Шланг с использованием высокопрочной проволоки некруглого сечения с повышенной усталостной выносливостью

013332 Изобретение относится к области гибких шлангов из эластомеров, армированных стальной проволокой. Армирование резиновых шлангов вызвано желанием его усилить для обеспечения работоспособности в условиях высоких давлений. Наибольшей эффективностью обладают шланги, армированные стальной проволокой. При этом наиболее приемлемым считается послойное спиральное навивание проволоки на резиновую основу. Основным направлением в изготовлении шлангов является снижение толщины стенки шланга за счет использования проволоки повышенной прочности или за счет уменьшения диаметра проволок с повышенной частотой навивки. Кроме того, уменьшение толщины проволоки с сохранением площади поперечного сечения привело к появлению в качестве армирующего материала плющеной проволоки. Использование плющеной проволоки предотвращает разрушение резины армирующего слоя и расположенной между слоями, что увеличивает срок службы рукава высокого давления. Использование плющеной проволоки в сравнении с круглой проволокой диаметром, равным толщине плющеной проволоки,позволяет повысить давление внутри рукава за счет более высокой прочности по сравнению с круглой проволокой. Известен шланг с использованием плющеной проволоки для усиления [1]. Рукав высокого давления имеет по крайней мере два слоя, армированного проволоками, причем проволоки укладываются в контакте друг с другом в слое. Число точек контакта при использовании плющеной проволоки меньше, чем при использовании круглых проволок. Вследствие того что отношение толщины плющеной проволоки к ширине находится в пределах 1:5-1:2, число плющеных проволок в слое меньше числа круглых проволок при одинаковой суммарной прочности армирующего слоя. В качестве прототипа принят рукав высокого давления (РВД), армированный по крайней мере одной плющеной стальной проволокой [2]. По крайней мере одна проволока наматывается по спирали, образуя спиральный РВД. РВД армируется более чем одной проволокой и переплетен несколькими плющеными проволоками. Согласно формуле плющеная проволока имеет естественную форму края. Отношение толщины к ширине плющеной проволоки составляет менее 0,95 (1:1,05). Прочность на разрыв плющеной проволоки составляет 3500-2000d (d - диаметр круга с одинаковой площадью поперечного сечения плющеной проволоки). Остаточное удлинение при максимальной нагрузке составляет минимум 0,7%. Прочность на разрыв сверхвысокопрочной плющеной проволоки превышает 4300-2000d. Плющеная проволока получается путем прокатки круглой проволоки между двумя параллельными валками и имеет две плоские стороны и два закругленных края естественной формы. Со стороны закругленных краев проволока не подвергается никакой деформации. Расплющивание круглой стальной проволоки уже при соотношении толщины к ширине плющеной проволоки менее 0,95 позволяет получить повышение пластичности. К недостаткам прототипа относится то, что плющеная проволока для армирования РВД, полученная описанным выше способом, может иметь внутренние дефекты вследствие большой неравномерности деформаций между наружными и внутренними слоями проволоки при соотношении толщины к ширине плющеной проволоки менее 0,95. Деформация внутренних слоев круглой проволоки под действием сдавливающих нагрузок со стороны плоских валков направлена по оси проволоки в направлении просвета между валков со скоростью, большей, чем поверхностные слои, находящиеся в контакте с плоскими валками. При этом разность деформаций круглой проволоки может достигать уровня, когда в центре проволоки образуются полости вследствие образования напряжений растяжения, превышающих прочность материала проволок (фиг. 1). Шланг, армированный плющеной проволокой, полученной по патенту [2], имеет низкий уровень циклов при испытании на усталостную выносливость из-за наличия внутренних дефектов (фиг. 2). Задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении срока службы шланга. Технический результат, полученный от использования изобретения, заключается в увеличении плотности прилегания проволок друг к другу в шланге и повышении его усталостной выносливости. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что шланг с использованием высокопрочной проволоки некруглого сечения с повышенной усталостной выносливостью содержит по крайней мере одну плющеную проволоку с плоскими напряжениями от пластической деформации плющения в параллельных плющильных валках, имеющую две плоские стороны и два закругленных края естественной формы. По изобретению плющеная проволока имеет однородную структуру без внутренних дефектов в виде пустот и сдавливающие напряжения со стороны ее закругленных концов в диапазоне 0,65-0,8 от временного сопротивления разрушению материала, при этом шланг обладает уровнем выносливости в малоцикловой области более 3000 циклов. Геометрическая форма закругленного конца проволоки описывается выражением где R - радиус закругления;h - толщина плющеной проволоки,-1 013332 Проволока в поперечном сечении может иметь закругленный край радиусной, эллиптической формы, формы переменного радиуса или другой формы. Форма края проволоки может иметь приплюснутый