Развитие вибрации в технике

Вместе с этим, как и любое другие техническое  устройство, при всех своих несомненных  и подтвержденных на практике достоинствах, данная упаковка не является абсолютно универсальной и имеет ограничения по применению в некоторых специфических случаях. Предположим, что упругий элемент упаковки настроен, отрегулирован и отлажен на высокоэффективную низкочастотную защиту объекта весом 1 кг. Если возникла необходимость защитить объект (с помощью той же самой упаковки) весом, например, 2 кг или 0,5 кг, то упаковку надо заново с помощью устройства регулировки несущей способности по оси Z которым она укомплектована, отладить и отстроить по оси Z (вертикаль), причем выполнить эту операцию вручную, сжимая (или растягивая) упругий элемент с помощью соответствующей шпильки. Но, к сожалению, ручная регулировка не всегда возможна, т.к. должна быть заменена автоматической, причем один и тот же объект может иметь разный вес. Действительно, предположим, что упаковка с объектом находится, например, на борту космического корабля. На стартовом поле, в период запуск маршевых двигателей вес объекта равен P mg, m масса, g 10 м   c^-2 и а него действует вибрация, от которой упаковка должна его надежно защитить, имея, например, частоту свободных колебаний 0,5 Гц. На активном участке траектории в результате линейной перегрузки вес объекта возрастает, порой в несколько раз и равен Р n   mg, где n - линейная перегрузка и на объект по-прежнему действует вибрация. Следовательно и при возросшем весе объекта упаковка должна эффективно защитить его от вибрации, причем она должна иметь все ту же малую частоту 0,5 Гц. Далее, космический корабль вышел на орбиту: теперь в условиях микрогравитации (невесомости) вес объекта практически "исчез": P   mg 0, т.е. объект как-бы "парит" в упаковке, которая и здесь должна эффективно защитить объект от вибрации (а вибрация в невесомости оказывает на объект столь же и ничуть не меньше неблагоприятное воздействие, чем на Земле) и стой же самой низкой частотой. Таким образом, как видим по отношению к своему "земномуноминалу" вес объекта может изменяться как в меньшую сторону (вплоть до нуля в невесомости), так и в большую сторону (линейные перегрузки), т.е. ни в коей мере постоянным не является. При этом, чтобы в любом из трех вышеназванных режимов упаковка обеспечивала высококачественную низкочастотную защиту объекта одного и того же качества, с той же самой низкой частотой, ее упругий элемент должен отстраиваться и регулироваться на любую необходимую несущую способность по оси Z в автоматическом (а не ручном как в прототипе) режиме. Очевидно, что линейая перегрузка может действовать и в горизонтальной плоскости упаковки (плоскость X, Y), т. к. космический корабль в процессе выхода на орбиту может менять тем или иным образом свою ориентацию в пространстве. Иными словами, и в горизонтальной плоскости упругие параметры упаковки такие должны меняться в автоматическом режиме.

Целью предлагаемого изобретения  является обеспечение высококачественной низкочастотной пространственной защиты объекта, вес которого является переменной величиной.

