УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ДЛИНЫ КАБЕЛЕЙ, НАТЯНУТЫХ, ПО СУЩЕСТВУ, С ПОСТОЯННЫМ НАТЯЖЕНИЕМ Российский патент 2012 года по МПК B60M1/26 

Настоящее изобретение относится к устройству для компенсации изменений длины натянутых кабелей, по существу, с постоянным натяжением.

Как известно, провода воздушных линий электропередачи для распределения и переноса электроэнергии или для железнодорожного транспорта установлены с очень специфической величиной натяжения, которая принимает во внимание предел прочности при растяжении кабелей, прочность опорных конструкций и требования с точки зрения максимального провисания в центре пролета.

Форма, принимаемая кабелем после натяжения, не является постоянной и неизменной с течением времени, а вплотную зависит от окружающей температуры, так как материал, из которого сделан кабель, который может быть медью или ее сплавами, алюминием или его сплавами, сталью или алюминием со стальной жилой, растягивается или сжимается, когда температура повышается или понижается.

Это явление приводит к увеличению или уменьшению провисания в середине пролета. Такое изменение провисания кабеля из-за его собственного веса не может быть допущено в некоторых применениях из-за электрических и/или механических причин.

Электрические причины обусловлены тем фактом, что при увеличении провисания изоляционное расстояние по отношению к окружающим элементам, например, таким как земля, уменьшается. Кроме того, уменьшение силы натяжения, вызванное растяжением кабеля, делает такой кабель более подверженным колебаниям и раскачиванию, вызванному ветром, которое может делать движение кабеля опасно близким к другим кабелям отличных фаз или к заземленным элементам.

Механические причины могут быть типично видны в цепной линии линий контактной электропередачи железных дорог. Как известно, такие линии обычно сделаны посредством поддерживающего троса, с которого свешен контактный провод; токосъемник локомотивов устанавливает скользящий контакт с нижней частью такого провода, чтобы отвести ток. Контактный провод поддерживается поддерживающим тросом посредством так называемых «подвесок», размещенных на коротких заданных расстояниях, для того, чтобы, в то время как профиль поддерживающего троса имеет типичное провисание, профиль контактного провода оставался значительно неизогнутым, с тем, чтобы быть практически горизонтальным, для обеспечения правильного скольжения токосъемника. Сжатие поддерживающего троса и/или контактного провода, вызванное изменениями температуры, может вызывать недопустимые нагрузки на таких кабелях или на опорах и может вызывать ненормальный подъем контактного провода относительно уровня железной дороги; такие нагрузки и подъем несовместимы с правильным съемом тока токосъемником, вызывая ненормальный износ контактного провода. Также, растяжение поддерживающего троса и/или контактного провода, вызванное изменениями температуры, может вызывать ненормальные понижения контактного провода, в равной степени вызывающие проблемы в правильном съеме тока.

Разные системы используются для компенсации изменений длины кабелей как следствие изменений температуры.

Первая система основана на уравновешивании и заключается, по существу, в соединении одного конца кабеля, посредством шкивов, с грузом, который соответствует силе натяжения кабеля или уменьшен в зависимости от передаточного числа системы шкивов. Таким образом, натяжение кабеля остается неизменным, в то время как длина кабеля изменяется, так как установленный груз является неизменным. Такая система, которая сегодня является все еще наиболее широкоиспользуемой системой, испытывает недостаток в том, что требует большого занимаемого объема, который не всегда совместим с требованиями, предъявляемыми к установке, особенно в зоне железной дороги, такой, например, как в туннелях, где очень часто физически не возможно обеспечить углубления, в которых могут скользить противовесы или в которых возможно обеспечить углубления, но с чрезмерно высокими затратами. Другой недостаток такой системы - высокая стоимость монтажа, вызванная, главным образом, необходимостью прибегать к вспомогательным конструкциям для поддержки, направления и защиты противовесов.

Другая система основана на использовании газонаполненного компенсатора. В такой системе один конец кабеля соединен с устройством, которое содержит пружинный/амортизирующий элемент со сжатым газом, обычно азотом; такой элемент обеспечивает значительно постоянную загрузку. Эта система имеет преимущество по отношению к уравновешиванию, требуя уменьшенного занимаемого объема для ее установки, но не лишена недостатков, так как наблюдаются проблемы спустя несколько лет после первых установок, главным образом, что касается утечки газа из элемента, что требует постоянного наблюдения и технического обслуживания. Стоимость этого устройства также высока и ограничивает его использование частными случаями.

Также известны компенсаторы, которые приводятся в действие электродвигателем и, по существу, состоят из устройства, имеющего датчик для определения изменений длины кабеля, вызванных изменениями температуры, который управляет электродвигателем, который, в свою очередь, приводит в действие тягу, соединенную с кабелем, который должен натягиваться. Эта система также не лишена недостатков, так как она имеет высокую стоимость, вызванную необходимостью установки электроснабжения и панели управления и необходимостью иметь низковольтный источник электроэнергии, который не всегда доступен или, по меньшей мере, не является дешевым.

Другая компенсационная система основана на простом пружинном компенсаторе. Эта система, по существу, использует винтовую пружину, которая «демпфирует» механические эффекты, вызванные растяжением или сжатием кабеля, но не способна поддерживать натяжение кабеля постоянным из-за особенности пружины изменения нагрузки пропорционально ходу.

