СИЛОВАЯ МЕМБРАНА Российский патент 2004 года по МПК F16J3/02 

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в силовых мембранах, используемых в электрогидравлических и пневматических установках.

К силовым мембранам предъявляются повышенные требования, связанные с обеспечением высокой прочности, надежности и безотказного функционирования в системах управления и позиционирования высокоагрегатированных устройств.

Известна силовая мембрана, содержащая герметичные слои упруго-эластичного материала и слои армировки из перекрещивающихся нитей, размещенных и скрепленных с кольцевыми нитями в концевых утолщениях (авторское свидетельство SU № 1038660, МПК³ F 16 J 3/00, 1983).

Известен узел заделки эластичной мембраны, характеризуемый соотношениями геометрических размеров и расположением форм соединительных элементов (патент RU №1672049, МПК⁵ F 16 J 3/02, 1991).

Известен мембранный узел, в котором манжетная мембрана имеет армирующий слой из отдельных нитей, расположенных параллельно ее образующей, с элементами крепления краев в виде колец (патент RU № 2037702, МПК⁶ F 16 J 3/02, 1995).

Известен способ изготовления мембран с предварительным изготовлением силовой армировки, обкладыванием ее резиновой смесью и формованием с вулканизацией в замкнутой пресс-форме при необходимом давлении (авторское свидетельство SU № 1225790, MПK⁴ B 29 C 3 1/00, 1986).

К общим недостаткам существующих силовых мембран следует отнести повышенный износ перекрещивающихся нитей при их многоцикловом нагружении, разрушение герметичных слоев, выход узлов из строя из-за нарушения герметичности и ненадежности уплотнения. Одной из основных причин разрушения силовых мембран является неравновесная укладка перекрещивающихся нитей при диаметрах концевых уплотнений, значительно отличающихся один от другого. Особенно такие недостатки проявляются в изделиях с повышенными требованиями по получению минимальной массы, высокой прочности и надежности.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является силовая мембрана по авторскому свидетельству SU № 1038660.

Основной задачей является создание силовой мембраны минимальной массы, повышенной прочности и надежности. Техническим результатом от использования изобретения является исключение разрушения герметичных слоев упруго-эластичного материала и выхода силовой мембраны из строя.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции, создания ее на основе новой концепции работы и закрепления герметичных слоев и слоя армировки. Для этого в силовой мембране, содержащей герметичные слои упруго-эластичного материала и слой армировки из перекрещивающихся нитей, огибающих кольцевые нити, размещенные и закрепленные в концевых утолщениях, согласно изобретению, герметичные слои и слой армировки выполнены в виде отдельных слоев, слой армировки размещен между герметичными слоями и закреплен вместе с ними и кольцевыми нитями по краям с обеспечением подвижности всех слоев между концевыми утолщениями, при этом, по меньшей мере, один из герметичных слоев со стороны слоя армировки облицован скрепленным с ним слоем трикотажной ткани из капроновых нитей, а слой армировки выполнен из отдельных, подвижных друг относительно друга органических нитей линейной плотностью 14-15 текс, перекрещивающихся под углами 15-75° с образованием сплошного настила.

В частных случаях выполнения изобретения перекрещивающиеся нити слоя армировки в концевых утолщениях скреплены с кольцевыми нитями и герметичными слоями упруго-эластичным материалом типа резины или полимерным связующим, изготовленным на основе эпоксидной смолы; со стороны концевого утолщения с наибольшим диаметром слой трикотажной ткани выполнен в виде замкнутого местного пояска с кольцевыми утолщениями, размещенными в герметичном слое; слой армировки снабжен скрепленными с ним местными тонкостенными кольцевыми поясками из упруго-эластичного материала типа резины, равномерно распределенными между концевыми утолщениями; при этом упомянутые пояски размещены на слое армировки со стороны концевого утолщения с наибольшим диаметром.

Отличительными особенностями силовой мембраны являются следующие существенные признаки:

- выполнение герметичных слоев и слоя армировки в виде отдельных слоев,

- размещение слоя армировки между герметичными слоями,

- закрепление слоя армировки вместе с кольцевыми нитями и герметичными слоями по краям с обеспечением подвижности всех слоев между концевыми утолщениями,

- облицовка, по меньшей мере, одного из герметичных слоев со стороны слоя армировки скрепленным с ним слоем трикотажной ткани из капроновых нитей,

- выполнение слоя армировки из отдельных, подвижных друг относительно друга нитей,

- выполнение указанного слоя из органических нитей линейной плотностью 14-50 текс,

- выполнение вышеуказанного слоя из нитей, перекрещивающихся под углами 15-75° с образованием сплошного настила, а также:

- скрепление перекрещивающихся нитей слоя армировки в концевых утолщениях с кольцевыми нитями и герметичными слоями упруго-эластичным материалом типа резины,

