RU2469222C1

RU2469222C1 - Suspension system

Info

Publication number: RU2469222C1
Application number: RU2011125011/11A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Барынин; Иван Юрьевич Гашков; Александр Алексеевич Кульков; Идрис Зилфикарович Даштиев; Виктор Николаевич Журавлёв; Александр Иванович Забегаев
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: suspension system of platform-mounted structure comprises shock absorbers and their limit load adapters arranged between structure and platform. Shock absorbers are composed of resilient circular elliptical regularly spaced elements from laminar polymer composite material and congruent layers of antifriction material laid there between. Said circular elliptical elements have transverse cutouts made at their support seats and molded in resilient material layer made integral with load adaptors. Every circular elliptical element is provided with congruent layer of resilient layer on its inner side. Thickness of every resilient material layer equals or exceeds thickness of circular elliptical element adjoining the layer from above.

EFFECT: higher load capacity, reliability and efficiency.

6 dwg

Description

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.The invention relates to devices of the suspension system of objects (containers, machines, structures, vehicles, etc.), the protection of which is subject to increased requirements, and can be used to reduce external influences on objects under dynamic loading while maintaining their functioning parameters.

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.Known container suspension system according to US patent No. 4422627, class. 267-148, 1983. In this suspension system of a container vertically mounted on a platform, shock absorbers placed between the container and the platform are made in the form of elastic ring ellipsoid elements of layered composite material reinforced with bundles and fibers of predominantly perimeter direction and a polymer binder and elements load adaptations located along their small axes of symmetry. The disadvantage of this depreciation system is the inability to relax the dynamic loads of high power with large strokes of the shock absorber with repeated external exposure.

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.The closest analogue selected as a prototype is the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2177596, class. 41F 3/042. The container suspension system of this patent comprises elastic annular ellipsoidal shock absorber elements made of a combination of alternating layers of composite and antifriction materials. On the inner opposite surfaces of the elastic annular ellipsoidal elements are fixed with the formation of a slit gap and with the possibility of closing under impact the elements of load adaptation in the form of trapezoidal plates made of rubber or polyurethane. The design of this system is operable with extreme strains of up to 40-50% of the shock absorber’s construction height. During deformations above the above, unacceptable delamination and deformation of the layers occur with the destruction of the layers on the compressed fiber and supporting platforms with loss of performance after the first impact.

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.The main objective of the invention is to increase the load capacity and reliability of the system during deformations up to 70-80% of the construction height of the shock absorber due to the reduction of stresses in the compressed layers and supporting platforms to ensure multiple functioning of the shock absorber.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении нагрузочной способности и надежности функционирования системы амортизации и ее эффективности использования.The technical result from the use of the invention is to increase the load capacity and reliability of the depreciation system and its efficiency.

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.The main problem is solved and the technical result is achieved by changing the design and further developing the concept of the operation of its shock absorbers operating at ultimate strains with maximum energy absorption during repeated impact.

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 адаптацииTo this end, in the suspension system of an object mounted on a platform containing shock absorbers placed between the object and the platform in the form of ring ellipsoid equidistant elements located from a polymer composite material and congruent layers of antifriction material between them and load adaptation elements at the limit moves of the shock absorbers, elastic ring ellipsoid elements are made with transverse cuts in the supporting areas of the elements and are molded into a layer of elastic material made with one with a load adaptation elements, and each elliptical annular element of a polymeric composite material is provided on the inner side congruent layer of elastic material, the thickness of each layer of elastic material is equal to or greater than the thickness adjacent outside elliptical member, and the supporting platform formed integrally with the adaptation elements

Отличительными особенностями системы подвески объема являются следующие признаки:Distinctive features of the volume suspension system are the following features:

- выполнение упругих кольцевых эллипсообразных элементов с поперечными разрезами в опорных площадках на всю ширину упругого элемента;- the implementation of the elastic annular ellipsoidal elements with transverse cuts in the reference areas for the entire width of the elastic element;

- формование в слой эластичного материала концов упругого кольцевого эллипсообразного элемента в местах разреза;- forming into the layer of elastic material the ends of the elastic annular ellipsoidal element in the places of the cut;

- выполнение формованного слоя эластичного материала заодно с элементами адаптации нагрузки;- the implementation of the molded layer of elastic material at the same time with the elements of the adaptation of the load;

- 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;- supplying from the inside of each elastic annular ellipsoidal element of a polymer composite material a congruent layer of elastic material with a thickness of each layer of elastic material equal to or greater than the thickness of the annular ellipsoid element adjacent to the outside;

- выполнение опорных площадок заодно с элементами адаптации.- the implementation of reference sites along with adaptation elements.

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.These distinctive features of the suspension system of the object are significant, since each of them individually and jointly aimed at solving the problem and achieving a new technical result. Creating a shock absorber design and, on its basis, an object suspension system by combining composite power, elastic and antifriction layers with transverse sections of elastic annular ellipsoidal elements in supporting platforms with molding in the places of incisions into an elastic material layer made at the same time with load adaptation elements, allows to increase load capacity and reliability of the suspension system. During the operation of such a shock absorber at extreme strokes due to the elastic layer in elastic annular ellipsoidal elements, the neutral line shifts during bending and the stresses in the compressed layers of the element sharply decrease, and the transverse sections of the elastic annular ellipsoidal elements in the bearing pads reduce the delamination in the bearing pads from stress layers in the direction of the load. The implementation of the load adaptation element with a layer into which the cut ends of the elastic annular ellipsoidal elements are molded, allows to reduce the stresses in the elastic elements in the region of the supporting platforms due to the rotation of the end sections in the array of elastic material.

