Спосіб виготовлення витих виробів одинарного звивання

Реферат: Спосіб виготовлення витих виробів одинарного звивання з шарів круглих дротів включає три звивальні операції. При різних за модулем пружності матеріалів дротів окремих шарів залишкові подовжні зусилля в готовому виробі дорівнюють нулю за рахунок натягання елементів (дротів) при кожній операції з певними, але різними співвідношеннями. Першу 2 звивальну операцію виконують з натяганням дротів i -го шару Pi  к 1Ei i cos 2  i , i  1, 2,...s 1 ; другу звивальну операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу операцію, s1 Pч1  к 2  Eimi i2 cos3 i , i  1, 2..., s1 , і з натягання дротів в шарах, що звиваються за другу i1 операцію, Pi  к 2 Ei i2 cos 2  i , i  1, 2..., s2 ; третю операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу і другу операції, Pч2  к 3 s1  s2  Eimii2 cos3 i i  1, 2..., (s1  s2 ) , і з i1 2 натягання дротів в шарах, що звиваються за третю операцію, Pi  к 3 Ei i cos 2  i , i  1, 2..., s3 , 2 де к 1, к 2 , к 3 - коефіцієнти звивального натягання на першій, другій та третій операціях, Н/мм ; E i  E i / E - відносний модуль пружності дротів i-го шару; E i та E - абсолютні значення модулів пружності дротів i-го шару та дротів шару з найменшим модулем пружності; i - діаметр дроту i го шару, мм;  i - кут звивання дротів i-го шару, град.; s1 , s 2 та s 3 - кількість шарів дротів в частині виробу, що звивається за першу, другу та третю операції, при сприйнятті серцевинного дроту одним із шарів; m i - кількість дротів в i-му шарі; UA 104320 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИТИХ ВИРОБІВ ОДИНАРНОГО ЗВИВАННЯ UA 104320 U UA 104320 U 5 10 15 20 25 30 Запропонована корисна модель належить до технології виготовлення витих виробів одинарного звивання з шарів круглих дротів, що включає три звивальні операції, який відрізняється тим, що при різних за модулем пружності матеріалів дротів окремих шарів залишкові подовжні зусилля в готовому виробі дорівнюють нулю за рахунок натягання елементів (дротів) при кожній операції з певними, але різними співвідношеннями: Відомий спосіб виготовлення виробів одинарного звивання з шарів круглих дротів, який відрізняється тим, що при різних за модулем пружності матеріалів дротів окремих шарів залишкові подовжні зусилля в готовому виробі дорівнюють нулю за рахунок натягання дротів іто шару 2 Pi  кEi i cos 2  i , i  1 2,...s ,(1) , 2 де к - коефіцієнт звивального натягання, Н/мм ; E i  E i / E - відносний модуль пружності дротів і-го шару; E i та E абсолютні значення модулів пружності дротів і-го шару та дротів шару з найменшим модулем пружності; i , - діаметр дроту і -го шару, мм;  i - кут звивання дроту i-го шару, град.; s - кількість шарів дротів у виробі при сприйнятті центрального (серцевинного) дроту одним із шарів [1]. Недоліки аналога - звивання виробу зі співвідношеннями натягання дротів в шарах відповідно формулі (1) не забезпечує відсутність залишкових подовжніх зусиль для виробів, які за конструкцією та технологією виготовлення потребують більше одної звивальної операції, наприклад, спеціальних канатів [2], броньованих каротажних кабелів [3]. Це означає: в готовому виробі ще до експлуатаційного навантаження будуть подовжні зусилля, пов'язані зі звивальним натяганням дротів, що веде до небажаного перевантаження дротів в окремих шарах та наявності крутного моменту, який породжує втрату щільності і прямолінійності виробу. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, є спосіб виготовлення витих виробів одинарного звивання з шарів круглих дротів, що включає три звивальні операції, який відрізняється тим, що залишкові подовжні зусилля в готовому виробі дорівнюють нулю за рахунок натягання елементів (дротів) при кожній операції з певними, але різними співвідношеннями: першу звивальну операцію виконують з натяганням дротів i-го шару 2 Pi  ki cos 2  i , i  1 2,...s1 , (2) , другу звивальну операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу операцію, 35 s1 , Pч1  к  mii2 cos3 i , i  1 2,...s1 (3) i1 i з натяганням дротів в шарах, що звиваються за другу операцію, Pi  кi2 cos 2  i , i  1 2..., s2 ; (4) , третю операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу і другу операції, Pч2  к 40 s1  s2  mii2 cos3 i i  1,2..., (s1  s2 ) (5) i1 і з натяганням дротів в шарах, що звиваються за третю операцію, 2 Pi  кi cos 2  i , i  1 2..., s3 (6) , 2 де к - коефіцієнт звивального натягання, Н/мм ; i - діаметр дроту в i-го шару, мм; 45 50  i , - кут звивання дротів i-го шару, град; s1 , s 2 та s 3 - кількість шарів дротів в частині виробу, що звивається за першу другу та третю операції при сприйнятті серцевинного дроту одним із шарів; m i - кількість дротів в i-му шарі [4]. Недолік найближчого аналога [4] - нульові значення залишкових подовжніх зусиль при зазначених формулами (2)…(6) звивальних натяганнях дротів в шарах витого виробу, який потребує три звивальні операції, забезпечуються тільки в разі виробу з шарами дротів однакового модуля пружності. В витих виробах, в склад яких входять шари дротів з різними модулями пружності [2, 3], будуть виникати в дротах залишкові подовжні зусилля. Це веде до 1 UA 104320 U 5 10 15 20 25 30 тих самих негативних наслідків, які вказані для аналога [1], тобто залишкові подовжні зусилля ведуть до небажаного перевантаження дротів в окремих шарах та наявності крутного моменту, який породжує втрату щільності і прямолінійності виробу. Задачею корисної моделі є створення способу виготовлення витих виробів одинарного звивання з шарів дротів різних за модулями пружності матеріалів, потребуючих три звивальні операції, в якому шляхом призначення звивального натягання дротів в шарах окремо для кожної звивальної операції в залежності від конструктивних параметрів шарів, звитих за першу, другу і третю операції, а також врахуванням співвідношення модулів пружності дротів в шарах, забезпечуються нульові значення залишкових подовжніх зусиль в дротах виробу після кожної із трьох операцій і в готовому виробі. Технічний ефект, що досягається корисною моделлю, полягає в забезпеченні нульових залишкових подовжніх зусиль в виробі після його виготовлення за рахунок призначення певного співвідношення натягання дротів в шарах після кожної із трьох звивальних операцій. Дроти одного шару мають однакові натягання, але в різних шарах різні у відповідності з конструктивними параметрами шарів, повитих за першу, другу і третю операції, і модулями пружності матеріалу дротів в шарах. При цьому за рахунок нульових залишкових подовжніх зусиль після виготовлення виробу зменшується крутний момент, від якого виникає розкручування виробу, зменшується відхилення від прямолінійності, підвищується статична несуча здатність та довговічність, запобігається механічне перенапруження струмоведучих жил кабелів, як найбільш вразливих елементів при експлуатаційному навантаженні, в порівнянні з таким же виробом, який був би виготовлений з будь-яким іншим натяганням дротів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення витих виробів одинарного звивання з шарів круглих дротів за три звивальні операції, згідно з корисною моделлю, при різних за модулем пружності матеріалів дротів окремих шарів залишкові подовжні зусилля в готовому виробі дорівнюють нулю за рахунок натягання елементів (дротів) при кожній операції з певними, але різними співвідношеннями: першу звивальну операцію виконують з натяганням дротів i-го шару Pi  к 1Ei i2 cos 2  i , i  1 2..., s1 , (7) , другу звивальну операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу операцію, s1 Pч1  к 2  Eimi i2 cos3 i , i  1,2..., s1 , (8) i1 і з натяганням дротів в шарах, що звиваються за другу операцію, 35 Pi  к 2 Ei i2 cos 2  i , i  1 2..., s2 , (9) , третю звивальну операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу і другу операції, s1  s2 Pч2  к 3  Eimi i2 cos3  i i  1 2..., (s1  s2 ) , (10) , i1 і з натяганням дротів в шарах, що звиваються за третю операцію, 2 Pi  к 3 Ei i cos 2  i , i  1 2..., s3 , (11) , 2 де к 1, к 2 , к 3 - коефіцієнти