ПРОТИВОУДАРНОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК E04H9/02 E02D27/34 

Противоударное сейсмическое устройство может быть использовано в строительстве сейсмостойких зданий и сооружений.

Известны промежуточные опоры из сминаемых цилиндров, установленные на скользких фундаментных подушках [1].

Недостатком устройства является необходимость замены цилиндров, которые подвержены смятию от ударов.

Наиболее близким аналогом является известное противоударное сейсмическое устройство, содержащее цилиндр с фланцами, верхний из которых имеет игольчатый клапан и размещенный в полости цилиндра поршень со сквозным отверстием [2].

Недостатком устройства является недостаточная надежность его работы при сейсмических воздействиях.

Задача изобретения - повышение надежности работы противоударного сейсмического устройства при сейсмических воздействиях.

Поставленная задача решена тем, что сквозное отверстие поршня выполнено в виде расширяющегося сопла с цилиндрическим участком в горловине, причем нижний фланец снабжен одноступенчатым игольчатым клапаном с возможностью входа его в горловину сопла со скользящей посадкой, а игольчатый клапан верхнего фланца выполнен двухступенчатым, при этом диаметр нижней ступени конусной иглы меньше внутреннего диаметра цилиндрического участка горловины сопла и образует с ней кольцевой зазор для свободного прохода воздуха, а диаметр верхней ступени иглы имеет с горловиной скользящую посадку.

Кроме того, для уменьшения воздействия жестких горизонтальных колебаний на верхнем фланце цилиндра расположен гибкий компенсатор с углубленными гофрами, допускающими упругую деформацию стенок для усиления продольного удара на поршень.

На фиг. 1 представлено противоударное сейсмическое устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - то же, с гибким гидрокомпенсатором.

Механизм противоударного устройства содержит цилиндр 1, у которого на фланцах 2 и 3 имеются игольчатые клапаны - иглы 4 и 5, а внутри расположен поршень 6 со сквозным отверстием в виде расширяющегося сопла 7 с цилиндрической горловиной 8. Верхняя игла 4 - двухступенчатая, нижняя 5 - цилиндрическая, при этом диаметр утолщенной части 9 верхней иглы 4 равен диаметру нижней иглы 5, а обе они в горловине 8 сопла 7 образуют очень малый кольцевой зазор 10, тогда как тонкий конец 11 верхней иглы 4 в горловине 8 создаст значительный кольцевой зазор. Такое устройство позволяет кинетическую энергию поршня 6 срабатывать в режиме возвратно-поступательного движения, т.е. не за один цикл.

Данное устройство может быть применено в качестве самостоятельной промежуточной опоры или входить в состав более сложной опоры.

Работа устройства осуществляется так. Мощный толчок через фундамент объекта передается промежуточной опоре. В результате этого, мгновенно, с большим ускорением поршень 6 пойдет, сжимая воздух в верхней полости и создавая разрежение в нижней полости цилиндра 1, при этом сжимаемый воздух из верхней полости устремится через сопло 7 в нижнюю и, расширяясь, будет снижать свое давление и температуру.

При дальнейшем подъеме поршня 6, когда верхняя игла 4 войдет в горловину 8 сопла 7, а для прохода воздуха останется лишь кольцевой зазор 10, начнется торможение подъема поршня 6. При входе утолщенной части 9 иглы 4 в горловину 8 поршень 6 остановится и, получив отрицательное ускорение от сжатой воздушной подушки и наличия вакуума под поршнем 6, пойдет вниз, устраняя сперва разрежение под поршнем 6, а затем начнет сжимать находящийся там воздух.

Снова начнется процесс торможения поршня 6 и закончится он остановкой его, когда нижняя игла 5 войдет в горловину 8 и сократит до минимума выход воздуха из-под поршня 6 через кольцевой зазор 10.

Под действием реактивной силы сжатого воздуха под поршнем 6 и создавшегося разрежения над поршнем 6 он может совершить повторный цикл возвратно-поступательного движения, и безударно опустится.

Это зависит от массы поршня 6, полученного им ускорения и величины кольцевого зазора 10.