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.Figure 1 presents a General view of the suspension system of the object (the arrow shows the direction of the load) mounted on the platform, figure 2 - the basic design of the elastic annular ellipsoidal element of the shock absorber, figure 3 - deformed limit state of the shock absorber, figure 4 - cross and longitudinal section of the elastic element, figure 5 is a static characteristic of the shock absorber.

Более подробное описание сущности изобретения с указанием позиций на чертежах состоит в следующем.A more detailed description of the invention indicating the positions in the drawings is as follows.

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.The suspension system of the object 1, vertically mounted on the platform 2, contains shock absorbers 3 located between the object 1 and the platform 2, made in the form of elastic ring ellipsoidal elements of alternating composite elastic layers 4, elastic 6 and antifriction layers 5. The elastic layers 4 are made of composite material on the basis of bundles 7 of a predominantly circumferential circumferential direction, impregnated with a polymer binder 8. Yarns of the axial direction may be included in the layers. Each bundle 7 consists of threads 9. The elastic layers 4, the elastic layers 6 and the antifriction layers 5 are made in a single technological process by sequentially winding and curing them. Antifriction layers 5 during winding and curing of the polymer binder 8 of the composite material of the elastic element are partially embedded between the binder 8 and the fibers 9. This provides a more complete contact and reliable tight connection of the layers.

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.The load adaptation elements 10, 11 are made of hard rubber or polyurethane, are adhesively bonded to elastic ring ellipsoidal elements and form a monolithic structure with a layer of elastic material 12 of the supporting platforms. The layer of elastic material 12 can be reinforced with a sheet of strong material 13. The functioning of the suspension system is as follows.

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:Under the static loading of shock absorbers by the mass of the object 3, the elastic annular layers 4 are deformed according to a linear law with bending and compression deformations. Due to the selection of the thickness of the layers of stress, arising in the elastic bearing layers are almost the same. When shock external impact shock absorbers 3 are deformed with mutual displacements of the layers along the antifriction layer and loss of stability in the middle zone of the annular elliptical elements. With the loss of stability, the shock absorber holds a practically constant load until the adaptation elements are closed, the further characteristic is of a sharply progressive form, see Fig. 4. The static characteristic has three distinct zones:

I зона - возрастание нагрузки по линейному закону;Zone I - increase in load according to a linear law;

II зона - постоянная нагрузка при потере устойчивости;Zone II - constant load with loss of stability;

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.Zone III - a sharp increase in the load after the inclusion of adaptation elements and the tightening of the elastic layers due to the mutual influence of the elastic and layers of elastic material. This characteristic of the shock absorber has a maximum energy absorption, determined by the area under the static characteristic.

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.The elastic layers between the elastic force and antifriction layer create favorable conditions for bending due to the displacement of the neutral line - compression stresses in the elastic force layer are reduced by a factor of two or more, which is also important for shock absorbers made of composite polymeric materials, which have almost twice the strength at tensile versus compression.

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.At present, shock absorbers have been manufactured and tested according to the application materials with a loading capacity of up to 100 tons with a stroke of up to 600 mm at a construction height of 950 mm and models with various ratios of layer thicknesses have been made, confirming the basic parameters of the functioning and stress state of the layers. Impact tests on a special bench confirmed the possibility of reducing overloads to acceptable values with repeated loading of shock absorbers.

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.Thus, the new technical solution in the proposed combination of essential features allows you to create a container suspension system more efficient than the prior art, reproducible industrially, corresponding to the criterion of "industrial applicability", ie level of invention.

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.It should be noted that the form of the invention is only possible preferred options for its implementation, there may be various combinations with respect to the shape, size and location of the individual elements, if all this does not fall outside the scope of the invention set forth in the claims. The scope of the invention should be understood more broadly than the specific implementation described in the description, formula and drawings. In addition, the proposed technical solution is not limited to its use only in suspension systems of objects, can be used in other areas of technology where the use of such elastic elements of depreciation of increased reliability and other properties described in the application materials is required.

Claims

The suspension system of an object mounted on a platform, containing shock absorbers placed between the object and the platform in the form of elastic ring ellipsoid equidistant elements from a layered polymer composite material and congruent layers of antifriction material between them and load adaptation elements at the limiting strokes of the shock absorbers of the suspension system, characterized in that , in order to increase the load capacity and reliability at long strokes, ring ellipsoidal elements are made with transverse cuts in their supporting platforms and molded into a layer of elastic material made integral with load adaptation elements, and each annular ellipsoidal element of a polymer composite material is provided on the inside with a congruent layer of elastic material, the thickness of each layer of elastic material being equal to or greater the thickness of the annular ellipsoid element adjacent to the top of the layer.