Упаковка для хрупких грузов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ш 4 В 65 08538 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Новосибирский электротехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР137772, кл. В 65 Р 85/42, 1954.Ильинский В. С, Защита аппаратов от динамических воздействий. - М.: Энергия, 1970, с. 167.(54) УПАКОВКА ДЛЯ ХРУПКИХ ГРУЗОВ(57) Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обеспечения качественной пространственной защиты транспортируемых объектов от всенаправленных вибЯО 1470617 А 1 рационных воздействий, и может быть использовано в любой области техники, где возникает необходимость транспортировки высокочувствительных и прецизионных объектов. Целью изобретения является предотвращение повреждений при воздействии низкочастотной вибра ции с частотой менее 0,5 Гц. Упаковка для хрупких грузов содержит контейнер 1, размещенный в нем упругий элемент, узел крепления упругого элемента к грузу 5. Упаковка снабжена механизмом регулирования несущей способности, механизмом тонкой настройки силовой характеристики и двумя одинаковыми устройствами регулирования жесткости в горизонтальной плоскости. Упругий элемент выполнен в виде замкнутой армированнойс тонкостенной оболочки 2, снабженной гиб- Ж кими композитными элементами маятникового типа. 6 з,п. ф-лы, 14 ил.Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обеспечения качественной пространственной защиты транспортируемых объектов от всенаправленных вибрационных воздействий, и может быть использовано в любой области техники, где возникает необходимость транспортировки высокочувствительных и прецизионных объектов,Цель изобретения - предотвращение повреждений при воздействии низкочастотной вибрации с частотой менее 0,5 Гц.На фиг, 1 изображена схема конструкции упаковки для перевозки хрупких грузов, общий вид; на фиг, 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - 8 - различные варианты конструкции упругого элемента; на фиг. 9 - гибкий элемент, поперечное сечение; на фиг. 10 - зависимость между силой Р и вызываемой ею упругой деформацией Х (линейная силовая характеристика) верхнего основания и боковых стенок упругого элемента; на фиг. 11 - силовая характеристика нижнего основания упругого элемента; на фиг. 12 - суммарная си ловая характеристика упругого элемента с участком околонулевой жесткости; на фиг. 13 - пластиковая полоса, уложенная внутрь внешней пружинной полосы упругого элемента; на.фиг. 14 - то же, уложенная с натягом относительно внешней пружинной полосы упругого элемента.Упаковка для хрупких грузов (фиг, 1 - 3) содержит контейнер 1, расположенный внутри контейнера 1 упругий элемент 2 АВСР в виде замкнутой армированной тонкостенной оболочки, которая снабжена двумя композитными гибкими элементами 3 и 4 маят- никового типа, узел крепления упругого элемента к грузу, т.е, к защищаемому грузу 5, причем данный узел крепления выполнен в виде гаек 6 - 9 и шпильки 10, которая соединяет центры нижнего АВ и верхнего СР оснований упругого элемента 2, при этом ось шпильки 10 совпадает с осью симметрии упругого элемента 2. Замкнутая тонкостенная оболочка 2 снабжена установленными по ее ширине армирующими элементами в виде планок, болтов и гаек 11.Упаковка содержит также механизм регулирования несущей способности, выполненный в виде двух наборов разнесенных и параллельных уголков 12, 13 и 14, 15, соединенных по краям параллельными шпильками 16 и 17, каждая из которых снабжена гайками 18 - 21, при этом уголки 12 и 13 забазированы на боковой стороне АС упругого элемента 2 а уголки 14 и 15 забазированы на боковой стороне ВР упругого элемента 2, механизм тонкой настройки силовой характеристики, выполненный в виде двух наборов разнесенных и параллельных уголков 22, 23 и 24, 25, соединенных по концам парал 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лельными шпильками 26 и 27, каждая из которых снабжена гайками 28 и 29, при этом внутренние уголки 23 и 25 забазированы в нижних углах А и В соответственно,основного упругого элемента 2 с возможностью поджатия на необходимую величину его синусоидально изогнутого основания АВ, два одинаковых устройства регулировки жесткости в горизонтальной плоскости, каждое из которых выполнено в виде опоры, например .