СРЕДСТВО ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ ЛЕГКИХ СКЛАДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1997 года по МПК A41D1/16 E04B1/32 

Изобретение относится к гибким трансформирующимся устройствам, восстанавливающим свою жесткую рабочую форму по механической памяти, а именно к устройствам цепочек механической памяти жесткой формы легких складных конструкций, и предназначено для использования преимущественно в предметах, удовлетворяющих жизненные потребности человека, и строительстве.

Существуют цельнотелые изготовленные из специальных сплавов гибкие элементы переменной формы, способные по молекулярной памяти самовосстанавливать свою рабочую форму. Примером может служить применяемая в медицине спираль из нитиноловой проволоки, которая будучи вновь выпрямленной и в выпрямленном виде введенной в артерию, по достижении температуры человеческого тела самовосстанавливается в первоначальную спираль, расширяющую артерию для увеличения тока крови. В элементах с молекулярной памятью для проявления эффекта памяти рабочей формы обязательно выполнение двух условий: изготовление элемента из специального материала и создание определенного температурного воздействия. Не проста и замена таких элементов, например, отслуживших свой срок.

Отмеченных недостатков не имеет шнур по авт. свид. N 7161 от 30.11.1928, кл. E 04 B 1/32 [1] который обладает не молекулярной, а механической памятью жесткой рабочей формы. Этот шнур выполнен в виде цепочки соосных твердых тел-катушек с прямой или ломаной образующей и перпендикулярными образующей плоскими параллельными друг другу торцами, соединенными осевым продольным проходным отверстием, посредством которого все катушки нанизаны на нить (трос), снабженную на одном конце активно сжимающим катушку устройством с опорной плоской головкой, а другим концом жестко соединенную с последней катушкой.

В данном устройстве носителями механической памяти жесткой рабочей формы шнура являются обратимо скользящие по нити (тросу) взаимодействующие твердые тела-катушки, в каждой из которых плоские торцы перпендикулярны образующей этой катушки и параллельны друг другу и головке сжимающего устройства.

В расслабленном состоянии такой шнур способен принимать произвольную форму укладки, т.к. катушки имеют возможность самоотделяться друг от друга. При срабатывании сжимающего устройства концевая катушка сдвигает все остальные до упора в плоскую головку и совместно с ней прижимает катушки торцами друг к другу. В результате элементы механической памяти образуют составную жесткую прямолинейную оболочку нити (троса), которая трансформирует шнур в жесткий прямой стержень (штырь). При выключении сжимающего устройства, составная оболочка разделяется катушки под действием своей тяжести отходят друг от друга и шнур возвращается в исходное-гибкое состояние, удобное для портативной укладки.

Шнур по авт. свид. N 7161 широко распространен в виде портативно складывающихся и быстро самораспрямляющихся антенн войсковых носимых приемно-передающих радиостанций. Однако механическая память позволяет такому шнуру самовосстанавливать жесткую рабочую форму только в виде штыря.

По технической сущности изобретения более близким аналогом, принятым за прототип, является складной строительный элемент, содержащий устройство механической памяти жесткой формы складной конструкции, выполненное в виде гибкой цепочки шарнирно сочлененных отдельных элементов со сквозными продольными отверстиями, через которые свободно пропущена гибкая силовая арматура в виде, например, тросов, с возможностью образования гибкой цепочкой жесткой конструкции при тяге за тросы за концы тросов [2]
Недостатком данного устройства является конструктивная и технологическая сложность гибкой цепочки механической памяти, нуждающейся в большом числе дополнительных узлов и деталей, трудно реализуемых в предметах сложной геометрии. В известном виде она мало пригодна для быстро возводимых легких сборно-разборных строений и полностью непригодна в качестве средства армирования складных нежестких предметов, в частности, одежды.

Изобретение направлено на упрощение устройства гибкой цепочки механической памяти жесткой формы легкой складной конструкции и расширение функциональных свойств цепочки для возможности выполнения ею роли легкой складной строительной конструкции для быстровозводимых сборно-разборных строений и роли средства армирования складных трансформирующихся нежестких предметов, например, одежды.

