СОЕДИНЕНИЕ ЭЛАСТИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК С ЖЕСТКИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ
JOINT BETWEEN ELASTIC SHELLS AND STIFF STRUCTURES

Изобретение относится к областям техники, где необходимо присоединение эластичных оболочек к жестким конструкциям в тех случаях, когда от соединения не требуется абсолютной герметичности. В подавляющем большинстве такие конструкции относятся к области судостроения, в частности при постройке судов и аппаратов на воздушной подушке.
Известно судно на воздушной подушке, имеющее жесткий корпус, предназначенный для размещения главных двигателей, оборудования, полезной нагрузки и гибкое ограждение, необходимое для создания воздушной подушки. Корпус судна обычно имеет жесткую конструкцию, выполняется из легких сплавов или конструкционных пластмасс, а гибкое ограждение выполняют обычно из прочных прорезиненных тканей или близких к ним по характеристикам эластичных материалов.
Важным элементом конструкции судна являются узлы крепления эластичных оболочечных конструкций судна к металлическому корпусу.
Известна конструкция соединительных узлов, выполненных с помощью заклепок или резьбового крепежа (Злобин Г.П., Симонов Ю.А. Суда на воздушной подушке. Л., «Судостроение», 1971, стр.127). В этом случае кромка эластичной оболочки накладывается на край жесткой конструкции корпуса и через один или несколько рядов отверстий с использованием металлических или пластмассовых подкладок скрепляется болтами или заклепками, образующими соединительный шов. Гибкие элементы соединяются друг с другом таким же образом.
Конструкция характерна своей простотой, однако требует весьма большое количество крепежных деталей, имеющих заметный вес и стоимость.
Недостатком такого технического решения является то, что прорезиненные ткани или аналогичные им по свойствам эластичные детали, во - первых, со временем истираются и изламываются на кромках жесткой конструкции, а во - вторых, испытывают значительные напряжения, концентрирующиеся в районах крепежных отверстий. В процессе эксплуатации это приводит к местным разрывам и в дальнейшем - разрушению и отсоединению эластичного материала. Несколько лучше ведут себя такие узлы при соединении двух эластичных деталей, однако и тут проявляется недостаток, когда при малейшем ослаблении болта или заклепки начинается работа материала на разрыв в зоне отверстий. Кроме того, при постоянных колебаниях гибкого ограждения массивные включения в виде болтов с прокладками и т.п. усиливают истирание материала.
Известна также соединительная конструкция (см. Фиг.1), применяющаяся на серийно строящихся СВП «Гепард» (Андреев Г.Е., Кудрявцев А.С., Проценко В.В., Рубинов А.В. -«По воде и по суше. Очерки о разработке и применении судов - амфибий.» М.: ИНИЦ Роспатента, 2002.), - прототип. Указанное устройство представляет собой усовершенствованную конструкцию, в которой соединение выполнено в виде многозвенной рояльной петли, звенья одной стороны которой приклепываются или привинчиваются к жестким элементам корпуса, а противоположные звенья на таких же болтах или заклепках крепятся к эластичному материалу. Сама же петля собрана из одинаковых звеньев, соединенных в единую петлю продетым вдоль линии соединения звеньев металлически прутком (Фиг.1).
Такая конструкция узла лучше работает при постоянных колебаниях гибких элементов, уменьшая изломы и истирание.
Усовершенствованная схема, однако, сохраняет те же недостатки в части концентрации напряжений оболочечного элемента на каждом крепежном отверстии. Кроме того, она еще более материалоемка, нежели предыдущая, и требует значительных трудозатрат при сборке гибкого ограждения судна.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности и надежности соединения эластичных оболочек с жесткими конструкциями с одновременным увеличением их ресурса и снижением материалоемкости.
Для этого предложена конструкция соединительного узла, включающая жесткую конструкцию в виде полосы кромки жесткого конструктивного элемента корпуса судна на воздушной подушке и прикрепленную к ней с помощью соединительных элементов эластичную оболочку, в виде гибкого ограждения судна на воздушной подушке, отличающаяся тем, что в качестве соединительных элементов использованы П-образные скобы из прочного упругого материала, концы ножек которых загнуты внутрь скобы в виде упругих подпружиненных зацепов для фиксации скобы. При этом полоса кромки жесткого конструктивного элемента корпуса судна установлена в положении, близком к нормали по отношению к краю оболочки в натянутом состоянии, и имеет парные отверстия под ножки скоб с зацепами, расположенные вдоль по длине соединения. Причем кромка полотнища эластичной оболочки подогнута и закреплена, образуя карман, по внешнему краю которого выполнены отверстия, совпадающие с отверстиями в полосе кромки жесткой конструкции, через которые в карман продеты П-образные скобы, и их концы вставлены в соответствующие ответные отверстия полосы кромки жесткого конструктивного элемента корпуса судна и вдвинуты в него вплоть до фиксации соединения защелкиванием концов упругих подпружиненных зацепов. Кроме того, кромка полотнища эластичной оболочки подогнута и закреплена клеевым либо сварным швом, либо прошита нитью, проволокой или тросиком.
Использование в качестве соединительных элементов П-образных скоб из прочного упругого материала, в частности стального прутка, позволяет вместо точечного приложения нагрузки от соединительных элементов типа болтов или заклепок распределить напряжение в элементах присоединенной эластичной оболочки вдоль длины участков, соответствующих размеру средней части соединительных П-образных скоб. Указанное техническое решение существенно повышает прочность и надежность соединения. Кроме того, суммарные вес и количество деталей крепежных элементов соединения уменьшается в несколько раз, что влияет на снижение стоимости конструкции.
