Гибкий амортизатор

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к специальному судостроению, и может быть использовано при изготовлении гибких амортизаторов, применяемых в качестве угловых компенсаторов в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды. Гибкий амортизатор содержит чередующиеся между собой слои эластомера и армирующие тарели, установленные между опорными кольцами. Опорные кольца выполнены из титанового сплава, например, марки марки ОТ 4, армирующие тарели выполнены из фосфатированной углеродистой стали, например, марки Ст 3, а слои эластомера сформированы на основе полиизопрена с модулем сдвига 0,21-0,25 МПА, например, марки 51-2186, при этом толщина слоев эластомера не превышает 1,5 мм и равна толщине армирующих тарелей. Предлагаемая полезная модель обеспечивает работоспособность конструкции гибкого амортизатора, использующегося в специальном судостроении в качестве углового компенсатора в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды, что подтверждено опытной эксплуатацией.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к специальному судостроению, и может быть использована при изготовлении гибких амортизаторов, применяемых в качестве угловых компенсаторов в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды.

Известен гибкий амортизатор, содержащий чередующиеся между собой слои эластомера и армирующие тарели, установленные между опорными кольцами (патент РФ 2231693), являющийся ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели.

Известная конструкция гибкого амортизатора успешно применяется в сопловых блоках ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ) в качестве эластичного опорного шарнира (ЭОШ) для соединения подвижной части поворотного управляющего сопла (ПУС) с неподвижной частью.

В этой конструкции армирующие тарели и опорные кольца традиционно изготавливаются из нержавеющей стали, а слои эластомера (упругие элементы) формируются на основе полиизопрена с высоким модулем сдвига.

При этом в условиях работы в составе ПУС РДТТ оптимальная толщина слоев эластомера составляет 2-3 мм и значительно превышает толщину металлических армирующих тарелей.

Небольшие габариты, простота конструкции, а также малая зависимость жесткости от давления, обусловили применение известной конструкции гибкого амортизатора, с небольшими доработками, в качестве угловых компенсаторов в трубопроводах в транспортном машиностроении и промышленном строительстве.

Однако применение известной конструкции гибкого амортизатора в специальном судостроении в качестве углового компенсатора в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды, например для заполнения балластных отсеков подводной лодки, показало, что она не обеспечивает высокую надежность работы в течение требуемого времени эксплуатации.

На ресурсных испытаниях и в процессе опытной эксплуатации имели место нарушения целостности эластомера и частичная потеря устойчивости металлических тарелей гибкого амортизатора.

Выяснено, что недостаточно высокая надежность работы известной конструкции гибкого амортизатора связана с существенными отличиями условий работы трубопроводов циркуляционных трасс в судостроении от условий работы сопловых блоков РДТТ, заключающимися в постоянном воздействии на элементы гибкого амортизатора повышенного уровня амплитудно-частотных колебаний (вибраций) в течение длительного времени.

Конструктивное выполнение гибкого амортизатора, исходя из необходимости обеспечения требуемых технических характеристик, может быть со значительной толщиной пакета, при этом число армирующих тарелей может составлять 15 и более штук, что не позволяет, при применении для изготовления элементов традиционных материалов и практикуемом выборе соотношения толщин металлических армирующих тарелей и слоев эластомера, обеспечить работоспособность гибкого амортизатора в новых условиях.

Установлено, что для обеспечения работоспособности гибкого амортизатора в этих условиях необходимо существенное изменение конструкции для повышения жесткостной анизотропии, а также фильтрующих способностей на средних и высоких частотах колебаний, то есть для обеспечения повышенной виброизоляции, что, как показывает практика отработки, в первую очередь возможно за счет оптимального преобразования элементов слоистой структуры гибкого амортизатора.

Технической задачей данной полезной модели является создание эффективной конструкции гибкого амортизатора, позволяющей использовать ее в специальном судостроении в качестве углового компенсатора в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды.

Технический результат достигается тем, что в гибком амортизаторе, содержащем чередующиеся между собой слои эластомера и армирующие тарели, установленные между опорными кольцами, опорные кольца выполнены из титанового сплава, например, марки ОТ 4, армирующие тарели выполнены из фосфатированной углеродистой стали, например, марки Ст 3, а слои эластомера сформированы на основе полиизопрена с модулем сдвига 0,21-0,25 МПА, например, марки 51-2186, при этом толщина слоев эластомера не превышает 1,5 мм и равна толщине армирующих тарелей.