Это достигается тем, что в известном устройстве гибкой цепочки механической памяти жесткой формы складной конструкции, состоящей из элементов механической памяти жесткой формы складной конструкции, имеющих сквозные продольные отверстия и силовых нитей (силовые нити это более удобный для описания изобретения обобщающий синоним гибкой силовой арматуры, включающий предметы по форме, длине и гибкости похожие на нить: разного рода тросы, шнуры и высокопрочные нити), свободно пропущенных через них с возможностью образования жесткой конструкции при тяге на концы силовых нитей, элементы механической памяти жесткой формы цепочки выполнены в виде легких цельнотелых непосредственно не связанных друг с другом фигур, каждая из которых является определенной частью натурного жесткого периметра воспроизводимой складной конструкции, например, кольцевой, овальной и имеет наклоненные на заданные углы к продольной оси сжатой цепочки плоские косые торцы с отверстиями, расположенными по концам диагоналей пересекающихся на оси элемента. Все элементы цепочки помещены между противоположно расположенными изгибами, по меньшей мере, сложенных пополам силовых нитей и продеты их концами, которые встречно проходят вдоль друг друга. При этом концы одной силовой нити вставлены в отверстия, расположенные по концам одной диагонали торца первого элемента цепочки и выходят из отверстий, расположенных по концам аналогичной диагонали торца последнего элемента цепочки, а концы другой силовой нити вставлены в отверстия по концам второй диагонали торца последнего элемента цепочки и выходят из отверстий, расположенных по концам аналогичной диагонали торца первого элемента цепочки.

Неразъемная цепочка дополнительно снабжена расположенными между ее первым и последним элементами аналогичного им очертания элементом-замком, имеющим на каждом торце не менее двух сходящих в замке распределенных поперечной перегородкой отверстий, в каждое из которых вставлены концы силовых нитей, выходящие из торцов соответственно первого и последнего элементов цепочки с возможностью автономного поперечного выхода их из замка, фиксации каждого конца на замке отдельно, например, зацепом, и друг с другом узлом, и при тяге за концы серединными изгибами силовых нитей встречным сдвигом элементов до упора друг в друга с фиксацией сжатия замков превращать цепочку в замкнутую жесткую конструкцию заданной пространственной формы. А при отпуске концов силовых нитей восстанавливать гибкость цепочки отходом ее элементов друг от друга.

В разъемной цепочке частями замка служат первый и последний элементы цепочки стыкующиеся друг с другом свободными торцами. Для этого каждый из них снабжен поперечным выходным отверстием для сближенных концов силовых нитей и для возможности защиты сцепляющим устройством серединных изгибов силовых нитей, на свободном торце один из стыкующихся элементов имеет накладной торцевой плоский зацеп в виде крючка, а другой накладную пластинку для этого зацепа с возможностью закрепления сцепления узлом концов встречных силовых нитей.

Для повышения надежности многократной обратимости гибкой цепочки в жесткую конструкцию и вновь в гибкую цепочку, в местах изменения направления периметра жесткой складной конструкции плоскости косых торцов стыкующихся элементов цепочки в общих для них плоскостях, которые сходятся в центре (центрах) кривизны, угла (углов) поворота. Например, дуговые элементы кольцевых и овальных складных конструкций имеют радиально косые плоские торцы.

В гибкой цепочке роли шарниров и устройств ориентации элементов, направленного сдвига элементов и продольного сжатия цепочки совокупно выполняют пронизавшие фигурные элементы и элемент-замок диагонально разнесенные силовые нити цепочки.

Надежность восстановления ориентации элементов обеспечивают диагонально разнесенные встречные концы силовых нитей, которые, распрямляясь в начале натяжения нитей, принудительно возвращают каждый элемент цепочки из произвольного в строго ориентированное положение торцов и последующее перемещение каждого элемента цепочки в нужном направлении.

Симметрия сдвигающих сил обеспечивается тем, что серединный изгиб силовой нити на торце начала цепочки перекрещивается на оси конца цепочки с проекцией на него аналогичного изгиба встречной нити.