вид, обеспечивающий при укладке ее в спиральную обмотку замковое соединение, с увеличенной плотностью прилегания проволок друг к другу. Проволока может быть навита в виде спирали или плетения. Изобретение поясняется чертежами,где на фиг. 4 представлен шланг высокого давления с расположением плоской проволоки в "замок". Вид плющеной проволоки после обработки сдавливающими напряжениями со стороны закругленных концов представлен на фиг. 3. В настоящем изобретении предлагается шланг, армированный плющеной проволокой без наличия внутренних дефектов в виде пустот. В отличие от прототипа плющеная проволока при деформации плющения испытывает не только плоские напряжения от параллельных плющильных валков, приводящие к пластическому течению проволоки, но и сдавливающие напряжения со стороны закругленных концов в диапазоне 0,65-0,8 от временного сопротивления разрушению материала. Полученная таким образом проволока в поперечном сечении может иметь закругленный край радиусной, эллиптической формы (формы переменного радиуса) или другой формы. Проволока не имеет в поперечном сечении пустот, полученных в результате упругих растягивающих напряжений. Кроме того, форма края проволоки может иметь приплюснутый вид. При укладке такой проволоки в спиральную обмотку в шланг создается замковое соединение, при этом увеличивается плотность прилегания проволок друг к другу, что предотвращает разрушение резины под действием внутреннего давления (фиг. 4). Обозначения геометрических параметров плющеной проволоки представлены на фиг. 6. Пример конкретного использования. В таблице приведены сравнительные характеристики плющеной проволоки, полученной различными способами: плющением между двумя параллельными валками и использованием сдавливающих напряжений со стороны закругленных концов в диапазоне 0,65-0,8 от временного сопротивления разрушению материала. Число скручиваний оценивалось на длине образцов, равной 100 ширину проволоки. Число гибов определялось при перегибах через оправку с радиусом губок 2,5 мм. Уровень выносливости находился при испытании 3-роликовым тестом (фиг. 5), при котором образец проволоки подвергался знакопеременному изгибу в трех роликах с дополнительной растягивающей нагрузкой (Р) в малоцикловой области испытаний. Расстояние между роликами 28,5 мм, диаметр роликов 22,0 мм. Растягивающая нагрузка устанавливалась равной 10% от разрывного усилия проволоки. Сравнительные характеристики плющеной проволоки,полученной различными способами Данные, представленные в таблице, показывают явное преимущество по числу гибов и выносливости плющеной проволоки с использованием сдавливающих напряжений со стороны закругленных концов в диапазоне 0,65-0,8 от временного сопротивления разрушению материала. Таким образом, шланг (рукав высокого давления), армированный плющеной проволокой с использованием сдавливающих напряжений со стороны закругленных концов в диапазоне 0,65-0,8 от временного сопротивления разрушению материала, также будет обладать более высоким уровнем выносливости в сравнении с прототипом. Источники информации 1. Патент GB 1239884. Улучшения, касающиеся резиновых рукавов высокого давления. 21.07.1971 г. 2. Патент WO 2005108846. Плоская высокопрочная проволока как упрочнитель шланга. 17.11.2005 г. (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Шланг с использованием высокопрочной проволоки некруглого сечения с повышенной усталостной выносливостью, включающий по крайней мере одну плющеную проволоку с плоскими напряжениями от пластической деформации плющения в параллельных плющильных валках, имеющую две плоские стороны и два закругленных края естественной формы, отличающийся тем, что плющеная проволока имеет однородную структуру без внутренних дефектов в виде пустот и сдавливающие напряжения со стороны ее закругленных концов в диапазоне 0,65-0,8 от временного сопротивления разрушению материала, при этом шланг обладает уровнем выносливости в малоцикловой области более 3000 циклов, а геометрическая форма закругленного конца проволоки описывается выражением где R - радиус закругления;h - толщина плющеной проволоки. 2. Шланг по п.1, отличающийся тем, что плющеная проволока в поперечном сечении имеет закругленный край радиусной, эллиптической формы, формы переменного радиуса или другой формы. 3. Шланг по п.1, отличающийся тем, что форма края проволоки имеет приплюснутый вид, обеспечивающий при укладке ее в спиральную обмотку замковое соединение, с увеличенной плотностью прилегания проволок друг к другу. 4. Шланг по п.1, отличающийся тем, что плющеная проволока навита в виде спирали. 5. Шланг по п.1, отличающийся тем, что плющеная проволока навита в виде плетения. 6. Шланг по п.2, отличающийся тем, что плющеная проволока навита в виде спирали. 7. Шланг по п.2, отличающийся тем, что плющеная проволока навита в виде плетения. 8. Шланг по п.3, отличающийся тем, что плющеная проволока навита в виде спирали. 9. Шланг по п.3, отличающийся тем, что плющеная проволока навита в виде плетения. Вид плющеной проволоки с внутренней пустотой-3 013332 Вид плющеной проволоки, после обработки сдавливающими напряжениями со стороны закругленных концов Фиг. 4 3-роликовый тест при испытаниях на выносливость