Устройство амортизации
DAMPING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к амортизирующим системам однократного действия с пластически деформируемыми и разрушающимися узлами и элементами.
Преимущественно предлагаемое техническое решение предназначено для амортизации объектов при проведении измерений в условиях интенсивного сейсмического воздействия, например, при проведении массовых взрывов в горных карьерах. Это обусловлено тем, что при такой схеме постановки измерений преобладающее воздействие происходит в вертикальном направлении, которое может сопровождаться откольными явлениями.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение.
При проведении взрывных работ в горных карьерах для исследования физических процессов разрушения скальных массивов и для разработки мероприятий по сейсмической безопасности зданий и технологического оборудования требуется знание и, соответственно, прогнозирование параметров сейсмического воздействия. Пример таких исследований и измерений изложен в работе [Адушкин В.В., Спивак А.А., Подземные взрывы, М., «Наука», 2007].
2
В случае расположения измерительных датчиков и регистраторов на минимальном расстоянии от места взрыва необходимо обеспечить сохранность последних при величинах максимальной скорости движения грунта до 1,0 м/с, смещения до 10 см и ускорения до 200 м/с.
Уровень техники.
Основным методом защиты объекта любого назначения, например, транспортного средства или регистрирующей аппаратуры, является амортизация.
При размещении регистраторов в отдельном корпусе амортизируется сам корпус.
Типовые устройства амортизации представлены в патентах [1-3] и предназначены для амортизации объектов при средних уровнях воздействия, когда не происходит соударения корпуса транспортного средства с ограничителями.
Аналоги.
Широко известны способ и устройства амортизации [4-7].
В различных областях техники основным и широко используемым методом амортизации является подрессоривание.
Близкими к заявляемому техническому решению того же назначения являются по совокупности признаков устройства [8, 9].
Суть способа, реализуемого в устройстве [8] заключается в том, что амортизация объекта осуществляется разрушением одноразового элемента системы амортизации.
Демпфирование, реализуемое в устройстве, изложенном в патенте РФ [9], заключается в торможении объекта при разрушении одноразового элемента.
Недостатками этих устройств является повышенная жесткость подвески и элементов амортизации.
Прототип.
Наиболее близкими к заявляемому техническому решению того же назначения являются по совокупности признаков устройство по патенту Японии [10] и устройство по патенту США [11].
Устройство по патенту Японии [10] предназначено для обеспечения энергопоглощения при землетрясении путем использования пластично деформируемого элемента.
Устройство по патенту США [11] из смежной области (МПК B60R) предназначено для крепления велосипедов и включает опорные рычаги для демпфирования колебаний. Некоторые элементы этого устройства могут быть применены в предлагаемом устройстве.
В целом, основной недостаток этих устройств - прототипов заключается в том, что их функционирование ограничено только амортизацией одного вида или цикла воздействия. Такое ограничение может привести к повреждению объекта от незащищаемого вида воздействия.
Технический результат изобретения.
Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение перегрузок на амортизируемый (защищаемый) объект.
Цель изобретения - повышение надежности защиты объекта от ударно-взрывного воздействия высокой интенсивности, в том числе запредельной.
Достижение технического результата.
Указанный результат достигается тем, что в моменты наибольшего воздействия на защищаемый объект в дополнение к основной системе подрессоривания производится дополнительное демпфирование в фазе подъема и в фазе падения на грунт, основанное на использовании одноразовых разрушаемых узлов и элементов.
После достижения максимального зазора между объектом и грунтом производят дополнительное демпфирование объекта. При этом перегрузка должна снижаться до безопасной величины.
Сущность изобретения
Амортизация на основе предлагаемого устройства осуществляется поэтапно.
На фиг. 1 представлены в зависимости от времени типовые эпюры смещения (поз. 2 фиг. 1), скорости (поз. 3 фиг. 1), ускорения (поз. 4 фиг. 1) грунта, смещения (поз. 5 фиг. 1), скорости (поз. 6 фиг. 1), ускорения (поз. 7, 15 фиг. 1) объекта без дополнительных средств амортизации, а также смещения (поз. 17 фиг. 1), скорости (поз. 18 фиг. 1), ускорения (поз. 13, 14, 16 фиг. 1) объекта с дополнительными средствами амортизации.
Схема устройства амортизации в целом представлена на рисунке (фиг. 2), при этом на фиг. 2а показан вертикальный разрез по продольной оси, на фиг. 2б - в плане, на фиг. 2в - вертикальный разрез по поперечной оси.
На фиг. 2 показаны объект амортизации (поз. 19 фиг. 2) с рессорным блоком (поз. 21 фиг. 2). Между объектом (поз. 19 фиг. 2) и грунтом (поз. 20 фиг. 2) установлены одноразовые разрушаемые элементы (поз. 22 фиг. 2). Элементы жестко связаны с грунтом и объектом, а их длина в исходном состоянии превышает зазор между объектом и грунтом.
Устройство амортизации включает дополнительно еще одноразовый разрушаемый демпфер (поз. 23 фиг. 2).
Без дополнительных средств амортизации объект падает с высоты (поз. 8 фиг. 1) и при соударении с грунтом (поз. 10 фиг. 1) может получить повреждения.
Алгоритм амортизации объекта для рассматриваемого вида воздействия включает несколью этапов.
На первом этапе амортизация осуществляется следующим образом.