Для того чтобы решить вышеупомянутые проблемы, был предложен компенсатор, который раскрыт в ЕР 37325, согласно которому натяжной элемент основан на винтовой пружине, которая соединена с натягиваемым кабелем, посредством одного или более шкивов переменного радиуса, чтобы преобразовывать упругую реакцию винтовой пружины, которая типично переменная, в зависимости от изменения ее длины, по существу, в постоянное натяжение, применяемое к кабелю, который должен натягиваться.

Со временем оказалось, что этот компенсатор поддается усовершенствованиям, нацеленным, главным образом, на снижение общего занимаемого объема компенсатора и упрощения его конструкции.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для компенсации изменений длины натянутых кабелей, по существу, с постоянным натяжением, которое может сохранять преимущества, достигнутые компенсационным устройством согласно ЕР 937325, и может иметь уменьшенный общий занимаемый объем.

В рамках этой цели, целью изобретения является создание устройства, которое позволяет уменьшить потери на трение в передаче натяжения к кабелю, чтобы достигать более высокой точности в величине натяжения, прикладываемого к кабелю.

Другой целью изобретения является создание компенсатора, состоящего из уменьшенного количества элементов, которые просто и быстро собрать.

Другой целью изобретения является создание компенсатора, который обеспечивает, по существу, постоянное натяжение натянутого кабеля.

Эти и другие цели, которые станут более очевидными в дальнейшем, достигнуты посредством создания устройство для компенсации изменений длины кабелей, натянутых по существу с постоянным натяжением, содержащее натяжной элемент, размещаемый между одним концом натянутого кабеля и анкерным элементом и выполненный с возможностью создания упругой реакции, которая изменяется в зависимости от изменения длины натянутого кабеля, средство соединения для соединения натяжного элемента с натянутым кабелем, выполненное с возможностью преобразования упругой реакции натяжного элемента в по существу постоянное натяжение, прикладываемое к натянутому кабелю, независимо от его длины, в заданном диапазоне изменения длины, при этом натяжной элемент содержит, по меньшей мере, одну спиральную пружину, а средство соединения содержит, по меньшей мере, один шкив переменного радиуса, который удерживается таким образом, что он вращается вокруг своей собственной оси, опорной конструкцией, причем натянутый кабель соединен одним из своих концов непосредственно или через проволочный элемент со шкивом переменного радиуса; и натянутый кабель или проволочный элемент намотан на шкив переменного радиуса и, по меньшей мере, одна спиральная пружина соединена одним из своих концов со шкивом переменного радиуса для того, чтобы противопоставить его вращение в направлении, которое разматывает кабель или проволочный элемент со шкива переменного радиуса, а своим другим концом - с опорной конструкцией.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна спиральная пружина расположена вокруг оси вращения, по меньшей мере, одного шкива переменного радиуса и закреплена одним из своих концов на шкиве переменного радиуса, а другим своим концом - на опорной конструкции.

Предпочтительно шкив переменного радиуса закреплен на валу, который удерживается так, что он вращается вокруг своей оси опорной конструкцией и определяет своей осью ось вращения шкива переменного радиуса; причем спиральная пружина располагается вокруг вала и закреплена одним из своих концов на валу, а другим своим концом - на опорной конструкции.

Предпочтительно опорная конструкция и упомянутый вал поддерживают постоянным расстояние между концами, по меньшей мере, одной спиральной пружины, тем временем позволяя одному концу, по меньшей мере, одной спиральной пружины менять свое угловое положения вокруг оси вала относительно другого конца.

Предпочтительно, по меньшей мере, один шкив переменного радиуса обеспечен по периметру желобком для размещения натянутого кабеля или проволочного элемента.

Предпочтительно шкив переменного радиуса имеет радиус, который увеличивается, когда угол намотки натянутого кабеля или проволочного элемента на шкив переменного радиуса уменьшается.

Предпочтительно, если используется одиночный шкив, который присоединен к кабелю, который должен натягиваться, непосредственно или через проволочный элемент, который может быть намотан на шкив, и используется одиночная спиральная пружина, которая расположена вокруг оси вращения шкива переменного радиуса и соединена со шкивом переменного радиуса, радиус, по меньшей мере, одного шкива переменного радиуса выражается следующим отношением:

R=(M₀+K·α)/T

где:

R - радиус шкива переменного радиуса;

Т - натяжение, которое должно быть передано кабелю для того, чтобы его натягивать;

М₀ - предварительное нагружение спиральной пружины;

K - постоянная упругости спиральной пружины;

α - угол вращения шкива переменного радиуса, измеренный исходя из состояния максимальной намотки кабеля или проволочного элемента на шкив переменного радиуса.

