ЛЮКОВОЕ ЗАКРЫТИЕ Российский патент 2003 года по МПК B63B19/14 F16F1/14 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к люковым закрытиям, имеющим устройство уравновешивания крышки, и может быть применено как в судостроении, так и в других областях техники для надежного закрывания-открывания люковых отверстий и позволяет избежать коррозии элементов устройства от воздействия на них внешней среды.

Известны крышки входных люков по ОСТ В5Р. 2105-75 и крышки погрузочных люков по ОСТ В5Р. 2346-80, применяемые в судостроении. В состав этих крышек входит комингс, установленный в основном корпусе судового транспортного средства, корпус крышки, уравновешивающее устройство. Уравновешивающее устройство выполнено в виде рычажно-пружинного элемента, установленного внутри крышки и позволяющего открываться корпусу крышки на угол 85-90 градусов. Пружины уравновешивающего устройства выполнены из углеродистой пружинной стали марки 60С2А по ГОСТ 14969-79.

Недостаток указанных крышек заключается в ограничении эксплуатационных характеристик, в частности в сокращении полезной площади внутреннего объема крышки и транспортного средства после приварки комингса крышки к основному корпусу, что обусловлено размещением уравновешивающего устройства внутри крышки. Кроме того, пружины уравновешивающего устройства под воздействием морской воды быстро корродируют и выходят из строя. По этой причине необходимо их держать в масляной смазке, что затрудняет эксплуатацию устройства из-за постоянного наблюдения за наличием смазки и пополнения ее, а также вынужденного изготовления пружин для комплекта запасных частей.

Известна крышка входного люка, применяемая в судостроении (см. журнал "Судостроение", 1 за 1998 г., стр. 66-67). Эта крышка выбрана в качестве наиболее близкого аналога.

Устройство известной крышки содержит корпус крышки с механизмом задраивания, который установлен в комингсе на основном корпусе и имеет уплотнение во избежание протечек забортной воды. Корпус крышки посредством рычагов соединен с уравновешивающим устройством, расположенным снаружи крышки, за пределами входного отверстия и имеет возможность открываться на угол 90-95 градусов. Уравновешивающее устройство выполнено в виде оси специальной с размещенным внутри нее торсионом, которая смонтирована на двух опорах с возможностью вращения относительно своей горизонтальной оси. Опоры прикреплены неподвижно к основному корпусу судна посредством фундаментных кронштейнов, отстоящих друг от друга на значительном расстоянии. Торсион выполнен из пакета стальных листовых пластин марки 60С2А по ГОСТ 14959-79, термически обработанных, для воспроизводства крутящего момента, приложенного вдоль оси торсиона. Ось специальная выполнена из нержавеющего в морской воде сплава, например марки ПТ7М по ТУ 14-3-820-79. В опорах установлены подшипники скольжения для обеспечения свободного вращения в них оси специальной. Подшипники скольжения выполнены из цветного металла, например бронзы БрОФ7-0,2 по ГОСТ 5017-74. На торцах оси специальной закреплены глухие резьбовые крышки для осевого ограничения перемещения торсиона и герметичного состояния смазки, например литола-24 по ГОСТ 21150-85, находящейся внутри оси специальной для предотвращения коррозии торсиона.

Описанное устройство крышки входного люка, в сравнении с аналогом, улучшает эксплуатационные характеристики устройства, благодаря размещению уравновешивающего устройства за пределами входного люка, что дает возможность свободного прохода в отверстие люка обслуживающего персонала и грузов.

Недостатком наиболее близкого аналога является сложность, трудоемкость его обслуживания. Это вызвано тем, что пакет пластин торсиона выполнен из стали, которая под воздействием морской воды подвергается коррозии и быстро выходит из строя. Для продления срока службы торсиона внутренняя полость оси специальной заполнена смазкой, например литолом-24 по ГОСТ 21150-87, что усложняет обслуживание крышки из-за необходимости периодической замены смазки и дополнительного изготовления пластин торсиона для комплекта запасных частей.

Недостатком является также высокий коэффициент трения между парами трения устройства, подвергающимися воздействию морской воды, что ведет к дополнительным нагрузкам на оператора и затрудняет эксплуатацию устройства. Так, например, подшипники скольжения опор оси специальной уравновешивающего устройства выполнены из бронзы (коэффициент трения титанового сплава, из которого выполнена ось специальная, по бронзе без смазки f_тр.=0,4).