Выполнение опорных колец из титанового сплава существенно облегчает конструкцию гибкого амортизатора и позволяет повысить статическую и вибрационную жесткость конструкции гибкого амортизатора, что подтверждено при эксплуатации в составе трубопроводов циркуляционных трасс морской воды.

Выполнение армирующих тарелей из фосфатированной углеродистой стали значительно повышает их устойчивость, по сравнению с тарелями из нержавеющей стали, что подтверждено циклическими испытаниями и в процессе опытной эксплуатации гибкого амортизатора.

Формирование в гибком амортизаторе слоев эластомера на основе полиизопрена, с модулем сдвига 0,21-0,25 МПА, например, марки 51-2186, наиболее эффективно, так как применение низкомодульных резин предпочтительнее, с точки зрения обеспечения высокой технологичности изготовления гибкого амортизатора, и для обеспечения надежной работы конструкции, что подтверждено при изготовлении и эксплуатации гибкого амортизатора.

Как показали исследования, деформации сдвига уменьшаются, а прочность адгезионной связи эластомера с металлическими элементами гибкого амортизатора возрастает с уменьшением толщины слоя эластомера, что повышает его стойкость к разрушению под воздействием высокочастотных вибраций.

Существующая технология изготовления гибкого амортизатора, исходя из условия обеспечения полного заполнения эластомером зазоров между его металлическими элементами, позволяет выполнять слои эластомера с толщиной 1,5 мм, что соответствует наименьшим напряжениям сдвига при обеспечении требуемой прочности адгезии эластомера к металлу элементов гибкого амортизатора.

Реализованное в предлагаемом гибком амортизаторе оптимальное, с точки зрения обеспечения работоспособности в условиях повышенного уровня вибраций, соотношение толщины слоев эластомера и армирующих тарелей, при котором слои эластомера выполнены толщиной 1,5 мм и равны толщине армирующих тарелей, определено экспериментально-расчетным путем в результате анализа серии испытаний амортизатора с разными толщинами слоев, как эластомера, так и армирующих тарелей, при этом учитывалось, что в тонком слое, испытывающем стесненную деформацию, эластомер является слабо сжимаемым материалом.

В результате комплексных теоретических, и прикладных исследований, в процессе которых менялись материал и соотношение толщины элементов гибкого амортизатора, а также варьировались условия воздействия расчетных нагружений, разработана высокоэффективная конструкция, успешно прошедшая натурные испытания и позволяющая обеспечить надежную работу гибкого амортизатора в качестве угловых компенсаторов в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды.

На фиг. представлено продольное сечение гибкого амортизатора.

Гибкий амортизатор содержит чередующиеся между собой слои 1 эластомера и металлические армирующие тарели 2, установленные между металлическими опорными кольцами 3 и 4.

Армирующие тарели 2 выполнены из фосфатированной углеродистой стали, например, марки Ст 3.

Слои 1 эластомера сформированы на основе полиизопрена, с модулем сдвига 0,21-0,25 МПА, например, марки 51-2186.

Опорные кольца 3 и 4 выполнены из титанового сплава, например, марки ОТ 4.

Толщина «» слоев 1 эластомера составляет 1,5 мм и равна толщине «₁» металлических армирующих тарелей 2.

Такое конструктивное выполнение усиливает статическую и вибрационную жесткость гибкого амортизатора, что позволяет, в тяжелых условиях эксплуатации в составе трубопроводов, подвергающихся деформации в радиальном направлении с высокой скоростью деформирования, действию ударной нагрузки, изменению циклов нагружения при изменении внутреннего давления, воздействию повышенной температуры, обеспечить повышенную виброизоляцию, необходимую для надежной работы гибкого амортизатора.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает работоспособность конструкции гибкого амортизатора, использующегося в специальном судостроении в качестве углового компенсатора в трубопроводах циркуляционных трасс морской воды, что подтверждено опытной эксплуатацией.

Гибкий амортизатор, содержащий чередующиеся между собой слои эластомера и армирующие тарели, установленные между опорными кольцами, отличающийся тем, что опорные кольца выполнены из титанового сплава, например, марки ОТ 4, армирующие тарели выполнены из фосфатированной углеродистой стали, например, марки Ст 3, а слои эластомера сформированы на основе полиизопрена с модулем сдвига 0,21-0,25 МПА, например, марки 51-2186, при этом толщина слоев эластомера не превышает 1,5 мм и равна толщине армирующих тарелей.