КАНАТ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Российский патент 2011 года по МПК D07B1/02 

Изобретение относится к канату, состоящему из расположенных, по меньшей мере, в одном слое прядей, причем прядь состоит из скрученных нитей и нить выполнена из синтетических волокон, причем, по меньшей мере, одна прядь имеет слой пряди индикаторных волокон соответственно, по меньшей мере, одну индикаторную нить для контроля долговечности каната в соответствии с определением независимого пункта формулы изобретения.

Из ЕР 1371597 А1 известен имеющий оболочку канат, используемый в качестве несущего средства для подъемников. Канат имеет внутренние слои прядей и внешние слои прядей, причем один слой прядей состоит из нескольких скрученных прядей и направление скручивания внутренних слоев прядей противоположно направлению скручивания внешних слоев прядей. Предел прочности при растяжении внутренних слоев прядей выше, чем предел прочности при растяжении внешних слоев прядей. Каждая прядь сложена из скрученных и пропитанных синтетических арамидных волокон. Срок службы внешних слоев прядей меньше, чем срок службы внутренних слоев прядей. Для контроля за канатом отдельные пряди внешних слоев прядей снабжены проволоками, проводящими электрический ток, причем соответственно две смежные пряди снабжены проводящими электрический ток проволоками, которые взаимно изнашиваются, и, таким образом, своевременно обнаруживается завершение срока службы каната или непригодность каната к работе.

Из описания ЕР 0731209 А1 известен имеющий оболочку канат, используемый в качестве несущего средства для подъемников. Канат имеет внутренние слои прядей и наружные слои прядей, причем один слой прядей состоит из некоторого числа скрученных прядей и направление скручивания внутренних слоев прядей одинаково с направлением скручивания наружных слоев прядей. Каждая прядь сложена из скрученных и пропитанных арамидных синтетических волокон. Для контроля за долговечностью каната, соответственно сроком службы каната из синтетических волокон, соответственно одна прядь слоя прядей снабжена проводящими электрический ток угольными волокнами. При работе в каждом случае угольные волокна из-за слишком большого растяжения или слишком большого количества переменных изгибающих нагрузок разрываются или разламываются раньше, чем несущие арамидные волокна пряди. С помощью источника напряжения можно определять количество разорванных угольных волокон. Таким образом, в соответствии с определенной долей в процентах вышедших из строя угольных волокон может быть обеспечена остаточная несущая способность каната из синтетических волокон. В этом случае подъемник автоматически выключается и, соответственно, останавливается.

В данном случае существует желание устранить недостатки с помощью изобретения. Изобретение, как оно охарактеризовано в отличительной части пункта 1 формулы изобретения, решает задачу создания каната из синтетических волокон с повышенной чувствительностью при контроле за долговечностью каната.

Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Контроль за долговечностью каната является основной проблемой всех канатов из синтетических материалов, в частности таких, которые имеют оболочку.

Согласно уровню техники углеродные волокна могут выбираться и располагаться в соответствии с требованиями в части нагрузки каната. В качестве недостатка этого метода можно рассматривать то, что подлежащие кондиционированию параметры могут не оптимальным образом согласовываться друг с другом и несущее средство приходиться заменять прежде, чем наступит критическое состояние. В конструкции лифтов могут применяться канаты из синтетических волокон, служащие в качестве несущего средства до тех пор, пока они способны выдержать остаточную разрушающую силу от 60 соответственно 80% нормальной разрушающей силы. Чем точнее будет определена эта точка, тем экономичнее будет применение несущего средства.

В зависимости от вида, области применения и требований безопасности к применению канатов из синтетических волокон предъявляются повышенные требования чувствительности индикаторных прядей каната из синтетических волокон. Правильное поведение при срабатывании и повторяемость в зависимости от требований являются предпочтительными свойствами каната из синтетических волокон, предложенного в соответствии с изобретением. Известным образом канаты из синтетических волокон, служащие в качестве несущего средства для подъемников, постоянно электрически контролируются с помощью нитей из углеродных волокон, интегрированных в пряди каната. Преимущество при этом заключается в том, что осуществляется контроль канатов из синтетических волокон по всей их длине, включая не наблюдаемые области, например области в канатных замках. Канаты из синтетических волокон позволяют обнаружить абразивный износ внутри каната и повреждения снаружи и обеспечивают пользователю подъемника высокую меру безопасности с помощью постоянной связи с управлением подъемником, которое выполнено с возможностью быстро и однозначно реагировать в случае необходимости.

