ДЕМПФИРУЮЩЕЕ ОСНОВАНИЕ

Полезная модель относится к машиностроению и касается защиты электротехнических устройств и радиоэлектронной аппаратуры от виброударных и сейсмических воздействий, передаваемых через основание в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Известны сейсмозащитные платформы, которые представляют собой коробчатую конструкцию, состоящую из основания, горизонтальной платформы в виде опорной площадки на коробчатой конструкции и узла компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений в виде гнутой боковой стенки коробчатой конструкции из тонколистового металла. Такие цоколи эффективно демпфируют вертикальные воздействия за счет тяжести объекта защиты, но передают на объекты защиты практически всю энергию горизонтальных колебаний, т.к. основание и горизонтальная платформа у них жестко связаны боковой стенкой и горизонтальные виброударные воздействия передаются практически без демпфирования с основания на верхнюю горизонтальную платформу. Такие устройства эффективны при отсутствии специальных требований по условиям защиты электротехнических устройств. Однако в настоящее время получили широкое распространение электротехнические устройства с паспортным уровнем допустимого механического воздействия, который ниже, чем допускаются в помещениях, где размещаются щиты, шкафы, панели, элементы КРУЭ с этими устройствами. Например, микропроцессорные терминалы Сименс имеют допустимую амплитуду виброперемещения ±0,075 мм при 10 Гц, а помещения ЦЩУ, где эти устройства должны эксплуатироваться, имеют группу механических воздействий М38 по ГОСТ 17516.1-90 с проектным уровнем виброперемещения ±0,3 мм, что в 4 раза выше требуемого параметра, поэтому размещение таких устройств в шкафах на обычных сейсмостойких цоколях недопустимо.
Известна сейсмоударная защитная платформа, описанная в патенте РФ №2178845, опубл. 27.01.2002 г., которая имеет основание в виде наружной рамы, горизонтальную платформу, расположенную внутри рамы и узлы компенсации вертикальных и горизонтальных воздействий. Основание и горизонтальная платформа связаны между собой не жестко через узлы компенсации, представленные в виде тросов, торсионов и круглых упругих стержней.
Такая платформа эффективно компенсирует внешние горизонтальные и вертикальные механические воздействия, но имеет существенный недостаток: габариты изделия в сборе превышают габариты стандартного сейсмостойкого цоколя, что приводит к увеличению требуемой площади помещений для установки необходимого количества шкафов (панелей и т.д.) по сравнению с типовыми проектными решениями, где в качестве защиты используются стандартные сейсмостойкие цоколи.
Наиболее близким аналогом заявленного демпфирующего основания является сейсмозащитная платформа по патенту РФ на полезную модель №131108, 2013 г., содержащая основание, подвижную горизонтальную платформу для крепления защищаемого оборудования, устройства компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений, отличающаяся тем, что подвижная горизонтальная платформа размещена на основании через узлы качения и связана с основанием устройствами защиты от опрокидывания, выполненными в виде шарнирных механизмов с шаровыми головками, установленными на осях, закрепленных в подвижной горизонтальной платформе и на основании.
Такая платформа обеспечивает габаритные размеры, которые не превышают размеры стандартного цоколя для шкафов и рабочих станций, выполняет защитные функции, но имеет существенный недостаток: - устройства защиты от опрокидывания в виде шарнирных механизмов с шаровой головкой создают дополнительное трение в процессе компенсации внешних механических воздействий и ограничивают эффективность защиты объекта за счет повышения порога проскальзывания верхней подвижной платформы относительно нижнего неподвижного основания.
Как известно из патента №131108 условие проскальзывания в платформе выполняется при:
где
а - ускорение перемещения нижнего основания, жестко связанного с полом, при внешнем воздействии промышленной вибрации или сейсмических колебаниях;
k - коэффициент трения в устройствах компенсации (в практических расчетах равен 0,01);
g - ускорение свободного падения (в практических расчетах равно 10 м/с2).
Коэффициент k по формуле (1) должно быть таким, чтобы платформа удовлетворяла требованию защиты микропроцессорной техники от внешних вибраций, заключающемся в том, что виброперемещения защищаемого объекта при 10 Гц не должно быть более 0,075 мм, т.е. пик ускорения защищаемого объекта при синусоидальной вибрации не должен быть более 0,3 м/с2.
Но формула (1) не учитывает трение в шарнирных механизмах устройств защиты от опрокидывания и может быть использована при оценке работоспособности сейсмозащитных платформ для защиты шкафов с микропроцессорной техникой массой 250-500 кг.
В реальной практике микропроцессорная техника установлена в шкафах и в рабочих станциях (2-х и 3-х дисплейных), которые тоже требуется защищать. Рабочие станции устанавливаются на демпфирующих основаниях (фиг. 1), которые состоят из нескольких платформ, соединенных цоколями. Для демпфирующих оснований условие начала проскальзывания описывается формулой:
где
n - количество используемых подвижных платформ в демпфирующем основании;
М - сумма масс защищаемого объекта и подвижных платформ, кг;
С - сила, необходимая для преодоления сопротивления шарнирных механизмов в каждой платформе, в практических расчетах равна 20Н.
