СИСТЕМА ПОДВЕСКИ ОБЪЕКТА
SUSPENSION SYSTEM

Изобретение относится к устройствам системы подвески объектов (контейнеров, машин, сооружений, транспортных средств и др.), к защите которых предъявляются повышенные требования, и может быть использовано для уменьшения внешних воздействий на объекты при динамическом нагружении с сохранением их параметров функционирования.
Известна система подвески контейнера по патенту США №4422627, кл. 267-148, 1983 г. В этой системе подвески контейнера, вертикально установленного на платформе, амортизаторы, размещенные между контейнером и платформой, выполнены в виде упругих кольцевых эллипсообразных элементов из слоистого композиционного материала, армированного жгутами и волокнами преимущественно периметрального направления и полимерного связующего и элементы адаптации нагрузки, расположенные по их малым осям симметрии. Недостатком указанной системы амортизации является невозможность релаксации динамических нагрузок повышенной мощности при больших ходах амортизатора при многократном внешнем воздействии.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является изобретение по патенту РФ №2177596, кл. 41F 3/042. Система подвески контейнера по этому патенту содержит упругие кольцевые эллипсообразные элементы амортизаторов, выполненные из комбинации чередующихся слоев композиционного и антифрикционного материалов. На внутренних противоположных поверхностях упругих кольцевых эллипсообразных элементов закреплены с образованием щелевого зазора и с возможностью смыкания при ударном воздействии элементы адаптации нагрузки в виде трапециевидных пластин из резины или полиуретана. Конструкция этой системы работоспособна при предельных деформациях до 40-50% строительной высоты амортизатора. При деформациях, выше указанных, происходят недопустимые отслоения и деформации слоев с разрушением слоев на сжатом волокне и опорных площадках с потерей работоспособности после первого ударного воздействия.
Основной задачей изобретения является увеличение нагрузочной способности и надежности системы при деформациях до 70-80% строительной высоты амортизатора за счет уменьшения напряжений в сжатых слоях и опорных площадках с обеспечением многократного функционирования амортизатора.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении нагрузочной способности и надежности функционирования системы амортизации и ее эффективности использования.
Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции и дальнейшего развития концепции работы ее амортизаторов, работающих при предельных деформациях с максимальным энергопоглощением при многократном ударном воздействии.
Для этого в системе подвески объекта, установленного на платформе, содержащей размещенные между объектом и платформой амортизаторы в виде кольцевых эллипсообразных эквидистантно расположенных элементов из полимерного композиционного материала и конгруэнтных слоев антифрикционного материала между ними и элементы адаптации нагрузки на предельных ходах амортизаторов, упругие кольцевые эллипсообразные элементы выполнены с поперечными разрезами в опорных площадках элементов и заформованы в слой эластичного материала, выполненного заодно с элементами адаптации нагрузки, а каждый кольцевой эллипсообразный элемент из полимерного композиционного материала снабжен с внутренней стороны конгруэнтным слоем из эластичного материала, причем толщина каждого слоя эластичного материала равна или больше толщины примыкающего снаружи эллипсообразного элемента, а опорные площадки выполнены заодно с элементами адаптации
Отличительными особенностями системы подвески объема являются следующие признаки:
- выполнение упругих кольцевых эллипсообразных элементов с поперечными разрезами в опорных площадках на всю ширину упругого элемента;
- формование в слой эластичного материала концов упругого кольцевого эллипсообразного элемента в местах разреза;
- выполнение формованного слоя эластичного материала заодно с элементами адаптации нагрузки;
- снабжение с внутренней стороны каждого упругого кольцевого эллипсообразного элемента из полимерного композиционного материала конгруэнтным слоем из эластичного материала с толщиной каждого слоя эластичного материала, равной или большей толщины примыкающего снаружи кольцевого эллипсообразного элемента;
- выполнение опорных площадок заодно с элементами адаптации.
Указанные отличительные признаки системы подвески объекта являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Создание конструкции амортизатора и на ее основе системы подвески объекта за счет комбинации композитного силового, эластичного и антифрикционных слоев с выполнением поперечных разрезов упругих кольцевых эллипсообразных элементов в опорных площадках с заформованием в местах разрезов в слой эластичного материала, выполненного заодно с элементами адаптации нагрузки, позволяет увеличить нагрузочную способность и надежность системы подвески. При работе такого амортизатора при предельных ходах за счет эластичного слоя в упругих кольцевых эллипсообразных элементах происходит смещение нейтральной линии при изгибе и резко уменьшаются напряжения в сжатых слоях элемента, а поперечные разрезы упругих кольцевых эллипсообразных элементов в опорных площадках позволяют уменьшить расслоения в опорных площадках от напряжений в слоях в направлении действия нагрузки. Выполнение элемента адаптации нагрузки со слоем, в который заформованы разрезанные концы упругих кольцевых эллипсообразных элементов, позволяет уменьшать напряжения в упругих элементах в районе опорных площадок за счет поворота концевых участков в массиве эластичного материала.
