АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
SHOCK-ABSORBING DEVICE

Изобретение относится к устройствам активной сейсмозащиты зданий и сооружений и может быть использовано в системе амортизации (сейсмоизоляции) для защиты реакторного отделения атомных электростанций от силового воздействия при землетрясениях.
Известно амортизирующее устройство, описанное в а.с. №2029155, М.кл. F16F 9/04, содержащее упругий элемент и охватываемое им телескопическое направляющее устройство, выполненное в виде встречно направленных наружного и внутреннего стаканов с центрирующими элементами, установленными между ними, и опорными плитами. Упругий элемент выполнен в виде равномерно расположенных вокруг наружного стакана пневматических амортизаторов, включающих каждый, по крайней мере, корпус и плунжер, закрепленные соответственно на наружном и внутреннем стаканах, днище каждого из последних имеет выпуклую тарельчатую форму с осевым каналом, кольцевой площадкой вокруг последнего, контактирующей с соответствующей опорной плитой, и радиусом округления, превышающим половину расстояния между опорными плитами, центр которого в продольном сечении направляющего устройства расположен на прямой, параллельной продольной оси последнего и проходящей через линию перехода кольцевой площадки в скругление, а амортизирующее устройство снабжено размещенными в соответствующих осевых каналах и контактирующими с ними цилиндрическими ползунами, шарнирно соединенными одними концами с соответствующими опорными плитами. Амортизирующее устройство снабжено резинокордной оболочкой, соединяющей наружный и внутренний стаканы и образующей с ними дополнительный пневматический амортизатор.
Недостатками этого устройства являются низкая стабильность положения амортизируемого объекта при воздействии горизонтальных возмущающих сил, низкая степень самовосстановления исходного положения амортизируемого объекта по горизонту, так как возврат амортизируемого объекта в исходное положение по горизонту осуществляется, в основном, за счет горизонтальной составляющей продольного (осевого) усилия амортизирующего устройства, возникающей при его наклоне из-за взаимного смещения центров радиусов наружного и внутреннего стаканов направляющего устройства.
Известно также амортизирующее устройство, описанное в патенте на изобретение № 2335672 РФ, М.кл. F16F 9/04 (прототип), содержащее телескопическое направляющее устройство, установленное между амортизируемым объектом и основанием и выполненное в виде встречно направленных наружного и внутреннего стаканов с установленными между ними резинокордной оболочкой и центрирующими элементами, опорные плиты, установленные на амортизируемом объекте и основании, упругий элемент в виде равномерно расположенных вокруг наружного стакана пневматических амортизаторов, включающих корпус, плунжер и резинокордную оболочку между ними, днище наружного и внутреннего стаканов телескопического направляющего устройства имеет выпуклую тарельчатую форму с осевым каналом, кольцевой площадкой вокруг последнего, контактирующей с соответствующей опорной плитой, и радиусом скругления, превышающим половину расстояния между опорными плитами, центр которого в продольном сечении направляющего устройства расположен на прямой, параллельной продольной оси последнего и проходящей через линию перехода кольцевой площадки в скругление, а амортизирующее устройство снабжено размещенными в соответствующих осевых каналах и контактирующими с ними цилиндрическими ползунами, шарнирно соединенными одними концами с соответствующими опорными плитами, согласно изобретению, продольные оси пневматических амортизаторов упругого элемента расположены под углом, находящимся в диапазоне 40°-70°, к продольной оси направляющего устройства, их корпуса крепятся шарнирно к его наружному стакану в месте расположения резинокордной оболочки направляющего устройства, а плунжеры соединены шарнирно с плитами, установленными на площадках выступов основания, образующих с самим основанием угол, находящийся в диапазоне 110°-150°, а между корпусом и плунжером пневматических амортизаторов дополнительно установлены центрирующие элементы.
Недостатками этого устройства являются низкий уровень демпфирования колебаний амортизируемого объекта при воздействии вертикальных и горизонтальных возмущающих сил из-за пассивного характера демпфирования. Также недостатком устройства является то, что амортизирующее устройство не обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при воздействии любых внешних сил переменной частоты и амплитуды.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих свойств амортизирующего устройства и обеспечение регулирования его упругодемпфирующих характеристик во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.
