РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ОПОРА

Техническое решение относится к областям машиностроения и строительства, предпочтительно, к сейсмостойким опорам для машин, зданий и сооружений.
Из уровня техники известна резинометаллическая опора, состоящая из двух пластин из твердого материала с прокладкой из упругих элементов, работающих на сжатие, причем с целью получения заданных нелинейных характеристик жесткости опоры, между упругими элементами из резины или резиноподобного материала имеются определенные зазоры, а крепление их к пластинам из твердого материала выполнено жестким, например, путем вулканизации. SU 167713А, F16F 15/08, 23.08.1972.
Из уровня техники известна резино-металлическая опора, состоящая из резинового элемента приклеенного и/или привулканизованного к металлической наружной арматуре конической формы и внутренней, в виде металлической втулки, состоящей из нескольких цилиндрических частей или цилиндрической и конической части, отличающаяся тем, что верхняя и/или нижняя торцевая поверхность резинового элемента имеет оребрения, выполненные в виде симметричных и/или несимметричных выступов, основой которых является треугольник, прямоугольник, трапеция, волна или их сочетание. RU 49172U1, F16M 7/00, 10.11.2005.
Недостатком известных технических решений является малый резерв энергопоглощения и как следствие недостаточная виброизоляция.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является обеспечение опорой необходимого уровня виброизоляции и сейсмоизоляции с большим резервом энергопоглощения и ограничением перемещения в опор в заранее заданных пределах.
Поставленная задача решается за счет того, что резинометаллическая опора, согласно полезной модели, включает опорные элементы, и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин округлой формы, предпочтительно, адгезионно связанных между собой слоями изотропного полимерного эластомера, предпочтительно, из группы хлоропреновых каучуков, при этом внешние поверхности опорных элементов выполнены плоскими, а внутренние стороны соединены с упругим телом.
Опорные элементы могут быть выполнены в виде толстостенных металлических или композитных пластин, предпочтительно, многоугольной формы, например, прямоугольной или квадратной формы в плане.
Опорные элементы с внутренней стороны могут быть усилены ребрами.
В опорных элементах могут быть выполнены отверстия или прорези, предпочтительно, в опорных элементах выполнены отверстия с резьбой.
Упругое тело неразъемно и, предпочтительно, жестко может быть соединено с опорными элементами.
Упругое тело может быть выполнено цилиндрическим или коническим, например, в виде усеченного конуса.
В качестве эластомера может быть использован неопрен. Или резина, предпочтительно, мелкопористая.
Резинометаллическая опора может быть дополнительно снабжена обоймой, охватывающей упругое тело.
Обойма может быть выполнена из упругого и/или эластомерного материала.
Между обоймой и упругим телом может быть расположен слой для защиты эластомерного материала от внешних воздействий.
Слой для защиты эластомерного материала от внешних воздействий может быть выполнен из химически нейтральных к слоям эластомера веществ, например, из негорючих термостойких и неокисляющихся смазочных масел из фторорганических соединений или иных огнестойких или пожаростойких материалов.
Упругое тело может взаимодействовать с опорными элементами через эластомерные слои или металлические пластины.
э
Толщина эластомерных слоев может быть меньше толщины металлических пластин.
Металлические пластины по высоте упругого тела могут быть выполнены различной толщины.
Эластомерные слои могут иметь различные толщины и/или быть выполнеными из разных материалов и/или иметь различные модули упругости.
Эластомерные слои могут быть выполнены с различным коэффициентом упругости, который изменяется по длине упругого тела, например, по линейному закону или иметь упругую нелинейность.
В металлических пластинах и эластомерных слоях могут быть отверстия, в которых расположен, по меньшей мере, один сердечник.
Сердечник может быть выполнен из упругого или упруго-пластического, или пластического, предпочтительно, изотропного материала.
Сердечник может быть выполнен многослойным, например, из охватывающих друг друга концентрических или коаксиальных слоев.