Требования к современному контролю за несущими средствами повышаются по сравнению с прежним временем. Чтобы канат из синтетических волокон мог работать до отказа и чтобы мог более успешно использоваться экономический потенциал современных несущих средств и пользователь мог в зависимости от своих потребностей соответственным образом регулировать необходимую чувствительность распознавания момента выхода каната из строя, пряди с индикаторными волокнами должны иметь возможность более точной юстировки своего порогового поведения, причем индикаторные волокна прядей должны терять свою способность проводить электрический ток с высокой степенью вероятности в зависимости от подлежащего достижению числа переменных изгибающих нагрузок и остаточной разрушающей силы и таким образом обнаруживать износ кабеля.

Индикаторное волокно или индикаторная нить может изготавливаться из любого вещества, которое в какой-либо форме способно проводить электрический ток, это могут быть, например, волокна со свойствами проводников света или технические волокна с металлическим покрытием, углеродные волокна и т.д., которые способны проводить электрический ток, причем волокна при непосредственном изнашивающем контакте разрываются раньше, чем несущие волокна.

Для постоянного контроля проводящие ток волокна снабжены контактами на конце каната, которые присоединяются к приборам. На одном конце каната индикаторные волокна присоединяются к передающему сигнал устройству, а на другом конце каната индикаторные волокна присоединяются к приемнику сигнала. Посылаемый сигнал измеряется с помощью приемника сигнала и на основе измеренного или отсутствующего сигнала оценивается состояние индикаторных волокон. В ЕР 0731209 А1 приведен пример контроля индикаторных волокон, осуществляемого с помощью электрических сигналов.

Канат из синтетических волокон состоит из нескольких расположенных в различных слоях скрученных прядей, причем каждая прядь состоит из скрученных нитей, при этом одна нить состоит, например, из 1000 синтетических волокон. Суровая пряжа состоит или из негладких синтетических волокон, или получают для лучшей обрабатываемости уже на предприятии защитную крутку, например, 15 витков на метр. Как правило, "волокно" используется в качестве независимого от длины родового понятия для всех текстильных волокон. Термин "Филамент" означает текстильные волокна очень большой или практически бесконечной длины при производстве химических волокон. Направление скручивания нитей в прядях предусмотрено таким образом, что отдельное волокно преимущественным образом ориентировано в направлении вытяжения каната или продольной оси кабеля. Канат из синтетических волокон может состоять из химических волокон, например арамидных волокон или родственных волокон, полиэтиленовых волокон, волокон из полиэфира, стекловолокна и т.д. Канат из синтетических волокон может состоять из одного, двух, трех или более трех слоев прядей. По меньшей мере, одна прядь, по меньшей мере, одного слоя имеет индикаторные волокна или, по меньшей мере, одну индикаторную нить для контроля за долговечностью каната.

Согласно изобретению синтетический материал, окружающий прядь, снабженную, по меньшей мере, одним индикаторным волокном или индикаторной нитью, который также называется матрицей, имеет более низкую стойкость к истиранию, чем матрица остальных прядей.

В предложенном в соответствии с изобретением канате из синтетических волокон материал матрицы или смола прядей с индикаторными волокнами или индикаторными нитями, окружающий пряди, состоит из более мягкого синтетического материала (например, с диапазоном твердости по Шору А), чем материалы матрицы (например, с диапазоном твердостью по Шору D) соседних или остальных прядей, вследствие чего эта прядь по сравнению с прядью без индикаторных волокон или индикаторной нити имеет более низкую сопротивляемость к истиранию. Альтернативой более мягкому синтетическому материалу может быть материал матрицы, пропитанный пластификатором. Для этого могут применяться известные пластификаторы. На основе более низкой сопротивляемости износу прядей с индикаторными волокнами при изгибе, вызываемом перемещением относительно смежных прядей, провоцируется более ранний заданный износ и, таким образом, более ранний выход из строя индикаторных волокон в прядях. Прядь с индикаторными волокнами или индикаторной нитью работает в качестве места запрограммированного разрушения. Прядь с индикаторными волокнами или индикаторной нитью в дальнейшем называется индикаторной прядью. С помощью выбора вида и количества выбранного пластификатора может осуществляться управление износом.

