Канат и комбинированный канат из синтетических волокон и стальных проволочных прядей (варианты)

КАНАТ И КОМБИНИРОВАННЫЙ КАНАТ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И СТАЛЬНЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ ПРЯДЕЙ (ВАРИАНТЫ) В изобретении представлен комбинированный канат с сердцевиной каната из высокопрочных синтетических волокон в виде одного скрученного пучка мононитей или нескольких скрученных пучков мононитей и наружным слоем из стальных проволочных прядей, причем пучок или пучки мононитей растянут/растянуты с уменьшением диаметра и в этом состоянии удерживается/ удерживаются посредством оболочки, в частности, плетеной. Растяжение сердцевины каната под нагрузкой уменьшается за счет улучшения распределения нагрузки между сечением стали и сечением синтетического материала каната. Чтобы в таком же смысле, наоборот, приблизить характер растяжения слоя прядей к характеру растяжения сердцевины каната, канат содержит промежуточный слой из упругого синтетического материала, в который стальные проволочные пряди вдавлены на расстоянии от друга таким образом, что наружный слой под нагрузкой растягивается и радиально сжимается. Ридж Изабел (GB), ОХеар Николас,Грабандт Отто, Дас Корнелис Адрианус (NL) Фелицына С.Б. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: КАЗАР ДРАТСАЙЛВЕРК СААР ГМБХ (DE) 017642 Изобретение относится к канату, содержащему один преимущественно скрученный пучок мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенный в оболочку. В частности, изобретение относится к комбинированному канату, содержащему сердцевину по меньшей мере из одного преимущественно скрученного пучка мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенного в оболочку, наружный слой из стальных проволочных прядей и промежуточный слой из упругого синтетического материала. Далее изобретение относится к комбинированному канату, содержащему, по меньшей мере, преимущественно скрученный пучок мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенный в оболочку, причем сердцевина является по меньшей мере одним пучком мононитей пряди каната, которая имеет внешний слой из стальных проволочных прядей и промежуточный слой из упругого синтетического материала. Канаты описанного рода известны при использовании, в частности, в спортивных целях и имеют защищающую синтетические волокна оплетку. Из US 4887422 известен комбинированный канат описанного рода с оболочкой сердцевинного каната, которая экструдирована или намотана на него. Комбинированный канат описанного рода не является уровнем техники. Преимуществом высокопрочных синтетических волокон как в самостоятельных канатах, так и в комбинированных канатах и прядях является их малый вес и объем по сравнению с их прочностью. Это преимущество особенно проявляется в канатах большой длины для висячего применения, таких как подъемные канаты в горном деле или глубоководные канаты. При таком использовании вес чисто проволочного каната уже сам нагружает большую часть его грузоподъемности; полезная нагрузка соответственно ограничена. Преимуществом комбинированного каната по сравнению с чисто синтетическим канатом является его существенно меньшая восприимчивость к механическим воздействиям. Кроме того, по видимым обрывам проволок можно своевременно обнаружить повреждения проволочного каната. В то время как предел прочности на разрыв высокопрочных синтетических волокон, например,Aramid Copolymer превышает 3470 Н/мм 2, Aramid HM (High Modulus) - 2850 Н/мм 2, Aramid HS (HighPolyester - 2800 Н/мм 2, а стальной проволоки, например, - 1770 Н/мм 2 и может решающим образом способствовать повышению грузоподъемности комбинированного каната, растяжение отличается, однако, в такой высокой степени, что в известных канатных конструкциях почти невозможно найти строение каната, в котором сердцевинный канат из синтетики мог принимать на себя существенную долю нагрузки. Модуль упругости описанных волокнистых материалов составляет соответственно 73, 120, 60, 60, 85 и 65 ГПа по сравнению со средним значением 200 ГПа стальных проволок. К тому же, прежде всего, собственно восприятие нагрузки синтетическими волокнами наступает с задержкой, поскольку пучки мононитей при каждой нагрузке сначала должны "осесть", т.