звивального натягання на 1-ій, 2-ій та 3-ій операціях, Н/мм ; 40 E i  E i / E - відносний модуль пружності дротів i-го шару; E i та E - абсолютні значення модулів пружності дротів i-го шару та дротів шару з найменшим модулем пружності; i - діаметр дроту і-го шару, мм;  i - кут звивання дротів і-го шару, град.; 45 s1 , s 2 та s 3 - кількість шарів дротів в частині виробу, що звивається за першу, другу та третю операції при сприйнятті серцевинного дроту одним із шарів; m i , - кількість дротів в і-му шарі; Реалізація запропонованої корисної моделі не залежить від абсолютних величин натягнень дротів в шарах, тобто не залежить від величин коефіцієнтів к 1, к 2 , та к 3 , а залежить тільки від співвідношення між їх натяганнями. 50 2 UA 104320 U В практиці виготовлення виробу слід приймати: значення коефіцієнтів в інтервалі 10-30, що відповідає 10…30 % від границі текучості  т дроту з найменшим модулем пружності в даному виробі. Для ілюстрації чисельних значень звивального натягання дротів Р і , і залежних від них 5 10 залишкових подовжніх зусиль N i та напружень  i , в дротах в таблиці наведено результати розрахунку для каротажного кабелю типу КОБДФ-6 при його виготовленні після 1-ої, 2-ої і 3-ї операцій (фіг., де 1 - струмопровідна жила; 2 - шар ізолюючий; 3 - внутрішній шар броні; 4 зовнішній шар броні). За 1-шу операцію звивається струмопровідна жила одинарного звивання конструкції 1+6 з мідного дроту діаметра 1  2  0,35мм ; кут звивання 1  0 ,  2  19  ; модуль пружності дроту E  1,3  10 5 H / мм2 ; границя текучості  т  100 H / мм2 . За 2-гу операцію звивається внутрішній шар броні зі стального дроту діаметра   1,1мм ; кут звивання   2250` ; кількість дротів в шарі 14. За 3-тю операцію звивається зовнішній шар броні зі стального дроту діаметра   1,1мм ; кут 15 20 звивання   19 50` ; кількість дротів в шарі 20. Для обох шарів дротів броні модуль пружності E  2,1 10 5 H / мм2 ; границя текучості  т  1200 Н / мм2 . Зазначенні характеристики відомі [5,6]. Розрахунки виконано для двох станів кабелю, які різняться величинами зусиль натягання Р дротів (елементів) на кожній з операцій. Перший стан характеризується довільним натяганням дротів між шарами. При цьому на 1-й операції натягання усіх мідних дротів струмопровідної жили Рі  3Н,і  1 2 . На 2-ій операції , натягання частини виробу, звитої за 1-шу операцію, тобто струмопровідної жили, Рч1  20Н ; натягання дротів внутрішнього шару броні Р3  12Н . На 3-й операції натягання частини виробу, 25 звитої за 1-шу і 2-у операції, тобто струмопровідної жили і внутрішнього шару броні, Рч2  100Н ; натягання дротів зовнішнього шару броні Р 4  12Н . Другий стан характеризується величинами зусиль натягання P, що відповідають залежностям (7)….(11), тобто запропонованому способу. Таблиця Залежність залишкових зусиль N i , та напружень  i , в дротах каротажного кабелю від їх звивального натягання Р Перший стан кабелю Другий стан кабелю Напруження в Напруження шару 1, 2 Залишкові Натягання Натягання Залишкові дротах від в дротах від дротів в жилі дротів та жили зусилля в дротів та жили зусилля в залишкових залишкових та шару 3, 4 дротах та (1+6) цілком (1+6) Р , дротах та жилі зусиль  i , дротів броні зусиль , жилі N i , H N, H Р, H H ΜΠа ΜΠа 1-ша звивальна операція, тобто звивання струмопровідної жили (1+6) 1 3 -0,2971 -3,088 3,000 (дроту) 0 0 2 (дротів жили) 0,0524 0,544 2,682 (дротів) 0 0 2-га звивальна операція, тобто повивання ізольованої жили шаром броні із 14 дротів жила 20 14,133 7,4379 (жили) 0 0 1 3,2939 2,328 24,199 1,225 0 0 2 2,9447 2,081 21,632 1,095 0 0 16,60 (дротів 3 12 (дротів броні) -1,095 -1,152 0 0 броні) 3-тя звивальна операція, тобто повивання другого шару броні із 20 дротів жила + 100 31,994 221,663 0 0 14×1,1 1 0,5526 -0,1768 -1,8378 1,225 0 0 2 0,4941 -0,1581 -1,6434 1,095 0 0 3 7,4901 -2,3964 -2,5217 16,603) 0 0 А 12 (дротів броні) 1,7006 1,7895 17,296 0 0 3 UA 104320 U 5 10 15 20 25 30 В першому стані кабель має залишкові зусилля N i , що суттєво відрізняються від нуля. В