Композиционный слой противоскольжения "аскольз-н", элемент зацепления и блок элементов зацепления для этого слоя

 

Изобретение относится ко многим областям техники и производства товаров ширпотреба: обувной промышленности, шинам всех видов транспортных средств и шинной промышленности, а также автомобильной, тракторной, авиационной и космической промышленности, станкостроению, приборостроению и т.д. Сущность изобретения состоит в использовании против скольжения природных и технических эффектов зацепления за скользкую поверхность множеством мелких, твердых, но упругих, пружинящих дужкообразных элементов, царапающих поверхность опоры при скольжении и прячущихся в упругом материале слоя противоскольжения при езде или ходьбе без скольжения. Предложены варианты основного элемента зацепления, варианты основного блока элементов зацепления и варианты слоев противоскольжения с условным названием "Аскольз-Н" с использованием элементов зацепления и/или блоков этих элементов. 6 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится ко многим областям техники и производства товаров широкого потребления. Прежде всего это обувь и обувная промышленность, шины всех видов транспортных средств и шинная промышленность, а также автомобильная, тракторная, авиационная и космическая промышленность, станкостроение и приборостроение, производство речных и морских судов, мотоциклов и велосипедов и множества других объектов техники, средств производства и товаров ширпотреба.

Изобретение под условным названием "Аскольз-Н" включает в себя устройство основного элемента зацепления, типовые блоки элементов зацепления и варианты самого композиционного слоя противоскольжения для обуви, шин транспортных средств и других технических и бытовых устройств.

Широта возможностей практического использования различных вариантов слоев "Аскольз-Н", обусловлена тем, что предлагаемое устройство может быть использовано всюду, где необходимо обеспечить надежное сцепление рабочей поверхности технического или бытового устройства с опорной поверхностью и/или с другой рабочей поверхностью, с которой взаимодействует первая. Это прежде всего наружные слои подошв и каблуков обуви, взаимодействующие с дорогой; рабочие поверхности протекторов шин транспортных средств; обкладки фрикционных дисков сцепления и тормозных колодок; поверхности приводных ремней, ленточных транспортеров и т.д. то есть там, где необходимо устранить нежелательное скольжение и создать надежное сцепление между взаимодействующими поверхностями.

Указанных выше недостатков лишен патент Великобритании N 991175. Это устройство представляет собой подошву из натурального или искусственного каучука, в которой при формовании залиты в основу тонкие металлические (стальные) иглы, образующие "массу элементов противоскольжения", приняты меры по предохранению игл от коррозии и обеспечению хорошей связи поверхности игл с материалом основы подошвы. Однако подошвы такого типа практического применение не нашли, поскольку во-первых, материал стальных игл, беспорядочно засыпанных в основу подошвы, заметно ее утяжеляет, а используется для противоскольжения не эффективно, т. к. в зацепление с поверхностью дороги могут входить только те иголочки, кончики которых выступают из поверхности подошвы и направлены своим острием против направления скольжения. А таких практически оказывается очень малый процент. Кроме того, при ходьбе и стирании такой слой противоскольжения постепенно зашлифовывается и не может создавать достаточный эффект противоскольжения.

Цель изобретения является разработка надежного, дешевого, эффективного, желательно универсального средства борьбы со скольжением там, где оно вредно.

Это достигается тем, что против скольжения используются природные и технические эффекты зацепления за скользкую поверхность не малочисленными жесткими шипами, а множеством твердых, но упругих, пружинящих иглообразных элементов (когтей), царапающих поверхность опоры при скольжении и прячущихся в упругом материале подошвы, каблука или в протекторе шины при нормальной езде (ходьбе) без проскальзывания.

Предлагается специально конструировать поверхностный слой подошв, каблуков обуви, шин транспортных средств и т.д. как конструируют композиционные материалы и изделия из них, т.е. в однородную основу (в материал слоя) вмонтировать арматуру в виде специально сконструированных металлических "заноз", "коготков" (см. фиг.1-18).