Поставленная задача достигается тем, что в известном амортизирующем устройстве, содержащем телескопическое направляющее устройство, установленное между амортизируемым объектом и основанием и выполненное в виде встречно направленных наружного и внутреннего стаканов с установленными между ними резинокордной оболочкой и центрирующими элементами, опорные плиты, установленные на амортизируемом объекте и основании, упругий элемент в виде равномерно расположенных вокруг наружного стакана пневматических амортизаторов, включающих корпус, плунжер и резинокордную оболочку между ними, днище наружного и внутреннего стаканов телескопического направляющего устройства имеет выпуклую тарельчатую форму с осевым каналом, кольцевой площадкой вокруг последнего, контактирующей с соответствующей опорной плитой, и радиусом скругления, превышающим половину расстояния между опорными плитами, центр которого в продольном сечении направляющего устройства расположен на прямой, параллельной продольной оси последнего и проходящей через линию перехода кольцевой площадки в скругление, а амортизирующее устройство снабжено размещенными в соответствующих осевых каналах и контактирующими с ними цилиндрическими ползунами, шарнирно соединенными одними концами с соответствующими опорными плитами, причем продольные оси пневматических амортизаторов упругого элемента расположены под углом, находящимся в диапазоне 40°-70° к продольной оси направляющего устройства, их корпуса крепятся шарнирно к его наружному стакану в месте расположения резинокордной оболочки направляющего устройства, а плунжеры соединены шарнирно с плитами, установленными на площадках выступов основания, образующих с самим основанием угол, находящийся в диапазоне 110°-150°, а между корпусом и плунжером пневматических амортизаторов дополнительно установлены центрирующие элементы, согласно изобретению, на торце внутреннего стакана телескопического направляющего устройства установлена герметичная перегородка с клапанным электромагнитным устройством, на торцах плунжеров всех пневматических амортизаторов также установлены герметичные перегородки с клапанными электромагнитными устройствами, причем каждое клапанное электромагнитное устройство подключено к отдельной системе управления.
Каждая система управления клапанным электромагнитным устройством содержит последовательно соединенные преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, блок управления силовым ключом, силовой ключ для подключения обмотки клапанного электромагнитного устройства к источнику питания.
Преобразователь перемещения каждой системы управления клапанным электромагнитным устройством и сама система управления могут быть расположены внутри соответствующего пневматического амортизатора или телескопического направляющего устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на фиг.1 представлено предложенное амортизирующее устройство, общий вид в разрезе;
- на фиг.2 представлен вид сверху амортизирующего устройства с поперечным разрезом А-А на фиг.1;
- на фиг.3 представлена структурная схема системы управления клапанного электромагнитного устройства.
Амортизирующее устройство содержит упругий элемент 1, телескопическое направляющее устройство 2, выполненное в виде наружного стакана 3 и внутреннего стакана 4, соединенных резинокордной оболочкой 5. Между наружным 3 и внутренним 4 стаканами направляющего устройства 2 установлены центрирующие элементы в виде роликов 6, 7. При этом ролики 6 равномерно установлены на внутреннем стакане 4 с возможностью качения по наружной поверхности внутреннего стакана 4.
Днища обоих стаканов имеют выпуклую тарельчатую форму с осевыми каналами 8, в которых размещены цилиндрические ползуны 9, шарнирно соединенные с опорными плитами 10. С помощью опорных плит 10 амортизирующее устройство крепится к амортизируемому объекту и основанию. Каждое днище по периметру осевого канала имеет кольцевую площадку (лыску) 11, посредством которой днище контактирует с опорной плитой 10. Каждое днище выполнено со округлением по радиусу R, превышающему половину расстояния между опорными плитами 10, центр которого в продольном сечении направляющего устройства 2 расположен на прямой, параллельной продольной оси устройства и проходящей через линию перехода кольцевой площадки в скругление.
Упругий элемент 1 выполнен в виде равномерно расположенных вокруг наружного стакана 3 пневматических амортизаторов, которые охватывают телескопическое направляющее устройство 2 и содержат корпус 12, плунжер 13, резинокордную оболочку 14 и центрирующие элементы в виде роликов 15, 16. Корпуса 12 пневматических амортизаторов крепятся шарнирно к наружному стакану 3 телескопического направляющего устройства 2 в месте расположения его резинокордной оболочки 5, плунжеры 13 пневматических амортизаторов соединены шарнирно с плитами 17, установленными на площадках выступов 18 основания. Поверхность выступов основания образует с самим основанием угол β, находящийся в диапазоне 110°-150°. Продольные оси пневматических амортизаторов упругого элемента 1 образуют в статическом положении угол α, находящийся в диапазоне 40°-70°, с продольной осью направляющего устройства 2.
В опорных плитах 10 размещен набор резиновых буферов 19 короткоходовой местной амортизации, контактирующих соответственно с основанием или амортизируемым объектом. Таким образом, амортизирующее устройство связывает амортизируемый объект и основание посредством телескопического направляющего устройства в виде кегли с тарельчатыми поверхностями и упругого элемента в виде пневматических амортизаторов, расположенных под углом к направляющему устройству.