Предпочтительно, если используются N соосных двойных шкивов, которые закреплены на одном и том же валу и соединены с кабелем, который должен натягиваться, через соответствующий проволочный элемент, который может быть намотан на соответствующий шкив, и используются n спиральных пружин, которые расположены вокруг оси вращения шкива переменного радиуса и соединены параллельно со шкивами переменного радиуса, радиус каждого шкива переменного радиуса выражается следующим отношением:

где:

R - радиус шкива переменного радиуса;

F - сила, которая будет передана кабелю для его натяжения из условия, чтобы N·F=Т;

Т - натяжение, которое должно быть применено к кабелю;

M_0i - предварительное нагружение i-ой спиральной пружины;

K_i - постоянная упругости i-ой спиральной пружины;

α - угол вращения шкивов переменного радиуса, измеренный исходя из состояния максимальной намотки каждого проволочного элемента на соответствующий шкив переменного радиуса.

Предпочтительно устройство содержит пару двойных шкивов переменного радиуса, которые закреплены на валу и расположены симметрично боком и на взаимно противоположных сторонах по отношению к вертикальной плоскости, чтобы вмещать натянутый кабель; причем натянутый кабель соединен одним из своих концов с парой проволочных элементов, каждый из которых прикреплен к одному из шкивов переменного радиуса и может быть намотан на соответствующий шкив переменного радиуса.

Предпочтительно устройство содержит две двойных спиральных пружины, которые расположены вокруг оси вращения, по меньшей мере, одного шкива переменного радиуса и соединены параллельно с, по меньшей мере, одним шкивом переменного радиуса для того, чтобы противопоставить вращение, по меньшей мере, одного шкива переменного радиуса в направлении вращения, которое производит разматывание кабеля или соответствующего проволочного элемента.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна спиральная пружина содержит спиральную пружину, которая расположена вокруг вала, между парой двойных шкивов переменного радиуса, прикрепленных к осевым концам вала.

Предпочтительно опорная конструкция составлена из опоры или балки.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна спиральная пружина, по меньшей мере, частично размещена в опоре или балке.

Предпочтительно опорная конструкция составлена из пластинчатых элементов, которые взаимно собраны в кронштейноподобную конструкцию с двумя кронштейнами, которые соединены друг с другом траверсой и держателем вала так, что она вращается вокруг своей собственной оси.

Предпочтительно опорная конструкция находится в зацеплении с опорой, стеной или другими неподвижными анкерными элементами известного типа.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна спиральная пружина окружена оболочкой, которая прикреплена к опорной конструкции; причем спиральная пружина прикреплена одним из своих концов к упомянутой оболочке.

Дополнительные отличительные признаки и преимущества изобретения станут более очевидными из описания двух предпочтительных, но не ограничивающих вариантов осуществления устройства согласно изобретению, проиллюстрированному в качестве не ограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:

Фиг.1-3 иллюстрируют виды устройства согласно первому варианту осуществления изобретения, в частности:

Фиг.1 - вид в перспективе двух устройств согласно изобретению, используемых на опорной стойке;

Фиг.2 - вид в увеличенном масштабе с Фиг.1 одного из двух устройств, частично с разнесением деталей;

Фиг.3 - вид, аналогичный виду с Фиг.2, если смотреть под другим углом;

Фиг.4-8 иллюстрируют устройство согласно второму варианту осуществления изобретения, в частности:

Фиг.4 - вид в перспективе устройства;

Фиг.5 - вид в перспективе устройства с частичным разнесением деталей;

Фиг.6 - вертикальный вид сбоку устройства с Фиг.4;

Фиг.7 - вид сверху устройства;

Фиг.8 - вид снизу устройства;

Фиг.9 - схематичный вид шкива переменного радиуса устройства согласно первому варианту осуществления изобретения, в вертикальной боковой проекции, в состоянии максимального растяжения натянутого кабеля;

Фиг.10 - схематичный вертикальный вид сбоку шкива переменного радиуса устройства согласно первому варианту осуществления изобретения в состоянии максимального сжатия натянутого кабеля;

Фиг.11 - схематичный вид сбоку шкива переменного радиуса устройства согласно первому варианту осуществления изобретения в промежуточном состоянии работы, показывающий силы и вращающие моменты, которые на него действуют;

Фиг.12 - вид возможного приближения рабочего состояния, показанного схематически на Фиг.11.

Как показано на чертежах устройство согласно изобретению, в целом обозначенное ссылочными позициями 1, 1a, содержит натяжной элемент 2, 2а, размещаемый между одним концом натянутого кабеля 3 и анкерным элементом, который может быть составлен из анкерной основы или другой стационарной установки. Натяжной элемент 2, 2а вызывает упругую реакцию, которая является изменяемой в зависимости от изменения длины кабеля 3. Устройство дополнительно содержит средство 4, 4а соединения для соединения натяжного элемента 2, 2а с кабелем 3, причем средство соединения выполнено с возможностью преобразования упругой реакции натяжного элемента 2, 2а, по существу, в постоянное натяжение, примененное к кабелю 3, независимо от его длины, в заданном диапазоне изменения длины.

Согласно изобретению натяжной элемент 2, 2а содержит, по меньшей мере, одну спиральную пружину 5, 5а, которая, по существу, обеспечивает упругую реакцию М, которая изменяется в зависимости от изменений длины кабеля 3, но которая, благодаря средству 4, 4а соединения, обеспечивает, по существу, постоянное натяжение Т кабеля 3.