На фиг. 1, 6 и 18 показаны три типовых примера реализации слоев "Аскольза-Н", и на них раскрыты основные конструкционные и, частично, технологические подробности изобретения.

Вся технология конструирования и производства таких слоев противоскольжения для заданного материала основы слоя может быть разделена на три основных этапа: подбор или разработка подходящего основного элемента зацепления (коготка); второй этап создание работоспособного и технологичного "основного блока коготков" и, третий этап создание требуемого слоя противоскольжения конкретного назначения.

При практических разработках все три этапа могут повторяться по нескольку раз, т.е. имеет место итерационный процесс. Конструирование повторяется до тех пор, пока не будут удовлетворены все требования к разрабатываемому слою.

Первый этап (разработка коготка) заключается в конструировании подходящего, наиболее рационального коготка, который должен выполнять роль шипа и в некоторых случаях представлять собой не металлическую дужку, а искусственно выращенную кристаллическую нить (ус), обычно применяемый в композиционных материалах; определяются размеры, форма, материал и геометрия коготка. Рабочие характеристики коготка зависят от правильного выбора соотношений между заданной толщиной разрабатываемого слоя Н, толщиной h рабочего слоя, который может быть изношен (стерт) за время эксплуатации, и геометрическими характеристиками коготка (см. фиг. 3): диаметром d, радиусом кривизны дужки R и выбираются из соотношений: h≈(0,7-0,9)H; h_p≈(0,5-0,7)H; d≅h/7; D ≥ 3d; R ≥2h.

Не менее важен выбор материала коготка и согласование его характеристик с характеристиками материала основы создаваемого слоя противоскольжения, который, как правило, бывает задан заранее. Материал коготков должен быть тверже материала покрытия, по которому происходит движение, и тверже материала основы слоя противоскольжения. Кроме того, весьма желательно выбрать материал основы и коготков таким образом, чтобы в процессе эксплуатации износ коготков происходил бы согласованно с износом основы слоя. Это условие, совпадает с другими требованиями: сохранения формы коготков в процессе эксплуатации и обеспечения наилучших условий для использования "эффекта самозатачивания" коготков в процессе их износа. При удачном выборе материала коготков к заданному материалу основы слоя, материал основы защищает коготки не только от быстрого износа, но и от чрезмерных деформаций при сжатиях слоя противоскольжения.

Для различных сортов резины (натурального и искусственного каучука) как основы слоя противоскольжения подошв обуви и протекторов шин подходящим материалом для коготков является стальная проволока, применяемая для пружин, для струн и других изделий, где требуется гибкость и упругость при работе, и наоборот, достаточная пластичность для придания нужной формы коготкам в процессе их производства. При выборе резины и проволоки для "Аскольза-Н" необходимо учитывать, что они должны быть согласованы по температурным характеристикам: коэффициент температурного расширения материала коготков и основы слоя должны быть одинаковы или близки. Необходимо подобрать материалы коготков и основы таким образом, чтобы при нахождении в тепле (в помещении) обеспечивалось некоторое дополнительное "упрятывание коготков" (их кончиков) в материал основы и, наоборот, при нахождении на холоде, в условиях возможного гололеда происходило автоматическое выступание кончиков коготков за пределы поверхности слоя противоскольжения, речь идет о чрезвычайно малых смещениях кончиков коготков в зависимости от изменения температурных условий.

В некоторых случаях обязательным является такой выбор материала коготков и основы слоя, чтобы материал основы надежно прилипал к поверхности коготков в процессе полимеризации резины слоя при производстве. Это требуется по ряду причин: для обеспечения непрерывности и повышения герметичности слоя противоскольжения; для повышения эффективности, длительности и надежности работы слоя; для повышения износоустойчивости слоя (и, соответственно, срока службы обуви, шин); для обеспечения условий "самозаточки" кончиков коготков в процессе эксплуатации. Важно это и с точки зрения предохранения поверхностей коготков от коррозии, если используемая проволока не является нержавеющей.