Упругим или упруго-пластическим или пластическим материалом может являться мягкий металл или сплав, например, свинец, олово, алюминий.
Сердечник и/или обойма могут быть выполнены из того же материала, что и эластомерные слои и монолитно соединены с ними.
В, по меньшей мере, части пластин, может быть выполнено, по крайней мере, одно дополнительное сквозное отверстие, в которое пропущен один или несколько гибких стержней, каждый из которых жестко закреплен в, по меньшей мере, одном опорном элементе.
Предпочтительно высота упругого тела не превышает длины и ширины опорного элемента, а отношение модуля упругости материала металлических пластин к модулю упругости слоев изотропного полимерного эластомера лежит в пределах от 25000 и выше при относительном удлинении последних до 100%.
Технический результат, достигаемый посредством применения технического решения, заключается в значительном повышении динамической устойчивости и сейсмостойкости машин, оборудования, других элементов, конструкций, зданий и сооружений, повышении компактности и снижения материалоемкости выбранной округлой формой металлических пластин и прогнозируемости свойств и работы опоры, в составе конструкций и оснований здания или сооружения и фундамента машин и оборудования совместно с аналогичными устройствами и иными системами регулируемого снижения динамической реакции здания или сооружения и/или оборудования за счет использования предложенных материалов, а также повышения надежности и долговечности работы устройства, в том числе за счет выполнения внешних поверхностей опорных элементов плоскими, а также соединения внутренних сторон с упругим телом опоры.
Устройство поясняется чертежами, иллюстрирующими частные примеры выполнения, и никоим образом не ограничивающими другие возможные варианты в пределах формулы полезной модели.
На фиг.1 изображена резинометаллическая опора с цилиндрическим упругим телом (вид сверху);
На фиг.2 разрез А-А на фиг.1;
На фиг.3 изображена резинометаллическая опора с коническим упругим телом (вид сверху);
На фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3;
На фиг.5 изображена резинометаллическая опора с сердечником и обоймой(вид сверху);
На фиг.6 разрез В-В на фиг.5;
На фиг.7 изображена резинометаллическая опора со стержнями внутри упругого тела (вид сверху);
На фиг.8 разрез Г-Г на фиг.7;
На фиг.9 изображено композитное упругое тело в аксонометрии;
На фиг.10 изображена резинометаллическая опора с монолитно связанными обоймой и сердечником;
На фиг.11 разрез Д-Д на фиг.10.
Резинометаллическая опора включает опорные элементы 1, и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело 2, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин 3 округлой формы, например, круглой, адгезионно связанных между собой слоями 4 изотропного полимерного эластомера, предпочтительно, из группы хлоропреновых каучуков, при этом внешние поверхности 5 опорных элементов выполнены плоскими, а внутренние стороны соединены с упругим телом.
Опорные элементы выполнены в виде прямоугольных или квадратных толстостенных металлических или композитных пластин неразъемно и жестко соединеных с упругим телом через его крайние металлические пластины, при этом в пластинах выполнены отверстия 6 для пропуска крепежных элементов типа болтов.
Углы многоугольных опорных элементов могут быть скруглены.
Упругое тело может быть выполнено цилиндрическим (фиг.1, 2) или в виде усеченного конуса (фиг.3, 4), а в качестве слоев эластомера использован неопрен.
э
м
Для исключения больших усадочных деформаций под весом конструкций и ограничения относительной деформации толщина h эластомерных слоев упругого тела может быть меньше толщины h металлических пластин.
Резинометаллическая опора может быть дополнительно снабжена обоймой 7 из упругого и/или эластомерного материала, которая охватывает боковую поверхность упругого тела (фиг.5, 6).
