Тросовый амортизатор

Полезная модель относится к средствам виброизоляции технических средств специального объекта.
Известно устройство для снижения действия импульса ускорений сейсмического удара на технические средства специальных объектов, защищенное патентом на полезную модель (номер патента RU 182479, год публикации: 2018. Патентообладатель: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЕННЫЙ УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР СУХОПУТНЫХ ВОЙСК "ОБЩЕВОЙСКОВАЯ АКАДЕМИЯ ВООРУЖЕННЫХ СИЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ". Адрес: 119121, Москва, пр-д Девичьего поля, 4, ВУНЦ СВ "ОВА ВС РФ"), состоящее из упругопластической рамы и тросовых виброизоляторов, установленных между ее полками, выбор жесткостей которых производится таким образом, чтобы собственная частота устройства более, чем на 50% отличалась от частоты импульса ускорений сейсмического удара, при этом собственная частота конструкции находится по формуле:
м
,
0,5
ω=1/π×(g/λ)
2
где g - ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,8 м/с;
м
ст
и
λ - максимальная абсолютная величина перемещения (прогиба) конструкции под действием статической нагрузки Q=М × g,
и
где М - масса изделия.
Техническим результатом этой полезной модели является возможность снижения в 1,5-2 раза амплитуды ускорений, с которым движется защищаемое изделие, по сравнению с амплитудой импульса ускорений сейсмического удара, за счет рассеивания энергии динамического воздействия при трении в витках троса и пластической деформации упругопластической рамы.
Недостатками данного устройства являются его различная жесткость по различным направлениям воздействия сейсмического удара, что не позволяет получить одинаковое снижение амплитуды импульса ускорений сейсмического удара на защищаемом изделии по трем взаимно перпендикулярным направлениям воздействия, как это требуется при испытании технических средств специального объекта по ГОСТР В 20.39.304-98 и ГОСТ Р В 20.57.305-98.
Известно устройство «Виброизолятор тросовый»- прототип, производимое ООО «Астрон» (г. Самара, Московское шоссе 18 км, Литер А, комната 24, тел. 8 (846) 221-00-88, info@dempfer.ru), выполненное из витых стальных тросов в форме цилиндра или шара. Рассеивание энергии динамического воздействия, и, следовательно, снижение амплитуды импульса ускорений сейсмического удара происходит за счет трения в витках троса.
Недостатками такого устройства являются сложность подбора его жесткости, обеспечивающей с одной стороны снижение амплитуды импульса ускорений, передаваемого амортизируемому изделию, по всем трем взаимно перпендикулярным направлениям испытательного воздействия, как это требуется по ГОСТ Р В 20.39.304 - 98 и ГОСТ Р В 20.57.305-98, с другой - жесткости установки изделия на объекте. При удачном подборе жесткости тросовых амортизаторов снижение амплитуды импульса ускорений сейсмического удара по одному или двум направлениям достигает 60%. Однако, по другому направлению (или двум другим) не превышает 20-40%, что недостаточно для обеспечения сейсмоударостойкости изделий, имеющих в своем составе, например, электротехнические и электронные элементы. Также с течением времени такие амортизаторы проседают под весом изделия по менее жесткому направлению, что недопустимо при эксплуатации. Эти недостатки обусловлены тем, что деформация устройства отличается при различном направлении нагрузки, что видно из нагрузочных характеристик «Виброизолятора тросового», представленных на фиг. 1, поэтому невозможно получить одинаковое снижение амплитуды импульса ускорений сейсмического удара по трем взаимно перпендикулярным направлениям воздействия испытательного импульса. Фиг. 2 - сжатие, фиг. 3 - сдвиг, фиг. 4 - сжатие + сдвиг 45°. Анализ характеристик, представленных на фиг. 1, позволяет объяснить различие в эффекте снижения амплитуды сейсмического удара в зависимости от направления воздействия динамической нагрузки. При испытаниях на сейсмоударном стенде по ГОСТ РВ 20.39.304-98 и ГОСТ РВ 20.57.305-98 динамическая нагрузка воспроизводится по следующим направлениям: вертикальное - ось Y; первое горизонтальное направление, принимаемое параллельным лицевой части шкафа или продольной линии изделия, например, шкафа автоматики - ось X; второе горизонтальное направление, перпендикулярное первому, - ось Z. При установке тросового амортизатора под изделием в его «стандартном положении», жесткость по оси Y, соответствующая сжатию, практически в три раза будет превосходить жесткость в направлении двух других осей, соответствующих сдвигу. Поэтому, если амортизатор подобран, исходя из жесткости на сжатие, то при его работе на сдвиг будет происходить разрушение креплений тросов к опорам. В другом случае, если амортизатор подобран, исходя из жесткости на сдвиг, то при вертикальном воздействии возможно соударение опор, что приведет к еще большему увеличению амплитуды импульса, или в процессе эксплуатации изделие может «просесть».
