УСТРОЙСТВО ДЛЯ АМОРТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТНО-ПУСКОВОГО КОНТЕЙНЕРА В ШАХТНОМ СООРУЖЕНИИ
DEVICE FOR CUSHIONING TRANSPORTER-LAUNCHER CONTAINER IN MINE CONSTRUCTION

Изобретение относится к устройствам систем подвески транспортно-пусковых контейнеров (ТПК) и может быть использовано для снижения внешних воздействий на контейнеры и изделия, расположенные в них.
Известна система амортизации шахтной пусковой установки для ракеты «Титан-2» (Маликов В.Г. Шахтные пусковые установки. М., Воениздат, 1975. С.59-60). Известная система амортизации состоит из четырех пружинных упругих амортизаторов, опорного кольца, демпферов вертикальных и горизонтальных колебаний, запирающих механизмов, кронштейнов для крепления пружинных демпферов и узлов крепления демпферов. Каждый из четырех пружинных амортизаторов состоит из четырех цилиндрических спиральных пружин. Такая конструкция системы обеспечивает амортизацию от вертикальных ускорений и перемещений ракеты и от горизонтальных ускорений, действующих в любом направлении.
Однако известная система амортизации имеет специфические характеристики и не предполагает решения задачи приспособляемости этой системы к амортизируемым объектам разной массы (т.е. рассчитана для амортизации конкретного объекта).
Известно устройство системы амортизации шахтной пусковой установки с минометным типом старта (Оружие России. Каталог. Том IV. Вооружение и военная техника Ракетных войск стратегического назначения. - М.: ЗАО «Военный парад», 1997. С.122). Известное устройство содержит системы горизонтальной и вертикальной амортизации. Система вертикальной амортизации включает маятниковую трапецеидальную подвеску, содержащую охватывающую ТПК люльку, которая с помощью двух тяг, расположенных симметрично относительно продольной оси шахтного сооружения, кинематически связана с амортизаторами, которые установлены на стене верхней части шахтного сооружения. Система горизонтальной амортизации включает два пояса (яруса) амортизации, каждый из которых содержит четыре амортизирующих устройства. Амортизирующие устройства системы горизонтальной амортизации закреплены на люльке и через рычажные механизмы с тягами при помощи соответствующих переходников кинематически связаны со стеной шахтного сооружения.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность точного приведения продольной оси ТПК в вертикальное положение по окончании возмущающего (сейсмического) воздействия.
Известно устройство амортизации пусковой системы по патенту RU 2350888 (F41F 3/042, 2009). Известная пусковая система содержит пусковую установку в виде контейнера, в котором установлена люлька, включающая соединенные между собой верхнюю, промежуточную и нижнюю диафрагмы с отверстиями, размещенные в отверстиях диафрагм транспортно-пусковые стаканы для запускаемых объектов, средства продольной амортизации люльки, средства поперечной амортизации люльки, причем последние установлены между контейнером и люлькой и включают по меньшей мере два яруса амортизации, устройство заштыривания. Средства продольной амортизации люльки содержат четыре амортизирующих устройства, шарнирно закрепленных с помощью переходников соответственно на контейнере и люльке. По отношению к общей продольной оси последних упомянутые амортизирующие устройства установлены попарно диаметрально противоположно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждый ярус средств поперечной амортизации люльки содержит четыре амортизирующих устройства, которые с помощью соответствующих переходников шарнирно закреплены соответственно на контейнере и соответствующей диафрагме люльки. В каждом ярусе амортизирующие устройства по отношению к упомянутой продольной оси установлены попарно диаметрально противоположно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При пуске объектов средства амортизации люльки выключаются из работы с помощью устройства заштыривания. Известное устройство позволяет повысить надежность и упростить обслуживание.
Однако известное устройство предназначено для пусковых установок комплексов морского базирования, т.е. имеет ограниченную область использования.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является устройство для амортизации транспортно-пускового контейнера шахтной пусковой установки с газодинамическим типом старта (А.В.Карпенко, А.Ф.Уткин, А.Д.Попов. Отечественные стратегические ракетные комплексы. СПб., Невский бастион - Гангут, 1999. С.218). Известное устройство содержит системы горизонтальной и вертикальной амортизации. Система вертикальной амортизации включает маятниковую подвеску, содержащую охватывающее ТПК опорное устройство, которое с помощью двух тяг, расположенных симметрично относительно продольной оси шахтного сооружения, кинематически связано с пневмогидравлическими амортизаторами, которые установлены на соответствующих стационарных основаниях (закладных частях), установленных в верхней части шахтного сооружения. Система горизонтальной амортизации включает верхний и нижний ярусы амортизации, каждый из которых содержит четыре амортизирующих устройства. Последние закреплены на стене шахтного сооружения и через рычажные механизмы с тягами при помощи соответствующих переходников кинематически связаны с ТПК.