Поставленная цель достигается  тем, что в известной упаковке для хрупких грузов, содержащей контейнер, размещенный в нем упругий  элемент, узел крепления упругого элемента к защищаемому объекту, устройство регулирования несущей способности, устройство тонкой настройки силовой  характеристики, устройство регулирования  жесткости в горизонтальной плоскости, при этом упругий элемент выполнен в виде композитной тонкостенной оболочки, снабженной гибкими композитными элементами маятникового типа, с помощью  которых упругих элемент подвешен к контейнеру, причем оболочка изогнута в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды, причем узел крепления упругого элемента к защищаемому объекту выполнен в виде центральной вертикальной шпильки, посредством которой соединены верхнее и нижнее основание упругого элемента, установленной так, что ось шпильки совпадает с осью симметрии упругого элемента, при этом устройство тонкой настройки силовой характеристики выполнено в виде соединенных шпильками уголков, установленных в нижних углах упругого элемента с возможностью поджатия нижнего основания упругого элемента, она дополнительно содержит несущую жесткую рамку, вертикальные стойки которой снабжены горизонтальными полками, а ее ось симметрии совпадает с осью симметрии упругого элемента, две соосные и обращенные друг к другу конические призмы, первая из которых установлена в центренижнего основания несущей жесткой рамки, а вторая установлена на нижнем основании контейнера, устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости, установленное в двух упомянутых призмах и центрируемое ими так, что его ось совпадает с осью симметрии упругого элемента, устройство юстирования в горизонтальной плоскости, с одной стороны соединенное с устройством регулировки жесткости в горизонтальной плоскости, а с другой посредством выполненных в виде прямолинейных стержней гибких композитных элементов маятникового типа с несущей жесткой рамкой, два однотипных круглых несущих фланца с центральными сквозными отверстиями, острооттотченный вертикальный шип, расположенный на оси симметрии упругого элемента и забазированный своим торцем на верхнем основании контейнера, два шаровых шарнира, с помощью которых крепятся к верхнему основанию контейнера упомянутые реверсивные электродвигатели, датчик вертикальных перемещений, установленный на нижнем основании жесткой несущей рамки и связанный с центральной вертикальной шпилькой упругого элемента, датчик перемещений в горизонтальной плоскости, установленный на нижнем основании контейнера и так же связанный с нижним основанием жесткой несущей рамки, первый, второй и третий блоки системы автоматического управления, имеющие однотипную конструкцию, причем датчик вертикальных перемещений посредством первого блока системы управления электрической связан с устройством регулировки несущей способности, выполненным в виде двух однотипных модулей, установленных симметрично друг к другу относительно оси симметрии упругого элемента, в левом и правом местах сгиба верхней части упругого элемента, а датчик перемещений в горизонтальной плоскости посредством второго и третьего блоков системы управления электрически связан с двумя реверсивными электродвигателями, шарнирно закрепленными на верхнем основании контейнера, при этом упругий элемент выполнен разъемным в горизонтальной плоскости, и концы его верхней части в данной плоскости разъема зафиксированы на вертикальных стойках несущей жесткой рамки, а соединенные шпильками наборы уголков устройства тонкой настройки силовой характеристики с закрепленными на них нижним синусоидально изогнутым основанием упругого элемента установлены с возможностью горизонтального смещения, причем верхняя часть упругого элемента в своих левом и правом месте сгиба снабжена запрессованными в него круглыми несущими фланцами, каждый из которых имеет сквозное резьбовое отверстие и кинематически связан с соответствующим модулем устройства регулировки несущейспособности и соосен ему. Кроме того каждый из двух модулей устройства регулировки несущей способности включает в себя два разнесенных друг относительно друга и параллельных плоских тонкостенных фланца, скрепленных между собой двумя зеркально симметричными друг другу относительно оси симметрии парами болтов, на которые надеты резиновые втулки, причем в полости фланцев жестко установлена центрирующая втулка со сквозным отверстием, ось которого совпадает с осью резьбового отверстия круглого несущего фланца, реверсивный малогабаритный электродвигатель, жестко скрепленный с одним из плоских фланцев, ходовой винт, снабженный на одном конце гладким цилиндрическим шипом, а другим концом жестко соосно соединенный с валом реверсивного электродвигателя, при этом ходовой винт ввинчен в несущий круглый фланец, а его цилиндрический шип свободно вставлен в отверстие центрирующей втулки, причем верхняя часть упругого элемента в месте сгиба расположена во внутренней полости фланцев и свободно без зазора пропущена между первой и второй парами надетых на болту резиновых втулок.

Кроме того, устройство юстирования в горизонтальной плоскости выполнено, например, в виде жесткой прямоугольной полосы, в центре которой забазирована призма, на которую оперт остроотточенный вертикальный шип, закрепленный а верхнем основании контейнера, при этом как в поперечном, так и в продольном направлениях полоса снабжена симметрично расположенным по отношению к упомянутой призме шаровой самоустанавливающейся опорой с резьбовым отверстием, в которое ввинчена шпилька, и натяжной скобой с пружиной растяжения, обращенной к упругому элементу, причем в полосе перпендикулярно натяжной скобе выполнен сквозной паз, при этом обе шпильки жестко соединяются с валами соответствующих реверсивных электродвигателей, а натяжные скобы посредством пружин растяжения соединяются с верхним основанием контейнера.

Кроме этого, устройство понижения  жесткости в горизонтальной плоскости  выполнено в виде полой трубки с двумя диаметрально расположенными и идущими по образующей сквозными  прорезями, в которых размещено  снабженное поперечной стяжной шпилькой гибкое поджимное кольцо, центр которого лежит на оси трубки, а в последнюю в обоих концов вставлены с возможностью свободного осевого перемещения два остроотточенных наконечника, торцы которых жестко скреплены с гибким пружинным кольцом, а наконечники опираются на призмы, размещенные на несущей жесткой рамке и на дне контейнера.

