Витое проволочное изделие

 

Использование: улучшение комплекса основных физико-механических свойств витого проволочного изделия в сочетании друг с другом и уменьшение трудоемкости изготовления его элементов. Сущность: витое проволочное изделие состоит из трех прядей по пять проволок в каждой, при этом отношение диаметра проволок "δ" свитых в прядь к диаметру описанной вокруг витого изделия окружности находится в пределах 0,185<δ/Д<0,206. Пряди, а также проволоки, из которых они состоят свиты спиральной свивкой. 3 табл., 3 ил.

Изобретение относится к производству металлокорда для армирования шин и других резинотехнических изделий путем скручивания стальных высокопрочных проволок, имеющих латунное покрытие.

Известны витые проволочные изделия тросовой свивки, содержащие соединенные спиральной свивкой пряди, состоящие из спирально свитых проволок, причем пряди и витое изделие не содержат центральный элемент (сердечник, центральная проволока в пряди) [1] что улучшает его адгезию к резине. Способ выбора той или иной конструкции металлокорда при равной разрывной прочности основан на сравнении технических характеристик: числа проволок, адгезии к резине и гибкости.

Однако известные витые проволочные изделия не обладают достаточными эксплуатационными свойствами, а их выбор затруднен из-за противоречивости показателей: например, улучшение гибкости ведет к падению адгезии и наоборот.

Поэтому способ выбора, основанный на сравнении отдельных показателей конструкций, трудоемок и неэффективен.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик витого проволочного изделия, создаваемых комплексом основных физико-механических свойств в определенном сочетании друг с другом, и уменьшение трудоемкости изготовления его элементов при заданном потребительском качестве.

Это достигается путем использования в резино-технических изделиях армирующего материала, представляющего собой витое проволочное изделие, содержащее три соединенные спиральной свивкой пряди, каждая из которых состоит из пяти спирально свитых проволок, причем отношение диаметра проволок δ, свитых в пряди, к диаметру описанной окружности вокруг витого изделия D находится в пределах 0,185<δ/Д<0,206.

Указанные характеристики непосредственно связаны с основными показателями потребительских свойств витого армирующего изделия: прочностью связи с резиной, гибкостью и трудоемкостью изготовления.

Прочность связи металлокорда с резиной прямопропорциональна площади открытой для контакта с ней металлической поверхности S=P·l, где Р - периметр открытой наружной поверхности, l длина витого изделия.

Периметр открытой поверхности Р определяется соотношением где К_i доля открытого для контакта с резиной контура поперечного сечения i-ой проволоки δ_i ее диаметр, N общее количество проволок.

Момент сопротивления изгибу определяет гибкость витого изделия и находится по известному соотношению: , где n_i количество проволок i-го диаметра.

Диаметр проволок витого изделия расчитан исходя из условия равенства единице площади поперечного сечения (условие равнопрочности конструкции) по формуле δ_i= (4/Σn_iπ)^0,5 Трудоемкость изготовления непосредственно связана с числом элементов витого изделия и возрастает по мере увеличения количества проволок в пряди.

Известны тросовые витые проволочные изделия, содержащие центральный элемент и не имеющие его [1] Так как центральный элемент (сердечники прядей, центральная проволока в прядях) не участвуют в контакте с резиной, конструкции его содержащие, уступают по показателю адгезии конструкциям без центрального элемента.

Известные малопроволочные витые изделия без центрального элемента (W_о 0,85/02210) такие, как 3х3, 3х4, 4х4 тросовой конструкции, отвечают требованиям высокой прочности связи с резиной, так как периметр Р их открытой наружной поверхности достаточно высок, однако они недостаточно гибки, а увеличение числа проволок в них, как конструкции 4х4, приводит к повышению трудоемкости изготовления.

Для сопоставления различных конструкций витых изделий построен ряд возможных сочетаний проволок и прядей в них от трех до пяти при условии одинакового числа проволок в пряди внутри данной конструкции, как общепринято на практике. Такой ряд составили конструкции 3х3, 3х4, 3х5, 4х3, 4х4, 4х5 и 5х3, 5х4, 5х5. Минимальное количество элементов ограничивается недостаточной гибкостью, а максимальное высокой трудоемкостью изготовления витого изделия.

Способ определения оптимальной конструкции витого изделия предусматривает нахождение безразмерного показателя: у (х_i х_o) х_i, где у искомый параметр отклика У_p, У_w и У_N;
х_ip и х_op; х_iw и х_ow; х_in и х_oN исследуемое и желаемое значение.

Условие оптимальности стремление к минимуму суммы.

Y_P+Y_W+Y_N_→ min
В табл.1 показан принятый к рассмотрению ряд конструкций, первоначальный отбор которых осуществлен по параметрам отклика y_p и y_w, т.е. по периметру открытой поверхности и моменту сопротивления изгибу, так как прежде всего витое изделие должно отвечать эксплуатационным требованиям.

Расчет параметров отклика показан на примере конструкции 3х5. Диаметр проволок в ней составляет
δ_i= (4/Σn_iπ)^0,5= (0,267/π)^0,5
Перимметр открытой поверхности показан на фиг. 1-3 (жирная линия), где рассматриваются три различных случая контактирования прядей и проволок между собой, определяющих значения доли открытого контура ΣK_i= 9,5; 8,5 и 10,5 и среднее значение k_i=9,5, тогда
P = ΣK_iπδ_i= 9,5π(0,267/π)^0,5= 8,5
Момент сопротивления изгибу составляет

Безразмерный показатель периметра открытой поверхности,
Y_p (x_ip-x_op/x_op (9,5-9,8)/9,8=-0,133
где 9,8 желаемое значение периметра открытой поверхности, принятое как у конструкции 3х3, для которой оно максимально. В табл. 1 принято абсолютное значение.