Предпочтительно средство 4, 4а соединения содержит, по меньшей мере, один шкив 6, 6а переменного радиуса, который вращается вокруг своей собственной оси 26, 26а вращения по отношению к опорной конструкции 7, 7а. Кабель 3 может быть соединен одним из своих концов со шкивом 6, 6а переменного радиуса непосредственно или, как показано, посредством, по меньшей мере, одного проволочного элемента 8, 8а. Кабель 3 или проволочный элемент 8, 8а может быть намотан на шкив 6, 6а переменного радиуса, причем спиральная пружина 5, 5а соединена одним из своих концов со шкивом 6, 6а переменного радиуса, чтобы противопоставить его вращение вокруг оси 26, 26а в направлении вращения, которое разматывает кабель 3 или проволочный элемент 8, 8а со шкива 6, 6а переменного радиуса.

Предпочтительно спиральная пружина 5, 5а установлена вокруг оси 26, 26а вращения шкива 6, 6а переменного радиуса и закреплена посредством одного из своих концов на шкиве 6, 6а переменного радиуса и посредством своего другого конца на опорной конструкции 7, 7а.

Более конкретно шкив 6, 6а переменного радиуса закреплен на валу 9, 9а, который поддерживается опорной конструкцией 7, 7а так, что он может вращаться вокруг своей собственной оси, которая определяет ось 26, 26а вращения шкива 6, 6а переменного радиуса, причем спиральная пружина 5, 5а установлена вокруг вала 9, 9а и закреплена одним из своих концов на валу 9, 9а, а другим своим концом - на опорной конструкции 7, 7а.

Преимущественно опорная конструкция 7, 7а и вал 9, 9а позволяет поддерживать постоянное расстояние между концами спиральной пружины 5, 5а, тем временем позволяя одному концу спиральной пружины 5, 5а изменять свое угловое положение вокруг оси 26, 26а вращения относительно другого конца.

Шкив 6, 6а переменного радиуса имеет радиус R, который увеличивается, в то время как угол намотки кабеля 3, или проволочного элемента 8, 8а, на шкив 6, 6а переменного радиуса, уменьшается, так что изменение упругой реакции М, производимой спиральной пружиной 5, 5а, как следствие вращения шкива 6, 6а переменного радиуса, вызванного сматыванием или разматыванием кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а, передается к кабелю 3 в виде натяжения Т, которое остается, по существу, постоянным, в то время как угол намотки изменяется.

В зависимости от требований устройство согласно изобретению может иметь один или более шкивов 6, 6а переменного радиуса и/или одну или более спиральных пружин 5, 5а.

На практике в вышеописанной конфигурации и при допущении, что натяжной элемент 2, 2а основан на одиночной спиральной пружине 5, 5а и что средства 4, 4а соединения основаны на одиночном шкиве 6, 6а переменного радиуса, радиус R шкива 6, 6а переменного радиуса удовлетворяют следующей зависимости:

Т·Rcosθ=М

то есть

T·Rcosθ=M₀+K·α

где Т - натяжение, сообщенное кабелю 3, М - крутящий момент, вызванный упругой реакцией спиральной пружины 5, 5а, М₀ - предварительное нагружение спиральной пружины 5, 5а, K - постоянная упругости спиральной пружины 5, 5а, θ - центральный угол между прямой r, которая проходит через центр шкива 6, 6а и через точку касания или первого контакта кабеля 3, или проволочного элемента 8, 8а со шкивом 6, 6а, и прямой s, которая проходит через центр шкива 6, 6а и под прямым углом к кабелю 3, или к проволочному элементу 8, 8а, и α - угол вращения шкива 6, 6а переменного радиуса, измеренный, исходя из состояния максимальной намотки кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а на упомянутый шкив 6, 6а переменного радиуса согласно диаграмме, показанной на Фиг.11.

Радиус R может быть приблизительно вычислен исходя из диаграммы, показанной на Фиг.12, при допущении, что точка касания или первого контакта кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а расположена вертикально на одной линии с центром шкива 6, 6а переменного радиуса, то есть cosθ=1.

С этим допущением, которое приводит к результату со скромными изменениями натяжения Т, примененного к кабелю 3, которое, во всяком случае, допускает удовлетворение требований в большинстве применений, направленных на устройство, согласно изобретению справедливо следующее:

R=(M₀+K·α)/T

где Т - натяжение, сообщенное кабелю 3, М₀ - предварительное нагружение спиральной пружины 5, 5а, K - постоянная упругости спиральной пружины 5, 5а, и α - угол вращения шкива 6, 6а переменного радиуса, измеренный, исходя из состояния максимальной намотки кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а на упомянутый шкив 6, 6а переменного радиуса. Предварительное нагружение М₀ спиральной пружины 5, 5а в этом приближенном расчете равно Т·R₀, где R - минимальный радиус шкива 6, 6а в состоянии максимальной намотки (α=0) кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а на упомянутый шкив 6, 6а при условии что будет заранее установлено, как функция максимального растяжения кабеля 3, чтобы быть скомпенсированным, и выбранной геометрии устройства, в соответствии с требованиями к его установке.

