СЛОИСТЫЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 2024 года по МПК F16F7/08 F16F7/12 

Изобретение относится к области виброизоляции, а более конкретно к местной амортизации изделия, подвергаемого испытаниям на воздействие сейсмического удара по требованиям ГОСТ Р В 20.39.304-98, с целью снижения амплитуды импульса ускорений.

Известно устройство «Упругопластическая рама», разработанная ЗАО «ЭлКОРСервис» (308006, Россия, г. Белгород, ул. Производственная, 8 В, стр. 1, elcors@list.ru), состоящее из четырех металлических скоб, сваренных по торцам и образующих в плане контур основания амортизируемого изделия, которое устанавливается через набор шайб общей высотой до 20 мм на верхнюю полку скобы, а нижняя полка крепится к месту установки изделия на объекте также через набор таких же шайб.

Рассеивание энергии сейсмического удара при испытаниях и, следовательно, снижение амплитуды импульса ускорений, воздействующего на амортизируемое изделие (при испытаниях поочередно по трем взаимно перпендикулярным осям), происходит за счет пластической деформации верхней и нижней полок упругопластической рамы.

Недостатками такого устройства является необходимость изготовления достаточно сложной конструкции упругопластической рамы с контуром, повторяющим контур основания амортизируемого изделия. Следовательно, требуется изготавливать упругопластическую раму индивидуально под каждое амортизируемое изделие, что не позволяет ее унифицировать, и для каждого изделия необходимо экспериментально подбирать толщину пластин скоб, размеры их полок, расположение отверстий для крепления самого изделия и упругопластической рамы к месту установки на объекте. Эффект снижения амплитуды импульса ускорений сейсмического удара в этом устройстве также зависит от направления воздействия (оси воздействия) и не превышает 20-50%, что недостаточно.

Известно устройство Пластинчатый амортизатор - прототип, защищенное патентом на полезную модель (номер патента RU 204812, год публикации: 2021, состоящее из отдельных скоб П-образной формы, устанавливаемых под узлы крепления изделия, выполненных из нескольких пластин листовой стали, и соединенных в единую конструкцию с помощью болтового соединения в центре вертикали скобы и шайбы прямоугольной формы, повторяющей очертание вертикальной полки внутренней пластины.

Рассеивание энергии сейсмического удара и, следовательно, снижение амплитуды импульса ускорений, воздействующего на амортизируемое изделие, происходит за счет пластической деформации верхней и нижней полок пластинчатого амортизатора и трения между пластинами листовой стали.

Недостатками такого устройства являются:

недостаточный эффект снижения амплитуды импульса ускорений сейсмического удара в этом устройстве, так как коэффициент трения стали по стали является относительно низким (примерно, 0,3), а стянутые узлами крепления изделия скобы не позволяют в полной мере использовать этот прием;

при большой пластической деформации происходит соударение полок скобы между собой и (или) удар верхней полки о корпус изделия и (или) удар нижней полки об основание, что может вызвать дополнительные перегрузки в защищаемом изделии.

Задачами предлагаемого изобретения является снижение амплитуды испытательного импульса ускорений более, чем на 50%, по всем трем взаимно перпендикулярным осям воздействия сейсмического удара и исключение перегрузок на защищаемом изделии от соударений.

Для решения поставленных задач предложен слоистый амортизатор, состоящий из набора пластин из эластомерного материала, между которыми вставлены стальные пластины, и весь комплект пластин согнут в П-образный профиль, состоящий из расчетного количества стальных пластин, который в единую конструкцию соединен с помощью болтового соединения через отверстие в центре вертикальной части профиля и двух стальных шайб прямоугольной формы с его внутренней и наружной стороны, причем пластины снабжены отверстиями, через которые они крепятся с помощью болтов (шпилек) и наборов шайб между собой, к основанию амортизируемого изделия и к месту его установки на объекте, при этом диаметр отверстий больше диаметров болтов крепления, а внутренняя пластина имеет углубления, позволяющие скрыть головки болтов в местах крепления амортизатора.

Эластомер - полимер или материал на его основе, находящийся в высокоэластическом состоянии, т.е. обладающий способностью к значительной обратимой деформации при приложении относительно небольшого механического напряжения. К эластомерам относятся каучуки, резиновые смеси, резины и термопластичные эластомеры (ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения).

Например, резина способна до 10 раз больше аккумулировать динамической энергии на единицу массы по сравнению с пружинной сталью, и имеет большой коэффициент трения (резина по стали ≈0,7-0,8; резина по резине ≈1 и более). [Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шор, Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1979.]