Формула (1) является частным случаем формулы (2) и используется для случаев, когда сопротивлением шарнирных механизмов пренебрегают, например при защите шкафов массой 500 кг:
По формуле (1): a1=0,01*10=0,1;
По формуле (2): а2=1*0,01*10+1*20/500=0,104, т.е. разница на 4% не влияет на критерий эффективности защиты микропроцессорной техники, т.к. выполняется условие a1=0,1<0,3 м/с2 и а2=0,104<0,3 м/с2.
При защите рабочих станций ситуация меняется, т.к. масса рабочих станций меньше (200-300 кг), а количество подвижных платформ и шарнирных механизмов больше в n=2 раза, потому что используются демпфирующие основания с 2-мя подвижными платформами. В этом случае если считать по формуле (1):
а3(1)=kg=0,1<0,3 м/с2 - условие защиты без учета шарнирных механизмов выполняется;
если считать по формуле (2):
а3(2)=2*0,01*10+2*20/200=0,4>0,3 м/с2 - условие защиты с учетом шарнирных механизмов не выполняется.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в устранении трения в механизмах защиты от опрокидывания в рабочем диапазоне перемещений.
Техническим результатом использования предложенного демпфирующего основания является устранение трения в механизмах защиты от опрокидывания, что обеспечивает возможность защиты объектов, имеющих небольшую массу и/или протяженные геометрические размеры.
Указанная задача решается за счет того, что в демпфирующем основании, содержащем неподвижное основание и подвижную горизонтальную платформу для крепления защищаемого оборудования, между которыми установлены устройства компенсации вертикальных перемещений в виде упругих элементов и устройства компенсации горизонтальных перемещений в виде узлов качения, и устройства защиты от опрокидывания, устройства защиты от опрокидывания выполнены в виде зацепа, анкер которого соединен с подвижной платформой, а захват предназначен для зацепления за неподвижное основание, при этом размер анкера выбран таким образом, что между захватом и неподвижным основанием в рабочем состоянии образован зазор, который обеспечивает возможность свободного перемещения платформы относительно основания. Устройства защиты от опрокидывания могут быть установлены внутри устройств компенсации от вертикальных и горизонтальных перемещений, что дополнительно уменьшает габариты устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вид сверху на демпфирующее основание; на фиг. 2 изображен разрез А-А по 3Д-компенсатору, в котором объединены узел компенсации горизонтальных и вертикальных колебаний и устройство защиты от опрокидывания.
Демпфирующее основание состоит из платформ 1, соединенных цоколями 2. Каждая платформа имеет неподвижное основание 3 и подвижную платформу 4. Между подвижной платформой 4 и неподвижным основанием 3 установлены 3Д компенсаторы, включающие узел компенсации от вертикальных колебаний 5, узел компенсации от горизонтальных колебаний 6 и устройство защиты от опрокидывания 7. Устройство защиты от опрокидывания 7 жестко связано с подвижной платформой 4, имеет зацеп, анкер 8 которого соединен с подвижной платформой, а захват 9 зацеплен за основание и при установке защищаемого оборудования на подвижную платформу захват выходит из зацепления с основанием на величину δ за счет опускания подвижной платформы при деформации устройств вертикальной компенсации и обеспечивает возможность свободного перемещения между основанием и подвижной платформой, при этом устройства компенсации от вертикальных и горизонтальных перемещений объединены с устройством защиты от опрокидывания в единый конструктив - 3Д компенсатор.
Описываемое демпфирующее основание работает следующим образом: защищаемый объект устанавливают на подвижные платформы 1 демпфирующего основания, захват 9 выходит из зацепления с основанием на величину δ и при механическом воздействии на основание 3 оно получает вертикальное и горизонтальное перемещение. Вертикальное перемещение гасится узлом компенсации в виде тарельчатых пружин или других компенсирующих элементов, а горизонтальное перемещение основания не передается на подвижную платформу, т.к. она соединена с основанием через узлы качения. При перемещениях, которые превышают заданное рабочее значение, зазор δ выбирается и захват входит в зацепление с основанием, что предотвращает опрокидывание защищаемого объекта. Таким образом, в рабочем диапазоне перемещений никакого трения в устройстве защиты от опрокидывания не происходит, сила для преодоления сопротивления устройства от опрокидывания равна 0 и формула (2) преобразовывается в формулу (3):
по которой при защите рабочих станций массой меньше 200 кг, с 2-мя подвижными платформами выполняется условие защиты:
а3(3)=2*0,01*10+2*0/200=0,2<0,3 м/с2 - условие защиты микропроцессорной техники выполняется.