пвеллера 30, жестко соединенного с остовом контейнера 1 и снабженного двумя соосными отверстиями в полках, винта 31, который с возможностью свободного вращения без осевого перемещения (т.е. без перемещения по оси У) пропущен через упомянутые отверстия и снабжен контргайкой 32, шагового электродвигателя 33, вал 34 которого установлен соосно винту 31 и жестко с ним соединен, при этом электродвигатель 33 закреплен на опоре, а на винт 31 намотан верхний конец гибкого элемента 3 или 4,Каждый из композитных гибких элементов маятникового типа 3 и 4 выполнен, например в виде,Л -образного жгута авсд, свитого из высокопрочной проволоки, состоящей из, например, титановой матрицы 35 (фиг. 9), армированной углеродным волокнами 36, причем два конца, т.е. концы с и д каждого 1 -образного жгута авсд соединены через уголки 22 или 24 с упругим элементом 2, а третий конец а жгута аЪсд намотан на винт 31. Таким образом, упругий элемент 2 подвешен (как маятник) на двух Я. -образных жгуФах 3 и 4.Упругий элемент 2 выполнен в виде замкнутой армированной тонкостенной оболочки АВСР (фиг. 1), которая выполнена изогнутой из предварительно напряженной пружинной композитной полосы в виде симметричной трапеции, верхнее основание которой СР и боковые стороны АС и ВР обращены выпуклостями вовне, а нижнее основание АВ выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды.Упругий элемент 2 обладает следующей особенностью. Боковые стенки (упругие пластины) АС и РВ и верхнее основание (упругая пластина) СР оболочки АВСР (фиг. 1) имеют возможность совместно упруго деформироваться и работать как линейные пружины; если к центру верхнего основания СР приложить силу Р, то она вызывает упругую деформацию Х, этого основания и стенок АС и РВ, которые упруго сопротивляются действию силы Р имеют обычную линейную силовую характеристику Р 1 = =71) (фиг, 10), т.е. обладают положительной жесткостью С=1 д к, =В /Х,.Особенностью синусоидально изогнутого основания АВ является то, что оно имеет за счет возможности прощелкивания отрицательную жесткость, т.е, обладает по вер 1406175055 зтикали силовой характеристикой Р = 1(Х ) (фиг. 11) с участком отрицательной жесткости КК, наклоненным под углом .,с в результате чего на этом участке основание АВ имеет отрицательную жесткость С= - 1 д ос= = - Р/2; . Если соединить верхнее основа ние,СР и нижнее основание АВ жесткой шпилькой 10 (фиг. 1), то они имеют возможность упруго деформироваться и работать совместно, т.е, их силовые характеристики суммируются, а оболочка АВСР в целом имеет силовую характеристику Ро =1(2,) (фиг, 12) с участком аИ почти нулевой жесткости (Р - вертикальная сила, приложенная к оболочке АВСР, Х, - вертикальная упругая деформация оболочки) . Причем 9,= с(,-М где р - угол наклона (очень малый по величине) участка аЬ к оси Х. Уровень участка а Ы соответствует нагрузке, равной весу транспортируемого объекта.Пружинная полоса упругого элемента 2 может иметь следующую структуруПружинная полоса содержит несколько слоев гибких стальных пластин 37 (фиг. 4), которые могут быть армированы по поверхности тончайшими высокопрочными углерод- ными волокнами, и несколько слоев высоко- прочного, кордного и термостойкого пластика 38 (например, специальные сорта резины); причем пластик 38 уложен с натягом между пластинами 37 и либо привулканизирован к ним, либо приклеен клеем (фиг. 13 и 14).Пружинная полоса (фиг. 5) изготавличается в виде нескольких стальных пластин 37, между которыми уложен материал 39 типа МР (металлическая резина), представляющий собой прессованную из стальной проволоки ячеистую структуру (по поверхности МР приклеена к стальным пластинам 37). Высокое трение между проволочками в структуре МР дает возможность обеспечить эффективное демпфирование резонансных колебаний. Пружинная полоса (фиг. 6) может быть выполнена из двух стальных пластин 37, между которыми размещена (например, с натягом) синусоидально изогнутая стальная полоса 40, которая посредством точечной сварки соединена с пластинами 37. Данная структура отличается. большой гибкостью и высокой прочностью.