ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к опорным средствам сейсмозащиты надземных, подземных и морских магистральных нефте- и газопроводов, располагающихся в сейсмически опасных районах.
Известно энергопоглощающее устройство, состоящее из установленного между верхним и нижним основаниями трубчатого энергопоглощающего элемента, размещенных вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пар стержней и рычагов, шарнирно прикрепленных концами попарно к стержням и образующих шарнирный четырехзвенник, причем верхнее и нижнее основания снабжены жестко закрепленными на них продольными направляющими сплошного сечения одинакового диаметра в виде выступов полусферической формы, расположенными симметрично относительно геометрических центров оснований (RU 71150, 2008).
Недостатком известного устройства является невысокая надежность, что обусловлено значительной нагрузкой, передаваемой от оснований на рычаги и шарнирные узлы четырехзвенника через продольные направляющие при работе устройства, а также отсутствие обратного хода при необходимости возврата устройства в исходное положение.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемой полезной модели является энергопоглощающее устройство, состоящее из установленного между верхним и нижним основаниями трубчатого энергопоглощающего элемента, размещенных вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пар стержней и рычагов, шарнирно прикрепленных концами попарно к стержням и образующих шарнирный четырехзвенник, противоположные боковые ребра которого в вертикальной плоскости связаны с верхним и нижним основаниями посредством симметрично установленных продольных направляющих в виде стержневых элементов с установленными на них роликами, причем противоположные боковые ребра шарнирного четырехзвенника в горизонтальной плоскости посредством закрепленных на них Г-образных криволинейных стержней-компенсаторов, концы которых расположены в вертикальных направляющих трубках с возможностью синхронного направленно-поступательного перемещения в их полостях, жестко закреплены на нижнем основании, имеющем длину, превышающую длину верхнего основания (RU 192570 U1, 2019).
Недостатком известного энергопоглощающего устройства является невысокая надежность, обусловленная низкой изгибной жесткостью Г-образных криволинейных стержней-компенсаторов вследствие несоответствия их геометрической формы внешней изгибающей нагрузке с различными углами приложения действия сил, неспособностью возврата в исходное положение после снятия внешней нагрузки и ограниченным количеством циклов нагружения.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности работы энергопоглощающего устройства и увеличение циклов нагружения за счет многократности срабатывания.
Указанная проблема решается тем, что в энергопоглощающем устройстве, состоящем из установленного между верхним и нижним основаниями трубчатого энергопоглощающего элемента, размещенных вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пар стержней и рычагов, шарнирно прикрепленных концами попарно к стержням и образующих шарнирный четырехзвенник, противоположные боковые ребра которого в вертикальной плоскости связаны с верхним и нижним основаниями посредством симметрично установленных продольных направляющих в виде стержневых элементов, согласно полезной модели, верхнее и нижнее основания трубчатого энергопоглощающего элемента выполнены в виде прямоугольных пластин, соединенных между собой по углам стержневыми стяжками, на концах которых с внутренней стороны оснований размещены цилиндрические винтовые пружины, жестко соединенные с основаниями посредством размещенных на их внешней стороне крепежных элементов.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении стабильности работы энергопоглощающего устройства в процессе нагружения за счет сохранения своего начального положения независимо от углов приложения действия сил внешней нагрузки, а также в обеспечении возврата энергопоглощающего устройства в исходное положение после снятия внешней нагрузки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен общий вид энергопоглощающего устройства в статическом состоянии, а на фиг.  - энергопоглощающее устройство в рабочем положении.
Энергопоглощающее устройство содержит установленный между верхним 1 и нижним 2 основаниями, выполненными в виде прямоугольных пластин, трубчатый энергопоглощающий элемент 3, размещенные вдоль его боковых сторон в диаметральной плоскости пары стержней 4 и рычагов 5, шарнирно прикрепленные концами попарно к стержням 4 и образующие шарнирный четырехзвенник, верхнее 1 и нижнее 2 основания снабжены жестко закрепленными на них продольными направляющими 6 сплошного сечения одинакового диаметра в виде выступов полусферической формы, расположенные симметрично относительно геометрических центров оснований 1 и 2, при этом в геометрических центрах верхнего 1 и нижнего 2 оснований жестко установлены проушины, к которым шарнирно прикреплены стержни шарнирного четырехзвенника 4.
Верхнее 1 и нижнее 2 основания трубчатого энергопоглощающего элемента 3 в виде прямоугольных пластин соединены между собой по углам стержневыми стяжками 7, на концах которых с внутренней стороны оснований размещены цилиндрические винтовые пружины 8, жестко соединенные с основаниями 1 и 2 посредством размещенных на их внешней стороне крепежных элементов 9 (фиг. 1, 2).
В процессе установки на магистральный нефте- или газопровод нижнее основание 2 энергопоглощающего устройства жестко закрепляется на опорном фундаменте, а верхнее 1 - шарнирно неподвижно закрепляется на наружной обечайке нефте- и газопровода.
Устройство работает следующим образом: в случае воздействия, например, на верхнее опорное основание 1 нагрузки произвольного направления действия, трубчатый энергопоглощающий элемент 3 подвергается пластической деформации, при этом нагрузка на трубчатый энергопоглощающий элемент 3 от верхнего основания 1 передается через продольные направляющие 6 на четыре шарнирно соединенные между собой пластины 5 шарнирного четырехзвенника. При этом происходит направленное скольжение верхнего 1 и нижнего 2 оснований с продольными направляющими 6 по начальным внешним поверхностям рычагов 5. В процессе пластического деформирования трубчатого энергопоглощающего элемента 3 верхние углы шарнирного четырехзвенника разворачиваются, а нижние становятся более острыми, в результате верхнее 1 и нижнее 2 основания сближаются. В свою очередь, верхнее 1 и нижнее 2 основания направленно параллельно друг другу сближаются за счет вертикального подвижного взаимодействия с ними стержневых стяжек 7, при этом цилиндрические винтовые пружины 8, жестко соединенные с основаниями 1 и 2, свободно сжимаются, двигаясь вдоль стержневых стяжек 7. При прекращений действия, например, на верхнее опорное основание 1 нагрузки, цилиндрические винтовые пружины 8, жестко соединенные с основаниями 1 и 2 растягиваются вдоль стержневых стяжек 7 и переводят верхнее 1 и нижнее 2 опорные основания в начальное положение вне зависимости от степени пластической деформации трубчатого энергопоглощающего элемента 3. При этом размещенные на внешней стороне верхнего 1 и нижнего 2 оснований крепежные элементы 9 обеспечивают фиксацию стержневых стяжек 7, цилиндрических винтовых пружин 8 и всего энергопоглощающего устройства в начальном положении.
В этом случае выполнение верхнего 1 и нижнего 2 оснований в виде прямоугольных пластин обеспечивает оптимальное размещение стержневых стяжек 7 с цилиндрическими винтовыми пружинами 8 и, соответственно, более равномерное распределение внешней нагрузки.
Одновременно с этим трубчатый энергопоглощающий элемент 3 оказывается запертым между четырьмя шарнирно соединенными между собой пластинами 5 шарнирного четырехзвенника вне зависимости от степени пластической деформации.
Таким образом, конструктивные особенности предлагаемого устройства обеспечивают стабильность и надежность работы энергопоглощающего устройства в процессе внешнего нагружения за счет сохранения своего начального положения вне зависимости от начального приложения действия внешней нагрузки, а также обеспечение возврата конструкции энергопоглощающего устройства в начальное положение после снятия внешней нагрузки и увеличение циклов нагружения за счет многократности срабатывания.