полезной модели, показали наилучшие результаты по устойчивости и надежности соединения. При этом результаты не зависели от размера соединяемой трубы большего диаметра.
[036] Заявителем также было проведено идентичное испытание полухомута размером 108×34, согласно ближайшему аналогу, которое показало, что приложение нагрузки 4903.325 Н привело к разрушению соединителя.
[037] Таким образом, заявленная конструкция полухомута с приведенными геометрическими параметрами обеспечивает повышение устойчивости соединения при горизонтальном и вертикальном нагружениях без увеличения веса полухомута, т.е. улучшает прочностные свойства соединителя.