Резинометаллическая опора
Техническое решение относится к областям машиностроения и строительства, предпочтительно, к сейсмостойким опорам для зданий и сооружений. Резинометаллическая опора включает опорные элементы, и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин округлой формы, адгезионно связанных между собой слоями изотропного полимерного эластомера, предпочтительно, из группы хлоропреновых каучуков, при этом внешние поверхности опорных элементов выполнены плоскими, а внутренние стороны соединены с упругим телом. Технический результат заключается в значительном повышении динамической устойчивости и сейсмостойкости машин, оборудования, других элементов, конструкций, зданий и сооружений, снижения материалоемкости за счет прогнозируемости свойств и работы опоры, в составе конструкций и оснований здания или сооружения и фундамента машин и оборудования совместно с аналогичными устройствами и иными системами регулируемого снижения динамической реакции здания или сооружения и/или оборудования, повышении компактности, а также надежности работы устройства. 1 н.п. ф-лы, 24 з.п. ф-лы, 11 ил.
Техническое решение относится к областям машиностроения и строительства, предпочтительно, к сейсмостойким опорам для машин, зданий и сооружений.
Из уровня техники известна резинометаллическая опора, состоящая из двух пластин из твердого материала с прокладкой из упругих элементов, работающих на сжатие, причем с целью получения заданных нелинейных характеристик жесткости опоры, между упругими элементами из резины или резиноподобного материала имеются определенные зазоры, а крепление их к пластинам из твердого материала выполнено жестким, например, путем вулканизации. SU 167713А, F16F 15/08, 23.08.1972.
Из уровня техники известна резино-металлическая опора, состоящая из резинового элемента приклеенного и/или привулканизованного к металлической наружной арматуре конической формы и внутренней, в виде металлической втулки, состоящей из нескольких цилиндрических частей или цилиндрической и конической части, отличающаяся тем, что верхняя и/или нижняя торцевая поверхность резинового элемента имеет оребрения, выполненные в виде симметричных и/или несимметричных выступов, основой которых является треугольник, прямоугольник, трапеция, волна или их сочетание. RU 49172U1, F16M 7/00, 10.11.2005.
Недостатком известных технических решений является малый резерв энергопоглощения и как следствие недостаточная виброизоляция.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является обеспечение опорой необходимого уровня виброизоляции и сейсмоизоляции с большим резервом энергопоглощения и ограничением перемещения в опор в заранее заданных пределах.
Поставленная задача решается за счет того, что резинометаллическая опора, согласно полезной модели, включает опорные элементы, и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин округлой формы, предпочтительно, адгезионно связанных между собой слоями изотропного полимерного эластомера, предпочтительно, из группы хлоропреновых каучуков, при этом внешние поверхности опорных элементов выполнены плоскими, а внутренние стороны соединены с упругим телом.
Опорные элементы могут быть выполнены в виде толстостенных металлических или композитных пластин, предпочтительно, многоугольной формы, например, прямоугольной или квадратной формы в плане.
Опорные элементы с внутренней стороны могут быть усилены ребрами.
В опорных элементах могут быть выполнены отверстия или прорези, предпочтительно, в опорных элементах выполнены отверстия с резьбой.
Упругое тело неразъемно и, предпочтительно, жестко может быть соединено с опорными элементами.
Упругое тело может быть выполнено цилиндрическим или коническим, например, в виде усеченного конуса.
В качестве эластомера может быть использован неопрен. Или резина, предпочтительно, мелкопористая.
Резинометаллическая опора может быть дополнительно снабжена обоймой, охватывающей упругое тело.
Обойма может быть выполнена из упругого и/или эластомерного материала.
Между обоймой и упругим телом может быть расположен слой для защиты эластомерного материала от внешних воздействий.
Слой для защиты эластомерного материала от внешних воздействий может быть выполнен из химически нейтральных к слоям эластомера веществ, например, из негорючих термостойких и неокисляющихся смазочных масел из фторорганических соединений или иных огнестойких или пожаростойких материалов.
Упругое тело может взаимодействовать с опорными элементами через эластомерные слои или металлические пластины.
