一种碳纤维绳索锚固装置及其锚固工艺 |
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申请号 | CN202211233357.5 | 申请日 | 2022-10-10 | 公开(公告)号 | CN115538203A | 公开(公告)日 | 2022-12-30 |
申请人 | 江苏集萃碳纤维及复合材料应用技术研究院有限公司; | 发明人 | 姚建华; 谭佃龙; 於仁明; 唐宁; 朱磊; 郭鹏坤; 李少华; | ||||
摘要 | 本 发明 是一种 碳 纤维 绳索锚固装置及其锚固工艺,包括:外锥筒,沿其轴线方向开设有第一内锥孔;多个内锥、多个内锥盖,其沿外锥筒轴线交替布置,内锥、内锥盖的数量一致;其中,内锥盖内开设有直通孔;顶锥,其设置在外锥筒轴线上,并位于内锥盖一侧;顶锥芯,其设置在外锥筒轴线上,其适于插入顶锥开设的第二内锥孔内;本方案的内锥、内锥盖、顶锥、顶锥盖的存在使得 碳纤维 绳索或绳股在锚固部分呈现多级渐变的形状,即使绳索或绳股与粘结剂之间发生脱粘或者粘结剂出现碎裂,内锥盖内中编制的碳纤维绳索也在内锥的作用下,起到阻止绳索从外锥筒中滑脱的作用,大幅度降低了绳索直接从外锥筒中抽出的 风 险,实现了碳纤维绳索的端部的锚固。 | ||||||
权利要求 | 1.一种碳纤维绳索锚固装置,其调整在于,包括: |
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说明书全文 | 一种碳纤维绳索锚固装置及其锚固工艺技术领域背景技术[0002] 当前绳索材料主要分两大类,一类是以金属材料为基体的钢丝绳,另一类是以高强聚丙稀、超高分子量聚乙烯等有机高分子材料为基体的绳索。钢丝绳具有强度高,抗蠕变等特点,但刚度大,不易曲折,无法直接打结,另外,经过长时间应用后,在大载荷下断裂时,常常是突发性的。有机高分子材料绳索柔软性强,使用运输方便,易于打结使用,但高分子材料模量低,抗蠕变性差,在野外日光下使用时,易于老化,寿命短,当承受拉力很大时,绳索直径变化很大,给使用带来不便。 [0003] 碳纤维突出的特点是强度和模量高,密度小,耐腐蚀性能好,膨胀系数低,耐高温蠕变性能好,摩擦系数小,自润滑,导电性高等特点。由于碳纤维既具有高于钢铁的拉伸模量和几倍乃至数十倍的拉伸强度,又具有纤维的可编织性能,以此作为基体材料制作碳纤维绳索,恰好可弥补钢丝绳和有机高分子绳索的不足,得到高性能的碳纤维绳索。 [0004] 但由于碳纤维耐磨性能较差,因此,传统纤维绳索所采用的插接工艺对其不适用,会由于在插接部位出现纤维的严重磨损从而发生失效,因而影响其使用。 [0005] 综上,如何实现碳纤维绳索的端部的锚固,以解决碳纤维绳索的连接,从而发挥碳纤维绳索强度和模量高、伸长小、回弹小的优点成为本领域技术人员急需解决的问题。 发明内容[0006] 本发明要解决的技术问题是:如何实现碳纤维绳索的端部的锚固; [0007] 为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案为: [0008] 本发明是一种碳纤维绳索锚固装置,包括:外锥筒,沿其轴线方向开设有第一内锥孔;多个内锥、多个内锥盖,其沿所述外锥筒轴线交替布置,所述内锥、内锥盖的数量一致;其中,所述内锥盖内开设有直通孔;顶锥,其设置在所述外锥筒轴线上,并位于所述内锥盖一侧;顶锥芯,其设置所述在外锥筒轴线上,其适于插入所述顶锥开设的第二内锥孔内。 [0009] 在本方案中,沿外锥筒轴向方向依次布置第一内锥、第一内锥盖、第二内锥、第二内锥盖......,在最后一内锥盖的尾部设置顶锥,顶锥尾部设置顶锥芯;拉动外锥筒,在外锥筒斜面内壁与内锥盖斜面外壁的配合下,移动外锥筒,将内锥盖、内锥间距减小。 [0010] 需要注意的是,内锥盖只能从外锥筒的一端进入,包覆第二内锥的碳纤维绳索直径增大,因此不能穿过内锥盖的直通孔。 [0011] 为了说明内锥、内锥盖、顶锥、顶锥芯、外锥筒具体设置的倾斜角度,本发明采用所述内锥、内锥盖、顶锥、顶锥芯的外倾斜角一致,倾斜角度为1.0°~10.0°;所述顶锥、外锥筒的内倾斜角一致,倾斜角度为内锥外倾斜角+0.1°~0.5°。 [0012] 为了说明内锥盖直通孔的尺寸,本发明采用所述直通孔的直径为碳纤维绳索直径+1.0mm~10.00mm。 [0013] 由于外锥筒的内斜角与内锥盖的外斜角不一致,为了实现外锥筒与内锥盖贴合,本发明采用内锥盖周向上等分开设有多个形变槽,相邻两所述形变槽的一端分别位于所述内锥盖的大径端、小径端; [0014] 通过开设多个形变槽能够实现内锥盖具有一定的弹性,可在外锥筒的一定范围内进行上下移动。 [0015] 为了说明具体的锚固工艺,本发明采用如下步骤: [0016] S1:将碳纤维绳索从所述第一内锥孔的小径端进入,从所述第一内锥孔的大径端穿出; [0017] S2:将其中一所述内锥包入碳纤维股绳中; [0018] S3:将碳纤维绳股再次编制为碳纤维绳索,编制长度为相应所述内锥盖的长度; [0019] S4:编织后的碳纤维绳索穿过所述内锥盖的所述直通孔; [0020] S5:当有多个所述内锥、多个所述内锥盖时,重复S2、S3、S4; [0021] S6:拉紧碳纤维绳索的两端; [0022] S7:上拉所述外锥筒,通过所述外锥筒推动将多个所述内锥、多个所述内锥盖、绳索压紧; [0023] S8:将所述外锥筒以长度方向等分分为N份; [0025] 其中,Nn>Nn‑1>...>N2>N1>0。 [0026] S10:将所述外锥筒底部的小径端封闭; [0027] S11:从上向所述外锥筒注入第一份溶液,直至溶液沉入至所述外锥筒底部,使其初步固化至失去流动性;注意不要将第一份溶液粘到超出所述内锥盖的碳纤维绳股上; [0028] S12:参照S11依次向所述外锥筒内注入多份溶液,溶液的液位不超过座顶部内锥盖顶端; [0029] S13:加热固化溶液,随后除去S6中的拉力: [0030] S14:将所述顶锥从所述外锥筒顶部塞入; [0031] S15:将碳纤维绳股的端部进行去除后,将碳纤维绳股弯折沿所述顶锥顶部弯折后塞入所述顶锥的所述第二内锥孔中; [0032] S16:所述顶锥芯插入所述顶锥的所述第二内锥孔内; [0033] S17:将剩余溶液参照S11注入至所述外锥筒内; [0034] S18:加热使得剩余溶液固化; [0036] S20:参照S1~S19的步骤完成纤维绳索的另一端安装。 [0037] 在本方案中,首先将碳纤维绳索穿过外锥筒,随后将碳纤维绳索分开形成碳纤维股绳,将第一内锥埋入碳纤维股绳,再将碳纤维股绳拧成碳纤维绳索穿过第一内锥盖的直通孔,再次将碳纤维绳索分开形成碳纤维股绳,将第二内锥埋入碳纤维股绳......重复上述动作,完成碳纤维绳索穿过最后一内锥盖时,向内锥盖内注入由环氧树脂、铁粉配比的粘结剂,直至液位不超过最后一内锥盖的顶部,此时安装顶锥,将碳纤维绳索分开形成碳纤维股绳,将碳纤维股绳端部插入至顶锥内,随后塞入顶锥芯,将碳纤维股绳压紧在顶锥、顶锥芯的间隙中,随后注入粘结剂,需要注意的是,粘结剂中铁粉的组分从下至上逐渐增大;最后再安装锚环或螺纹盖板。 [0038] 当碳纤维绳索存在编织层时,本发明采用S1步骤中,如碳纤维绳索有外编织层,需要在穿过所述外锥筒前或后,对外编织层进行去除;外编织层去除的长度需大于所述外锥筒的长度。 [0039] S6中,如何实现碳纤维绳索或碳纤维股绳的拉紧,本发明采用S6步骤中,通过拉力机一端夹持各碳纤维绳股,另一端夹持碳纤维绳索,合计施加约1%的绳索断裂破坏力。调整各碳纤维绳股的拉力,使其之间的拉力偏差在±5%之内; [0040] 拉力偏差在±5%之内是为了保证保证各个碳纤维股绳的应力平均。 [0041] 当碳纤维股绳穿过最后一内锥盖时,为了防止碳纤维股绳过长,本发明采用S15中去除碳纤维绳股的端部长度,保证剩余碳纤维绳股长度不超过所述顶锥长度且不小于所述顶锥长度的1/2; [0042] 当碳纤维股绳过长时,需要取出部分碳纤维股绳,保留碳纤维股绳的长度为不超过顶锥长度且不小于顶锥长度的1/2。 [0043] 进一步,S9中铁粉可替换为金刚砂或白刚玉或两者或三者的结合。 [0044] S19中,当采用所述锚环或螺纹盖板连接时,所述锚环或螺纹盖板需要顶住所述顶锥芯端部或固化后的溶液; [0045] 锚环或螺纹盖板起到限位的同时,也可通过锚环或螺纹盖板将锚固装置与外部固定装置固定连接。 [0046] 本发明的有益效果:本发明是一种碳纤维绳索锚固装置及其锚固工艺,本方案具有如下优点: [0047] 1、内锥、内锥盖、顶锥、顶锥盖的存在使得碳纤维绳索或绳股在锚固部分呈现多级渐变的形状,即使绳索或绳股与粘结剂之间发生脱粘或者粘结剂出现碎裂,内锥盖内中编制的碳纤维绳索也在内锥的作用下,起到阻止绳索从外锥筒中滑脱的作用,大幅度降低了绳索直接从外锥筒中抽出的风险。 [0048] 2、不同比例环氧树脂与铁粉或白刚玉或金刚砂的混合溶液所组成的粘结剂,使得刚度逐渐变化,从而降低了应力集中现象,均匀了锚固系统中的应力分布。 [0050] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 [0051] 图1是本发明的结构示意图; [0052] 图2是内锥盖的的结构示意图; [0053] 图3是本发明状态一的结构示意图; [0054] 图4是本发明状态二的结构示意图; [0055] 图5是本发明状态三的结构示意图; [0056] 图中:1‑外锥筒、2‑第一内锥孔、3‑内锥、4‑内锥盖、5‑直通孔、6‑顶锥、7‑顶锥芯、8‑第二内锥孔、9‑形变槽。 具体实施方式[0057] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。 [0058] 实施例1 [0059] 如图1所示,本发明是一种碳纤维绳索锚固装置,包括:外锥筒1,沿其轴线方向开设有第一内锥孔2;多个内锥3、多个内锥盖4,其沿外锥筒1轴线交替布置,内锥3、内锥盖4的数量一致;其中,内锥盖4内开设有直通孔5;顶锥6,其设置在外锥筒1轴线上,并位于内锥盖4一侧;顶锥芯7,其设置在外锥筒1轴线上,其适于插入顶锥6开设的第二内锥孔8内。 [0060] 在本方案中,沿外锥筒轴向方向依次布置第一内锥、第一内锥盖、第二内锥、第二内锥盖......,在最后一内锥盖的尾部设置顶锥,顶锥尾部设置顶锥芯;拉动外锥筒,在外锥筒斜面内壁与内锥盖斜面外壁的配合下,移动外锥筒,将内锥盖、内锥间距减小。 [0061] 如图1所示,为了说明内锥、内锥盖、顶锥、顶锥芯、外锥筒具体设置的倾斜角度,本发明采用内锥3、内锥盖4、顶锥6、顶锥芯7的外倾斜角一致,倾斜角度为1.0°~10.0°;顶锥6、外锥筒1的内倾斜角一致,倾斜角度为内锥外倾斜角+0.1°~0.5°。 [0062] 如图1所示,为了说明内锥盖直通孔的尺寸,本发明采用直通孔5的直径为碳纤维绳索直径+1.0mm~10.00mm。 [0063] 如图2所示,由于外锥筒的内斜角与内锥盖的外斜角不一致,为了实现外锥筒1与内锥盖4贴合,本发明采用内锥盖4周向上等分开设有多个形变槽9,相邻两形变槽9的一端分别位于内锥盖4的大径端、小径端; [0064] 通过开设多个形变槽能够实现内锥盖具有一定的弹性,可在外锥筒的一定范围内进行上下移动。 [0065] 如图3‑5所示,为了说明具体的锚固工艺,本发明采用如下步骤: [0066] 如图3所示,S1:将碳纤维绳索从第一内锥孔2的小径端进入,从第一内锥孔2的大径端穿出; [0067] 如图3所示,S2:将其中一内锥3包入碳纤维股绳中; [0068] 如图3所示,S3:将碳纤维绳股再次编制为碳纤维绳索,编制长度为相应内锥盖4的长度; [0069] 如图3所示,S4:编织后的碳纤维绳索穿过内锥盖4的直通孔5; [0070] 如图3所示,S5:当有多个内锥3、多个内锥盖4时,重复S2、S3、S4; [0071] S6:拉紧碳纤维绳索的两端; [0072] 如图4所示,S7:上拉外锥筒1,通过外锥筒4推动将多个内锥3、多个内锥盖4、绳索压紧; [0073] S8:将外锥筒1以长度方向等分分为N份; [0074] S9:配制N份溶液,N份溶液中环氧树脂与铁粉的质量配比分别为1:0、1:N1、1:N2、....、1:Nn‑1、1:Nn; [0075] 其中,Nn>Nn‑1>...>N2>N1>0。 [0076] S10:将外锥筒1底部的小径端封闭; [0077] S11:从上向外锥筒1注入第一份溶液,直至溶液沉入至外锥筒1底部,使其初步固化至失去流动性;注意不要将第一份溶液粘到超出内锥盖4的碳纤维绳股上; [0078] S12:参照S11依次向外锥筒1内注入多份溶液,溶液的液位不超过座顶部内锥盖4顶端; [0079] S13:加热固化溶液,随后除去S6中的拉力: [0080] 如图4所示,S14:将顶锥6从外锥筒1顶部塞入; [0081] 如图4所示,S15:将碳纤维绳股的端部进行去除后,将碳纤维绳股弯折沿顶锥6顶部弯折后塞入顶锥6的第二内锥孔8中; [0082] 如图5所示,S16:顶锥芯7插入顶锥6的第二内锥孔8内; [0083] S17:将剩余溶液参照S11注入至外锥筒1内; [0084] S18:加热使得剩余溶液固化; [0085] S19:安装锚环或螺纹盖板,完成碳纤维绳索的一端安装; [0086] S20:参照S1~S19的步骤完成纤维绳索的另一端安装。 [0087] 在本方案中,首先将碳纤维绳索穿过外锥筒,随后将碳纤维绳索分开形成碳纤维股绳,将第一内锥埋入碳纤维股绳,再将碳纤维股绳拧成碳纤维绳索穿过第一内锥盖的直通孔,再次将碳纤维绳索分开形成碳纤维股绳,将第二内锥埋入碳纤维股绳......重复上述动作,完成碳纤维绳索穿过最后一内锥盖时,向内锥盖内注入由环氧树脂、铁粉配比的粘结剂,直至液位不超过最后一内锥盖的顶部,此时安装顶锥,将碳纤维绳索分开形成碳纤维股绳,将碳纤维股绳端部插入至顶锥内,随后塞入顶锥芯,将碳纤维股绳压紧在顶锥、顶锥芯的间隙中,随后注入粘结剂,需要注意的是,粘结剂中铁粉的组分从下至上逐渐增大;最后再安装锚环或螺纹盖板。 [0088] S12中液位不超过最后一内锥盖的顶部是为了不影响顶锥的插入安装。 [0089] 当碳纤维绳索存在编织层时,本发明采用S1步骤中,如碳纤维绳索有外编织层,需要在穿过外锥筒前或后,对外编织层进行去除;外编织层去除的长度需大于外锥筒的长度。 [0090] S6中,如何实现碳纤维绳索或碳纤维股绳的拉紧,本发明采用S6步骤中,通过拉力机一端夹持各碳纤维绳股,另一端夹持碳纤维绳索,合计施加约1%的绳索断裂破坏力。调整各碳纤维绳股的拉力,使其之间的拉力偏差在±5%之内; [0091] 拉力偏差在±5%之内是为了保证保证各个碳纤维股绳的应力平均。 [0092] 当碳纤维股绳穿过最后一内锥盖时,为了防止碳纤维股绳过长,本发明采用S15中去除碳纤维绳股的端部长度,保证剩余碳纤维绳股长度不超过顶锥6长度且不小于顶锥长度的1/2; [0093] 当碳纤维股绳过长时,需要取出部分碳纤维股绳,保留碳纤维股绳的长度为不超过顶锥长度且不小于顶锥长度的1/2。 [0094] 进一步,S9中铁粉可替换为金刚砂或白刚玉或两者或三者的结合。 [0095] S19中,当采用锚环或螺纹盖板连接时,锚环或螺纹盖板需要顶住顶锥芯7端部或固化后的溶液; [0096] 锚环或螺纹盖板起到限位的同时,也可通过锚环或螺纹盖板将锚固装置与外部固定装置固定连接。 [0097] 实施例2 [0098] 如图3‑5所示,在锚固装置不变的情况下,具体说明锚固工艺 [0099] S1:将碳纤维绳索穿过外锥筒1;碳纤维绳索如有外编织层,将约两倍外锥筒1长度的碳纤维绳索外编织层去除;拆开约两倍外锥筒1长度的碳纤维绳索绳股; [0100] S2:将内锥3包入碳纤维绳股中; [0101] S3:将碳纤维绳股再次编制为碳纤维绳索,编制长度为相应内锥盖4的长度; [0102] S4:编制后的碳纤维绳索穿过内锥盖4的直通孔5中; [0103] S5:有内锥3和内锥盖4多级排布时,重复步骤S2、S3/S4;如图1,本方案设置有2个内锥、内锥盖; [0104] S6:内锥盖4完成后,一端夹持各绳股,另一端夹持绳索或也夹持各绳股,合计施加约1%的绳索断裂破坏力;调整各绳股的拉力,使其之间的拉力偏差在±5%之内; [0105] S7:在拉力保持的情况下,上拉外锥筒1;S8:将外锥筒1长度均匀分为六部分; [0106] S9:配制环氧树脂与填料的混合溶液,环氧树脂与铁粉(白刚玉或金刚砂)的比例分别为1:0、1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5; [0107] S10:封闭外锥筒1小孔端,保证树脂不溢流; [0108] S11:向外锥筒1中注入1:0比例的混合溶液至外锥筒1长度的1/6,辅以超声震荡,除去其中可能的空气,注意不要使混合溶液粘到超出内锥盖4的纤维绳股上,使其初步固化至失去流动性; [0109] S12:参照S11分别注入1:0.5、1:1、1:1.5、1:2的混合溶液至外锥筒1长度的2/6、3/6、4/6、5/6,如注入后混合溶液超过最上部内锥盖4的位置,则暂不进行注射; [0110] S13:加热固化,使得注入的混合溶液基本固化完全;去除拉力; [0111] S14:将顶锥6塞如外锥筒1中; [0112] S15:将超出顶锥6的碳纤维绳股的长度去除为不超过顶锥6长度且不小于顶锥长度的1/2;将碳纤维绳股沿顶锥6顶部弯折后塞入顶锥6的第二内锥孔8中; [0113] S16:将顶锥芯7塞入顶锥6的二内锥孔8中,并顶紧; [0114] S17:将剩余未注入的混合溶液参照参照S11注入; [0115] S18:加热完全固化; [0116] S19:安装锚环或螺纹盖板,完成一端的安装; [0117] S20:参照以上步骤完成另一端锚固装置的安装。 |