- скрепление указанных нитей с перечисленными нитями и слоями в указанных местах полимерным связующим, изготовленным на основе эпоксидной смолы,

- выполнение слоя трикотажной ткани в виде замкнутого местного пояска с кольцевыми утолщениями,

- расположение упомянутого пояска со стороны концевого утолщения с наибольшим диаметром,

- размещение вышеупомянутого пояска его кольцевыми утолщениями в герметичном слое,

- снабжение слоя армировки скрепленными с ним местными тонкостенными кольцевыми поясками из упруго-эластичного материала типа резины,

- равномерное распределение упомянутых поясков между концевыми утолщениями,

- размещение упомянутых поясков на слое армировки со стороны концевого утолщения с наибольшим диаметром.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как каждый из них в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Выполнение слоя армировки из отдельных, подвижных друг относительно друга органических нитей линейной плотностью 14-50 текс, перекрещивающихся под углами 15-75° с образованием сплошного настила, скрепленность слоя армировки с герметичными слоями только по краям и нескрепленность в промежутке между концевыми утолщениями позволяют силовой мембране за счет независимой подвижки слоев воспринимать нагрузки, создаваемые боковым давлением, с обеспечением надежной герметизации. Наличие, по меньшей мере, на одном из герметичных слоев слоя из трикотажной ткани, сплошность настила перекрещивающихся нитей в слое армировки исключают продавливание герметичного слоя в ячейки между перекрещивающимися нитями и его разрушение при независимой подвижке слоев.

Указанные отличительные признаки силовой мембраны являются новыми.

Их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не известно, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяют решить задачу создания силовых мембран с концевыми утолщениями, значительно различающимися по диаметру, на основе новой концепции перемещения отдельных (не скрепленных между собой) слоев, с достижением нового технического результата. Заявленное техническое решение является результатом опытно-экспериментальных работ и творческого вклада, получено без использования стандартизованных технических решений и рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, неочевидным, соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен общий вид силовой мембраны, разрез; на фиг.2 - поперечное сечение мембраны с показом всех слоев боковой поверхности мембраны; на фиг.3 - вид на слой армировки со стороны боковой поверхности мембраны; на фиг.4 -поперечное сечение мембраны с показом герметичного слоя упруго-эластичного материала, облицованного скрепленным с ним слоем трикотажной ткани из капроновых нитей; на фиг.5 - слой армировки из перекрещивающихся нитей со скрепленными с ним местными тонкостенными кольцевыми поясками, равномерно распределенными между концевыми утолщениями; на фиг.6 - схема сборки силовой мембраны.

Более подробное описание сущности изобретения с указанием позиций на чертежах состоит в следующем:

Силовая мембрана (фиг.1,2) содержит герметичные слои 1, 2 и слой армировки 3, размещенный между слоями 1,2 и выполненный из перекрещивающихся нитей 4, 5, огибающих кольцевые нити 6, 7. Слои 1, 2 и 3 выполнены в виде отдельных слоев, скреплены между собой по краям и закреплены этими краями в концевых утолщениях 8, 9, причем слой 3 закреплен вместе с его кольцевыми нитями 6,7. В промежутке между концевыми утолщениями 8, 9 слои 1, 2 и 3 не скреплены по поверхностям их взаимного контакта 10, 11. На том же промежутке не скреплены между собой и нити 4, 5 в слое армировки 3. Отсутствие связи между слоями 1, 2, 3 и между нитями 4, 5 обеспечивает их подвижность при деформировании и формоизменении мембраны.

Герметичные слои 1, 2 выполнены из резины. Слой армировки 3 выполнен из отдельных, подвижных друг относительно друга органических нитей линейной плотностью 14,7 текс, перекрещивающихся под углом 15° с образованием сплошного настила (фиг.3).

Слой 3 исключает продавливание упруго-эластичного материала слоев 1 и 2 через его ячейки четырехугольной формы со сторонами граней не более 4-5 диаметров нитей и площадью не более 1 мм².

Герметичный слой 1 со стороны слоя армировки 3 облицован скрепленным с ним слоем 12 трикотажной ткани из капроновых нитей (фиг.2), исключающим разрыв герметичного слоя при неравномерном распределении нагрузки и изменении кривизны мембраны. На фиг.4 представлен другой вариант изобретения, где слой 12 выполнен в виде замкнутого кольцевого пояска, имеющего кольцевое утолщение 13.

Слой армировки 3 имеет местные тонкостенные кольцевые пояски 14 из резины либо равномерно расположенные между концевыми утолщениями 8, 9 (фиг.5), либо только со стороны концевого утолщения 9 с наибольшим диаметром.

Слои 1, 2, а также слой 3 с кольцевыми нитями 6, 7 скреплены вместе резиной и закреплены в концевых утолщениях 8, 9. Вместо резины с этой же целью используют полимерное связующее, изготовленное на эпоксидной смоле.