Толщинаэ эластомерных слоев может быть меньше толщины металлических пластин.
Металлические пластины по высоте упругого тела могут быть выполнены различной толщины.
Эластомерные слои могут иметь различные толщины и/или быть выполнеными из разных материалов и/или иметь различные модули упругости.
Эластомерные слои могут быть выполнены с различным коэффициентом упругости, который изменяется по длине упругого тела, например, по линейному закону или иметь упругую нелинейность.
В металлических пластинах и эластомерных слоях могут быть отверстия, в которых расположен, по меньшей мере, один сердечник.
Сердечник может быть выполнен из упругого или упруго-пластического, или пластического, предпочтительно, изотропного материала.
Сердечник может быть выполнен многослойным, например, из охватывающих друг друга концентрических или коаксиальных слоев.
Упругим или упруго-пластическим или пластическим материалом может являться мягкий металл или сплав, например, свинец, олово, алюминий.
Сердечник и/или обойма могут быть выполнены из того же материала, что и эластомерные слои и монолитно соединены с ними.
В, по меньшей мере, части пластин, может быть выполнено, по крайней мере, одно дополнительное сквозное отверстие, в которое пропущен один или несколько гибких стержней, каждый из которых жестко закреплен в, по меньшей мере, одном опорном элементе.
Предпочтительно высота упругого тела не превышает длины и ширины опорного элемента, а отношение модуля упругости материала металлических пластин к модулю упругости слоев изотропного полимерного эластомера лежит в пределах от 25000 и выше при относительном удлинении последних до 100%.
Технический результат, достигаемый посредством применения технического решения, заключается в значительном повышении динамической устойчивости и сейсмостойкости машин, оборудования, других элементов, конструкций, зданий и сооружений, повышении компактности и снижения материалоемкости выбранной округлой формой металлических пластин и прогнозируемости свойств и работы опоры, в составе конструкций и оснований здания или сооружения и фундамента машин и оборудования совместно с аналогичными устройствами и иными системами регулируемого снижения динамической реакции здания или сооружения и/или оборудования за счет использования предложенных материалов, а также повышения надежности и долговечности работы устройства, в том числе за счет выполнения внешних поверхностей опорных элементов плоскими, а также соединения внутренних сторон с упругим телом опоры.
Устройство поясняется чертежами, иллюстрирующими частные примеры выполнения, и никоим образом не ограничивающими другие возможные варианты в пределах формулы полезной модели.
На фиг.1 изображена резинометаллическая опора с цилиндрическим упругим телом (вид сверху);
На фиг.2 разрез А-А на фиг.1;
На фиг.3 изображена резинометаллическая опора с коническим упругим телом (вид сверху);
На фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3;
На фиг.5 изображена резинометаллическая опора с сердечником и обоймой(вид сверху);
На фиг.6 разрез В-В на фиг.5;
На фиг.7 изображена резинометаллическая опора со стержнями внутри упругого тела (вид сверху);
На фиг.8 разрез Г-Г на фиг.7;
На фиг.9 изображено композитное упругое тело в аксонометрии;
На фиг.10 изображена резинометаллическая опора с монолитно связанными обоймой и сердечником;
На фиг.11 разрез Д-Д на фиг.10.
Резинометаллическая опора включает опорные элементы 1, и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело 2, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин 3 округлой формы, например, круглой, адгезионно связанных между собой слоями 4 изотропного полимерного эластомера, предпочтительно, из группы хлоропреновых каучуков, при этом внешние поверхности 5 опорных элементов выполнены плоскими, а внутренние стороны соединены с упругим телом.
Опорные элементы выполнены в виде прямоугольных или квадратных толстостенных металлических или композитных пластин неразъемно и жестко соединеных с упругим телом через его крайние металлические пластины, при этом в пластинах выполнены отверстия 6 для пропуска крепежных элементов типа болтов.
Углы многоугольных опорных элементов могут быть скруглены.
Упругое тело может быть выполнено цилиндрическим (фиг.1, 2) или в виде усеченного конуса (фиг.3, 4), а в качестве слоев эластомера использован неопрен.
