ЛОЖЕМЕНТНАЯ ОПОРА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ДЛИННОМЕРНЫХ НЕЖЕСТКИХ И НЕВИБРОСТОЙКИХ ГРУЗОВ
LODGMENT SUPPORT FOR TRANSPORTATION OF LONG NON-RIGID AND NON-RESISTIVE TO VIBRATION CARGO

Изобретение относится к средствам опирания длинномерных нежестких и невибростойких грузов, транспортируемых по железным и автомобильным дорогам.
Под длинномерными нежесткими и невибростойкими грузами понимаются длинномерные балочные, форменные, пластинчатые и оболочечные конструкции различных отраслей машиностроения, транспортные контейнеры и грузовые платформы для перевозки оптического радиоэлектронного оборудования, космических аппаратов, блоков ракет-носителей, ракет и ракетного вооружения, боеприпасов различного назначения, чувствительных к вибрационным нагрузкам, конструкций, выполненных из хрупких материалов (керамика, бетон, стекло), цистерны для перевозки ядовитых, пожаро- и взрывоопасных жидкостей и сжиженных газов.
Наиболее рациональным для таких грузов является ложементное опирание, обеспечивающее более равномерное распределение опорной реакции по поперечному профилю груза. Ложементы могут иметь круговую, прямоугольную и другие более сложные формы.
Предполагается, что автомобильные и железнодорожные транспортные средства, служащие опорным основанием для названных грузов, имеют собственные системы подрессоривания.
В настоящее время в абсолютном большинстве случаев применяются жесткие ложементные опоры. В условиях все возрастающих требований к повышению производительности грузовых перевозок такие опоры, даже при наличии собственных и достаточно совершенных систем подрессоривания транспортных средств, не способны обеспечить необходимую сохранность перевозимых грузов. В связи с этим для названных грузов все большее применение начинают находить упругие или вязкоупругие ложементные опоры, в том числе и с регулируемыми характеристиками жесткости и демпфирования.
Известно устройство для гашения вибраций различных объектов машиностроения, в том числе и перевозимых грузов /1/, содержащее объект (перевозимый груз), опорное основание, несущий корпус, охватывающий объект и закрепленный на опорном основании, нижнюю опору, установленную между объектом и несущим корпусом, верхнюю опору, установленную между объектом и несущим корпусом диаметрально противоположную нижней опоре, систему гидравлической связи между нижней и верхней опорами. Верхняя опора представляет собой вакуумную присоску с регулируемой глубиной вакуума в зависимости от величины опорной реакции на нижней опоре. Нижняя опора включает в себя ложемент с упругой прокладкой между объектом и ложементом и гидравлическую камеру упругосильфонной конструкции, верхним торцом связанную с ложементом, а нижним - с несущим корпусом.
Вакуумная присоска с помощью гидравлической связи обеспечивает уменьшение и компенсацию изменений опорной реакции нижней опоры в процессе возмущающих воздействий опорного основания. Однако из-за ограниченных возможностей регулирования глубины вакуума присоски вибразащитный эффект данного устройства весьма ограничен. Кроме того, в нем не учтена возможность боковых колебаний объекта, а наличие вакуумной присоски значительно усложняет его конструкцию.
Известная опора для транспортировки длинномерных нежестких конструкций оболочечного типа /2/ аналогична по технической сущности устройству для гашения вибраций /1/ и отличается тем, что нижний ложемент установлен на двух, левом и правом (по ходу движения), амортизаторах пружинно-сильфонной конструкции. Здесь учтена возможность боковых колебаний транспортируемого объекта, однако виброзащитные возможности данной опоры также ограничены, а ее конструктивная сложность сохраняется.
Для упрощения конструкции и повышения виброзащитной эффективности опоры в ней целесообразно отказаться от вакуумной присоски, а вместо опорных амортизатором применить пневмогидравлические подрессоривающие опоры с регулируемыми жесткостью и демпфированием.