Недостатком известного устройства является трудоемкость и дополнительные технологические и материальные затраты, возникающие при эксплуатации и монтаже крышки на судне из-за выполнения фундаментных кронштейнов под опоры уравновешивающего устройства крышки, отстоящими друг от друга на значительном расстоянии. Это повышает требования точности при механической обработке указанных опор, так как при незначительном перекосе увеличивается коэффициент трения при эксплуатации крышки, что требует увеличения усилия, необходимого для открывания-закрывания крышки. При этом для сборки крышки и отработки усилий, необходимых для ее открывания-закрывания, предусмотрено изготовление дополнительного технологического стенда. Материальные затраты увеличиваются также из-за необходимости изготовления по торцам оси специальной уравновешивающего устройства глухих резьбовых крышек.

Известен механизм поворота одноразового действия (см. книгу "Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении", под редакцией А.С. Тихонова, А.П. Герасимова, И.И. Прохоровой, стр. 63, рис. 52). В этом механизме в качестве рабочего органа применен элемент, выполненный из сплава никелида титана. Узел поворота шарнирно закреплен одним концом на рабочем элементе, а другим - на опоре. Рабочий элемент подвергнут специальной обработке на способность восстанавливать форму при нагревании и удлиняться при этом на определенную величину Δl. При нагревании рабочего элемента до температуры выше критической материал никелида титана претерпевает обратное мартенситное превращение и элемент восстанавливает свою первоначальную форму, удлиняется на величину Δl, что приводит к повороту узла на угол α.

В этом устройстве решена задача по защите рабочего органа от коррозии, благодаря выполнению его из никелида титана, не подвергающегося коррозии от морской воды (см. книгу "Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении", под редакцией А.С. Тихонова, А.П. Герасимова, И.И. Прохоровой, стр. 32). Но для работы вышеуказанного механизма одноразового действия необходимо наличие и воздействие на его рабочий орган дополнительного источника тепла.

Задача настоящего изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик устройства за счет повышения коррозионной стойкости элементов устройства, снижения трения в его парах, а также повышения надежности эксплуатации устройства в целом.

Поставленная задача решена путем выполнения набора пластин торсиона из материала с механической памятью формы на псевдоупругость, при этом торсион предварительно закручен на угол, обеспечивающий полное открывание крышки устройства, а количество и размеры пластин торсиона выбраны из условия обеспечения генерирования напряжения возврата, необходимого для восстановления их формы.

Кроме того, опоры уравновешивающего устройства закреплены на основном корпусе посредством рамы, имеющей одно фундаментное основание.

Кроме того, втулки подшипников скольжения опор уравновешивающего устройства выполнены из неметаллического композитного материала, например углепласта.

Такое техническое решение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики устройства, повысить срок его службы в условиях воздействия на его элементы морской воды за счет выполнения пластин торсиона уравновешивающего устройства из материала, обладающего механической памятью формы на псевдоупругость, не подвергающегося коррозии от воздействия на него морской воды, что позволяет отказаться от периодической принудительной смазки торсиона.

Облегчение эксплуатации устройства достигнуто также выполнением подшипников скольжения в виде втулок, изготовленных из неметаллического материала, например углепласта, что снижает коэффициент трения в парах трения при эксплуатации крышки, облегчая работу оператора.

Эксплуатационные характеристики устройства улучшены также за счет сокращения трудоемкости, материальных, технологических затрат, а также времени при изготовлении и монтаже люкового закрытия, повышения надежности его эксплуатации. Это достигнуто благодаря креплению опор уравновешивающего устройства люкового закрытия к основному корпусу посредством рамы с одним фундаментным основанием, что позволило отказаться от изготовления дополнительного стенда для установки и подгонки элементов устройства.

Люковое закрытие представлено чертежами (фиг. 1-6), на которых изображены:
фиг. 1 - продольный разрез люкового закрытия при положении крышки люка "Закрыто";
фиг. 2 - люковое закрытие в плане;
фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1 по торсиону и опорам крышки;
фиг. 4 - вид Б с фиг. 1 на уравновешивающее устройство с опорами, раму и фундаментную опору;
фиг. 5 - продольный разрез люкового закрытия при положении крышки люка "Открыто";
фиг. 6 - вид В с фиг. 1 на корпус крышки люкового закрытия снизу в положении крышки "Закрыто".

Люковое закрытие содержит корпус 1 крышки входного люка, уравновешивающее устройство 2, соединенное с корпусом 1 посредством рычагов 3, раму 4, закрепленную неподвижно на фундаментном кронштейне 5, укрепленном неподвижно на основном корпусе 6 судового транспортного средства.