Если напрямую достаточно хорошую связь основы слоя с поверхностями коготков обеспечить не удается, следует предварительно, перед установкой "арматуры" композиционного слоя в форму для заливки основы, покрыть коготки и другие элементы "арматуры" тем или иным покрытием, хорошо сцепляющимся, с одной стороны, с поверхностью коготков, а с другой стороны, с резиной или другим материалом основы слоя.

На фиг. 1 и 2 представлены в основных видах все элементы простейшего, типового слоя "Аскольз-Н". Одинарные коготки 1 (фиг.1а и 1б) с установочными "тарелочками" собираются между двумя слоями кордной ткани и заливаются резиной или иной пластичной основой. Схема размещения коготков в слое показана на фиг. 1д и 1е. Этой слой обеспечивает противоскользящие свойства по всем направлениям, на все 360^o.

На чертежах обозначены: 1 коготок; 2 основа слоя; 3 слой кордовой ткани.

На фиг.3 показаны основные геометрические характеристики одиночного коготка: H; h; h_p; D; d и R.

На фиг. 4 показан единичный коготок в "статике" и "в работе", то есть при отсутствии скольжения и при начале скольжения в различных направлениях. Такой коготок не препятствует свободному скольжению в одном направлении (фиг. 4а) и создает надежное зацепление за поверхность опоры при тенденциях скольжения слоя в противоположном направлении (фиг.4б). Зацепившись за поверхность опоры, коготок несколько разгибается, что приводит к выдвижению острой кромки его кончика и к дальнейшему проникновению в поверхность скользкой опоры (см.фиг.4б). При деформациях коготка происходит и местная деформация материала основы слоя и некоторое смещение тарелочки 1' и слоев кордной ткани 3, таким образом, все элементы слоя "Аскольз-Н" работают как единый комплекс.

На фиг. 5 дана диаграмма поведения единичного коготка при принуждении слоя к скольжению по поверхности опоры. Опытным путем установлено, что при перемещении слоя в том направлении, куда был "отогнут" коготок при установке, в секторе 90^o, ( практически даже в несколько большем секторе) происходит надежное зацепление коготка за поверхность. При перемещениях в противоположных направлениях происходит беспрепятственное скольжение, как было показано на фиг.4а. В промежутках между этими двумя основными рабочими секторами оказываются две сектора "неустойчивого зацепления" коготок может зацепиться, может нет. Практически, сектор надежного зацепления и сектор свободного скольжения несколько больше, чем по 90^o, а два сектора неустойчивого зацепления чуть меньше, чем по 90^o.

На фиг.6 представлен первый пример "блока коготков" для конструирования и производства слоев "Аскольз-Н". Такой вариант может быть использован для формирования подошвы обуви или протектора шины, когда в качестве коготков используются неметаллические "усы" композиционных материалов кристаллические нити углерода, сапфира и т.д. В одной тарелочке (см.фиг.6а) монтируется четыре коготка, и получается "блок коготков". На тарелочке предусмотрены четыре технологических шипа для монтажа блока на специальной кордной ткани 3 с отверстиями 4 для шипов 5. Собранные на этом слое блоки (см.фиг.6б) помещаются в форму 6 и заливаются основой 2 (см.фиг.6в). В результате получается один из вариантов слоя "Аскольз-Н", показанный на фиг.6г, 6д и 6е.

На фиг. 7-15 показаны в трех проекциях девять из множества возможных вариантов коготков и блоков. В основном представлены варианты коготков и блоков, выполненные из пружинной проволоки, на фиг. 7, 8 и 9 единичные коготки, на фиг. 10 12 простейшие блоки, имеющие два коготка. Они просты и практичны. Из них можно собирать более разветвленные блоки по четыре, шесть и более, до двенадцати коготков в одном блоке. Некоторые из них показаны на фиг. 13, 14 и 15.