Если натяжной элемент 2, 2а основан на n спиральных пружинах, расположенных вокруг вала 9, 9а и соединенных параллельно (то есть с каждой спиральной пружиной 5, 5а, прикрепленной к валу 9, 9а одним из своих концов и к опорной конструкции 7, 7а другим своим концом) со шкивом 6, 6а переменного радиуса, снова справедливо следующее:

Т·Rcosθ=М

где, тем не менее, М является суммой упругих реакций нескольких спиральных пружин 5, 5а. Если несколько спиральных пружин 5, 5а взаимно идентичны с постоянной упругости K, каждая имеет:

Т·Rcosθ=n·(М₀+K·α),

где М₀ является предварительным нагружением каждой отдельной спиральной пружины 5, 5а.

В этом случае приближенный расчет радиуса R шкива переменного радиуса становится:

R=n·(M₀+K·α)/T.

Если средство 4, 4а соединения основано на N соосных двойных шкивах 6, 6а, которые закреплены на одном и том же валу 9, 9а и соединены с кабелем 3, который должен натягиваться посредством соответствующих проволочных элементов 8, 8а, каждый из которых может быть намотан на соответствующий шкив 6, 6а переменного радиуса, радиус R каждого шкива 6, 6а такой, чтобы удовлетворять следующей зависимости:

F·Rcosθ=М,

где F - сила, передаваемая каждым проволочным элементом 8, 8а кабелю 3 для того, чтобы достигать выбранного натяжения Т, то есть F·N=Т, М - крутящий момент, вызванный упругой реакцией спиральной пружины 5, 5а, или, в общем, спиральных пружин, и другие члены зависимости имеют то же самое, уже предварительно разъясненное значение.

В этом случае приближенный расчет радиуса R шкива 6, 6а переменного радиуса выражен следующей зависимостью:

R=n·(M₀+K·α)/F,

где разные члены функции имеют то же самое уже предварительно разъясненное значение.

По существу, если N соосных двойных шкивов 6, 6а используются закрепленными на одном и том же валу 9, 9а и соединены с кабелем 3, который должен натягиваться, посредством соответствующего проволочного элемента 8, 8а, который может быть намотан на соответствующий шкив 6, 6а, и n спиральных пружин 5, 5а, используются расположенными вокруг вала 9, 9а и соединены параллельно со шкивами 6, 6а переменного радиуса, радиус R каждого шкива 6, 6а переменного радиуса может быть вычислен приблизительно по следующей зависимости:

где:

R - радиус шкива 6, 6а переменного радиуса;

F - сила, которая должна быть передана кабелю 3 для его натяжения, из условия, чтобы N·F=Т;

Т - натяжение, которое будет применено к кабелю 3;

M_0i - предварительное нагружение i-ой спиральной пружины 5, 5а;

K_i - постоянная упругости i-ой спиральной пружины 5, 5а;

α - угол вращения шкивов 6, 6а переменного радиуса, измеренный, исходя из состояния максимальной намотки каждого проволочного элемента 8, 8а на соответствующий шкив 6, 6а переменного радиуса.

Если n спиральных пружин взаимно идентичны, каждая получается:

R=n·(М₀+K·α)/F

где:

R - радиус шкива 6, 6а переменного радиуса;

F - сила, которая будет передана кабелю 3 для его натяжения из условия, чтобы N·F=Т;

Т - натяжение, которое будет применено к кабелю 3;

М₀ - предварительное нагружение каждой спиральной пружины 5, 5а;

K - постоянная упругости каждой спиральной пружины 5, 5а;

α - угол вращения шкивов 6, 6а переменного радиуса, измеренный исходя из состояния максимальной намотки каждого проволочного элемента 8, 8а на соответствующий шкив 6, 6а переменного радиуса.

В первом варианте осуществления, показанном на Фиг.1-3 и показанном схематично на Фиг.9-12, максимальный угол вращения шкива 6, 6а переменного радиуса равен 270°, тогда как во втором варианте осуществления, показанном на Фиг.4-8, максимальный угол вращения равен 180°, хотя ширина такого угла может изменяться согласно различным требованиям. Следует отметить, что максимальный угол поворота шкива переменного радиуса также может быть больше 360°, обеспечиваясь шкивом с желобками 11, 11а, которые расположены в спиральной форме вокруг его оси вращения 26, 26а.

В иллюстрированных вариантах осуществления, для того чтобы добиться центрирования натяжения, примененного к кабелю 3, и сил, разгружаемых на опорную конструкцию 1, 1a, существует пара двойных шкивов переменного радиуса, обозначенных ссылочной позицией 6 в первом варианте осуществления и ссылочной позицией 6а во втором варианте осуществления, которые закреплены на валу 9, 9а и симметрично расположены сбоку и на взаимнопротивоположных сторонах по отношению к вертикальной плоскости, которые содержат кабель 3. Кабель 3 соединен одним из своих концов с такими шкивами посредством пары проволочных элементов 8, 8а, каждый из которых закреплен на одном из шкивов 6, 6а переменного радиуса и может быть на него намотан. Пара проволочных элементов 8, 8а соединена с кабелем 3 посредством треугольной пластины 10, 10а.

Если, как показано, устройство использует два шкива 6, 6а переменного радиуса, соединенные с кабелем 3, упругая реакция М, вызванная спиральной пружиной или пружинами 5, 5а, разделена между двумя шкивами 6, 6а переменного радиуса и сила F, передаваемая через каждый проволочный элемент 8, 8а к кабелю 3, равна половине натяжения Т, которое должно быть приложено к кабелю 3.