Однако в известном устройстве с маятниковой подвеской вследствие его конструктивных особенностей сложно сохранять строгое вертикальное положение ТПК при приведении верхнего торца последнего к горловине шахтного сооружения в процессе возврата в исходное положение системы горизонтальной амортизации по окончании возмущающего (сейсмического) воздействия.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для амортизации ТПК в шахтном сооружении, используемом для запуска ракет, предполагающих газодинамический тип старта, обеспечивающего повышение надежности.
Указанная задача решается благодаря тому, что в известном устройстве для амортизации ТПК в шахтном сооружении, содержащем системы горизонтальной и вертикальной амортизации, причем система вертикальной амортизации включает маятниковую подвеску, содержащую охватывающее ТПК опорное устройство, которое с помощью двух первых тяг, расположенных симметрично относительно продольной оси шахтного сооружения, кинематически связано с амортизаторами, которые установлены на соответствующих стационарных основаниях, установленных в верхней части шахтного сооружения, а система горизонтальной амортизации включает верхний и нижний ярусы амортизации, каждый из которых содержит четыре амортизирующих устройства, которые закреплены на стене шахтного сооружения и через рычажные механизмы со вторыми тягами при помощи соответствующих переходников кинематически связаны с ТПК, согласно изобретению опорное устройство выполнено в виде шарнирно соединенного с первыми тягами силового кольца, на котором в плоскости, ортогональной плоскости, в которой расположены первые тяги, диаметрально противоположно смонтированы подшипники, в которых с возможностью радиального перемещения установлены цапфы, на которых шарнирно закреплен барабан. Каждая цапфа выполнена с подпятником, взаимодействующим с ответной сферической пятой, смонтированной на ТПК, а на барабане по длине окружности установлены радиальные упоры, взаимодействующие с ответными элементами ТПК. Система вертикальной амортизации в качестве амортизаторов содержит пневмоамортизаторы. Плунжер каждого пневмоамортизатора контактирует с соответствующим коромыслом, которое одним концом закреплено на стене шахтного сооружения с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а другим - связано с соответствующей первой тягой. При этом амортизирующие устройства системы горизонтальной амортизации каждого яруса в плане (т.е. на виде сверху) образуют две расположенные противоположно пары, причем амортизирующие устройства каждой пары расположены рядом с вертикальной плоскостью, проходящей через продольную ось шахтного сооружения и расположенной ортогонально плоскости, в которой расположены первые тяги, а их вторые тяги расположены крест-накрест.
Вместе с этим коромысло выполнено в виде крестовины, одно из плеч которой шарнирно соединено со штоком гидравлического демпфера, корпус которого шарнирно закреплен на соответствующем стационарном основании, при этом пневмоамортизатор выполнен с возможностью фиксации в сжатом состоянии с помощью откидного элемента, который шарнирно прикреплен к последнему упомянутому стационарному основанию с возможностью разъемного соединения с другим плечом крестовины.
В варианте выполнения опорное устройство системы вертикальной амортизации расположено между верхним и нижним ярусами системы горизонтальной амортизации.
Технический результат использования предлагаемого устройства для амортизации ТПК в шахтном сооружении состоит в том, что оно обеспечивает повышение надежности. Вместе с этим предлагаемое устройство обеспечивает приспособляемость к амортизируемым объектам разной массы и к изменению температуры внутри шахтного сооружения, что расширяет функциональные возможности. Кроме того, изобретение позволяет повысить компактность и облегчить (упростить) обслуживание устройства амортизации.
На фиг.1 схематично показано устройство для амортизации ТПК в шахтном сооружении, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - расположение амортизаторов системы вертикальной амортизации и амортизаторов верхнего пояса системы горизонтальной амортизации в шахтном сооружении, поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - расположение амортизаторов нижнего пояса горизонтальной амортизации, поперечный разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - маятниковая трапециевидная подвеска системы вертикальной амортизации, продольный разрез по В-В на фиг.2; на фиг.5 - устройство крепления ТПК в опорном устройстве маятниковой трапециевидной подвески системы вертикальной амортизации, продольный разрез по Г-Г на фиг.4; на фиг.6 - узлы крепления устройств систем вертикальной и горизонтальной амортизации на стене шахтного сооружения, вид по Д на фиг.4; на фиг.7 - радиальный упор барабана, взаимодействующий с ТПК в зоне силового кольца опорного устройства маятниковой подвески, продольный разрез; на фиг.8 - узел разъемного соединения кольцевого элемента нижнего яруса системы горизонтальной амортизации с торцом ТПК, продольный разрез.
