БЛОК ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ И УДАРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
BLOCK OF PROTECTING OBJECTS FROM PULSE AND IMPACT EFFECTS AND PROCEDURE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к виброизолирующим устройствам, основанным на принципе упругой деформации, и предназначено для защиты различных объектов - зданий, оборудования, приборов от импульсного, ударного и вибрационного воздействия, являющегося следствием землетрясений, ударов и стационарных колебаний.
Известна виброизолирующая опора двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ №2185544, кл. МКИ F16F 7/14, опубл. 2002.07.20, содержащая упругий элемент из изогнутых отрезков стального троса и опорные пластины со средствами укладки, стяжки и крепления в них отрезков троса, расположенных в поперечной плоскости с противоположных сторон по длине опорных пластин, причем изогнутые отрезки троса уложены вплотную, а их изогнутость обращена или наружу, или вовнутрь. Данная опора принята в качестве прототипа заявляемого устройства.
Способ применения указанной виброизолирующей опоры заключается в том, что, исходя из веса объекта и ожидаемого вибрационного воздействия, набирают необходимое количество виброизолирующих опор и устанавливают их равномерно под защищаемым объектом. Данный способ принят в качестве прототипа заявляемого способа.
Недостатками прототипа являются:
- отсутствие защиты объекта в диапазоне низких частот - 3-7 Гц, что не позволяет применить данное устройство (прототип) для защиты важнейших внутренних органов человека;
- отсутствие элемента «развязки» ударозащищаемого объекта и источника воздействия, что приводит к явлению «проходимости» энергии удара к виброизолируемому объекту;
- отсутствие элемента накопления энергии удара (импульса), что приводит к существенному снижению эффективности виброизоляции;
- неэффективность защиты от продольных и поперечных колебаний,
- большие габариты и большой вес, что затрудняет установку и замену виброизолирующей опоры, неудобство в эксплуатации;
- недостаточная частотная широкополосность виброизоляции (нет защиты от низкочастотных воздействий), что приводит к узкоспециальному назначению - для защиты от вибрации авиадвигателей.
Целью изобретения является создание технических средств защиты от мощных импульсных и ударных воздействий и вредной вибрации, обладающих широкими функциональными возможностями, для защиты объектов, вес которых может колебаться от долей килограмма до нескольких тысяч тонн, посредством использования системы защиты, набираемой из одинаковых модулей - блоков защиты - и построенной на принципах люлечного подвешивания объекта, применения устройств отрицательной жесткости, а также использования упругого упора, предотвращающего «пробой» виброизолятора.
Для достижения поставленной цели блок защиты объектов от импульсных и ударных воздействий, содержащий упругий элемент в виде изогнутых отрезков стального троса, закрепленных между первой и второй опорными рамами (в терминологии прототипа - опорными пластинами), снабженными средствами укладки, стяжки и крепления в них отрезков троса, содержит дополнительный упругий элемент - корректор жесткости, расположенный перпендикулярно первому и состоящий из изогнутых отрезков троса, середины которых объединены и жестко закреплены на полочке первой опорной рамы, а концы разведены в стороны от оси симметрии корректора жесткости и с поджатием жестко закреплены на полочках второй опорной рамы.
Для достижения поставленной цели в способе применения блоков защиты от импульсных и ударных воздействий указанные блоки защиты устанавливают между источником воздействия и защищаемым объектом в количестве, необходимом для обеспечения несущей способности опоры и для ослабления воздействия, причем блоки защиты устанавливают по одиночке и/или группами, а в группе вторую опорную раму предыдущего блока соединяют с первой опорной рамой последующего блока.
На фиг.1 представлен заявляемый блок, вид сбоку. На фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - то же, вид спереди. На фиг.4 показан один из способов применения заявляемого блока. На фиг.5 показан пример последовательного соединения блоков защиты.