Фталаты и адипинаты являются типичными пластификаторами, которые делают пряди более мягкими, их поперечную жесткость ниже и более низкой их сопротивляемость к износу. С помощью выбранного весового отношения от 1% до 30% к матрице индикаторной пряди матрица может быть выполнена "мягче" относительно соседних прядей, причем при увеличивающемся количестве пластификатора сопротивляемость к износу снижается в зависимости от степени пластификации.

Далее матричный материал соседних прядей или остальных прядей (прядь без индикаторных волокон или индикаторной нити), идентичный матричному материалу индикаторной пряди, может смешиваться с присадками, которые уменьшают трение, по сравнению с индикаторной прядью. В качестве присадок может добавляться, например, воск или небольшое количество тефлона (от 1% до 3% воска или от 5% до 15% порошка тефлона в отношении к составляющей твердого вещества матрицы без волокон).

Далее матричный материал индикаторной пряди, идентичный матричному материалу смежной пряди, может обрабатываться при изготовлении таким образом, что матрица синтетического материала будет иметь меньшую твердость и более низкую сопротивляемость износу. Это достигается с помощью температурной обработки индикаторной пряди при температуре выше 230° и времени обработки свыше 20 с. При температурной обработке происходит разделение длинных молекулярных цепей, определяющих свойства материала, в такой степени, что при охлаждении молекулы больше полностью не рекомбинируются. Для поддержания этого процесса к матрице пряди могут подводиться молекулы воды, которые препятствуют полной рекомбинации молекулярных цепей. В качестве замены возможны другие молекулы, которые препятствуют или отрицательно влияют на рекомбинацию. Возникает начальная деградация матрицы, которая ведет к существенному снижению сопротивляемости к истиранию, и таким образом провоцируется выход из строя индикаторных волокон или индикаторной нити. Целенаправленно достигается снижение защиты от истирания.

Индикаторные волокна или индикаторная нить находится вблизи поверхности пряди и принимает участие в спиральной структуре синтетических волокон или нитей синтетических волокон. Благодаря более мягкой матрице пряди происходит истирание индикаторных волокон или индикаторной нити. Таким образом, с помощью постоянного контроля за несущими нагрузку прядями обнаруживается их износ, прежде чем остальные несущие пряди будут подвержены такому ущербу. Таким образом, обеспечивается, что индикаторные пряди не только из-за различного предельного удлинения имеют различную несущую способность, но и благодаря различной твердости матрицы генерируется надежная вероятность выхода из строя. (Предельное удлинение это удлинение, при котором происходит разрыв волокна, нити или пряди.)

Далее существует возможность позиционировать индикаторные пряди в многослойном канате из синтетических материалов таким образом, что они будут воспринимать более высокую нагрузку по сравнению с соседними прядями. Например, в канате из синтетических волокон с тремя слоями прядей оба внутренних, концентрически расположенных слоя прядей воспринимают более высокую составляющую нагрузки, так как хотя шаг скрутки по сравнению с находящимся на большем расстоянии от центра слоем постоянен, однако угол скрутки к центру каната из синтетических волокон становится все меньше. Пряди в системе каната лежат значительно круче, вследствие чего длина прядей в зависимости от слоя короче или длиннее. В связи с геометрическим ограничением внутренние пряди имеют самую короткую длину и вследствие этого более высокую несущую составляющую. В связи с этим рекомендуется располагать другие индикаторные волокна или индикаторные нити в отдельных прядях обоих внутренних слоев. При этом следует отдавать предпочтение при трехслойном канате среднему слою прядей, так как этот слой в связи с различными угловыми радиусами и, таким образом, различными скоростями изгиба подвержен повышенным стрессовым нагрузкам.

Далее для укладки прядей без индикаторных волокон может применяться синтетическое волокно с очень хорошими динамическими способностями к переменным изгибающим нагрузкам. Для индикаторной нити индикаторной пряди индикаторные волокна (например, углеродные волокна) могут комбинироваться с синтетическими волокнами, динамическая способность которых к переменным изгибающим нагрузкам будет ниже, чем у остальных синтетических волокон индикаторной пряди или синтетических волокон пряди без индикаторных волокон. Лежащие поверх синтетические волокна содержат в своей основе при применении в качестве движущихся несущих средств сополимеры, например сополитерефталамид, работающие при этих условиях лежащие ниже волокна могут быть из поли-п-ентерефталамида. (Способность к переменному изгибу - это способность к изгибу при переменных нагрузках.)