Устройство для амортизации транспортно-пускового контейнера 1 в шахтном сооружении 2 содержит системы горизонтальной и вертикальной амортизации. Система вертикальной амортизации включает маятниковую трапецеидальную подвеску, содержащую охватывающее амортизируемый объект (ТПК) 1 опорное устройство 3, которое с помощью двух тяг 4, расположенных симметрично относительно продольной оси 5 шахтного сооружения 2, кинематически связано с амортизаторами 6, которые установлены на стационарных основаниях (по существу - закладных частях) 7 и 8, установленных в нише верхней части шахтного сооружения 2. Опорное устройство 3 выполнено в виде шарнирно соединенного с тягами 4 силового кольца 9, на котором в плоскости, ортогональной плоскости, в которой расположены тяги 4, диаметрально противоположно смонтированы подшипники 10 и 11. Тяги 4 соединены с силовым кольцом с помощью шарнирных подшипников 12. В подшипниках 10 и 11 с возможностью радиального перемещения установлены цапфы 13 и 14, на которых шарнирно закреплен барабан 15. Каждая цапфа выполнена с подпятником «а», взаимодействующим с ответной сферической пятой 16, смонтированной на ТПК. Барабан 15 включает наружную 17 и внутреннюю 18 обечайки, полость между которыми перекрыта торцевыми элементами 19 и 20, на которых равномерно по длине окружности относительно продольной оси барабана, которая геометрически совмещена с продольной осью 5 шахтного сооружения, соответственно установлены радиальные упоры 21, взаимодействующие с соответствующими ответными элементами 22 и 23 транспортно-пускового контейнера 1. Радиальные упоры 21 позволяют «разнести» поперечные нагрузки по корпусу ТПК. Упоры 21, взаимодействующие с элементом 23, пропущены через силовое кольцо 9 без контакта с последним. Таким образом, благодаря особенности конструктивного выполнения барабан 15 «развязан» относительно силового кольца 9 и не воспринимает вертикальную нагрузку.
Система вертикальной амортизации в качестве амортизаторов 6 содержит пневмоамортизаторы. Благодаря использованию пневмоамортизаторов за счет изменения давления в пневмоамортизаторах обеспечивается приспособляемость системы амортизации к амортизируемым объектам разной массы и к изменению температуры внутри шахтного сооружения. Плунжер 24 каждого пневмоамортизатора 6 контактирует с соответствующим коромыслом 25, которое одним концом закреплено на стене шахтного сооружения 2 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а другим - связано с соответствующей тягой 4. В варианте осуществления изобретения коромысло 25 выполнено в виде крестовины с плечами «b» и «с». Плечо «b» крестовины шарнирно соединено со штоком 26 гидравлического демпфера 27, корпус которого шарнирно закреплен на соответствующем стационарном основании (7 или 8). Такое исполнение обеспечивает снижение ходов на амортизаторе (пневмоамортизаторе) 6 и ступенчатое изменение упругой силовой характеристики на амортизаторе, что позволяет получить стабильное положение амортизируемого объекта по вертикали при изменении его массовых характеристик и температуры в шахтном сооружении. Пневмоамортизатор 6 выполнен с возможностью фиксации в сжатом состоянии (например, при отсутствии ТПК или незагруженном ТПК) с помощью откидного элемента 28, который шарнирно прикреплен к стационарному основанию (соответственно 7 или 8) с возможностью разъемного соединения с плечом «с» соответствующей крестовины (т.е. коромысла) 25. В свободном (откинутом) положении элемент 28 закрепляется на кронштейне (на чертеже не показано), установленном на стене шахтного сооружения 2.