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами, на которых изображены основные элементы слоистого амортизатора

В его состав (фиг. 1) входят пластины 1 из эластомерного материала, между которыми вставлены стальные пластины 2. Собранный таким образом комплект пластин согнут в П-образный профиль, состоящий из расчетного количества пластин. Количество стальных пластин n определяется из условия достижения стадии пластичности стальных пластин, при которой происходит рассеивание динамической энергии, по формуле

n = (36 М_и² × А_и² × I²) / (h² × в × [σ_пл]),

где М_и - масса изделия, опирающаяся на амортизатор;

А_и - амплитуда импульса ускорений, принимаемая в пять раз меньшей, чем амплитуда испытательного импульса за счет работы амортизатора (определено экспериментально);

I - плечо силы Р, задаваемое из конструктивных соображений и равное расстоянию от середины болта крепления полки пластины до середины вертикали пластины;

h - суммарная толщина стальных пластин;

в - ширина пластин, задаваемая из конструктивных соображений

[σ_пл] - предел пластичности для материала стальной пластины.

Жесткостью эластомерного материала в расчете пренебрегается.

В единую конструкцию пластины соединены с помощью болтового соединения через отверстие 3 в центре вертикальной части профиля и двух стальных шайб прямоугольной формы с его внутренней 4 и наружной 5 сторон.

Пластины снабжены отверстиями 6, через которые они крепятся с помощью болтов (шпилек) и наборов шайб между собой, к основанию амортизируемого изделия и к месту его установки на объекте, причем диаметр отверстий больше диаметров болтов крепления, чтобы обеспечить трение между пластинами при их перемещении и деформации во время динамического нагружения.

Толщина граничных наружной и внутренней пластин профиля из эластомерного материала определяется с учетом конструктивных возможностей максимально ее увеличить, чтобы массивный эластомерный материал интенсивно аккумулировал динамическую нагрузку. Внутренняя пластина имеет углубления 7, позволяющие скрыть головки болтов в местах крепления амортизатора, чтобы исключить соударение металлических пластин при чрезмерной пластической деформации. Особенности конструкции внутренней пластины показаны на чертеже (фиг. 2).

Конструкции остальных пластин (фиг. 3), независимо от их материала, могут различаться между собой только толщиной и линейными размерами. На чертеже пунктиром показаны места сгиба пластины 8.

Заявленный слоистый амортизатор позволяет рассеивать и аккумулировать динамическую нагрузку за счет пластической деформации стальных пластин, трения между стальными и эластомерными пластинами, наличия массивных эластомерных пластин, а также исключает перегрузки в защищаемом изделии от соударения пластин.

Предложенный слоистый амортизатор может применяться в качестве системы местной амортизации аппаратуры и оборудования с любой конфигурацией основания, подвергающейся воздействию динамических, в том числе, ударных нагрузок.

Изобретение относится к области виброизоляции. Слоистый амортизатор включает комплект пластин, согнутых в П-образный профиль, состоящий из расчетного количества пластин. Между пластинами из эластомерного материала вставлены стальные пластины. С внутренней и наружной сторон комплект соединен в единую конструкцию с помощью болтового соединения через отверстие в центре вертикальной части профиля и двух стальных шайб прямоугольной формы. Обеспечивается снижение амплитуды воздействующего импульса ускорений, а также исключение перегрузки в защищаемом изделии от соударения пластин за счет наличия внутренней скобы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Слоистый амортизатор, включающий комплект пластин, согнутых в П-образный профиль, состоящий из расчетного количества пластин, отличающийся тем, что между пластинами из эластомерного материала вставлены стальные пластины; с внутренней и наружной сторон комплект соединен в единую конструкцию с помощью болтового соединения через отверстие в центре вертикальной части профиля и двух стальных шайб прямоугольной формы.

2. Слоистый амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что расчетное количество стальных пластин определяется по формуле

n = (36 М_и² × А_и² × I²) / (h² × в × [σ_пл]),

где М_и - масса изделия, опирающаяся на амортизатор;

А_и - амплитуда импульса ускорений, принимаемая в пять раз меньшей, чем амплитуда испытательного импульса за счет работы амортизатора;

I - плечо силы Р, задаваемое из конструктивных соображений и равное расстоянию от середины болта крепления полки пластины до середины вертикали пластины;

h - суммарная толщина стальных пластин;

в - ширина пластин, задаваемая из конструктивных соображений;

[σ_пл] - предел пластичности для материала стальной пластины.

3. Слоистый амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что пластины П-образного профиля снабжены отверстиями, через которые с помощью болтов и наборов шайб они крепятся между собой, к основанию амортизируемого изделия и к месту его установки на объекте, причем диаметр отверстий больше диаметров болтов крепления и соединения.

4. Слоистый амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя пластина имеет углубления, позволяющие скрыть головки болтов в местах крепления амортизатора.