Задачей предлагаемой полезной модели является снижение амплитуды ускорений, с которым движется защищаемое изделие, по сравнению с амплитудой импульса ускорений сейсмического удара на 50%, по всем трем взаимно перпендикулярным осям воздействия сейсмического удара при испытаниях изделия на сейсмоударостойкость.
Для решения поставленной задачи предложен тросовый амортизатор, установленный горизонтально между двумя кронштейнами, один из которых закреплен к основанию изделия, а второй - к месту его установки, и оба кронштейна ориентированы под углом 45° к одной из горизонтальных осей, причем статическая осадка амортизатора от веса амортизированного изделия λ определяется по его нагрузочной характеристике «сдвиг», с учетом условия эффективной виброизоляции
о
ω/ω≥4,
где ω - круговая частота вынужденных колебаний, рад/с;
о
ω - круговая частота собственных колебаний, рад/с, определяемая по формуле
о
0,5
ω=(g/λ),
где
λ - статическая осадка амортизатора от веса амортизированного изделия, м;
2
g - ускорение свободного падения, м/с.
Ориентация кронштейнов под углом 45° к одной из горизонтальных осей обеспечивает равномерное снижение амплитуды воздействующего импульса ускорений на защищаемое изделие по всем трем взаимно перпендикулярным осям воздействия сейсмического удара при испытаниях изделия на сейсмоударостойкость.
Сущность предложенной полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены основные элементы тросового амортизатора (фиг. 5) цилиндрической (или сферической) формы 2, установленного между двумя кронштейнами
Пример применения устройства показан на фиг. 6. Массогабаритный макет защищаемого изделия 3 установлен на четыре тросовых амортизатора 2, установленных горизонтально между двумя кронштейнами, один из которых закрепляется к основанию 4 защищаемого изделия, а второй - к месту его установки 5, и оба кронштейна ориентированы под углом 45° к одной из горизонтальных осей.
Вариант подбора жесткости тросового амортизатора поясняется примером.
-3
0,5
о
о
о
Часть веса изделия, приходящаяся на один амортизатор равна 1000 Н. По нагрузочной характеристике для сдвига, представленной на фиг. 1, определяется статическая осадка амортизатора от веса амортизированного изделия, равная 17×10 метра. По формуле ω=(g/λ)рассчитывается круговая частота собственных колебаний, равная ω=22 рад/с. Известна частота вынужденных колебаний при испытании на сейсмический удар по ГОСТ Р В 20.57.305-98, равная ω=105 рад/с. Следовательно, условие эффективной виброизоляцииω/ ω≥4, выполняется. В противном случае подбирается амортизатор с другими нагрузочными характеристиками.
Предложенный тросовый амортизатор может применяться в качестве системы местной амортизации аппаратуры и оборудования, поставляемой на испытания при воздействии сейсмического удара, и для защиты изделий, предназначенных для комплектования специальных объектов.