Система горизонтальной амортизации включает верхний и нижний ярусы амортизации, каждый из которых содержит амортизирующие устройства 29 и 30, которые с помощью соответствующих закладных частей 31 и 32 закреплены на стене шахтного сооружения 2 и через рычажные механизмы 33 с тягами 34 кинематически связаны с ТПК 1 при помощи соответствующих переходников 35. В варианте осуществления изобретения переходники 35 амортизирующих устройств 29 и 30 нижнего яруса горизонтальной амортизации связаны с ТПК 1 через кольцевой элемент (переходное кольцо) 36, который расположен со стороны нижнего торца ТПК и разъемно соединен с последним с помощью кронштейнов 37 со штырями 38. В плане (т.е. на виде сверху) амортизирующие устройства 29 и 30 каждого яруса образуют две расположенные противоположно пары. Амортизирующие устройства каждой пары расположены рядом с вертикальной плоскостью 39, проходящей через продольную ось 5 шахтного сооружения и расположенной ортогонально плоскости 40, в которой расположены тяги 4. Тяги 34 каждой из этих пар амортизирующих устройств расположены крест-накрест. Такая компоновка амортизирующих устройств системы горизонтальной амортизации повышает компактность и позволяет упростить обслуживание. Кроме того, такая компоновка обеспечивает минимизацию перекрытия кольцевого пространства между ТПК и стенкой шахтного ствола, используемого для отвода газовой струи при запуске двигателя ракеты при газодинамическом типе старта. В варианте осуществления изобретения амортизирующие устройства 29 и 30 системы горизонтальной амортизации включают, каждое, вертикально установленный гидравлический демпфер 41 с нуль-установителем 42.
Гидравлические демпферы 27 системы вертикальной амортизации и гидравлические демпферы 41 системы горизонтальной амортизации снабжены, каждый, устройством 43 фиксации положения, выполненным с электрическим управлением. Устройство 43 фиксации, по существу, представляет собой запирающий механизм, обеспечивающий перекрывание канала для перетекания рабочей жидкости из одной полости гидравлического демпфера в другую. Благодаря устройствам 43 обеспечивается закрепление ТПК в определенном положении относительно шахтного сооружения (например, перед пуском объекта из ТПК).
Тяги 4 системы вертикальной амортизации и тяги 34 системы горизонтальной амортизации выполнены регулируемыми по длине. В варианте осуществления изобретения опорное устройство 3 системы вертикальной амортизации расположено между верхним и нижним ярусами системы горизонтальной амортизации, которые, в свою очередь, установлены по высоте соответственно выше и ниже центра масс амортизируемого объекта (т.е. ТПК).
Устройство для амортизации транспортно-пускового контейнера в шахтном сооружении работает следующим образом.
На место монтажа устройство доставляется в виде отдельных узлов, которые закрепляют в шахтном сооружении в местах предварительно установленных закладных частей (стационарных оснований) 7, 8, 31 и 32. В варианте осуществления изобретения сначала производится монтаж амортизирующих устройств 29 и 30 верхнего и нижнего ярусов системы горизонтальной амортизации. Затем производится монтаж опорного устройства 3, после чего монтируют оборудование системы вертикальной амортизации.
ТПК устанавливается следующим образом.
Сначала транспортно-пусковой контейнер 1 посредством смонтированных диаметрально противоположно на боковой поверхности корпуса ТПК (т.е. - расположенных в диаметральной плоскости ТПК) двух сферических пят 16 устанавливают в ответных подпятниках «а» цапф 13 и 14, установленных с возможностью радиального перемещения в подшипниках 10 и 11, смонтированных на силовом кольце 9. Положение ТПК относительно силового кольца 9 в поперечной плоскости фиксируют с помощью радиальных упоров 21, установленных на торцевых элементах 19 и 20 барабана 15. Таким образом, ТПК с опорным устройством 3 образуют единую конструкцию, которая посредством силового кольца 9 подвешена на маятниковых тягах 4. При этом ТПК 1 с барабаном 15 шарнирно соединены с силовым кольцом 9 с возможностью поворота относительно двух взаимно ортогональных осей. Одна из этих осей геометрически совпадает с общей продольной осью цапф 13 и 14, на которых шарнирно закреплен барабан 15, а другая - проходит через центры шарнирных подшипников 12, с помощью которых тяги 4 соединены с силовым кольцом 9 опорного устройства 3. Таким образом, в маятниковой подвеске реализовано соединение, называемое универсальным шарниром или шарниром Гука. В качестве промежуточного звена универсальный шарнир содержит силовое кольцо 9.