На фиг.1 представлен общий вид системы подвески объекта (стрелкой показано направление действия нагрузки), установленного на платформе, на фиг.2 - принципиальная конструкция упругого кольцевого эллипсообразного элемента амортизатора, на фиг.3 - деформированное предельное состояние амортизатора, на фиг.4 - поперечное и продольное сечение упругого элемента, на фиг.5 - статическая характеристика амортизатора.
Более подробное описание сущности изобретения с указанием позиций на чертежах состоит в следующем.
Система подвески объекта 1, вертикально установленного на платформе 2, содержит размещенные между объектом 1 и платформой 2 амортизаторы 3, выполненные в виде упругих кольцевых эллипсообразных элементов из чередующихся композитных упругих слоев 4, эластичных 6 и антифрикционных слоев 5. Упругие слои 4 выполнены из композиционного материала на основе жгутов 7 преимущественно периметрального окружного направления, пропитанных полимерным связующим 8. В слои могут быть включены нити осевого направления. Каждый жгут 7 состоит из нитей 9. Упругие слои 4, эластичные слои 6 и антифрикционные слои 5 выполнены за единый технологический процесс последовательной их намоткой и отверждением. Антифрикционные слои 5 в процессе намотки и отверждения полимерного связующего 8 композиционного материала упругого элемента частично внедряются между связующим 8 и волокнами 9. Этим обеспечивается более полный контакт и надежное плотное соединение слоев.
Элементы 10, 11 адаптации нагрузки выполнены из твердой резины или полиуретана, адгезионно связаны с упругими кольцевыми эллипсообразными элементами и образуют со слоем эластичного материала 12 опорных площадок монолитную конструкцию. Слой эластичного материала 12 может быть усилен листовым прочным материалом 13. Функционирование системы подвески заключается в следующем.
При статическом нагружении амортизаторов массой объекта 3 упругие кольцевые слои 4 деформируются по линейному закону с деформациями изгиба и сжатия. За счет подбора толщины слоев напряжения, возникающие в упругих несущих слоях, практически одинаковы. При ударном внешнем воздействии амортизаторы 3 деформируются с взаимными перемещениями слоев по антифрикционному слою и потерей устойчивости в средней зоне кольцевых эллиптических элементов. При потере устойчивости амортизатор держит практически постоянную нагрузку до смыкания элементов адаптации, дальнейшая характеристика носит резко прогрессирующий вид, см. фиг.4. Статическая характеристика имеет три выраженные зоны:
I зона - возрастание нагрузки по линейному закону;
II зона - постоянная нагрузка при потере устойчивости;
III зона - резкое возрастание нагрузки после включения элементов адаптации и ужесточение упругих слоев за счет взаимного влияния упругих и слоев из эластичного материала. Такая характеристика амортизатора обладает максимальным энергопоглощением, определяемым площадью под статической характеристикой.
Эластичные слои между упругим силовым и антифрикционным слоем создают благоприятные условия при изгибе за счет смещения нейтральной линии - в два и более раз снижаются напряжения сжатия в упругом силовом слое, что также важно для амортизаторов из композиционных полимерных материалов, обладающих практически в два раза большей прочностью при растяжении по сравнению со сжатием.
В настоящее время изготовлены и испытаны амортизаторы по материалам заявки с нагрузочной способностью до 100 тонн при ходе до 600 мм при строительной высоте 950 мм и изготовлены модели с различным соотношением толщин слоев, подтвердившие основные параметры функционирования и напряженного состояния слоев. Ударные испытания на специальном стенде подтвердили возможность снижения перегрузок до приемлемых значений при многократном нагружении амортизаторов.
Таким образом, новое техническое решение в предложенной совокупности существенных признаков позволяет создать систему подвески контейнера более эффективную по сравнению с известным уровнем техники, воспроизводимую промышленным способом, соответствующую критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.
Следует отметить, что форма выполнения изобретения представляет собой только возможные предпочтительные варианты его осуществления, могут быть различные комбинации в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы. Объем изобретения следует понимать шире, чем то конкретное выполнение, приведенное в описании, формуле и чертежах. Кроме того, предложенное техническое решение не ограничивается его использованием только в системах подвески объектов, может быть использовано в других областях техники, где требуется применение таких упругих элементов амортизации повышенной надежности и других свойств, описанных в материалах заявки.