е. достичь окончательного пространственного соотношения с образованием стабильного сечения. В основе изобретения лежит задача повышения эффективной грузоподъемности сердцевинного каната из синтетических волокон в комбинированном канате или повышения грузоподъемности самого синтетического каната. Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в канате описанного выше рода пучок или пучки мононитей растянут/растянуты с уменьшением диаметра и в этом состоянии удерживается/удерживаются посредством оболочки. Оболочка подобно корсету фиксирует полученное при растяжении сечение пучка мононитей. Таким образом, процесс "осадки" до и в начале восприятия нагрузки, по меньшей мере, в основном исключен и раз и навсегда завершен. Нормальное восприятие нагрузки при упругом растяжении синтетических волокон по закону Гука может наступить сразу же. В комбинированном канате характер растяжения сердцевинного каната приближен тем самым к характеру растяжения слоя стальных проволок. Самостоятельный канат имеет при той же грузоподъемности меньший, например, на 10% диаметр,т.е. большую грузоподъемность в расчете на диаметр. В качестве варианта и особенно предпочтительного осуществления изобретения предложено приблизить характер растяжения слоя стальных проволок комбинированного каната к характеру растяжения сердцевинного каната из синтетических волокон за счет обратной версии, осуществленной на сердцевинном канате меры согласно изобретению: этот слой должен растягиваться под нагрузкой и принимать обеспечивающее это изменяемое сечение. Конкретная мера состоит в этой версии в том, что канат содержит промежуточный слой из упругого синтетического материала, в который проволочные пряди вдавлены на расстоянии друг от друга таким образом, что наружный слой под нагрузкой растягивается и радиально сжимается. Упругая податливость промежуточного слоя и расстояние проволочных прядей друг от друга позволяют растянуть по длине описанные прядями винтовые линии с увеличением их шага, причем их диаметр и в соответствии с этим расстояние между прядями уменьшаются.-1 017642 Вследствие упругости синтетического материала процесс при снятии нагрузки является обратимым,т.е. желаемый эффект достигается при каждом новом восприятии нагрузки. Преимущества первой и обратной версий изобретения могут использоваться соответственно по отдельности, однако с большим эффектом - сообща. Аналогично комбинированному канату может быть создана комбинированная прядь. Вместо сердцевинной проволоки пряди служит тогда выполненный, как и сердцевинный канат пряди, соответственно более тонкий канат. (Термин "канат" включается себя жгуты из пучков мононитей независимо от строения). В качестве упомянутой оболочки особенно подходит оплетка. В плетельной машине пучки мононитей могут легко растягиваться за счет того, что на выходе машины они продолжают свое движение, например, посредством пары приводных роликов, а на входе машины задерживаются, например, посредством пары заторможенных роликов, и оплетка может выполняться с натяжением. Возможно также обертывание. Растяжение может осуществляться, при необходимости, также за счет уменьшения сечения. Как правило, упомянутый промежуточный слой, как известно из уровня техники, экструдируется,при необходимости, на упомянутую оболочку. Объединение процессов нанесения оболочки и промежуточного слоя было бы затруднительным, поскольку оба служат различным целям и должны обладать соответственно разными свойствами. Оболочка должна быть максимально неподатливой, а промежуточный слой - мягким. Для промежуточного слоя рассматривается также пенопласт. Подходящими материалами оболочки являются, например, полиэфирные волокна, а подходящими материалами промежуточного слоя - полиуретаны, полиэфиры, полиолефины и полиамиды. В качестве особенно предпочтительного применения предложенного сердцевинного каната следует упомянуть комбинированный канат для висячего применения при большом отличии по