После начала воздействия (поз. 1 фиг. 1) за счет сил инерции расстояние между защищаемым подрессоренным объектом (поз. 19 фиг. 2) и грунтом (поз. 20 фиг. 2) сокращается. При этом увеличивается энергия силы упругости рессорной подвески. За счет сил упругости объект начинает разгоняться и расстояние между ним и грунтом увеличивается.
Начиная с момента превышения (поз. 9 фиг. 1) расстояния между грунтом (поз. 20 фиг. 2) и объектом (поз. 19 фиг. 2) исходной величины, происходит торможение объекта за счет разрушения дополнительных одноразовых связей (поз. 22 фиг. 2) объекта с грунтом. Элементы могут быть изготовлены, например, из алюминиевой проволоки. Длина связи должна превышать начальное расстояние (зазор) между объектом и фунтом. Такое торможение осуществляется до момента достижения объектом максимального зазора (поз. 10 фиг. 1). В этом случае объект падает с высоты (поз. 11 фиг. 1), которая меньше высоты без разрушаемых элементов (поз. 8 фиг. 1), что приводит к уменьшению воздействия.
Вторым опасным периодом воздействия, требующим защиты объекта от него, является момент соударения падающего объекта с грунтом (поз. 12 фиг. 1). В этот момент, особенно при встречном движении в противофазе, наблюдаются максимальные перегрузки, которые и могут вызвать повреждение объекта.
Снижение перегрузок на объект в этот момент времени достигается применением одноразового разрушаемого демпфера (поз. 23 фиг. 2).
Одноразовый разрушаемый демпфер (поз. 23 фиг. 2) после превышения величины зазора между грунтом и объектом исходного значения между ними занимает положение под объектом. Демпфирование начинается с момента достижения максимального зазора между объектом и грунтом (поз. 10 фиг. 1).
Дополнительные одноразовые разрушаемые демпферы (поз. 23 фиг. 2)., выступающие в исходном состоянии за габариты объекта, размещаются с противоположных сторон объекта и скрепляются между собой упругими связями (поз. 24 фиг. 2). Размер дополнительных демпферов в исходном состоянии превышает зазор между объектом и грунтом. Роль упругих связей может выполнять амортизационная резина.
Устройство работает следующим образом.
Начиная с момента превышения зазора (поз. 9 фиг. 1) между объектом (поз. 19 фиг. 2) и грунтом (поз. 20 фиг. 2) исходного величины, происходит разрушение узла (поз. 23 фиг. 2), приводящее к торможению (поз. 13 фиг. 1) объекта. Таких узлов различной длины может быть несколько.
После достижения максимального зазора (поз. 11 фиг. 1) за счет сил упругости элемента (поз. 24 фиг. 2) части разрушаемого демпфера (поз. 23 фиг. 2) автоматически занимают положение под объектом.
В фазе падения объекта в результате разрушения демпфера снижается ускорение (поз. 14 фиг. 1). После завершения фазы падения части демпфера (поз. 25 фиг. 2) остаются под объектом.
В конечном итоге падение объекта на грунт происходит с меньшим ускорением (поз. 15 и 16 фиг. 1), т.е. более плавно.
2
Предварительный расчет с учетом результатов модельного эксперимента показывает, что при максимальном ускорении грунта 200 м/сиспользование предлагаемого устройства, позволит снизить ускорение до 3…5 раз.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна».
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений об устройствах амортизации в различных фазах движения и с использованием одноразовых разрушаемых узлов (элементов).
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленное устройство должно включать дополнительные одноразовые разрушаемые узлы.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость».
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и широко распространенные материалы и технологии.
Результаты экспериментальной проверки реализации способа.
Предлагаемое устройство апробировано в маломасштабном эксперименте, при проведении которого подтверждена его работоспособность.
Обоснование технико-экономической эффективности изобретения.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в повышении надежности амортизации в широком диапазоне сейсмических воздействий.
Список использованных источников
1. Гидропневматическая лодвеска транспортного средства. Патент РФ на ПМ №71298, БИПМ №7, 2008.
2. Устройство для гашения колебаний транспортного средства. Патент РФ №2236183, БИПМ №29, 20.10.2008.
3. Интеллектуальная система рессорного подвешивания многоопорного транспортного средства. Патент РФ на ПМ №99088, БИПМ №31, 10.11.2010.
4. Пластический амортизатор. Патент РФ на ПМ №178573, БИПМ №11, 11.04.2018.
5. Способ регулирования силы сопротивления гидравлического демпфера и устройство для его осуществления. Патент РФ №2127675, опублик. 20.03.1999.
6. Ударозащитная подвеска. Патент РФ №2199041, БИПМ №5, 2003.
7. Комбинированная упругодемпферная опора. Патент РФ №2239109, БИПМ №30, 2004.
8. Амортизатор одноразового действия с разрушающимися элементами. Патент РФ №2526109, БИПМ №23, 2013.
9. Инерционный противоударный демпфер. Патент РФ №2104423, опублик. 10.02.1998.
10. BASE ISOLATION DEVICE (Устройство сейсмоизоляции пластичного типа). Патент JP 2000104787 A, F16F 15/04, фиг. 6, опубл. 11.04.2000.
11. BICYCLE CARRIER FOR VEHICLES (Велосипедное крепление). Патент US 3794277 A, F16F 15/04, фиг. 1-6, опубл. 26.02.1974.