Далее при устройстве индикаторной нити индикаторные волокна (например, углеродные волокна) могут комбинироваться с синтетическими волокнами, которые по сравнению с остальными синтетическими волокнами индикаторной пряди, соответственно по сравнению с синтетическими волокнами пряди без индикаторной нити, имеют более высокий Е-модуль. Для синтетических волокон, которые комбинируются с индикаторными нитями в индикаторных прядях, могут применяться, например, волокна из Twaron с Е-модулем от 100000 до 120000 Н/м². Остальные волокна прядей, не содержащих индикаторов, могут состоять, например, из волокон Technor с 76000 Н/м².

Указанные выше меры по контролю за долговечностью каната могут также комбинироваться. Например, сопротивляемость к износу может быть изменена за счет матрицы прядей, и одновременно индикаторная нить может состоять из индикаторных волокон и находиться под нагрузкой, по сравнению с синтетическими волокнами, лежащими ниже остальных синтетических волокон.

Предложен канат из синтетических волокон, состоящий из нескольких слоев прядей из скрученных нитей, выполненных из синтетических волокон. По меньшей мере, одна прядь имеет слой прядей индикаторных волокон для контроля долговечности каната. По меньшей мере, одна прядь имеет слой прядей индикаторных волокон, по меньшей мере, с одной индикаторной нитью, которая по сравнению с остальными прядями имеет более низкую сопротивляемость износу. Предложение направлено на определение предела отказа каната и на возможность более полно использовать экономический потенциал современных несущих средств.

Предложен способ контроля долговечности каната из синтетических нитей, который предусматривает постоянный контроль каната с помощью индикаторных волокон.

Предложен подъемник, который предусматривает использование каната из синтетических волокон с индикаторными волокнами, имеющими, по меньшей мере, одну нить с более низкой сопротивляемостью износу, чем другие. 3 н. и 9 з.п. ф-лы.

1. Канат из синтетических волокон, состоящий из расположенных, по меньшей мере, в одном слое прядей, причем прядь состоит из скрученных нитей и нить выполнена из синтетических волокон, причем, по меньшей мере, одна прядь имеет слой прядей индикаторных волокон, соответственно, по меньшей мере, одну индикаторную нить, для контроля долговечности каната, отличающийся тем, что прядь с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью, имеет по сравнению с остальными прядями более низкую сопротивляемость износу.

2. Канат по п.1, отличающийся тем, что матрица пряди с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью имеет более низкую стойкость к истиранию, чем матрица остальных прядей.

3. Канат по п.2, отличающийся тем, что матрица пряди с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью, пропитана пластификатором.

4. Канат по п.2, отличающийся тем, что матрица пряди с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью, рассчитана на более низкую твердость по Шору, чем матрица соседних или остальных прядей.

5. Канат по п.2, отличающийся тем, что матрица пряди с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью, ослаблена с помощью тепловой обработки и/или добавки молекул.

6. Канат по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что матрица остальных волокон перемешена с добавкой, которая уменьшает трение по сравнению с прядью с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью.

7. Канат по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что прядь с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью, расположена таким образом, что восприятие нагрузки выше по сравнению с соседними прядями.

8. Канат по п.6, отличающийся тем, что прядь с индикаторными волокнами, соответственно с, по меньшей мере, одной индикаторной нитью, расположена таким образом, что восприятие нагрузки выше по сравнению с соседними прядями.

9. Способ контроля долговечности каната из синтетических волокон по п.1-8, отличающийся тем, что пряди постоянно контролируют с помощью индикаторных волокон.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для контроля за индикаторными волокнами индикаторные волокна на одном конце каната присоединяют к устройству, передающему сигнал, а на другом конце каната индикаторные волокна присоединяют к устройству, принимающему сигнал, и что переданный сигнал устройства, передающего сигнал, измеряют с помощью устройства, принимающего сигнал, и на основе измеренного или образующегося сигнала осуществляют оценку состояния индикаторных волокон.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что контроль индикаторных волокон осуществляют с помощью оптических или электрических сигналов.

12. Подъемник с канатом из синтетических волокон по одному из пп.1-8.