Каждый из шкивов 6, 6а переменного радиуса имеет периметрический желобок 11, 11а для размещения части кабеля или проволочного элемента 8, 8а, который на него намотан.

Предпочтительно в первом варианте осуществления есть пара двойных спиральных пружин 5, которые расположены вокруг вала 9 и закреплены одним из своих концов на валу 9 и другим своим концом на опорной конструкции 7. В этом случае вращающий момент М, вызванный упругой реакцией спиральных пружин 5, который действует целиком на два шкива 6 переменного радиуса, равен удвоенному вращающему моменту, вызванному упругой реакцией каждой из спиральных пружин 5.

В этом первом варианте осуществления устройства, показанного на Фиг.1-3, опорная конструкция составлена из опоры 12 или балки и спиральных пружин 5, размещенных в опоре 12 или балке и закрепленных одним из своих концов на такой опоре, например, посредством винтов 13.

Устройство согласно изобретению в этом варианте осуществления укомплектовано крепящими пластинами 14, которые закреплены на опоре 12 и пересечены валом 9, и подшипниками 15 для поддержки вала 9, которые смонтированы в крепления 16, которые закреплены на крепящих пластинах 14.

Шкивы 6 переменного радиуса закреплены на осевых концах вала 9 посредством соответствующих фиксирующих втулок 17.

Во втором варианте осуществления, показанном на Фиг.4-8, есть одиночная спиральная пружина 5а, которая расположена вокруг вала 9а между двумя двойными шкивами 6а переменного радиуса, которые закреплены на осевых концах вала 9а посредством соответствующих фиксирующих втулок 17а.

В таком втором варианте осуществления опорная конструкция 7а составлена из пластинчатых элементов, которые собраны вместе в кронштейнообразную конструкцию с двумя кронштейнами 18а, которые соединены друг с другом траверсой 19а и держателем, так что она может вращаться вокруг своей собственной оси 26а, вала 9а, посредством подшипников 15а.

Траверса 19а может быть зацеплена, по существу, известным способом, за опору, стену или другой неподвижный анкерный элемент известного типа.

Спиральная пружина 5а содержится в корпусе, который закреплен, например, посредством болтов 21а на кронштейнах 18а опорной конструкции 7а и состоит из полого цилиндра 20а, который закрыт по краям крышками 22а. Конец спиральной пружины 5а, который находится напротив конца, закрепленного на валу 9а, закреплен на внутренней поверхности полого цилиндра 20а, например, посредством винтов 23а.

Сцепление опорной конструкции 7а с опорой, стеной или анкерным элементом известного типа может быть выполнено двумя элементами 24а натяжения с соответствующими натяжными устройствами 25а, которые соединены одним из своих концов с опорой, стеной или анкерным элементом и другим своим концом с парой ушек 27а, предусмотренных для этой цели на внешней поверхности полого цилиндра 20а.

Спиральная пружина 5а может быть предварительно нагружена, по существу, известным способом. В частности, во втором варианте осуществления предварительное нагружение спиральной пружины 5а может быть выполнено, начиная со спиральной пружины 5а, полностью не нагруженной, вращением вала 9а вокруг оси 26а, относительно опорной структуры 7а, чтобы постепенно нагружать спиральную пружину 5а, пока она не достигнет заданного вращающего момента М₀. В этой точке шкив 6а переменного радиуса сдвоен и закреплен на валу 9а, чтобы получить состояние, в котором α=0°. Шкив 6а переменного радиуса далее стопорится посредством механического стопора, относительно опорной конструкции 7а, так, что он не может вращаться в одном направлении, благодаря действию спиральной пружины 5а, но может вместо этого вращаться в противоположном направлении, в противоположность действию спиральной пружины 5а. Состояние запирания шкива 6а переменного радиуса соответствует углу вращения α=0°.

Далее будет описана работа устройства согласно изобретению. Для простоты работа устройства описана при допущении, что вместо пары двойных шкивов 6, 6а переменного радиуса устройство имеет одиночный шкив 6, 6а переменного радиуса и одиночную спиральную пружину 5, 5а.

Сжатие кабеля 3 вызывает вращение шкива 6, 6а переменного радиуса вокруг своей собственной оси 26, 26а в направлении вращения, которое вызывает уменьшение угла намотки кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а на шкив 6, 6а, и увеличивает упругую реакцию спиральной пружины 5, 5а, в то время, как растяжение кабеля 3, вызывающее вращение шкива 6, 6а переменного радиуса вокруг своей собственной оси 26, 26а в противоположном направлении, то есть в направлении вращения, которое вызывает увеличение угла намотки кабеля 3 или проволочного элемента 8, 8а на шкив 6, 6а, уменьшает упругую реакцию спиральной пружины 5, 5а. Несмотря на нестабильность упругой реакции спиральной пружины 5, 5а, благодаря геометрии шкива 6, 6а переменного радиуса, натяжение Т, примененное к кабелю 3, сохраняется, по существу, постоянным.