залежності від рівня і співвідношень натягання вони можуть бути як від'ємними, так і додатними. Це може призвести до втрати стійкості дротів в жилі з від'ємними стискальними залишковими зусиллями, як наслідок, до дефекту. Додатні залишкові зусилля розтягу приводять до перевантаження при експлуатації, як наслідок, до зменшення несучої здатності і довговічності виробу. В другому стані кабелю, тобто з натяганнями, що відповідають залежностям (7)…(11) запропонованого способу, нульові значення залишкових зусиль N i , і напружень  i , в дротах. Таким чином, спосіб виготовлення витих виробів одинарного звивання при різних за модулем пружності матеріалів дротів окремих шарів, який відрізняється тим, що при трьох необхідних звивальних операціях для забезпечення нульових подовжніх залишкових зусиль потребує запропоновані даною корисною моделлю співвідношення натягнень дротів між шарами підчас кожної з трьох операцій. В виробі, виготовленому за способом, який пропонується, за рахунок відсутності подовжніх залишкових зусиль після виготовлення, покращується рівноміцність в сприйнятті навантаження шарами дротів, зменшується схильність до розкручування, що позитивно впливає на статичну несучу здатність і довговічність виробу, а також гарантується відсутність залишкових зусиль в струмопровідних жилах кабелів, які являються найбільш вразливими до механічних перевантажень. Врешті це підвищує експлуатаційну надійність, що в першу чергу торкається каротажних кабелів, а отже і усієї каротажної станції [3]. Джерела інформації: 1. Чаюн І.М. Спосіб виготовлення витих виробів одинарного звивання / І.М Чаюн, О.Ф. Дащенко, О.В. Непомнящий. - № 7229і, Бюл. № 15/2012, оп. 10.08.2012. 2. Чаюн И.М. Методики расчета несущей способности и критической длины канатов и кабель-канатов / И.М. Чаюн, Н.С. Волков, - К.: Техніка, 1975. - С. 180-188. 3. Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности / Я.3. Месенжник. - Ташкент.: Фан, 1972. - 435 с. 4. Чаюн І.М. Спосіб виготовлення витих виробів одинарної звивання / Γ.Μ. Чаюн, О.В. Непомнящий, В.П. Бороган, Π.Ε. Вовк. - ГТУ № 91260, Бюл. № 12/2014, оп. 25.06.2014. 5. Глушко Μ.Φ. Механический расчет и конструирование бронированных кабелей / М.Ф. Глушко, Л.М. Мамаев // Стал. Канаты. Вып. 7. - К.: Техніка, 1970. - С. 52-60. 6. Горбенко Л.А. Каротажные кабели и их эксплуатация / Л.А. Горбенко. - М.: Недра, 1967 152 с. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб виготовлення витих виробів одинарного звивання з шарів круглих дротів, що включає три звивальні операції, який відрізняється тим, що при різних за модулем пружності матеріалів дротів окремих шарів залишкові подовжні зусилля в готовому виробі дорівнюють нулю за рахунок натягання елементів (дротів) при кожній операції з певними, але різними співвідношеннями: 2 першу звивальну операцію виконують з натяганням дротів i -го шару Pi  к 1Ei i cos 2  i , i  1, 2,...s 1 ; другу звивальну операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу операцію, s1 Pч1  к 2  Eimi i2 cos3 i , i  1, 2..., s1 , і з натягання дротів в шарах, що звиваються за другу i1 операцію, Pi  к 2 Eii2 cos2 i , i  1, 2..., s2 ; третю операцію виконують з натяганням частини виробу, звитої за першу і другу операції, s1  s2 Pч2  к 3  Eimi i2 cos3  i i  1, 2..., (s1  s2 ) , i1 50 2 і з натягання дротів в шарах, що звиваються за третю операцію, Pi  к 3 Ei i cos 2  i , i  1, 2..., s3 , 2 де к 1, к 2 , к 3 - коефіцієнти звивального натягання на першій, другій та третій операціях, Н/мм ; E i  E i / E - відносний модуль пружності дротів i-го шару; E i та E - абсолютні значення модулів пружності дротів i-го шару та дротів шару з найменшим модулем пружності; i - діаметр дроту i 4 UA 104320 U го шару, мм;  i - кут звивання дротів i-го шару, град.; s1 , s 2 та s 3 - кількість шарів дротів в частині виробу, що звивається за першу, другу та третю операції, при сприйнятті серцевинного дроту одним із шарів; m i - кількість дротів в i-му шарі. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5