Кроме того, датчик вертикальных перемещений включает корпус, люминесцентный источник света, имеющий возможность  обеспечивать на рабочей базе направленный на расходящийся пучок света с  квадратным световым пятном на вертикальной стенке корпуса, два фототриода, включенных по схеме со свободной базой, установленные на этой же стенке на единой вертикали симметрично друг другу относительно центра квадратного светового пятна, причем каждый фототриод отстоит от ближайшей к нему границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза по вертикали, при этом люминесцентный источник света жестко связан, например горизонтальным кронштейном с нижним концом центральной вертикальной шпильки упругого элемента, а корпус датчика забазирован, например, на нижнем основании жесткой несущей рамки, причем оба фототриода электрически связаны через первый блок системы управления с двумя имеющими возможность синхронно функционировать реверсивными электродвигателями устройства регулировки несущей способности.

Датчик перемещений в  горизонтальной плоскости включает корпус, люминесцентный источник света, имеющий возможность обеспечивать на рабочей базе направленный нерасходящийся пучок света с квадратным световым пятном на горизонтальном нижнем основании корпуса, две пары забазированных на том же основании фототриодов, первая из которых включена по схеме со свободной базой и установлена симметрично друг другу относительно центра квадратного светового пятна в продольно-горизонтальном направлении, а вторая пара фототриодов, также включенная по схеме со свободной базой, таким же образом в поперечном горизонтальном направлении, причем каждый из четырех фототриодов расположен от ближайшей от него границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза в горизонтальной плоскости, при этом корпус датчика смонтирован на нижнем основании контейнера, а люминесцентный источник света жестко соединен посредством, например, вертикального кронштейна с нижним основанием жесткой несущей рамки, причем обе пары фототриодов электрически связаны посредством второго и третьего блоков системы управления с обоими реверсивными электродвигателями, шарнирно соединительным верхним основанием контейнера.

Кроме этого, каждый из трех блоков системы автоматического  управления содержит, например, два  однотипных четырехконтактных реле, обмотки которых соединены с соответствующей парой фототриодов, соединенных по стандартной схеме со свободной базой, причем контакты упомянутых реле имеет возможность управлять включением двигателя c данной полярностью и его составом.

Заявитель отмечает, что  из патентной и научно-технической  литературы ему не известны конструкции  упаковок, подобные предложенной, т.е. способных обеспечить высококачественную пространственную низкочастотную защиту объекта, вес которого может изменяться в любых пределах, причем все функциональные упругие элементы автоматически  с помощью следящих механизмов и  систем оригинальной конструкции настраиваются  на оптимальные рабочие параметры, т. е. обеспечивают защиту объекта на стартовом столе, на этапе выхода на орбиту и в условиях микрогравитации (невесомости). Ниже, в тексте описания заявителем подробно будут проиллюстрированы новые и существенные признаки всех многочисленных конструктивных элементов, деталей и узлов предлагаемой упаковки, а также новые, не встречающиеся ни в одной из известных конструкций связи между этими признаками и отличиями, благодаря которым упаковки приобретают качественно новые особенности.

Таким образом предлагаемое изобретение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения  поясняется нижеследующим описанием  и прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 схематически показана предлагаемая упаковка для крупных грузов, фронтальный вид, на фиг.2 то же, вид сбоку, на фиг.3 показано нижнее основание упругого элемента с устройством тонкой настройки силовой характеристики, вид сверху (вид по стрелке А а фиг.1), на фиг.4 в увеличенном масштабе схематично показан один из двух модулей устройства регулировки несущей способности, фронтальный вид, на фиг.5 то же, вид сбоку (вид по стрелке Б на фиг.4), на фиг.6 показаны новые характеристики (зависимости между силами Fx, Fy, Fz и вызываемой ею упругой деформации по осям X, Y, Z) предлагаемой упаковки, на фиг.7 в аксонометрии схематично показана юстировочная шайба с устройством регулировки жесткости упаковки в горизонтальной плоскости, на фиг. 8 схематично показан датчик перемещений по вертикали, фронтальный вид, на фиг.9 схематично показан датчик перемещений в горизонтальной плоскости, фронтальный вид, а на фиг.10 то же, вид сверху, на фиг.11 представлена электрическая схема функционального узла "фототриоды блок системы автоматического управления реверсивный электродвигатель", на фиг.12 показан упругий элемент упаковки (ось Z), настроенный на режим симметричной работы при постоянном весе защищаемого объекта при нахождении космического корабля с упаковкой на стартовом столе, на фиг.3 схематичнопоказан упругий элемент упаковки, в котором за счет линейных перегрузок при выводе на орбиту на активном участке траектории, возрос вес объекта и появился несимметричный режим работы, а фиг.14 то же, но упругий элемент вновь выведен на требуемый симметричный режим работы, на фиг. 15 схематично показан упругий элемент упаковки, находящийся в условиях невесомости, не имеющий статической осадки и попавший в симметричный рабочий режим, на фиг.16 то же, но упругий элемент выведен в требуемый симметричный режим работы, на фиг.17 схематично показан функциональный элемент упаковки типа "юстировочная шайба маятниковый упругий элемент" с симметричной рабочей характеристикой при отсутствии линейной перегрузки в горизонтальной плоскости, на фиг.18 то же, но с симметричной рабочей характеристикой при наличии линейной перегрузки в горизонтальной плоскости, на фиг.19 то же, с симметричной рабочей характеристикой при наличии линейной перегрузки в горизонтальной плоскости.