Между обоймой и упругим телом может быть расположен слой 8 (фиг.5, 6) для защиты эластомерного материала от внешних воздействий, предотвращения его старения и потери эластичных и упругих свойств, а также защиты от огня. Упомянутый слой 8 должен быть выполнен из химически нейтральных к слоям 4 эластомера веществ таких как, например, негорючие термостойкие и неокисляющиеся смазочные масла из фторорганических соединений.
у
Для варьирования физико-механических свойств опоры в зависимости от конкретных условий ее загружения металлические пластины 3 и/или эластомерные пластины 4 по высоте упругого тела Н могут выполнены различной толщины, из разных материалов (резин и металлов), иметь различные модули упругости и т.д. Например, материалы могут быть подобраны таким образом, что модуль упругости эластомерных слоев будет изменяться по длине упругого тела по линейному или нелинено-упругому закону, возрастая от верха к низу устройства.
Для увеличения несущей способности и/или для лучшего обеспечения затухания энергии колебаний в металлических пластинах и эластомерных слоях могут быть имеются отверстия 9, в которых расположен, по меньшей мере, один сердечник 10, выполненный из упругого или упруго-пластического, предпочтительно, изотропного материала.
Для повышения снижения податливости упругого тела и увеличения возвратной силы в пластинах могут быть выполнены дополнительные сквозные отверстия 11 в которые пропущены гибкие стержни 12 или несколько стержней 12 собранных в пучки 13, причем каждый из стержней 12 жестко закреплен в, по меньшей мере, одном опорном элементе 1 (фиг.7, 8). Стержни 12 могут быть металлическими или выполненными из пластиковых или композитных материалов.
Возможен вариант выполнения устройства, когда упругий сердечник 10 и/или обойма выполнены из того же материала, что и эластомерные слои и монолитно соединены с ними (фиг.10, 11).
у
Для обеспечения устойчивости и работы под большой нагрузкой предпочтительно, чтобы высота Н упругого тела не превышала длины и/или ширины опорного элемента L (фиг.1, 2), а отношение модуля упругости материала металлических пластин к модулю упругости слоев изотропного полимерного эластомера лежало в пределах от 25000 до 40000 предпочтительно при относительном удлинении последних до 100%.
Предложенная конструкция работает следующим образом:
В статическом состоянии, в отсутствии сейсмической нагрузки опоры воспринимают вертикальную нагрузку на здание без особых деформаций за счет оптимально подобранных материалов устройства. При этом на опорные элементы резинометаллической опоры и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин округлой формы и адгезионно связанных между собой слоями изотропного полимерного эластомера из группы хлоропреновых каучуков оказывается давление установленным на ней зданием.
При землетрясении или иной сейсмической активности, в области основания здания возникают горизонтальные знакопеременные нагрузки, которые особо опасны для вертикальных конструкций здания, работающих в основном на сжатие. Упомянутые нагрузки в сочетании с вертикальными могут вызвать растрескивание или деформации, потерю устойчивости и разрушение вертикальных конструкций вблизи фундамента здания, поэтому именно там наиболее целесообразна установка опор. В случае установки опор вертикальные нагрузки воспринимают упругие тела и верх вертикальной конструкции (над опорой) начинает колебаться относительно низа конструкции (под опорой) без разрушения и необратимых деформаций последних, гася энергию землетрясенения, в том числе за счет упругих сил возникающих в эластомерных слоях. При этом опора через внешние поверхности опорных элементов, выполненные плоскими, и их внутренние поверхности, соединенные с упругим телом, взаимодействует с конструкциями здания и в течение всего времени воздействия горизонтальных нагрузок металлические слои смещаются относительно друг друга, не теряя связи с эластомерными слоями, продолжая нести вертильную нагрузку, что возможно за счет уникальных упругих свойств эластомеров и способности к большим относительным удлинениям в области обратимых деформаций их материала.
Использование описанных опор в зданиях и сооружениях, конструкциях и оборудовании позволит существенно увеличить их динамическую устойчивость и сейсмостойкость, а в машиностроении значительно продлить срок службы оборудования.