На практике установлено, что устройство согласно изобретению полностью достигает намеченной цели, так как оно допускает компенсацию для изменений длины натянутых кабелей, поддерживая на кабеле, по существу, постоянное натяжение, и с ограниченным занимаемым объемом, который делает его чрезвычайно простым и легким для установки даже в ограниченных объемах.

Термины «по существу постоянное» подразумевают то, что натяжение, поддерживаемое на кабеле, даже если происходят большие изменения в условиях эксплуатации, таких как температура, всегда сохраняется в том постоянном значении, которое является подходящим, чтобы предотвратить превышение максимально допустимого провисания.

Другое преимущество устройства согласно изобретению, которое проистекает из факта того, что спиральная пружина или пружины не требует/требуют направляющих элементов, состоит в том, что оно исключает потери на трении из-за таких направляющих элементов в передаче натяжения к кабелю, и поэтому оно обеспечивает высокую точность величины натяжения, примененного к кабелю.

Созданное устройство допускает многочисленные модификации и изменения, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения; причем все детали могут в дальнейшем быть заменены другими технически равнозначными элементами.

На практике, используемые материалы, а также размеры могут быть любыми согласно требованиям и уровню техники.

Поскольку технические признаки, упомянутые в любом из пунктов формулы изобретения, сопровождаются ссылочными позициями, то следует отметить, что эти ссылочные позиции включены только лишь для улучшения понимания формулы изобретения и, соответственно, такие ссылочные позиции не имеют никакого ограничивающего действия на интерпретацию каждого элемента, определенного в качестве примера такими ссылочными позициями.

Настоящее изобретение относится к устройствам для компенсации изменений длины кабелей, натянутых по существу с постоянным натяжением. Устройство содержит натяжной элемент (2, 2а), размещаемый между одним концом натянутого кабеля (3) и анкерным элементом и выполненный с возможностью создания упругой реакции, которая изменятся в зависимости от изменения длины натянутого кабеля (3); средство (4, 4а) соединения для соединения натяжного элемента (2, 2а) с кабелем (3). Постоянное натяжение, прикладываемое к кабелю (3), не зависит от его длины, в заданном диапазоне изменения длины, причем натяжной элемент содержит, по меньшей мере, одну спиральную пружину (5, 5а), а средство соединения предпочтительно содержит, по меньшей мере, один шкив (6, 6а) переменного радиуса, который соединен со спиральной пружиной (5, 5а) и имеет, по меньшей мере, один желобок (11, 11а) намотки для кабеля (3), который должен натягиваться, или для проволочного элемента (8, 8а), соединенного с кабелем (3), который должен натягиваться. Технический результат заключается в повышении точности и постоянства натяжения кабеля, а также в упрощении устройства. 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство для компенсации изменений длины кабелей, натянутых, по существу, с постоянным натяжением, содержащее натяжной элемент (2, 2а), размещаемый между одним концом натянутого кабеля (3) и анкерным элементом и выполненный с возможностью создания упругой реакции, которая изменяется в зависимости от изменения длины натянутого кабеля (3), средство (4, 4а) соединения для соединения натяжного элемента (2, 2а) с натянутым кабелем (3), выполненное с возможностью преобразования упругой реакции натяжного элемента (2, 2а) в, по существу, постоянное натяжение, прикладываемое к натянутому кабелю (3), независимо от его длины, в заданном диапазоне изменения длины, при этом натяжной элемент (2, 2а) содержит, по меньшей мере, одну спиральную пружину (5, 5а), а средство (4, 4а) соединения содержит, по меньшей мере, один шкив (6, 6а) переменного радиуса, который удерживается таким образом, что он вращается вокруг своей собственной оси (26, 26а), опорной конструкцией (7, 7а), причем натянутый кабель (3) соединен одним из своих концов непосредственно или через проволочный элемент (8, 8а) со шкивом (6, 6а) переменного радиуса; и натянутый кабель (3) или проволочный элемент (8, 8а) намотан на шкив (6, 6а) переменного радиуса и, по меньшей мере, одна спиральная пружина (5, 5а) соединена одним из своих концов со шкивом (6, 6а) переменного радиуса для того, чтобы противопоставить его вращение в направлении, которое разматывает кабель (3) или проволочный элемент (8, 8а) со шкива (6, 6а) переменного радиуса, а своим другим концом - с опорной конструкцией (7, 7а).

2. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одна спиральная пружина (5, 5а) расположена вокруг оси (26, 26а) вращения, по меньшей мере, одного шкива (6, 6а) переменного радиуса и закреплена одним из своих концов на шкиве (6, 6а) переменного радиуса, а другим своим концом - на опорной конструкции (7, 7а).

3. Устройство по п.1 или 2, в котором шкив (6, 6а) переменного радиуса закреплен на валу (9, 9а), который удерживается так, что он вращается вокруг своей оси (26, 26а) опорной конструкцией (7, 7а) и определяет своей осью ось вращения шкива (6, 6а) переменного радиуса; причем спиральная пружина (5, 5а) располагается вокруг вала (9, 9а) и закреплена одним из своих концов на валу (9, 9а), а другим своим концом - на опорной конструкции (7, 7а).