На верхнем фланце 2 может быть расположен гидрокомпенсатор 12, заполненный жидкостью, состоящий из приваренного к фланцу 2 гофрированного цилиндра 13 со сферической головкой 14, которая упирается в сферический колпак 15, закрепленный болтами к закладной детали росверка 16. Сварной колпак 15 имеет электрозаклепку 17, между колпаком 15 и головкой 14 расположен слой графитной смазки 18. Головка 14 компенсатора 12 соединена с верхним фланцем 2 цилиндра 1 восстановительными тягами 19 с пружинным натяжным устройством 20, которых должно быть по окружности не менее трех. Устройство крепится к закладной детали 21 фундаментной опоры 22 болтами и может быть при необходимости снято, для чего необходимо отвернуть спускную пробку 23, раскрепить болтовые соединения колпака 15 и цилиндра 1 и натянуть тяги 19.

Гидрокомпенсатор 12 должен иметь достаточно глубокие гофры, которые позволят уменьшить жесткость удара снизу за счет упругой деформации стенок гофр под воздействием мгновенно возросшего давления жидкости в нем. Это "вздрагивание устройства" повлечет также к резкому увеличению импульса ударной силы поршня 6, т.е. к большему поглощению разрушительной силы толчка.

При статической нагрузке устройство будет работать как жесткая опора с расчетным запасом прочности и устойчивости.

Для заполнения компенсатора 12 жидкостью имеется пробка 24.

Для снижения температуры в цилиндре 1 он может быть выполнен с ребрами.

В качестве смазки цилиндра 1 можно применить порошковый графит.

Работа устройства происходит так.

Под действием мощного толчка снизу произойдет мгновенный подскок (вздрагивание) цилиндра 1, от чего резко повысится давление жидкости в полости компенсатора 12, под действием давления жидкости произойдет сглаживающая удар упругая деформация стенок гофр (на фиг. 2 показано пунктиром), в результате чего основная сила удара будет передана поршню 6, который пойдет вверх, будет сжимать воздух в верхней полости цилиндра 1, перегоняя его через сопло 7 в нижнюю полость; при входе верхней иглы 4 в горловину 8 сопла 7 переток воздуха сократится, начнется торможение поршня 6, а когда в горловину 8 сопла 7 войдет утолщенная часть 9 иглы 4, поршень 6 остановится и будет отброшен вниз сжатым воздухом - начнется обратный процесс движения воздуха в цилиндре, и когда в горловину 8 сопла 7 поршня 6 войдет нижняя игла 5, он остановится и снова будет отброшен вверх сжатым воздухом.

Возвратно-поступательное движение поршня будет продолжаться до тех пор, пока не будет израсходована энергия удара.

Жесткие горизонтальные колебания будут смягчаться гибкостью компенсатора 12, имеющего сферическую опору в виде сферической головки 14 и колпака 15.

Использование: в строительстве сейсмостойких зданий и сооружений. Противоударные сейсмические устройства использованы в сейсмостойких зданиях и сооружениях. Устройство выполнено в виде цилиндра с фланцами и игольчатыми клапанами, и поршня со сквозным отверстием в виде сопла. Последнее имеет цилиндрический участок в горловине. Игольчатые клапаны имеют скользящую посадку с горловиной сопла. Игольчатый клапан верхнего фланца - двухступенчатый. Игольчатый клапан нижнего фланца образует зазор с горловиной сопла. На верхнем фланце расположен гибкий гидрокомпенсатор с углубленными гофрами. Технический результат - повышение надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Противоударное сейсмическое устройство, содержащее цилиндр с фланцами, верхний из которых имеет игольчатый клапан и размещенный в полости цилиндра поршень со сквозным отверстием, отличающееся тем, что сквозное отверстие поршня выполнено в виде расширяющего сопла с цилиндрическим участком в горловине, причем нижний фланец снабжен одноступенчатым игольчатым клапаном с возможностью входа его в горловину сопла со скользящей посадкой, а игольчатый клапан верхнего фланца выполнен двухступенчатым, при этом диаметр нижней ступени тонкой конусной иглы меньше внутреннего диаметра цилиндрического участка горловины сопла и образует с ней кольцевой зазор для свободного прохода воздуха, а диаметр верхней ступени иглы имеет с горловиной скользящую посадку. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для уменьшения воздействия жестких горизонтальных колебаний на верхнем фланце цилиндра расположен гибкий гидрокомпенсатор с углубленными гофрами, допускающими упругую деформацию стенок для усиления продольного удара на поршень.