Заявляемый блок содержит опорную раму 1 и опорную раму 2, между которыми расположен основной подвес 3 в виде упругого элемента, состоящего из отрезков троса, закрепленных к опорной раме 1 с помощью установленных на ней под углом втулок 4 и закрепленных к опорной раме 2 с помощью втулок 5. Заявляемый блок содержит также корректор жесткости 6, выполненный из изогнутых отрезков троса, середины которых объединены в одной точке и в этой точке закреплены на полочке 7 опорной рамы 1. Концы отрезков троса с той и другой стороны от середины корректора жесткости 6 разведены в стороны от оси симметрии корректора жесткости 6 и закреплены на полочках 8 опорной рамы 2 посредством фиксации концов каждого отрезка троса в гнездах прижимной пластиной 9 и гайками 10. При этом отрезкам троса корректора жесткости 6 с помощью поджатия придана такая изогнутость, благодаря которой корректор жесткости 6 находится в состоянии неустойчивого равновесия. Опорные рамы 1 и 2 выполнены из полос стального профиля, на которых по всей длине размещены втулки 4 и 5 соответственно. Основной подвес 3 состоит из большого количества отрезков троса. Корректор жесткости 6 также состоит из нескольких отрезков троса, между которыми проложены жесткие прокладки 11 для создания независимых условий работы каждого троса. Полочка 7 расположена перпендикулярно раме 1 и выполнена из металлического профиля. Полочки 8 расположены в одной плоскости с полочкой 7 по обе ее стороны и также выполнены из металлического профиля.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Например, необходимо осуществить сейсмозащиту здания 12, фундамент которого содержит колонны 13 (см. фиг.4). Опорную раму 1 заявляемого блока жестко закрепляют на закладной детали 14 колонны 13, а опорную раму 2 закрепляют на закладной детали 15 здания 12. Набирают необходимое количество блоков защиты, исходя из веса здания и типоразмера блока, и равномерно распределяют их на колоннах 13 по периметру здания 12. Сейсмоудар воздействует на колонны 13. его энергию воспринимают через раму 1 силовой подвес 3 и корректор жесткости 6. Под действием пространственной вибрации со стороны колонн 13 отрезки тросов основного подвеса 3 начинают упруго деформироваться в направлении осей X, Y, Z. При возрастании воздействия корректор жесткости 6, в исходном состоянии находящийся в состоянии неустойчивого равновесия, выходит из этого состояния, и, проявляя свойство «отрицательной жесткости», уменьшает жесткость силового подвеса 3 и обеспечивает низкочастотную защиту здания 12. Энергию сейсмоудара гасят указанные упругие элементы, и опорная рама 2 остается неподвижной или смещается незначительно.
Второй вариант применения заявляемого блока. На практике возможны случаи, когда с целью более эффективной защиты ответственного объекта требуется увеличить величину свободного прогиба упругого элемента при неизменной нагрузке. Для этого раму 1 первого блока защиты закрепляют к закладной детали 14 колонны 13 фундамента, так же как и в первом случае (см. фиг.5). Опорную раму 2 первого блока защиты соединяют с рамой 1 второго блока защиты при помощи специального соединительного узла 16. Раму 2 второго блока защиты закрепляют к закладной детали стены здания 12. Таким же образом соединяют блоки защиты на других колоннах фундамента защищаемого здания 12. Теперь энергию сейсмоудара воспринимают упругие элементы двух последовательно соединенных блоков защиты. При этом величина свободного прогиба упругих элементов увеличивается вдвое. При необходимости дальнейшего увеличения свободного прогиба последовательно соединяют несколько блоков защиты. Такое соединение блоков защиты образует группы. Количество групп определяет несущую способность системы защиты объекта. Количество блоков защиты в группе определяет величину статического прогиба, которая обуславливает в конечном счете уровень защиты объекта за счет снижения собственной частоты.
Заявляемые блоки защиты следует изготовить различных типоразмеров и создать линейку блоков, например, на 100 кГ, 200 кГ, 300 кГ, 500 кГ, 1000 кГ, 5000 кГ и так далее. При этом несущая способность блоков защиты обеспечивается подбором диаметров стальных тросов от 10 мм до 300 мм и более.
При необходимости изолировать объект малого веса, например измерительный прибор, применяют одиночный модуль с соответствующим подбором диаметров несущих и корректирующих тросов, с закреплением модуля на станине станка - источнике вибрации или на специальных стойках.
Для виброизоляции технологического оборудования, например, весом 10 тонн, являющегося источником недопустимой вибрации для окружающей среды, применяют систему из заявляемых блоков защиты, расположенных между платформой, на которой расположено технологическое оборудование, и полом цеха.
Заявляемый блок защиты обладает следующими преимуществами:
- наличие корректора жесткости формирует силовую характеристику особой конфигурации, которая обеспечивает значительное снижение собственной частоты заявляемого блока (до 0,9-1,2 Гц);
- корректор жесткости является средством развязки защищаемого объекта от источника воздействия посредством запасания энергии удара и, следовательно, почти полного исключения инерционной массы объекта из процесса взаимодействия;
- наличие корректора жесткости обеспечивает S-образную форму силовой характеристики, что обеспечивает упругий упор при амплитудах воздействия выше расчетных;
- наличие корректора жесткости обуславливает защиту объекта от продольных и поперечных колебаний;
- расширение широкополосности приводит к расширению функциональных возможностей и позволяет применять заявляемые блоки для защиты человека;
- блоки защиты выполнены компактными и поэтому удобны в эксплуатации, так как отдельный вышедший из строя блок нетрудно заменить. Также можно заменить все блоки, когда закончится их срок эксплуатации.