Известна пневмогидравлическая подрессоривающая опора для автотранспортных средств с регулируемыми жесткостью и демпфированием /3/, содержащая гидроцилиндр, пустотелый шток с поршнем, заполненный жидкостью и газом и разделяющий гидроцилиндр на верхнюю и нижнюю полости, перепускную трубку внутри штока, соединяющую нижнюю полость гидроцилиндра с жидкостной полостью штока, газожидкостную камеру с эластичной разделительной перегородкой, гидравлическую магистраль, соединяющую верхнюю полость гидроцилиндра с жидкостной полостью газожидкостной камеры, дроссельное устройство с регулируемым гидросопротивлением, установленное в магистрали связи верхней полости гидроцилиндра с жидкостной полостью газожидкостной камеры, источники высокого и низкого давления газа, пневматическую магистраль связи источников давления и газовой полости газожидкостной камеры с установленными в ней газораспределительным устройством, регулятором и датчиком давления газа, блок управления, электрически связанный с дроссельным устройством, с газораспределительным устройством, с регулятором и датчиком давления газа.
Наиболее близким к изобретению по основным конструктивным признакам является опора для транспортировки нежестких конструкций оболочечного типа /4/, содержащая транспортируемый груз, опорное основание транспортного средства, ложемент под транспортируемый груз с эластичной прокладкой, два амортизатора вертикального перемещения, левый и правый, шарнирно установленные между опорным основанием и, соответственно, левым и правым краями ложемента.
Недостатком данной опоры являются ее ограниченные возможности по снижению уровня возмущающих дорожных воздействий на нежесткие и невибростойкие грузы при транспортировке по автомобильным и железным дорогам с повышенными скоростями в условиях переменности типа и состояния дороги.
Данный недостаток может быть преодолен за счет применения вместо амортизаторов пневмогидравлических подрессоривающих опор с регулированием их жесткости и демпфирования адаптивно условиям движения (скорости, типу и состоянию дороги).
Цель изобретения - повышение сохранности длинномерных нежестких и невибростойких грузов при транспортировке по автомобильным и железным дорогам.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая ложементная опора для транспортировки длинномерных нежестких и невибростойких грузов, содержащая транспортируемый груз, опорное основание транспортного средства, ложемент под транспортируемый груз с эластичной прокладкой и два амортизатора вертикального перемещения, шарнирно установленные между опорным основанием и краями ложемента, снабжена вместо амортизаторов двумя пневмогидравлическими подрессоривающими опорами, каждая из которых состоит из гидроцилиндра, пустотелого штока с поршнем, заполненного жидкостью и газом, перепускной трубки, связывающей жидкостную полость штока с надпоршневой полостью гидроцилиндра, двумя газожидкостными баллонами с эластичной разделительной перегородкой, двумя гидравлическими магистралями связи подпоршневых полостей гидроцилиндров и жидкостных полостей газожидкостных баллонов, двумя дроссельными устройствами с регулируемым гидросопротивлением, установленными в гидравлических магистралях, источником давления газа, состоящим из баллона высокого давления и баллона низкого давления, газораспределительного устройства, магистрали связи баллонов низкого и высокого давления с установленным в ней маломощным компрессором перекачки газа из баллонов низкого давления в баллон высокого давления, разветвляющейся газовой магистралью связи источника давления с газовыми полостями газожидкостных баллонов, датчиком давления, установленным в газовой магистрали в непосредственной близости от места ее разветвления, нормально закрытым электропневмоклапаном, установленным в газовой магистрали между датчиком давления и газораспределительным устройством, блоком управления, электрически связанным с дроссельным устройством, газораспределительным устройством, электропневмоклапаном и датчиком давления.
Новизна предлагаемого технического решения заключается в применении, вместо амортизаторов, пневмогидравлических подрессоривающих опор, в разработке устройств для регулирования жесткости и демпфирования и алгоритмов функционирования опор на различных этапах эксплуатации, в усовершенствовании конструкции опоры по сравнению с известными ложементными и пневмогидравлическими опорами.
Устройство опоры для транспортировки длинномерных нежестких и невибростойких грузов представлено на фиг.1 и фиг.2.