Корпус 1 крышки имеет резиновое кольцо 7 для уплотнения его в опорной плоскости комингса 8 при положении крышки "Закрыто". В нижней части корпуса 1 крышки установлен привод задраивания 9 крышки для задраивания ее личным составом, находящимся внутри основного корпуса судового транспортного средства. С внутренней стороны корпуса 1 крышки имеется рукоятка 10 для закрывания-открывания крышки изнутри. Снаружи корпуса 1 имеется рукоятка 11 для закрывания-открывания крышки снаружи в период пребывания судна на базе (например, в режиме консервации). Кроме того, снаружи корпуса 1 к нему шарнирно прикреплены два рычага 3, имеющие фланцы для крепления к оси специальной 12 уравновешивающего устройства 2.

С внешней стороны на оси специальной 12 закреплен упор 13 для фиксации корпуса 1 крышки в положении "Открыто". Упор 13 закреплен на оси специальной 12 с помощью осей и закладного штыря 14. На оси специальной 12 выполнены также два фланца 15 для крепления к ней рычагов 3. Ось специальная 12 установлена в опорах 16 и 17 с возможностью вращения в них. На одном торце оси специальной 12 жестко закреплена втулка 18, имеющая внутри гнездо прямоугольного сечения для установки одного конца торсиона 19, поворачивающегося вместе с осью специальной 12 при ее вращении вокруг своей горизонтальной оси. На торце втулки 18 закреплена шайба 20 для ограничения перемещения торсиона 19 вдоль оси. Шайба 20 прикреплена к втулке 18. Опоры 16 и 17 крепятся к раме 4 лапами 21. Опора 16 имеет гладкие торцы, а опора 17 на периферийном торце имеет фланец 22 для присоединения к нему фланцевой втулки 23. Фланцевая втулка 23 внутри имеет гнездо прямоугольного сечения для установки в нем другого конца торсиона 19, неподвижного. Снаружи торцевая сторона фланцевой втулки 23 также закрыта аналогичной шайбой 20. Внутри опор 16 и 17, ближе к их торцам, смонтированы подшипники скольжения, выполненные в виде втулок 24 из неметаллического композитного материала, например углепласта УГЭТ-ТН по ТУ 5. 966-13234-79, обладающего наименьшим коэффициентом трения f_тр=0,09 (см. РД 5. 9250-76).

Торсион 19, установленный внутри оси специальной 12, концы которого имеют прямоугольное сечение и соответственно находятся внутри гнезд втулки 18 и фланцевой втулки 23 представляет собой пакет пластин 25 прямоугольной формы, выполненных из материала, обладающего эффектом памяти формы, например никелида титана (см. статью "Способность композиции 50Ti-47Ni-3Cu превращать тепловую энергию в механическую работу при циклическом изменении температуры", авторы С.П. Беляев, С.Л. Кузьмин, В.А. Лихачев, журнал "Проблемы прочности", 1984, вып. 6, с. 77-80), обработанных при циклическом изменении нагрузки от восприятия крутящего момента с приданием им свойств псевдоупругости, иначе, работающих как пружины кручения по всем своим плоскостям (технология изготовления пластины-пружины не является предметом настоящего изобретения). Торсион 19 предварительно закручен на заданный угол, например 95 градусов, позволяющий производить полное открывание крышки. Сплав никелида титана легирован кобальтом с целью расширения диапазона температурного формоизменения в его кристаллической решетке, аустенитной точки до температуры +130^oС и мартенситной точки до температуры -100^oС для того, чтобы избежать спонтанного формоизменения пластин-пружин при естественных условиях эксплуатации, когда температура забортной среды может колебаться от +50^oС до -50^oС (см. книгу А.С. Тихонова, А.П. Герасимова, И.И. Прохоровой. "Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении", M.: Машиностроение, 1981, с. 8).

Известно, что сплавы, подвергающиеся обработке на псевдоупругость (см. книгу "Эффект памяти формы в сплавах", под ред. В.А. Займовского, М.: Металлургия, 1979, с. 404-407), должны иметь большой интервал температур начала и конца их мартенситных превращений. Пластины торсиона заранее нагружаются, закручиваются на больший угол (например, на 115 градусов), нежели требуемый (95 градусов) для полного открывания крышки, а количество пластин в торсионе и их размеры выбраны из условия обеспечения генерирования напряжения возврата, необходимого для восстановления их формы.

Концы пакета пластин 25 торсиона 19 заключены в обоймы 26, выполненные также из титанового сплава, например ПТ-3В по ГОСТ 19807-91. На концах пластин 25 выполнены овальные прорези, а в обоймах 26 - отверстия для закрепления пакета пластин 25 в обоймах 26 посредством заклепок 27. Материал для пластин 25 изготавливается нашей промышленностью по ТУ 1-809-394-84.