высоте, в частности, с удерживаемым от вращения нижним концом, в частности канат подъемной клети, глубоководный канат или канат подвесной дороги, который отличается изменением шага скрутки по своей длине таким образом, что удельный по нагрузке крутящий момент проволочного каната уменьшается вверх. Проволочный канат такого строения известен из публикации DE 3632298, которая включена в раскрытое содержание настоящей заявки. Благодаря названному изменению шага скрутки можно избежать обусловленных массой каната перекручиваний внутри его структуры, в частности дополнительных скручиваний прядевого слоя в нижней части каната, которые стремятся укоротить канат и тем самым противодействовать восприятию нагрузки сердцевинным канатом. Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах его осуществления. На чертежах изображены: фиг. 1 - диаграмма нагрузка-растяжение различных материалов; фиг. 2 - диаграмма нагрузка-растяжение нормально свитого и свитого согласно изобретению на эластичном мягком промежуточном слое слоев стальных проволок; фиг. 3 - диаграмма нагрузка-растяжение сердцевинного каната из синтетических волокон для комбинированного каната из стальных проволок и синтетических волокон с оболочкой согласно изобретению и без нее; фиг. 4 - диаграмма нагрузка-растяжение сердцевинного каната и проволочного слоя комбинированного каната, как на фиг. 5; фиг. 5 - сечение комбинированного каната с сердцевинным канатом из синтетических волокон и наружного слоя из стальных проволочных прядей; фиг. 6 - сечение каната из фиг. 5 с отличными от фиг. 5 прядями. На фиг. 1 соответствующие материалы обозначены кривыми. Стальная проволока следует закону Гука лишь в нижнем диапазоне нагрузки, поскольку она изготовлена вытяжкой и вследствие этого не имеет обычной структуры. Использование осуществляется обычно только приблизительно в нижней половине кривых. На фиг. 2 изображена соответствующая стальной проволоке кривая согласно фиг. 1 при нормально свитом прядевом слое (верхняя кривая). Нижняя кривая показывает действие заделанных, согласно изобретению прядей в мягкий промежуточный слой: вплоть до растяжения около 0,6% кривая проходит приблизительно горизонтально. Растяжение состоит здесь в том, что винтовые линии свитых прядей с уменьшением диаметра винтовых линий растянуты по длине почти без восприятия нагрузки. Оно наступает лишь затем. Как видно на фиг. 3, упомянутый выше процесс осадки (нижняя кривая), который явно выражен при растяжении вплоть до 0,5%, а затем ослаблен, однако еще заметен при растяжении около 1%, можно значительно устранить за счет оболочки согласно изобретению (верхняя кривая). В противоположность нижней кривой верхняя кривая с самого начала поднимается, хотя окончательный подъем по закону Гука наступает только при растяжении от 0,5 до 1%. Осуществление обоих предлагаемых в изобретении решений в комбинированном канате, представленном на фиг. 5, показано на фиг. 4. Здесь нижняя, представленная на фиг. 2, и верхняя, представленная-2 017642 на фиг. 3, кривые лежат близко друг к другу. В сечении каната, изображенного на фиг. 5, предлагаемое осуществление решения представлено в качестве оболочки 2 сердцевины 1 каната и промежуточного слоя 3, в который вдавлены стальные проволочные пряди 4 наружного слоя. Сердцевина 1 каната, заключенная в оболочку 2, состоит из одного или нескольких пучков мононитей, скрученных соответственно лишь настолько, что между ними обеспечивается сцепление и на них можно оказывать воздействие. Оболочка 2 состоит из оплетки преимущественно из полиэфирных нитей. Она расположена на пучке или пучках мононитей с натяжением, которое после растяжения обеспечивает их сцепление в установленном состоянии. Промежуточный слой 3 известным образом нанесен экструдированием на оболочку 2 сердцевины 1 каната. Он состоит из мягкого упругого синтетического материала, например полиэтилена или полипропилена. Стальные проволочные пряди 4, кроме того, скручены и, например, вдавлены в еще теплый промежуточный слой 3 таким образом, что они на некотором расстоянии друг от друга имеют, каждая, свою собственную постель. Промежуточный слой 3 выполнен таким мягкоупругим, а стальные проволочные пряди 4 расположены на таком расстоянии друг от друга (немного большем, чем на чертеже), что они под нагрузкой сначала немного растягиваются, а их диаметр уменьшается. Кривые растяжения (фиг. 4) слоя прядей и сердцевины каната за счет этого приближаются друг к другу, т.