В состав опоры входят транспортируемый груз 1, жесткий ложемент 2 с эластичной прокладкой 3, опорное основание транспортного средства 4, два гидроцилиндра, первый 5 и второй 6, шарнирно прикрепленные соответственно под левым и правым (по ходу движения транспортного средства) краями ложемента 2, два, первый 7 и второй 8, пустотелых штока с поршнями, заполненные жидкостью и газом, установленные соответственно в первом 5 и втором 6 гидроцилиндрах и шарнирно прикрепленные своими верхними торцами соответственно к левому и правому краям ложемента 2, две, первая 9 и вторая 10, перепускные трубки, установленные соответственно внутри штоков 7, 8 и соединяющие их жидкостные полости с надпоршневыми полостями гидроцилиндров 5, 6, два, первый 11 и второй 12, газожидкостных баллона с эластичными разделительными перегородками, первая гидравлическая магистраль 13 связи подпоршневой полости гидроцилиндра 5 с жидкостной полостью первого газожидкостного баллона 11, вторая гидравлическая магистраль 14 связи подпоршневой полости гидроцилиндра 6 с жидкостной полостью второго газожидкостного баллона 12, два, первое 15 и второе 16, дроссельных устройства с регулируемым гидросопротивлением, установленные соответственно в первой 13 и второй 14 гидравлических магистралях, источник давления 17, состоящий из баллона высокого давления 18, баллона низкого давления 19, газораспределительного устройства 20, магистрали 21 связи баллона низкого давления 19 с баллоном высокого давления 18 и установленного в ней маломощного компрессора 22 для перекачки газа из баллона низкого давления 19 в баллон высокого давления 18, разветвляющаяся газовая магистраль 23 связи источника давления 17 с газовыми полостями первого 11 и второго 12 газожидкостных баллонов, датчик давления газа 24, установленный в неразветвляющейся части магистрали 23 в непосредственной близости от газожидкостных баллонов 11, 12, нормально закрытый электропневмоклапан 25, установленный в магистрали 23 в непосредственной близости от источника давления 17, блок управления 26, электрически связанный с газораспределительным устройством 20, с электропневмоклапаном 25, с датчиком давления 24 и с дроссельными устройствами 15, 16.
Важнейшей отличительной особенностью данной опоры является то, что в ней предусматривается регулирование жесткости и демпфирования.
Возможность регулирования жесткости опор обеспечивается за счет регулирования давления в газовых полостях первого 11 и второго 12 газожидкостных баллонов, а демпфирования - за счет регулирования площади проходных сечений дроссельных устройств 15, 16.
В установившемся режиме, т.е. при заданных жесткости и демпфировании, функционирование опоры осуществляется следующим образом.
На ходе сжатия штоки 7, 8 с поршнями под действием колебаний опорного основания 4 перемещаются вниз, вызывая перетекание жидкости из нижних полостей гидроцилиндров 5, 6 через магистрали 13, 14 и проходные сечения дроссельных устройств 15, 16 в жидкостные полости газожидкостных баллонов 11, 12 и в верхние полости гидроцилиндров 5, 6 через перепускные трубки 9, 10 из внутренних жидкостных полостей штоков 7, 8. При этом благодаря эластичным разделительным мембранам газ в жидкостных баллонах 11, 12 сжимается, давление в них увеличивается и соответственно увеличивается давление на нижних поверхностях поршней штоков 7, 8. Одновременно уменьшается давление газа во внутренних полостях штоков 7, 8 из-за вытекания оттуда жидкости через перепускные трубки 9, 10, создавая некоторое разрежение на верхних поверхностях поршней штоков 7, 8.
В результате на верхних и нижних поверхностях поршней штоков 7, 8 создается повышенная по сравнению с номинальной разность давлений, определяющих силу упругости опоры на ходе сжатия.
Сила вязкого сопротивления опоры определяется диаметром перепускных трубок 9, 10, площадью проходных сечений дроссельных устройств 15, 16, определяемой блоком управления 26 и обеспечиваемой специальными электроприводами, предусмотренными в составе дроссельных устройств 15, 16.