Показатель момента сопротивления изгибу равен
у_w (х_iw-х_ow)/х_ow (0,0370-0,0287)/0,0287 0,289
где 0,0287 желаемое значение показателя, принятое как у конструкции 5х5. Суммарный показатель равен
у_p+у_w 0,133 + 0,289 0,422
Аналогично рассчитаны показатели для остальных конструкций ряда.

Анализ данных табл. 1 показывает, что дальнейшее сопоставление можно проводить для четырех конструкций 3х5, 4х5, 5х4 и 5х5, которые имеют суммарный показатель Y_p+Y_w ниже остальных.

Безразмерный показатель количества проволок для конструкции 3х5 равен:
У_N (х_iN-х_oN)/х_oN (15-15)/15 0, так как она является самой малопроволочной, а значит и наиболее производительной. Обобщенный показатель для нее составляет:
Y_p + Y_w + Y_N 0,422
В табл.2 приведены также данные определения этого показателя для конструкций 4х5, 5х4 и 5х5, которые существенно уступают конструкции 3х5, являющейся оптимальной, так как она имеет минимальное значение обобщенного показателя адгезионных и усталостных свойств, а также трудоемкости изготовления.

Предложенный способ определения оптимальной конструкции позволяет при заданных значениях какого-либо показателя потребительских свойств витого изделия найти оптимальные значения других показателей наряду с соотношением размеров и числа элементов в витом изделии.

Соотношение размеров элементов витого изделия δ/Д наиболее полно характеризует ту или иную конструкцию.

В табл. 1 приведены значения отношения диаметра проволок к диаметру витого изделия различных конструкций анализируемого ряда.

Например, для конструкции 3х5, имеющей безразмерный диаметр проволоки, равный δ = (0,267π)^0,5, диаметр витого изделия D составляет
Д = 2(R_св-r_св-0,5δ)
где R_св и r_св радиусы свивки прядей в витое изделие и проволок в прядь соответственно.

Аналогично этому определены диаметры витых изделий других конструкций и соотношение δ/Д для них.

Анализ данных табл.1 по этому показателю позволил установить, что отношение диаметра проволоки к диаметру витого изделия, имеющего минимальный обобщенный показатель, равный
Y_p + Y_w + Y_N 0,422,
находится в пределах 0,185<δ/Д<0,206, где значение 0,185 относится к конструкции 5х3 и ограничивает отношение снизу, а значение 0,206 относится к конструкции 4х3, которое является ограничением сверху.

Таким образом, необходимому условию оптимальности конструкции анализируемого ряда при установленных критериях желательности показателей периметра открытой поверхности, момента сопротивления изгибу и числа проволок явилась конструкция 3х5 с отношением диаметра проволок к диаметру витого изделия, находящимся в пределах
0,185<δ/Д<0,206
2.

Данные табл.3 показывают, что металлокорд 3х5х0,18 уступает по периметру открытой поверхности металлокорду 3х3х0,22 и по моменту сопротивления изгибу
металлокорду 7х3х0,15.

Однако, если установить критерий желательности х_op 9,8, т.е. наибольший периметр открытой поверхности, как у конструкции 3х3х0,22, а х_ow 0,0313, т. е. наименьший момент сопротивления изгибу, как у конструкции 7х3х0,15, то показатели периметра и момента сопротивления изгибу будут равны для конструкции 3х5х0,18.

Y_p (8,5 9,8)/9,8 -0,133
Y_w (0,0370 0,0313)/0,0313 0,182
Y_p + Y_w 0,133 + 0,182 0,315
для конструкции 3х3
Y_p (9,8 9,8)/9,8 0
Y_w (0,0480 0,0313)/0,0313 0,533
Y_p + Y_w 0,533
для конструкции 7х3х0,15
Y_p (7,1 9,8)/9,8 0,276
Y_w (0,0313 0,0313) 0
Y_p + Y_w 0,276
Таким образом, конструкции 3х5х0,18 и 7х3х0,15 имеют близкие суммарные показатели (около 0,3) периметра и момента сопротивления изгибу.

Для конструкции 3х5 безразмерный показатель количества проволок составит Y_N (15 15)/15 0,
для конструкции 7х3 Y_N (21 15)/15 0,4
Сумма показателей для конструкции 3х5х0,18 составит
Y_p + Y_w + Y_N 0,315 + 0 0,315,
для конструкции 7х3х0,15
Y_p + Y_w + Y_N 0,267 + 0,4 0,676,
что более, чем в два раза превышает значение 0,315.

Таким образом, конструкция 3х5х0,18 имеет заметное преимущество в сравнении со стандартными конструкциями 3х3х0,22 и 7х3х0,15.

Эксплуатационные показатели предлагаемой конструкции также превосходят сопоставляемые конструкции металлокорда. Таким образом, экспериментом показано, что при отношении диаметра проволоки к диаметру металлокорда тросовой конструкции в пределах 0,185<δ/Д<0,206 достигаются высокие эксплуатационные показатели металлокорда. При этом металлокорд 3х5, превосходя по гибкости металлокорд 3х3, гораздо менее трудоемок, чем металлокорд 7х3х0,15.

Изобретение позволяет рассчитывать оптимальные по критериям адгезии, гибкости и трудоемкости тросовые конструкции металлокорда и изготовлять наиболее оптимальную неизвестную ранее конструкцию 3х5.

Формула изобретения

Витое проволочное изделие, содержащее соединенные спиральной свивкой пряди, состоящие из спирально свитых проволок, отличающееся тем, что оно состоит из трех прядей по пять проволок в каждой, при этом отношение диаметра проволок δ, свитых в прядь, к диаметру описанной вокруг витого изделия окружности находится в пределах 0,185<δ/D<0,206.с

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6