Для исключения больших усадочных деформаций под весом конструкций и ограничения относительной деформации толщина hэ эластомерных слоев упругого тела может быть меньше толщины hм металлических пластин.
Резинометаллическая опора может быть дополнительно снабжена обоймой 7 из упругого и/или эластомерного материала, которая охватывает боковую поверхность упругого тела (фиг.5, 6).
Между обоймой и упругим телом может быть расположен слой 8 (фиг.5, 6) для защиты эластомерного материала от внешних воздействий, предотвращения его старения и потери эластичных и упругих свойств, а также защиты от огня. Упомянутый слой 8 должен быть выполнен из химически нейтральных к слоям 4 эластомера веществ таких как, например, негорючие термостойкие и неокисляющиеся смазочные масла из фторорганических соединений.
Для варьирования физико-механических свойств опоры в зависимости от конкретных условий ее загружения металлические пластины 3 и/или эластомерные пластины 4 по высоте упругого тела Ну могут выполнены различной толщины, из разных материалов (резин и металлов), иметь различные модули упругости и т.д. Например, материалы могут быть подобраны таким образом, что модуль упругости эластомерных слоев будет изменяться по длине упругого тела по линейному или нелинено-упругому закону, возрастая от верха к низу устройства.
Для увеличения несущей способности и/или для лучшего обеспечения затухания энергии колебаний в металлических пластинах и эластомерных слоях могут быть имеются отверстия 9, в которых расположен, по меньшей мере, один сердечник 10, выполненный из упругого или упруго-пластического, предпочтительно, изотропного материала.
Для повышения снижения податливости упругого тела и увеличения возвратной силы в пластинах могут быть выполнены дополнительные сквозные отверстия 11 в которые пропущены гибкие стержни 12 или несколько стержней 12 собранных в пучки 13, причем каждый из стержней 12 жестко закреплен в, по меньшей мере, одном опорном элементе 1 (фиг.7, 8). Стержни 12 могут быть металлическими или выполненными из пластиковых или композитных материалов.
Возможен вариант выполнения устройства, когда упругий сердечник 10 и/или обойма выполнены из того же материала, что и эластомерные слои и монолитно соединены с ними (фиг.10, 11).
Для обеспечения устойчивости и работы под большой нагрузкой предпочтительно, чтобы высота Ну упругого тела не превышала длины и/или ширины опорного элемента L (фиг.1, 2), а отношение модуля упругости материала металлических пластин к модулю упругости слоев изотропного полимерного эластомера лежало в пределах от 25000 до 40000 предпочтительно при относительном удлинении последних до 100%.
Предложенная конструкция работает следующим образом:
В статическом состоянии, в отсутствии сейсмической нагрузки опоры воспринимают вертикальную нагрузку на здание без особых деформаций за счет оптимально подобранных материалов устройства. При этом на опорные элементы резинометаллической опоры и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин округлой формы и адгезионно связанных между собой слоями изотропного полимерного эластомера из группы хлоропреновых каучуков оказывается давление установленным на ней зданием.
При землетрясении или иной сейсмической активности, в области основания здания возникают горизонтальные знакопеременные нагрузки, которые особо опасны для вертикальных конструкций здания, работающих в основном на сжатие. Упомянутые нагрузки в сочетании с вертикальными могут вызвать растрескивание или деформации, потерю устойчивости и разрушение вертикальных конструкций вблизи фундамента здания, поэтому именно там наиболее целесообразна установка опор. В случае установки опор вертикальные нагрузки воспринимают упругие тела и верх вертикальной конструкции (над опорой) начинает колебаться относительно низа конструкции (под опорой) без разрушения и необратимых деформаций последних, гася энергию землетрясенения, в том числе за счет упругих сил возникающих в эластомерных слоях. При этом опора через внешние поверхности опорных элементов, выполненные плоскими, и их внутренние поверхности, соединенные с упругим телом, взаимодействует с конструкциями здания и в течение всего времени воздействия горизонтальных нагрузок металлические слои смещаются относительно друг друга, не теряя связи с эластомерными слоями, продолжая нести вертильную нагрузку, что возможно за счет уникальных упругих свойств эластомеров и способности к большим относительным удлинениям в области обратимых деформаций их материала.