Изготовление силовой мембраны заключается в прессовании с приданием соответствующего профиля герметичных слоев 1, 2, изготовлении способом намотки слоя армировки 3 с кольцевыми нитями 6, 7, придании слою 3 профиля, соответствующего профилю герметичных слоев 1, 2, размещении слоя 3 между слоями 1, 2 и закреплении их вместе по краям в концевых утолщениях 8, 9.

Схема сборки мембраны из готовых слоев 1, 2, 3 представлена на фиг.6.

Функционирование силовой мембраны заключается в восприятии ею бокового давления, передающегося с внешней поверхности на все слои 1, 2 и 3 с одновременным изменением относительного положения концевых утолщений 8, 9, при котором слой армировки 3 из перекрещивающихся нитей воспринимает всю нагрузку, занимает пространственное положение относительно герметичных слоев 1, 2 упруго-эластичного материала благодаря отсутствию связи его с ними по поверхностям взаимного контакта 10, 11, а также благодаря подвижности нитей 4, 5 между собой.

В качестве перекрещивающихся нитей 4, 5 слоя армировки 3 использовалась сухая, непропитанная полимерным связующим органическая нить марки СВМ-6 ТУ 6-06-9-92-86, линейной плотностью 14,7 текс.

В качестве кольцевых нитей 6, 7 использовалась пропитанная полимерным связующим органическая нить марки СВМ-6 ТУ 6-06-9-92-86, линейной плотностью 29,4 текс.

Герметичные слои 1, 2 выполнялись из смеси резиновой 51-1615 ТУ 2512-013-057-66882-97.

В качестве слоя 12 использовалась сдублированная со слоем 1 капроновая ткань артикул 56151 ТУ РСФСР 62-5969-78.

Углы 15-75° определены экспериментально.

Испытания силовых мембран, изготовленных с использованием нового технического решения, по схемам, приближенным к натурным условиям нагружения, показали положительные результаты и высокую надежность.

Таким образом, новое техническое решение в совокупности предложенных существенных признаков соответствует и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

В описании представлены только возможные предпочтительные варианты выполнения силовой мембраны. Возможны и другие комбинации расположения отдельных элементов, их форм и размеров, если все это не выходит за пределы объема технических решений, изложенных в пунктах формулы.

Изобретение относится к машиностроению и используется в электрогидравлических и пневматических устройствах. Силовая мембрана содержит герметичные слои упруго-эластичного материала и слой армировки из перекрещивающихся нитей, огибающих кольцевые нити, размещенные и закрепленные в концевых утолщениях. Между герметичными слоями размещен слой армировки, который закреплен по краям вместе с ними и кольцевыми нитями с обеспечением подвижности всех слоев между концевыми утолщениями. Один из герметичных слоев со стороны слоя армировки облицован скрепленным с ним слоем трикотажной ткани из капроновых нитей, а слой армировки выполнен из отдельных, подвижных друг относительно друга нитей линейной плотностью 14-50 текс, перекрещивающихся под углами 15-75° с образованием сплошного настила. Повышает надежность герметизации мембраны. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Силовая мембрана, содержащая герметичные слои упругоэластичного материала и слой армировки из перекрещивающихся нитей, огибающих кольцевые нити, размещенные и закрепленные в концевых утолщениях, отличающаяся тем, что герметичные слои и слой армировки выполнены в виде отдельных слоев, слой армировки размещен между герметичными слоями и закреплен вместе с ними и кольцевыми нитями по краям с обеспечением подвижности всех слоев между концевыми утолщениями, при этом, по меньшей мере, один из герметичных слоев со стороны слоя армировки облицован скрепленным с ним слоем трикотажной ткани из капроновых нитей, а слой армировки выполнен из отдельных, подвижных друг относительно друга, нитей линейной плотностью 14-50 текс, перекрещивающихся под углами 15-75° с образованием сплошного настила.2. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что перекрещивающиеся нити слоя армировки в концевых утолщениях скреплены с кольцевыми нитями и герметичными слоями упругоэластичным материалом типа резины.3. Мембрана по п.1, отличающаяся тем, что перекрещивающиеся нити армировки в концевых утолщениях скреплены с кольцевыми нитями и герметичными слоями полимерным связующим, изготовленным на основе эпоксидной смолы.4. Мембрана по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что со стороны концевого утолщения с наибольшим диаметром слой трикотажной ткани выполнен в виде замкнутого местного пояска с кольцевыми утолщениями, размещенными в герметичном слое.5. Мембрана по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что слой армировки снабжен скрепленными с ним местными тонкостенными кольцевыми поясками из упругоэластичного материала типа резины, равномерно распределенными между концевыми утолщениями.6. Мембрана по п.5, отличающаяся тем, что местные тонкостенные кольцевые пояски размещены на слое армировки со стороны концевого утолщения с наибольшим диаметром.