В цепочке, выполняющей функции средства армирования нежестких предметов (далее армирующая цепочка), силовыми нитями служат шнуры и высокопрочные нити, например, кордные, а при выполнении цепочкой функции легкой складной строительной конструкции, силовыми нитями служат преимущественно тросы. При этом элемент-замок цепочки складной строительной конструкции выполнен в виде скобы, которая в дополнение к входным отверстиям для тросов, содержит на торцах внутренние соосные сжатой цепочке продольные трубчатые обоймы, имеющие возможность вошедшие разнесенные концы тросов сближать в осевые концы тросов взаимодействующие, например, с известным винтовым рамочным регулятором (на чертеже не показан) продольного сжатия элементов цепочки и периодической выборки релаксационных люфтов.

В данном устройстве гибкой цепочки хранителями памяти жесткой формы складной конструкции являются фигурные элементы. А воспроизводит по механической памяти жесткую форму складной конструкции механика движений всей совокупности компонентов цепочки следующим образом. В гибкой (расслабленной) цепочке с появлением одновременной тяги за оба осевых конца силовых нитей, фигурные элементы и элемент-замок вместе с распрямлением силовых нитей автоматически переходят из произвольного в ориентированное для сдвига положение. Затем в процессе встречного сдвига на свои рабочие места упором выступающими гранями сходящихся торцов друг в друга вынуждают косые плоскости торцов встречно поворачиваться друг к другу и полным смыканием торцевых плоскостей превращать продольно сжимаемую цепочку в жесткую конструкцию, пространственную форму которой (кольцо, овал и др.) задают углы наклона плоскостей косых торцов и фигурное очертание элементов цепочки.

После исчезновения продольных сжимающих сил в результате освобождения концов силовых нитей сжатая цепочка действием тяжести элементов расслабляется, между элементами появляются зазоры и цепочка переходит в гибкое состояние.

Совокупное использование в цепочке в качестве носителей механической памяти жесткой формы легкой складной конструкции описанной системы автономных цельнотелых обратимо скользящих по силовым нитям фигурных элементов с индивидуально дифференцированными по направлениям плоскими косыми торцами, взаимодействующих с системой работающих только на растяжение двух изогнутых пополам силовых нитей, которые несут, автоматически ориентируют, перемещают, сжимают, замыкают и освобождают эти элементы, существенно упрощают устройство и функционирование механической памяти жесткой формы складной конструкции.

Позволяет надежно дугой и углом менять направление периметра. Переходить из выпуклости в вогнутость и наоборот. Конечной гибкой цепочке трансформироваться в жесткую бесконечную конструкцию заданного очертания.

Чертежи изображают. Фиг. 1 общие виды: части сжатой овалом цепочки для армирования одежды; неразъемного элемента-замка с поперечным выходом наружу концов силовых нитей; перекрестие силовых нитей на крайних первом и последнем элементах цепочки. Фиг. 2 вид крайнего элемента цепочки с торца. Пунктиром показано положение серединного изгиба на противоположном конце цепочки. Фиг. 3 план неразъемного элемента замка фиг. 1 применительно к цепочке для армирования одежды. Пунктиры на плане условно сдвинутые относительно сплошных линий участки силовых нитей, не попавшие в разрез. Фиг. 4 вид трансформируемого цепочкой платья с кринолином в двух состояниях - когда элементы цепочки сжаты в овальный обруч и освобождены (сплошные линии платья). Фиг. 5 вид сверху цепочки трансформировавшейся в строительную конструкцию переносную складную кольцевую крепь шурфа. Фиг. 6 узел А замка крепи. Фиг. 7 вариант транспортной укладки расслабленной цепочки с памятью кольцевой цепи шурфа. Фиг. 8 разрез шурфа с крепью по фиг. 5, 6, 7. Фиг. 9, 10 замок разъемной цепочки.