Рама 4 служит для крепления корпуса 1 крышки люкового закрытия к основному корпусу 6 судна, а также для крепления к ней опор 16 и 17 уравновешивающего устройства 2. Рама 4 представляет собой металлоконструкцию, выполненную, например, из титанового сплава ПТ-3В по ТУ5. 961-11122-79. В верхней части рама 4 имеет два опорных основания 28 для крепления к ним лап 21 опор 16 и 17 уравновешивающего устройства 2 известным способом, например, при помощи крепежа. В центральной части рамы 4 выполнен платик 29 для опоры на него упора 13 при положении крышки "Открыто" (см. фиг. 5). В нижней части рама 4 имеет фундаментный платик 30 для крепления ее к фундаментному кронштейну 31, приваренному к фундаментному кронштейну 5 основного корпуса 6. Опорные основания 28, платик 29 и фундаментный платик 30 соединены между собой стенкой 32, которая усилена для придания ей большей жесткости ребрами 33, 34 и 35.

Привод задраивания 9 (см. фиг. 1, 5 и 6) имеет три лапы 36, на концах которых установлены сухари 37 с возможностью разворота их на угол 90 градусов. На фиг. 1 и 6 сухари 37 изображены в положении крышки "Закрыто", а привода 9 - "Задраено". На фиг. 5 сухари 37 изображены в положении крышки "Открыто", а привода 9 -"Отдраено". На комингсе 8 имеются три паза 38 для ввода в них сухарей 37 в положении крышки "Закрыто", а привода 9 - "Задраено". Маховик 39 предназначен для поджима корпуса 1 крышки к комингсу 8 и отжима его от последнего.

Люковое закрытие работает следующим образом. В положении крышки "Закрыто" корпус 1 крышки (см. фиг. 1, 2 и 6) своей конической рабочей поверхностью находится в контакте с конической поверхностью комингса 8. При этом привод 9 находится в положении "Задраено", его сухари 37 введены в пазы 38, а уплотнительное кольцо 7 находится в контакте с конической поверхностью комингса 8 и уплотняет конические поверхности корпуса 1 крышки и комингса 8 от проникновения забортной воды внутрь люкового закрытия, в помещение основного корпуса 6. Торсион 19 (фиг. 3) находится в зацеплении с прямоугольными гнездами втулки 18 оси специальной 12 и фланцевой втулки 23. Торсион 19 закручен на максимальный крутящий момент для поджатия корпуса 1 крышки к комингсу 8 через рычаги 3 и преодоления массы корпуса 1 при открывании крышки. Упор 13 находится при этом в верхнем положении и не имеет контакта с платиком 29 рамы 4.

При переходе крышки из положения "Закрыто" в положение "Открыто" происходит следующее. С помощью маховика 39 и сухарей 37 привод задраивания 9 переводят в положение "Отдраено". Рукояткой 10 корпус 1 крышки поднимают вверх, при этом он воздействует через рычаги 3 на уравновешивающее устройство 2. Торсион 19 поворачивается (раскручивается) вместе с осью специальной 12 вокруг ее горизонтальной оси до угла подъема корпуса 1 крышки (фиг. 1), который при полном открытии корпуса 1 крышки люкового закрытия равен 95 градусов. При этом в пластинах 25, обработанных на псевдоупругость и работающих в данный момент как пружины кручения, выполненных из сплава никелида титана, происходит перераспределение зерен кристаллической решетки, мартенситные зерна переходят в аустенитные (пластины "вспоминают" свою форму), в результате чего по мере открывания корпуса 1 крышки вверх, крутящий момент от псевдоупругости уменьшается и при открывании на угол 95 градусов стремится уменьшиться до нуля. При этом пластины 25 торсиона 19, "вспоминая" свою форму, распрямляются. Упор 13 приближается к платику 29 рамы 4 (фиг. 5). Ввиду того, что фланцевая втулка 23 неподвижно прикреплена через фланец 22 к опоре 17, конец торсиона не вращается в опоре 17, а вращает своим подвижным концом через втулку 18 ось специальную 12 до перехода корпуса 1 в положение "Открыто". При вращении оси специальной 12 в опорах 16 и 17 она своими рабочими поверхностями скользит в подшипниках скольжения - втулках 24 с минимальным трением.

При достижении корпусом 1 своего положения, соответствующего углу подъема (открытия) 95 градусов, торсион 19 раскручивается (при этом усилие на рукоятке 11 не более 35 кгс) до минимального крутящего момента. Упор 13 в этот момент уперт в платик 29 рамы 4 (фиг. 5) и ограничивает дальнейшее открывание крышки, которая находится в положении "Открыто".