Пружинная полоса (фиг. 7) выполнена из двух стальных пластин 37, в пространстве между которыми размещены (по ширине пластин) резиновые бруски 41 и металлические (например, алюминиевые) вкладыши 42, Резиновые бруски 41 и вкладыши 42 приклеены к пластинам 37, Подобная структура обладает высокой несущей способностью.Пружинная полоса. (фиг. 8) может быть выполнена в виде двух стальных пластин 37,5 10 15 20 25 30 35 40 соединенной с ними синусоидально изогнутой пластиной 43, при этом половина полостей пластины 43 заполнейа металлическими или пластиковыми вкладышами 44, что дает возможность увеличить несущую способность и повысить демпфирование (за счет трения между пластинами 37 и вкладышами 44).Регулировка несущей способности осуществляется с помощью деталей 12 - 21.Если несущую способность необходимо увеличить, гайки 19 и 20 отпускаются и откручиваются (т.е. расстояние между ними уменьшается), а гайки 18 и 21, наоборот, затягиваются, расстояние между ними также уменьшается, уголки 12 и 14 сжимаются навстречу друг другу, в результате этого боковые стенки АС и РВ гибкой оболочки АВСР сближаются (фиг. 1), что приводит к выгибанию вверх верхнего основания СР оболочки, причем величина кривизны основания СР тем больше, чем больше затяжка гаек 19 и 20 при регулировке. Чем больше кривизна верхнего основания СР оболочки, тем больше ее жесткость и несущая способность, в частности, на нее можно устанавливать транспортируемые грузы различного веса.Если необходимо уменьшить несущую способность, т.е. снизить жесткость оболочки АВСР, гайки 18 и 21 отпускаются, отводятся от боковых стенок оболочек, а гайки 19 и 20, наоборот, затягиваются и разжимают стенки АС и ВР, увеличивая расстояние между ними, После регулировки все гайки плотно затягиваются. Кроме этого, место базирования, т.е. координату Ь (фиг, 1) месторасположения уголков 12 - 15 на боковых стенках АС и РВ, можно варьировать в широких пределах, что дает возможность изменять в больших пределах несущую способность оболочки АВСР.Силовую характеристику оболочки АВСР по вертикали можно регулировать уменьшением или увеличением величины расстояния Г (фиг. 1), т.е. изменением расстояния между центрами верхнего СР и нижнего АВ основания. Например, увеличениеосуществляется так: гайки 6 и 9 отпускаются, а гайки 7 и 8, наоборот, закручиваются, расстояние между ними увеличивается, т,е. основания АВ и СР разжимаются. Если необходима тонкая настройка силовой характеристики, т.е. выведение участка. почти нулевой жесткости аЬ (фиг. 12) силовой характеристики на заданный уровень несущей способности, т.е. на вес транспортируемого груза Ро, используется устройство, содержащее элементы 22 - 29. Данное устройство служит для торцового поджатия нижнего основания АВ оболочки АВСР до достижения им необходимой по 1470617Формула изобретения 50 55 5тери устойчивости. Достигается это следующим образом. Гайки 28 и 29 затягиваются на необходимую величину, расстояние между ними уменьшается., иоснование поджимается на требуемую величину, теряя устойчивость, причем степень этого поджатия определяет величину участка КК отрицательной жесткости и угол его наклона ы, к оси абсцисс (фиг. 11). Это и позволяет очень тонко регулировать наличие у оболочки АВСР силовой характеристики с участком почти нулевой жесткости на заданном уровне нагрузки, равной весу транспортируемого объекта.Жесткость амортизационной упаковки в горизонтальной плоскости определяется свободной длиной 1. (фиг. 1) упругих жгутов 3 и 4: чем больше длина жгута, т,е, своеобразного маятника, на котором подвешена оболочка АВСР, тем больше период колебаний в горизонтальной плоскости Хт, тем меньше собственная частота упаковки в данной плоскости, Данная регулировка, т.