СОЕДИНЕНИЕ ЭЛАСТИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК С ЖЕСТКИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ

Полезная модель относится к областям техники, где необходимо присоединение эластичных оболочек к жестким конструкциям в тех случаях, когда от соединения хотя и не требуется абсолютной герметичности, однако излишние потери воздуха из зоны повышенного давления нежелательны. 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 привинчивается 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.
Важным недостатком конструкции является то, что зазоры между деталями петель и осевого прутка устройства, необходимые для обеспечения подвижности соединения, являются причиной потерь воздуха из воздушной подушки. При этом потери воздуха в соединениях растут пропорционально квадрату разности давлений внутри и снаружи, и в ряде случаев могут оказаться неприемлемыми.
Задачей предполагаемой полезной модели является повышение прочности и надежности соединения эластичных оболочек с жесткими конструкциями с одновременным снижением утечек воздуха из зоны повышенного давления, а также 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, по полезной модели, 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, соединение содержит полосу эластичного материала, которая одной из своих кромок прикреплена к полотнищу эластичной оболочки изнутри оболочки вдоль ее кромки, соединенной с жестким конструктивным элементом на протяжении всего соединительного узла, а другая кромка полосы эластичного материала выполнена перекрывающей своим свободным краем зазоры и неплотности соединительного узла.
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.
Применение полосы эластичного материала, свободная кромка которого прикреплена к полотнищу эластичной оболочки изнутри оболочки вдоль ее кромки на протяжении всего соединительного узла, которая выполнена перекрывающей своим свободным краем зазоры и неплотности соединительного узла, обеспечивает существенное уменьшение потерь воздуха из области повышенного давления.
Сущность предполагаемого 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.
В качестве элемента, предназначенного для уменьшения потерь воздуха из зоны повышенного давления, в конструкцию соединения введен элемент 9, представляющий собой полосу эластичного материала, прикрепленного вдоль всего соединительного узла, одна из кромок которой изнутри присоединена (пришита, приклеена) по всей длине соединения (оболочки с жесткой конструкцией) к полотну эластичной оболочки 2, а другая, свободная наружная кромка полосы представляет собой лепесток, прилегающий к жестким элементам соединительного узла и перекрывающий зазоры и неплотности соединения.
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 осуществляется следующим образом.
При подаче давления в эластичную оболочку 2 (например, в гибкое ограждение судна на воздушной подушке) полотнище оболочки натягивается и нагружает соединительные П-образные скобки 3, заправленные в карман 7. Скобки 3 отогнутыми концами 5 ножек 4 упираются изнутри в полосу жесткой конструкции 1 с отверстиями 6 и тем самым фиксируют соединение.
В начальный момент подачи избыточного давления воздуха в эластичную оболочку через зазоры и неплотности соединения 6, 8 начинается истечение воздуха. При этом струйки воздуха, обтекающие свободную кромку полосы 9 создают присасывающую силу, заставляющую свободную кромку прилипнуть вдоль всего соединения к жесткой конструкции, перекрывая каналы утечки воздуха. Дальнейшее удержание свободной кромки эластичной полосы 9 происходит за счет удержания ее в прижатом состоянии за счет избыточного давления в оболочке. При этом чем больше избыточное давление прижимает полосу упругого материала к элементам соединения 1 и 2, тем больше сказываются и фрикционые силы, удерживающие от сдвига или перемещения свободный край элемента 9. Таким образом, полоса 9 выполняет функцию, аналогичную действию лепесткового клапана, предотвращая потери воздуха из области повышенного давления.
Предполагаемая полезная модель 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.
4) Перекрытие утечек воздуха лепестком свободной кромки эластичной полосы 9 происходит за счет удержания ее в прижатом состоянии избыточным давлением в оболочке. При этом, чем больше избыточное давление прижимает полосу упругого материала к элементам соединения 1 и 2, тем больше сказываются и фрикционые силы, удерживающие от сдвига или перемещения свободный край элемента 9, тем самым обеспечивая надежность уплотнения при разнообразных случаях эксплуатации.
Изложенные особенности конструкции предлагаемого узла и особенности его функционирования и технического обслуживания существенно повышают его прочность, надежность, ресурс, упрощают ремонт и эксплуатацию. Предполагаемая полезная модель обеспечивает снижение потерь воздуха в соединениях эластичных оболочек с жесткими конструкциями путем применения в конструкции соединения дополнительного элемента, выполняющего роль лепесткового клапана. Кроме того, предлагаемая конструкция узла соединения существенно снижает его вес и стоимость по сравнению с известными аналогами.