На торце внутреннего стакана 4 телескопического направляющего устройства 2 установлена герметичная перегородка 20 с клапанным электромагнитным устройством 21. Перегородка 20 на торце внутреннего стакана 4 телескопического направляющего устройства 2 формирует две полости: верхнюю рабочую полость 22 переменного объема и нижнюю дополнительную полость 23 постоянного объема. На торцах плунжеров 13 всех пневматических амортизаторов также установлены герметичные перегородки 24 с клапанными электромагнитными устройствами 25, причем каждое клапанное электромагнитное устройство подключено к отдельной системе управления 26.
Система управления 26 клапанным электромагнитным устройством 21, 25 содержит последовательно соединенные преобразователь перемещения 27 объекта, формирователь сигнала скорости 28 объекта, блок управления 29 силовым ключом, силовой ключ 30 для подключения обмотки клапанного электромагнитного устройства 21, 25 к источнику питания.
Амортизирующее устройство работает следующим образом.
Амортизация объекта в вертикальном направлении осуществляется за счет направляющего устройства 2 при относительных перемещениях наружного 3 и внутреннего 4 стаканов и перекатывании резинокордной оболочки 5 в зазоре между ними, а также упругого элемента 1 при относительных перемещениях корпусов 12 и плунжеров 13 и перекатывании резинокордной оболочки 14 в зазоре между ними. При ходе сжатия объем верхней рабочей полости 22 уменьшается, давление сжимаемого газа в ней возрастает и становится значительно больше, чем в дополнительной полости 23, клапанное электромагнитное устройство 21 при этом закрыто. При смене режима работы с хода сжатия на ход отбоя система управления клапанным электромагнитным устройством 26 соединяет кратковременно рабочую полость 22 и дополнительную полость 23, при этом давление в полостях выравнивается и снижается энергия сжатого газа в рабочей полости 22.
При дальнейшем ходе отбоя объем рабочей полости 22 увеличивается, давление газа в ней становится меньше, чем в дополнительной полости 23, при этом клапанное электромагнитное устройство 21 закрыто. При смене режима с хода отбоя на ход сжатия система управления клапанным электромагнитным устройством 26 соединяет кратковременно рабочую полость 22 и дополнительную полость 23, при этом давление в полостях выравнивается и повышается упругая сила газа в рабочей полости 22. Подобная работа способствует более эффективному демпфированию колебаний амортизируемого объекта в вертикальном направлении. Аналогичное демпфированию колебаний будет происходить и при работе пневматических амортизаторов при возникновении перемещений амортизируемого объекта по горизонту. Амортизирующее устройство обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при воздействии любых внешних сил переменной частоты и амплитуды.
В процессе перемещений амортизируемого объекта в любом направлении по горизонту происходит поворот кегли и обкатка ее тарельчатых поверхностей, т.е. перекатывание скругленных днищ наружного 3 и внутреннего 4 стаканов направляющего устройства 2 по опорным плитам 10, а также упругая деформация пневмоподушек упругого элемента 1 и направляющего устройства 2. При этом цилиндрический ползун 9 скользит относительно осевого канала 8 и разворачивается на шарнире, осуществляя кинематическую фиксацию днища и предотвращая смещение его относительно опорной плиты 10. Возникающие при работе системы боковые нагрузки через ползун 9 и его шарнирное соединение передаются на опорную плиту 10. При этом наличие горизонтальной площадки 11 на днищах наружного 3 и внутреннего 4 стаканов обеспечивает ступень горизонтальной силовой характеристики, которая позволяет обеспечить стабильность положения амортизируемого объекта при действии горизонтальных возмущающих сил, вызванных работой динамически неуравновешенного оборудования, размещенного на амортизируемом объекте, или другими причинами. Резиновые буферы 19 короткоходовой амортизации дополнительно снижают уровень нагрузок, действующих в горизонтальной плоскости.
Возврат амортизируемого объекта в исходное положение по горизонту осуществляется как за счет горизонтальной составляющей продольного (осевого) усилия амортизирующего устройства, возникающей при его наклоне из-за взаимного смещения центров радиусов R наружного 3 и внутреннего 4 стаканов направляющего устройства 2, так и за счет, в основном, сил упругой деформации пневмоподушек упругого элемента 1, стремящихся вернуть телескопическое направляющее устройство 2 в строго вертикальное положение. Возникающий при этом момент сил воспринимается центрирующими роликами 6 и 7 телескопического направляющего устройства 2 и центрирующими роликами 15 и 16 пневматических амортизаторов упругого элемента 1.
Таким образом, предлагаемое амортизирующее устройство обеспечивает более эффективное демпфирование колебаний амортизируемого объекта, стабильность положения амортизируемого объекта от горизонтальных возмущающих сил и позволяет обеспечить самовосстановление амортизируемого объекта по горизонту с требуемыми горизонтальными перегрузками, а также обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при воздействии любых внешних сил переменной частоты и амплитуды.