Все эти варианты были разработаны и подвергнуты анализу с точки зрения работоспособности, эффективности, а также технологичности производства слоев "Аскольз-Н". Наиболее рациональными признаны варианты коготков "с колечком" (фиг.8) и "с сектором" (фиг.9). Они просты, рациональны и универсальны.

Из двух коготковых блоков предпочтителен вариант "подковка" (фиг.11). Из этих "подковок" и "сборочных колечек" 7 (см.фиг. 14 и 15) можно собирать многие варианты блоков и создавать различные слои "Аскольза-Н", в том числе наиболее простые варианты этих слоев под условным названием "кольчуга" ("кольчуга противоскольжения"). Такой слой годится и для обуви, и для шин транспортных средств (см.фиг.18).

На фиг. 15 представлен блок с восьмью коготками в одном блоке, на одном колечке. Этот вариант в некоторых случаях может быть предпочтительным в виду своей простоты, минимального набора необходимых деталей ("гнутая подковка" 1, "колечко" 7) и один слой кордной ткани 3 (см.фиг.16а). Этот набор позволяет создавать слои противоскольжения с высокой плотностью коготков на единицу поверхности слоя (фиг.16б).

Если в слое противоскольжения, показанном на фиг.16а, оставить половину блоков коготками вниз, а те, что между ними повернуть коготками вверх, получится прокладка под опоры (под ножки) мебели, которой необходимо прочно стоять на месте в помещении; под приборы на столах и под оборудование на полу цеха. Если, например, в одном направлении движения необходимо обеспечить хорошее скольжение, а в обратном, наоборот, надежное торможение, целесообразно использовать "гнутые подковки", расположенные по схеме, показанной на фиг. 17. Здесь слой скользит в одну сторону (фиг.17б). Если тонким слоем такого "Аскольз-Н" покрыть рабочие поверхности лыж или саней (санок), то уменьшится или исчезнет совсем отдача (скольжение назад) и улучшится бег лыжника и устойчивость саней на подъемах.

Такие же слои протвоскольжения могут быть применены в обгонных муфтах, на ленточных транспортерах и т.д.

Формула изобретения

1. Композиционный слой противоскольжения преимущественно для обуви и шин транспортных средств, содержащий основу и элементы зацепления в виде иглообразных стержней из упругого твердого материала, полностью размещенные внутри основы, отличающийся тем, что стержни выполнены в виде дужек, нижние концы которых установлены под углом к наружной поверхности слоя вровень с ней, при этом основа снабжена отдельными элементами зацепления и/или блоками элементов зацепления, образованными соединением элементов зацепления в узлы.

2. Слой по п. 1, отличающийся тем, что материал основы является монолитным и выполнен с обеспечением возможности защиты элементов зацепления от коррозии, чрезмерных деформаций при сжатии слоя и самозатачивания нижних концов элементов зацепления.

3. Слой по п.1, отличающийся тем, что элементы зацепления выполнены из проволоки.

4. Слой по п.1, отличающийся тем, что элементы зацепления выполнены из неметаллических материалов продуктов производства искусственно выращиваемых кристаллов, таких, как углерод, сапфир и т.п.

5. Элемент зацепления композиционного слоя противоскольжения преимущественно для обуви и шин транспортных средств, выполненный в виде иглообразного стержня из упругого твердого материала, полностью размещенного внутри слоя, и снабженный средством для его закрепленния в толще слоя, отличающийся тем, что стержень выполнен в виде дужки, подобной коготку, при этом верхний его конец служит для закрепления в композиционном слое, а нижний установлен под углом к наружной поверхности слоя вровень с ней.

6. Элемент по п.5, отличающийся тем, что средство для закрепления стержня в толще слоя одновременно служит средством удержания стержня в определенном положении внутри слоя и выполнено в виде тарелочки, шляпки, завитушки и т.п. соединенной с верхним концом стержня.

7. Блок элементов зацепления для композиционного слоя противоскольжения, отличающийся тем, что он представляет собой конструктивно и технологически отработанный узел из двух и более соединенных между собой элементов зацепления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18