Использование описанных опор в зданиях и сооружениях, конструкциях и оборудовании позволит существенно увеличить их динамическую устойчивость и сейсмостойкость, а в машиностроении значительно продлить срок службы оборудования.
1. Резинометаллическая опора, характеризующаяся тем, что она включает опорные элементы и расположенное между ними композитное рабочее упругое тело, которое выполнено в виде наборной конструкции и состоит из металлических пластин округлой формы, предпочтительно адгезионно связанных между собой слоями изотропного полимерного эластомера, предпочтительно из группы хлоропреновых каучуков, при этом внешние поверхности опорных элементов выполнены плоскими, а внутренние стороны соединены с упругим телом.
2. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что опорные элементы выполнены в виде толстостенных металлических или композитных пластин, предпочтительно многоугольной формы, например, прямоугольной или квадратной формы в плане.
3. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что опорные элементы с внутренней стороны усилены ребрами.
4. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в опорных элементах выполнены отверстия или прорези.
5. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в опорных элементах выполнены отверстия с резьбой.
6. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что упругое тело неразъемно и, предпочтительно, жестко соединено с опорными элементами.
7. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что упругое тело выполнено цилиндрическим или коническим, например, в виде усеченного конуса.
8. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эластомера использован неопрен.
9. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эластомера использована резина, предпочтительно мелкопористая.
10. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена обоймой, охватывающей упругое тело.
11. Резинометаллическая опора по п.10, отличающаяся тем, что обойма выполнена из упругого и/или эластомерного материала.
12. Резинометаллическая опора по п.10, отличающаяся тем, что между обоймой и упругим телом расположен слой для защиты эластомерного материала от внешних воздействий.
13. Резинометаллическая опора по п.12, отличающаяся тем, что слой для защиты эластомерного материала от внешних воздействий выполнен из химически нейтральных к слоям эластомера веществ, например, из негорючих термостойких и неокисляющихся смазочных масел из фторорганических соединений или иных огнестойких или пожаростойких материалов.
14. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что упругое тело взаимодействует с опорными элементами через эластомерные слои или металлические пластины.
15. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что толщина эластомерных слоев меньше толщины металлических пластин.
16. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что металлические пластины по высоте упругого тела выполнены различной толщины.
17. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что эластомерные слои имеют различные толщины, и/или выполнены из разных материалов, и/или имеют различные модули упругости.
18. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что эластомерные слои выполнены с различным коэффициентом упругости, который изменяется по длине упругого тела, например, по линейному закону имеет упругую нелинейность.
19. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в металлических пластинах и эластомерных слоях имеются отверстия, в которых расположен, по меньшей мере, один сердечник.
20. Резинометаллическая опора по п.19, отличающаяся тем, что сердечник выполнен из упругого, упруго-пластического или пластического, предпочтительно изотропного материала.
21. Резинометаллическая опора по п.19, отличающаяся тем, что сердечник выполнен многослойным, например, из охватывающих друг друга концентрических или коаксиальных слоев.
22. Резинометаллическая опора по п.20, отличающаяся тем, что упругим, упруго-пластическим или пластическим материалом является мягкий металл или сплав, например, свинец, олово, алюминий.
23. Резинометаллическая опора по п.20, отличающаяся тем, что сердечник и/или обойма выполнены из того же материала, что и эластомерные слои и монолитно соединены с ними.
24. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в, по меньшей мере, части пластин выполнено, по крайней мере, одно дополнительное сквозное отверстие, в которое пропущен один или несколько гибких стержней, каждый из которых жестко закреплен в, по меньшей мере, одном опорном элементе.
25. Резинометаллическая опора по п.1, отличающаяся тем, что высота упругого тела не превышает длины опорного элемента, а отношение модуля упругости материала металлических пластин к модулю упругости слоев изотропного полимерного эластомера лежит в пределах от 25000 и выше при относительном удлинении последних до 100%.