При закрывании люкового закрытия корпус 1 крышки начинает перемещаться вниз при воздействии на рукоятку 10, при этом усилие оператора направлено в противоположном направлении, нежели при открывании. Усилие воздействия на рукоятку 10 передается корпусом 1 через рычаги 3 и ось специальную 12, которая начинает поворачиваться, на торсион 19, пакет пластин 25 которого воспринимает крутящий момент от оси специальной 12 (постепенно закручивается). Крутящий момент будет увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнут контакт корпуса 1 с опорной конусной поверхностью комингса 8. В пластинах 25 торсиона 19 генерируются напряжения на кручение. При этом в материале пластин 25 торсиона 19 происходит преобразование кристаллической решетки из аустенитной в мартенситную, в результате чего количество мартенситных зерен возрастает, и при контакте корпуса 1 крышки с комингсом 8 пластины полностью получат заданную ранее при их обработке псевдоупругость. В результате пакет пластин 25 торсиона 19 будет снова закручен на заданный угол. После этого привод 9 переводят в положение "Задраено", сухари 37 при этом вводятся в пазы 38 и весь привод 9 поджимают к комингсу 8 посредством маховика 39, а корпус 1 - к конической поверхности комингса 8. Корпус 1 крышки находится в положении "Закрыто".

Предложенное техническое решение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики люкового закрытия, увеличить срок его службы, благодаря выполнению набора пластин торсиона из материала, обладающего памятью формы на псевдоупругость, например никелида титана, который не подвергается коррозии от контакта с морской водой, а следовательно, пластины торсиона не требуют принудительной смазки в процессе эксплуатации. Эксплуатационные характеристики будут улучшены также за счет выполнения подшипников скольжения в виде втулок из неметаллического композитного материала, углепласта, что снижает коэффициент трения в парах трения.

При установке устройства на заказе будут сокращены технологические затраты и улучшены эксплуатационные характеристики, благодаря установке крышки на основном корпусе судна посредством рамы, имеющей одно фундаментное основание, что позволит избежать перекоса оси уравновешивающего устройства. При этом отпадет надобность создания специального технологического стенда, который был необходим для предварительной сборки устройства и его отработки.

Предлагаемое устройство позволит также сэкономить затраты, необходимые на изготовление торцевых резьбовых крышек уравновешивающего устройства, так как при эксплуатации торсиона, выполненного из никелида титана, не требуется наличие смазки и содержание ее в герметичном состоянии, при этом торцы оси специальной выполнены гладкими и не имеют глухих торцевых стенок.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к люковым закрытиям, имеющим устройство уравновешивания крышки, и может быть применено как в судостроении, так и в других областях техники. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет повышения коррозионной стойкости элементов устройства, а также повышение надежности эксплуатации устройства в целом. Люковое закрытие включает в себя уравновешивающее люк устройство, которое имеет ось, смонтированную в опорах корпуса с возможностью вращения. Внутри оси расположен торсион, выполненный из материала с механической памятью формы на псевдоупругость. Торсион предварительно закручивается на угол, больший, чем требуется для обеспечения полного открывания крышки. Количество пластин торсиона и их размеры выбираются из условия обеспечения генерирования напряжения возврата, необходимого для восстановления их формы. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Люковое закрытие преимущественно судового транспортного средства, включающее комингс, установленный в основном корпусе транспортного средства, крышку, корпус которой соединен с уравновешивающим устройством, имеющим ось, смонтированную в опорах на упомянутом основном корпусе с возможностью вращения, и торсион, размещенный внутри оси и выполненный в виде набора пластин, концы которого соединены соответственно с осью и одной из опор, отличающееся тем, что набор пластин торсиона выполнен из материала с механической памятью формы на псевдоупругость и предварительно закручен на угол, превышающий заданный, обеспечивающий полное открывание крышки, при этом количество пластин торсиона и их размеры выбраны из условия обеспечения генерирования напряжения возврата, необходимого для восстановления их формы. 2. Люковое закрытие по п.1, отличающееся тем, что торсион предварительно закручен на угол не менее 115^o при заданном 95^o. 3. Люковое закрытие по п.1, отличающееся тем, что опоры закреплены на основном корпусе посредством рамы, имеющей одно фундаментальное основание для крепления к основному корпусу. 4. Люковое закрытие по п.1, отличающееся тем, что ось смонтирована в опорах, имеющих подшипники скольжения в виде втулок, выполненных из неметаллического композитного материала.