На ходе отдачи штоки 7, 8 с поршнями под действием силы упругости сжатого газа в газожидкостных баллонах 11, 12 перемещаются вверх, вызывая перетекание жидкости из жидкостных полостей газожидкостных баллонов 11, 12 через магистрали 13, 14, проходные сечения дроссельных устройств 15, 16 в нижние полости гидроцилиндров 5, 6 и во внутренние полости штоков 7, 8 через перепускные трубки 9, 10 из верхних полостей гидроцилиндров 5, 6. При этом благодаря эластичным разделительным мембранам газ в газожидкостных баллонах 11, 12 разреживается, давление в них уменьшается и, соответственно, уменьшается давление на нижних поверхностях поршней штоков 7, 8. Одновременно увеличивается давление газа во внутренних полостях штоков 7, 8 из-за затекания туда жидкости через перепускные трубки 9, 10, создавая некоторое противодавление на верхних поверхностях поршней штоков 7, 8, удерживая их таким образом от слишком резкого перемещения вверх.
В результате на верхних и нижних поверхностях поршней штоков 7, 8 создается убывающая разность давлений и, соответственно, убывающая сила упругости опоры на ходе отдачи, благодаря чему опора плавно возвращается в исходное положение.
Сила вязкого сопротивления опоры определяется диаметром перепускных трубок 9, 10 и площадью проходных сечений дроссельных устройств 15, 16.
При необходимости повышения жесткости опоры блок управления 26 подает последовательно команды на газораспределительное устройство 20 для подключения баллона высокого давления 18 к газовой магистрали 23 и на открытие нормально закрытого электропневмоклапана 25. После этого начинается перетекание газа из баллона высокого давления 18 в газовые полости первого 11 и второго 12 газожидкостных баллонов. Давление в них и, соответственно, жесткость опоры повышаются. Рост давления газа в газожидкостных баллонах 11, 12 контролируется датчиком давления 24, и по достижении его требуемого уровня блок управления 26 подает команды на закрытие электропневмоклапана 25 и на газораспределительное устройство 20 для отключения баллона высокого давления 18 от магистрали 23.
При необходимости понижения жесткости опоры блок управления 26 подает последовательно команды на газораспределительное устройство 20 для подключения баллона низкого давления 19 к газовой магистрали 23 и на открытие нормально закрытого электропневмоклапана 25. После этого начинается перетекание газа из газовых полостей газожидкостных баллонов 11, 12 в баллон низкого давления 19. При этом для поддержания требуемого перепада давлений между газовыми полостями баллонов 11, 12 и баллоном низкого давления 19 по команде блока управления 26 включается компрессор 22 и по магистрали 21 начинается перекачка газа из баллона низкого давления 19 в баллон высокого давления 18 (такая операция необходима, когда в качестве рабочего газа применяется азот). Давление газа в газожидкостных баллонах 11, 12 и, соответственно, жесткость опоры понижаются. Снижение давления газа в баллонах 11, 12 контролируется датчиком давления 24 и по достижении его требуемого уровня блок управления 26 подает команды на выключение компрессора 22, на закрытие электропневмоклапана 25 и на газораспределительное устройство 20 для отключения баллона низкого давления 19 магистрали 23.
При необходимости повышения демпфирования (коэффициента вязкого сопротивления) опоры блоком управления 26 подается команда на специальные электроприводы дроссельных устройств 15, 16, которые обеспечивают уменьшение площади их проходных сечений.
При необходимости понижения демпфирования опоры блоком управления 26 подается команда на специальные электроприводы дроссельных устройств 15, 16, которые обеспечивают увеличение площади их проходных сечений.
Таким образом, предложенные технические усовершенствования позволяют обеспечить регулирование жесткости и демпфирования опоры в нужном направлении. С помощью специальных измерительных систем и блока управления это регулирование может осуществляться адаптивно изменениям скорости движения транспортного средства, типа и состояния дороги. Это, в свою очередь, позволяет существенно снизить уровень динамического нагружения перевозимого груза и благодаря этому повысить его сохранность при транспортировке по автомобильным и железным дорогам.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР № 1809204, кл. F16F 15/00, 1993.
2. Патент СССР № 1831635, кл. F16M 11/00, 1993.
3. Павлов. Г.А., Терехов В.Ф., Кныш В.И. Пневмогидравлическая подрессоривающая опора с регулируемыми жесткостью и демпфированием. / Деп. В ЦИСФ МО РФ, инв. № В4386, 2000.
4. Авторское свидетельство СССР № 721636, кл. F16M 11/00, 1980.