Цепочка механической памяти жесткой формы 1 (фиг. 1) содержит две сложенные пополам, встречно проходящие вдоль друг друга силовые нити 2, 3, нанизанную на половину этих нитей между диагонально пересекающимися изгибом 4 силовой нити 2 и изгибом 5 силовой нити 3 (фиг. 1, 2) цепочку фигурных элементов 6, которые имеют продольные параллельные оси, проходные отверстия 7 и косые торцы 8, площадью и направлением скоса (скосов) совпадающие с взаимодействующим торцом смежного элемента 6. В овальной складной конструкции элементы 6 имеют разные радиусы R₁, R₂, R₃ кривизны (фиг. 1, 5). Неразъемный элемент-замок 9 (фиг. 3) имеет на торцах по два входных отверстия для концов половинок нитей 2 и 3 соответственно. Концы эти в общих каналах 10, 11 сходятся в осевые концы 12 силовых нитей для вытягивания наружу и соединения обычным узлом 13 или винтовым натяжным устройством скобы 14 (фиг. 6). Страхуют концы 12 от ухода в отверстие 11 и 7 ограничители 15.

Элементы 6 для армирования одежды выполнены пластмассовыми. В цепочках строительных конструкций элементы 6 предпочтительны из твердых пен (пенопластов), предел прочности которых при плотности 0,2 г/см³ составляет на сжатие 30-40 кгс/см² и на изгиб 30-60 кгс/см³ [3] Возможно использование легких бетонов, полых коробок, облицовок отверстий 7 скользкими трубками 16, металлических или пластмассовых прокладок 17, которые сокращают удельное давление изгибов силовых нитей 4, 5 на взаимодействующие с ними торцы 8. В цепочках строительных конструкций для удобства сборки и портативности транспортной укладки концы 12 закольцованы съемным удлинителем 18, который перед использованием цепочки заменяют ограничителями 15 (фиг. 6).

Собирать цепочку возможно в разной последовательности. Например, с конца 12 снимают ограничитель 15 или отсоединяют конец удлинителя 18. Пользуясь маркировкой, всю цепочку элементов нанизывают через отверстия 7 какой-либо диагонали начала цепочки на концы половинок, например, силовой нити 2, как на вилку до упора изгиба 4 в прокладку 17. Конец 12 через канал 11 выводят из замка 9 наружу и в ячеистую проушину, вмонтированную в конец (на чертеже не показана), вставляют ограничитель 15. Аналогично поступают со второй силовой нитью, с тем отличием, что вилкой половинок этой нити пронизывают элементы 6 через незанятые отверстия 7, начиная с конца цепочки.

Диапазон функционирования цепочки показан на примере армирования одежды
экзотического платья с кринолином, которое неудобно в обиходе (в толпе, транспорте, хранении и т. п. ) и на примере использования цепочки в роли строительной конструкции переносной складной крепи разделочных шурфов в слабых грунтах безлесных регионов.

Для выполнения функции кринолина армирующая цепочка 1 с легкими короткомерными элементами 6 в сборе прикреплена к изнаночной стороне корсажа 19, например, автономными подвесками на резинках 20 (фиг. 4).

При полностью отпущенных в замке 9 концах 12, резинки 20 подтягивают набедренную часть платья к корсажу, образуя декоративную складку 21, которая свисающую зигзагообразно на резинках 20 цепочку 22 элементов 6 армирующей цепочки скрывает в сборке платья обычного вида (фиг. 4, сплошные линии). Для быстрой (почти мгновенной) трансформации такого платья в платье с кринолином (фиг. 4, пунктир), достаточно до предела вытянуть концы 12 из замка 9, закрепить их пряжкой или завязать декоративным узлом 13. При этом растягивание резинки 20 цепочка 22 элементов 6 образует жесткий овальный обруч 23, который распрямляет сборки платья. При отпуске концов 12 элементы 6 снова провисают цепочкой 22, сжимающиеся резинки 20 выбирают излишнюю длину платья в складку 21 и оно вновь принимает обычный удобный для улицы и в обиходе вид.

Цепочку, выполняющую роль крепи, транспортируют, например, плоско сложенной по фиг. 7. По мере заглубления шурфа цепочку на дне раскладывают по периметру стенок и натяжением концов 12, с помощью скобы 14, трубчатого винта 24 и направляющей шайбы 25, которая ограничителем 15 вставленным в одну из ячеистых проушин конца 12, предотвращает кручение троса винтом 24, цепочку трансформируют в жесткую крепь. По мере заглубления шурфа, последующие кольца аналогично подводят под ранее установленные снизу. Ступенями трапа служат обоймы 26 винта 24 и поперечные 27 скобы 14 (фиг. 6, 8). Снимают кольца в обратной последовательности, по мере засыпки шурфа.