4. Устройство по п.3, в котором опорная конструкция (7, 7а) и упомянутый вал (9, 9а) поддерживают постоянным расстояние между концами, по меньшей мере, одной спиральной пружины (5, 5а), тем временем позволяя одному концу, по меньшей мере, одной спиральной пружины (5, 5а) менять свое угловое положение вокруг оси (26, 26а) вала (9, 9а) относительно другого конца.

5. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, один шкив (6, 6а) переменного радиуса обеспечен по периметру желобком (11, 11а) для размещения натянутого кабеля (3) или проволочного элемента (8, 8а).

6. Устройство по п.5, в котором шкив (6, 6а) переменного радиуса имеет радиус (R), который увеличивается, когда угол намотки натянутого кабеля (3) или проволочного элемента (8, 8а) на шкив (6, 6а) переменного радиуса уменьшается.

7. Устройство по п.1, в котором, если используется одиночный шкив (6, 6а), который присоединен к кабелю (3), который должен натягиваться, непосредственно или через проволочный элемент (8, 8а), который может быть намотан на шкив (6, 6а), и используется одиночная спиральная пружина (5, 5а), которая расположена вокруг оси вращения шкива (6, 6а) переменного радиуса и соединена со шкивом (6, 6а) переменного радиуса, радиус (R), по меньшей мере, одного шкива (6, 6а) переменного радиуса выражается следующим отношением R=(M₀+K·α)/Т, где:
R - радиус шкива (6, 6а) переменного радиуса;
Т - натяжение, которое должно быть передано кабелю (3) для того, чтобы его натягивать;
М₀ - предварительное нагружение спиральной пружины (5, 5а);
K - постоянная упругости спиральной пружины (5, 5а);
α - угол вращения шкива (6, 6а) переменного радиуса, измеренный, исходя из состояния максимальной намотки кабеля (3) или проволочного элемента (8, 8а) на шкив (6, 6а) переменного радиуса.

8. Устройство по п.3, в котором, если используются N соосных двойных шкивов (6, 6а), которые закреплены на одном и том же валу (9, 9а) и соединены с кабелем (3), который должен натягиваться, через соответствующий проволочный элемент (8, 8а), который может быть намотан на соответствующий шкив (6, 6а), и используются n спиральных пружин (5, 5а), которые расположены вокруг оси вращения шкива (6, 6а) переменного радиуса и соединены параллельно со шкивами (6, 6а) переменного радиуса, радиус (R) каждого шкива (6, 6а) переменного радиуса выражается следующим отношением

где:
R - радиус шкива (6, 6а) переменного радиуса;
F - сила, которая будет передана кабелю (3) для его натяжения из условия, чтобы N·F=T;
Т - натяжение, которое должно быть применено к кабелю (3);
M_0i - предварительное нагружение i-й спиральной пружины (5, 5а);
K_i - постоянная упругости i-й спиральной пружины (5, 5а);
α - угол вращения шкивов (6, 6а) переменного радиуса, измеренный исходя из состояния максимальной намотки каждого проволочного элемента (8, 8а) на соответствующий шкив (6, 6а) переменного радиуса.

9. Устройство по п.8, содержащее пару двойных шкивов (6, 6а) переменного радиуса, которые закреплены на валу (9, 9а) и расположены симметрично боком и на взаимно противоположных сторонах по отношению к вертикальной плоскости, чтобы вмещать натянутый кабель (3); причем натянутый кабель (3) соединен одним из своих концов с парой проволочных элементов (8, 8а), каждый из которых прикреплен к одному из шкивов (6, 6а) переменного радиуса и может быть намотан на соответствующий шкив (6, 6а) переменного радиуса.

10. Устройство по п.9, содержащее две двойных спиральных пружины (5), которые расположены вокруг оси вращения, по меньшей мере, одного шкива (6, 6а) переменного радиуса и соединены параллельно с, по меньшей мере, одним шкивом переменного радиуса для того, чтобы противопоставить вращение, по меньшей мере, одного шкива (6, 6а) переменного радиуса в направлении вращения, которое производит разматывание кабеля (3) или соответствующего проволочного элемента (8, 8а).

11. Устройство по п.9, в котором, по меньшей мере, одна спиральная пружина (5) содержит спиральную пружину, которая расположена вокруг вала (9), между парой двойных шкивов (6) переменного радиуса, прикрепленных к осевым концам вала (9).

12. Устройство по п.1, в котором опорная конструкция (7) составлена из опоры (12) или балки.

13. Устройство по п.12, в котором, по меньшей мере, одна спиральная пружина (5), по меньшей мере, частично размещена в опоре (12) или балке.

14. Устройство по п.1, в котором опорная конструкция (7а) составлена из пластинчатых элементов, которые взаимно собраны в кронштейноподобную конструкцию с двумя кронштейнами (18а), которые соединены друг с другом траверсой (19а) и держателем вала (9а), так что она вращается вокруг своей собственной оси (26а).

15. Устройство по п.14, в котором опорная конструкция (7а) находится в зацеплении с опорой, стеной или другими неподвижными анкерными элементами известного типа.

16. Устройство по п.14, в котором, по меньшей мере, одна спиральная пружина (5а) окружена оболочкой, которая прикреплена к опорной конструкции (7а); причем спиральная пружина (5а) прикреплена одним из своих концов к упомянутой оболочке.