е. восприятие нагрузки распределяется приблизительно в соответствии с сечениями слоя прядей и сердцевины каната. Канат на фиг. 6 имеет такое же основное строение, что и канат на фиг. 5, и содержит сердцевину 1 каната, плетеную оболочку 2, экструдированный на нее промежуточный слой 3 и наружный слой из прядей 5. Пряди 5 имеют аналогичное канату строение с более тонкой сердцевиной 6 каната из высокопрочных синтетических волокон, плетеной оболочкой 7, экструдированным на нее промежуточным слоем 8 из мягкоупругого синтетического материала и наружным слоем из стальных проволок 9. За счет большего сечения своего синтетического материала канат имеет еще меньшую массу, однако при этом он также является прочным благодаря стальным проволокам наружного слоя. Промежуточный слой 3 в этом канате может также отсутствовать, поскольку наружные пряди 5 сами по себе уже обладают большей растяжимостью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Канат, содержащий один преимущественно скрученный пучок (1, 6) мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенный в оболочку (2, 7), при этом пучок (1, 6) мононитей растянут с уменьшением диаметра таким образом, что мононити достигают своего окончательного пространственного соотношения с образованием стабильного сечения пучка, а образующееся в растянутом состоянии поперечное сечение пучка (1, 6) мононитей удерживается посредством оболочки (2, 7) с предварительным натяжением. 2. Канат по п.1, оболочка (2) которого выполнена плетеной. 3. Канат, содержащий сердцевину по меньшей мере из одного преимущественно скрученного пучка(1) мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенного в оболочку (2) и удерживаемого ею в растянутом состоянии с уменьшением его диаметра, наружный слой из стальных проволочных прядей (4) и промежуточный слой (3) из упругого синтетического материала, в который вдавлены на расстоянии друг от друга стальные проволочные пряди (4) с возможностью растяжения наружного слоя под нагрузкой и его радиального сжатия. 4. Канат по п.3, промежуточный слой (3) которого нанесен экструдированием. 5. Канат по п.3, который предназначен для использования в висячем положении при большой разности по высоте в качестве каната подъемной клети, глубоководного каната или каната подвесной дороги, у которого шаг скрутки по длине каната изменяется таким образом, что удельный по нагрузке крутящий момент проволочного каната уменьшается вверх. 6. Канат, содержащий по меньшей мере один преимущественно скрученный пучок мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенный в оболочку (7), причем пучок мононитей растянут с уменьшением его диаметра и в этом состоянии удерживается посредством оболочки, причем сердцевина (6) является по меньшей мере одним пучком (1) мононитей пряди (5) каната, которая имеет внешний слой из стальных проволочных прядей и промежуточный слой (8) из упругого синтетического материала,в который вдавлены стальные проволоки (9) на расстоянии друг от друга с возможностью растяжения наружного слоя под нагрузкой и его радиального сжатия. 7. Канат по п.6, промежуточный слой (8) которого нанесен экструдированием. 8. Канат по п.6, сердцевина которого включает по меньшей мере один преимущественно скрученный пучок (1) мононитей из высокопрочных синтетических волокон, заключенный в оболочку (2), растянутый с уменьшением диаметра и удерживаемый ею в этом состоянии. 9. Канат по п.6, который предназначен для использования в висячем положении при большой раз-3 017642 ности по высоте в качестве каната подъемной клети глубоководного каната или каната подвесной дороги, у которого шаг скрутки по длине каната изменяется таким образом, что удельный по нагрузке крутящий момент проволочного каната уменьшается вверх.