Выполнение П-образных скоб с концами ножек, загнутыми во внутрь скобы в виде упругих подпружиненных зацепов, обеспечивает фиксацию ножек П-образных скоб в приготовленных для них парных отверстиях полосы жесткого элемента корпуса судна путем защелкивания. Такой способ фиксации соединительного элемента дает двойной результат. Прежде всего, в напряженном состоянии соединительный элемент в виде П-образной скобы упирается концами отогнутых зацепов в жесткую полосу, что дает ему некоторую свободу качания вокруг (относительно) точек упора, а это исключает трение и износ охватывающего скобу участка эластичной оболочки при ее колебаниях и вибрации, тем самым увеличивая ресурс соединения. Помимо этого такой простой способ фиксации соединительного элемента существенно упрощает сборку и ремонт соединения.
Выполнение кармана по кромке полотнища эластичной оболочки путем ее подгиба и закрепления позволяет в месте соединения оболочки вдвое снизить напряжения в элементах, охватывающих соединительные П-образные скобы и тем самым дополнительно повысить прочность, надежность и ресурс соединения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунком, где на Фиг.2 показано соединение эластичных оболочек с жесткими конструкциями. Устройство включает жесткую конструкцию в виде полосы 1 кромки жесткого конструктивного элемента корпуса судна на воздушной подушке и прикрепленную к ней с помощью соединительных элементов эластичную оболочку 2 в виде гибкого ограждения судна на воздушной подушке. В качестве соединительных элементов использованы П-образные скобы 3 из прочного упругого материала, концы ножек 4 которых загнуты внутрь скобы в виде упругих подпружиненных зацепов 5 для фиксации скобы. При этом полоса 1 кромки имеет парные отверстия 6 под ножки скоб 4 с зацепами 5, расположенные вдоль по длине соединения, причем кромка полотнища эластичной оболочки подогнута и закреплена, образуя карман 7, по внешнему краю которого выполнены отверстия 8, совпадающие с отверстиями 6 в полосе 1 кромки жесткой конструкции, через которые в карман продеты П-образные скобы 3, и их концы 4 вставлены в соответствующие ответные отверстия 6 полосы 1 кромки жесткого конструктивного элемента корпуса судна и вдвинуты в него вплоть до фиксации соединения защелкиванием концов упругих подпружиненных зацепов 5.
Технология соединения гибкой оболочки с жестким элементом следующая. В подготовленную кромку полотнища гибкой оболочки 2, представляющую из себя карман 7 с отверстиями 8, вставляются соединительные скобки 3 путем продевания одного из концов скобки 4 с внешней стороны кармана 7 через одно из отверстий 8 внутрь и затем наружу через соседнее отверстие 8. При этом сама часть кармана присборивается для пропускания скоб 3 и после восстановления своей формы скоба фиксируется в таком состоянии, не выпадая из кармана полотнища. (Это обеспечивается и правильным выбором глубины кармана 7, что входит в состав информации по разделу Ноу-Хау). Далее скоба своими концами вставляется в два соседних отверстия 6 на подготовленной полосе 1 кромки жесткой конструкции до защелкивания упругих подпружиненных зацепов 5 на внутренней поверхности жесткой полосы 1.
Работа предлагаемого устройства имеет существенные отличия от действия традиционно используемых типов крепления подобных элементов конструкций.
1) Напряжения в гибкой оболочке 2 в месте крепления существенно уменьшены за счет распределения напряжений по участкам крепежного кармана 7, находящихся между цепочкой отверстий 8 и передающих натяжение эластичной оболочки 2 через соединительные П-образные скобы на полосу 1 кромки жесткого конструктивного элемента корпуса судна.
2) Ткань эластичной оболочки в месте ее соединения с соединительными П-образными скобами 3 разгружена за счет петлеобразного охвата участками эластичной оболочки кармана 7 средней части скоб 3, за счет чего напряжения распределяются по двум сторонам полотна оболочки, которые составляют карман 7.
3) Колебания оболочки и вибрация не приводят к излому или истиранию материала оболочки 2, поскольку в процессе изменения формы или колебаний оболочки ее край в месте крепления не изгибается и не прокручивается на крепежных скобках 3, а поворачивается или колеблется вместе со скобками 3 вокруг точек упора скобок в жесткую полосу 1 концами упругих подпружиненных зацепов 5.
Для эффективной реализации устройства необходимо также использование информации, получаемой при оптимизации устройства для каждого из вариантов его применения и обозначаемой как Ноу-Хау.
Ноу-Хау заключается:
- в выборе материала прутка соединительной скобки, обладающего как необходимой упругостью, так и необходимой вязкостью для возможности выполнения изгибов соединительной скобки при ее изготовлении;
- в выборе размеров кармана гибкой оболочки, обеспечивающих удержание скобки в процессе монтажа и технического обслуживания соединения;
- в выборе шага ряда отверстий и их диаметра;
- в выборе диаметра прутка, используемого при изготовлении скобок;
- в выборе допустимых зазоров и натягов в соединении крепежной скобы и планки с отверстиями.
Изложенные особенности конструкции предлагаемого узла и особенности его функционирования и технического обслуживания существенно повышают его прочность, надежность, ресурс, упрощают ремонт и эксплуатацию. Кроме того, предлагаемая конструкция узла соединения существенно снижает его вес и стоимость по сравнению с известными аналогами.