В разъемной цепочке стыкующиеся первый и последний элементы 6 выполняющие роль частей замка 28 (фиг. 9. 10) имеют на открытом торце: включающий торцевые отверстия сквозной паз 29, диагональный паз 30 для серединного изгиба 4 силовой нити 2 и серединного изгиба 5 силовой нити 3, паз 31 в ребре паза 29 для вывода наружу концов силовых нитей. При этом сквозной паз 29 одного из стыкующихся элементов закрыт накладным плоским зацепом-крючком 32, а другого стыкующегося элемента накладным зацепом-пластинкой 33. Сцепление зацепов 32 и 33 скрепляет узел 34 концов силовых нитей.

На основе описанного устройства гибкой цепочки механической памяти жесткой формы складной конструкции возможно создание новых видов трансформирующихся нежестких предметов разного назначения и сельскохозяйственных сборно-разборных строений, отвечающих требованиям перспективных технологий возможности изготовления цепочек механической памяти на высоко автоматизированных производствах.

Источники информации
СССР авт. вид. N 7161 от 30.11. 28, кл. E 04 B 1/32.

СССР авт.свид. N 183922, кл. E 04 B 1/32, 1966.

Физический энциклопедический словарь, т. 4, с. 34, М. 1965.

Использование: гибкая цепочка для армирования нежестких складных предметов, например, одежды, обратимо восстанавливающих свою жесткую форму по памяти и для возведения легких сборно-разборных строений. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде цельнотелых непосредственно не связанных друг с другом фигурных элементов, из которых каждый имеет очертание определенной части натурного периметра воспроизводимой жесткой конструкции и наклоненные на заданные углы плоские косы торцы с продольными сквозными отверстиями, расположенными по концам диагоналей, пересекающихся на оси элемента. Вся цепочка фигурных элементов помещена между противоположно расположенными диагональными серединными изгибами двух сложенных пополам силовых нитей, которые своими концами свободно по соосным отверстиям элементов встречно проходят вдоль друг друга и выходят соответственно из первого и последнего элементов цепочки с возможностями: всей гибкой цепочке элементов служить шарнирами, при одновременной тяге за концы силовых нитей, ориентировать в направлении сдвига, последовательно сдвигать от концов к середине цепочки и сжимать фигурные элементы в жесткую замкнутую конструкцию заданной формы, а при отпуске концов силовых нитей - восстанавливать гибкость цепочки отходом фигурных элементов по нитям друг от друга на необходимые промежутки. В разъемной цепочке роль замка выполняют первый и последний элементы цепочки, для этого снабженные поперечным выходом концов силовых нитей наружу и зацепами. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Средство для армирования легких складных конструкций, состоящее из гибкой цепочки элементов, имеющих продольные сквозные отверстия, и тросов, свободно пропущенных через них, выполненное с возможностью образования жесткой конструкции при тяге за концы тросов, отличающееся тем, что элементы цепочки имеют плоские косые торцы с отверстиями, расположенными по концам пересекающихся диагоналей, а цепочка элементов помещена между серединными изгибами по меньшей мере двух сложенных пополам встречно проходящих вдоль друг друга тросов, при этом концы одного троса вставлены в отверстия, расположенные по концам одной диагонали торца первого элемента цепочки и выходят из отверстий, расположенных по концам аналогичной диагонали торца последнего элемента цепочки, а концы другого троса вставлены в отверстия по концам второй диагонали торца последнего элемента цепочки и выходят из отверстий, расположенных по концам аналогичной диагонали торца первого элемента цепочки, средство дополнительно снабжено элементом-замком, имеющим на торцах по два отверстия, сходящихся в его середине, в которые вставлены концы тросов, причем элементы цепочки установлены с возможностью сдвига их при тяге за концы тросов серединными изгибами тросов от концов к середине и образования жесткой конструкции заданной формы. 2. Средство по п.1, отличающееся тем, что в замке концы тросов выходят из образующей жесткую конструкцию оболочки под углом или служат продолжением продольной оси оболочки. 3. Средство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в гибкой цепочке элементов, армирующей мягкие предметы, роль тросов выполняют шнуры и силовые нити.