После ТПК соединяют с системой горизонтальной амортизации. При этом на боковых поверхностях корпуса ТПК 1 и предварительно закрепленного на ТПК кольцевого элемента 36 через переходники 35 с помощью резьбовых соединений (на чертеже не показано) закрепляют тяги 34 верхнего и нижнего ярусов системы горизонтальной амортизации. Таким образом, от поперечных смещений ТПК удерживается с помощью четырех тяг 34 амортизирующих устройств 29 и 30 верхнего яруса системы горизонтальной амортизации, закрепленных непосредственно на корпусе ТПК, и четырех тяг 34 амортизирующих устройств 29 и 30 нижнего яруса системы горизонтальной амортизации, закрепленных на соединенном с корпусом ТПК кольцевом элементе 36.
В таком виде ТПК может находиться в шахтном сооружении, не требуя обслуживания.
Устройство для амортизации транспортно-пускового контейнера в шахтном сооружении работает в двух режимах:
- в режиме штатного функционирования (т.е. в режиме амортизации ТПК);
- в режиме фиксации ТПК в определенном положении относительно шахтного сооружения (например, перед пуском объекта из ТПК).
В первом случае при сейсмическом воздействии происходит достаточно сложное вертикальное и горизонтальное в любом направлении перемещение шахтного сооружения, сопровождающееся вертикальными и горизонтальными перегрузками. Предлагаемое изобретение обеспечивает возможность относительного взаимного перемещения ТПК (амортизируемого объекта) и шахтного сооружения и минимизацию нагружения ТПК. При этом ТПК 1, закрепленный в опорном устройстве 3, висящем на тягах 4 системы вертикальной амортизации, и удерживаемый двумя ярусами тяг 34 системы горизонтальной амортизации, совершает колебания (качается) сверху вниз за счет работы системы вертикальной амортизации, а также - маятниковые колебания в вертикальных плоскостях и поперечные колебания за счет работы системы горизонтальной амортизации. В плоскости 39, ортогональной плоскости 40, в которой расположены тяги 4, ТПК 1 вместе с барабаном 15 и силовым кольцом 9 качается за счет шарнирных подшипников 12, которыми снабжены тяги 4. Совершая колебания в плоскости 40 тяг системы вертикальной амортизации, ТПК 1 с барабаном 15 как единое целое имеет возможность покачивания на цапфах 13 и 14 относительно силового кольца 9, сохраняя свое вертикальное положение. Таким образом, при трапецеидальной подвеске тяг 4 в плоскости тяг обеспечивается возможность покачивания по углу силового кольца 9 относительно барабана 15 с ТПК 1. Это позволяет при горизонтальных перемещениях ТПК (амортизируемого объекта) исключить влияние устройств системы вертикальной амортизации на работу системы горизонтальной амортизации и, в конечном счете, повышает надежность устройства амортизации.
По окончании возмущающего (сейсмического) воздействия ТПК благодаря маятниковой подвеске под воздействием маятникового момента возвращается в исходное положение. Гидравлические демпферы 27 и 41 систем соответственно вертикальной и горизонтальной амортизации ускоряют затухание колебаний ТПК (амортизируемого объекта). Нуль-установители 42 обеспечивают возврат в исходное положение системы горизонтальной амортизации.
Таким образом, подвешивание амортизируемого объекта на двух маятниковых тягах при наличии двух ярусов (поясов) горизонтальной амортизации обеспечивает при работе систем вертикальной и горизонтальной амортизации вертикальность (устойчивость) амортизируемого объекта при горизонтальных перемещениях и наклоне сооружения, а также обеспечивает возможность использования для возврата амортизируемого объекта в исходное положение по горизонту (т.е. - в горизонтальной плоскости) маятникового момента, обеспечивающего устойчивость ТПК в вертикальном положении.
В режиме фиксации ТПК в определенном положении относительно шахтного сооружения ТПК оказывается неподвижным за счет срабатывания устройств 43 фиксации положения, которыми снабжены гидравлические демпферы 27 и 41 систем вертикальной и горизонтальной амортизации. При этом перекрывается перетекание рабочей жидкости из одной полости гидравлического демпфера в другую.
Таким образом, благодаря особенностям выполнения устройства для амортизации ТПК в шахтном сооружении, в частности, особенности выполнения опорного устройства маятниковой трапецеидальной подвески системы, вертикальной амортизации, изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства амортизации. Вместе с этим предлагаемое устройство обеспечивает приспособляемость к амортизируемым объектам разной массы и к изменению температуры внутри шахтного сооружения, что расширяет функциональные возможности. Кроме того, изобретение позволяет повысить компактность и облегчить (упростить) обслуживание устройства амортизации.