е. одноврем е нное изменение длины 1. жгутов 3 и 4, достигается с помощью двух однотипных устройств (фиг. 1), содержащих элементы 30-34, Тумблером (не показан) включаются шаговые электродвигатели 33, валы 34 которых вращают жестко соединенные с ним винты 31, на которые наматываются (или, наоборот, сматываются с них) жгуты 3 и 4. После того, как валы 34 сделаны необходимое число оборотов, и величина 1.стала такой, какой в данном случае требуется для получения необходимой частоты в горизонтальной плоскости ХУ, жестко затягиваются контргайки 32, чем исключается возможность проворачивания винтов 31 при регулировках,Используют упаковку для хрупких грузов следующим образом,Груз 5 устанавливают вовнутрь упаковки и фиксируют на шпильке 10.При транспортировании интенсивная пространственная низкочастотная вибрация практически не передается с остова контейнера 1 на высокочувствительный и прецизионный груз 5, так как по вертикали (ось Х) упруго деформируется и эффективно блокирует низкочастотную вибрацию, имеющая почти нулевую жесткость и очень малую собственную частоту элемента 2 (оболочка АВСР), в горизонтальной плоскости ХУ упруго деформируются жгуты 3 и 4, на которых объект 5 может слегка раскачиваться как маятник, в результате чего и в этой плоскости низкочастотная вибрация снижается до нуля. Кроме этого, оболочка АВСР и элементы З.и 4 имеют достаточную степень упругой податливости и по отношению к крутильным колебаниям, которые также достаточно эффективно блокируются и не передаются на груз 5. Высокое внутреннее трение в структуре композитной оболочки 10 15 20 25 30 35 40 45 АВСР и гибких элементов 3 и 4 позволяетэффективно устранять резонансные режимыпо различным степеням свободы, если онипо каким-либо причинам возникают. 1. Упаковка для хрупких грузов, содержащая контейнер, размещенный в нем упругий элемент, а также узел крепления упругого элемента к грузу, отличающаяся тем, что, с целью предотвращения повреждений при воздействии низкочастотной вибрации, упаковка снабжена механизмом регулирования несущей способности, механизмом тонкой настройки силовой характеристики и двумя:одийаковыми устройствами регулирования жесткости в горизонтальной плоскости, при этом упругий элемент выполнен в виде замкнутой армированной тонкостенной оболочки, снабженной гибкими композитными элементами маятникового типа,2. Упаковка по п. 1, отличающаяся тем, что оболочка выполнена из пружинной композитной полосы с предварительно напряженной структурой, изогнутой в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды.3. Упаковка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый композитный гибкий элемент маятникового типа выполнен Я. -образным из жгута, свитого из проволоки, состоящей из титановой матрицы, армированной угле- родными волокнами, при этом два нижних конца Х -образного элемента соединены с упругим элементом, а третий конец соединен с устройством регулирования жесткости в горизонтальной плоскости.4, Упаковка по и. 1, отличающаяся тем, что узел крепления упругого элемента к грузу выполнен в виде шпильки, посредством которой соединены верхнее и нижнее основания упругого элемента, установленной так, что ось шпильки совпадает с осью симметрии упругого элемента.5. Упаковка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм регулирования несущей способности выполнен в виде двух пар уголков, установленных на боковых сторонах упругоЪго элемента и соединенных по краям шпильками. 6, Упаковка по п, 1, отличающаяся тем, что механизм тонкой настройки силовой характеристики выполнен в виде двух наборов уголков, установленных в нижних углах упругого элемента и соединенных шпиль. ками с возможностью поджатия нижнего основания упругого элемента.7. Упаковка по п. 1, отличающаяся тем, что каждое устройство регулирования жесткости в горизонтальной плоскости состоит из1470617 О гт г 4 иг,7опоры, закрепленной на корпусе контейнера, н установленного на опоре шагового электродвигателя, на валу которого намотансвободный конец Л-образного элемента, 14706171470617 иг,льА рес е нар бретени Рву шск Патент арственного 113035 Мо но-издательс изводстве Редактор М. БлЗаказ 1403/21ВНИИПИ Госуд СоставиКорректор Л. ПилипенкоПодписноем и открытиям при ГКНТ СССРя набд. 4/5г. Ужгород, ул. Гагарина, 01