Предлагаемая упаковка для  хрупких грузов содержит следующие  функциональные элементы (см. фиг.1): 

1. Контейнер, при этом  его верхнее основание обозначено  позицией 1, а нижнее основание  (дно) позицией 2; 

2. Упругий элемент 3-4, обеспечивающий  упругость упаковки по оси  и выполненный в виде композитной  тонкостенной оболочки, снабженный  гибкими композитными элементами 5 маятникового типа (это гибкие  упругие стержни - пружины, изготовленные,  например, из спрессованных углеводородных  волокон, которые обеспечивают  необходимую упругую податливость  упаковки в горизонтальной плоскости  X, Y). При этом оболочка в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание 4 которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды, причем узел крепления 6 упругого элемента к защитному объекту 7 выполнен в виде центральной вертикальной шпильки 6 посредством которой соединены верхнее 3 и нижнее 4 основания упругого элемента, установленной так, что ось шпильки совпадает с осью симметрии (ось Z) упругого элемента. Упругий элемент 3-4 выполнен разъемным в горизонтальной плоскости (плоскость X-Y) и концы его верхней части 3 в данной плоскости разъема зафиксированы на вертикальных стойках 9 и 10 несущей жесткой рамки 8, а соединенные шпильки 11 и 12 уголки 13 и 14 устройства тонкой настройки силовой характеристики с закрепленными на них с возможностью торцевого поджатия нижним синусоидально изогнутым основанием 4 упругого элемента забазированы с возможностью горизонтального смещения (т.е. поджатия)при регулировках на горизонтальных полках 15 и 16 жесткой несущей рамки, причем верхняя часть 3 упругого элемента в своих левом и правом месте сгиба снабжена запрессованными в него круглыми несущими фланцами 17 (см. фиг.4) каждый из которых имеет сквозное резьбовое отверстие и кинематически связан с соответствующим модулем (см. ниже) устройства регулировки несущей способности и соосен ему. Как наглядно видно жесткая рамка 8 соединяет между собой концы нижнего 4 и верхнего 3 основания упругого элемента, а ее ось симметрии совпадает с осью симметрии упругого элемента 3-4, причем к жесткой рамке крепятся нижние концы упругих элементов 5, которые, как говорилось выше, обеспечивают необходимую упругость упаковки в горизонтальной плоскости XY.

Как наглядно видно, в данном случае концы верхнего основания 3 упругого элемента жестко забазированы на жесткой рамке 8 (т.е. на ее вертикальных стойках 9 и 10), т.е. данные концы не перемещаются по горизонтали (как это было в прототипе) при поджатии во время регулировок шпильками 11 и 12 нижнего основания 4 упругого элемента. Напомним, что в прототипе при поджатии нижнего основания упругой цельной оболочки автоматически (т.е. одновременно с ним) поджалась и верхняя часть оболочки, что, как показали эксперименты заявителя, безразлично при больших и средних ходах, но нежелательно при малых ходах и малых габаритах упаковки. Поэтому было решено выполнять оболочку (упругий элемент) разрезным, соединить его обе части жесткой рамкой 8 и поджимать нижнее основание 4 шпильками 11 и 12 так, чтобы при этом верхняя часть 3 упругого элемента никаких горизонтальных смещений и поджатий не испытывали (после поджатия нижнего основания 4 шпильками 11 и 12, уголки 13 и 14 жестко фиксируются на горизонтальных полках 15 и 16 жесткой рамки 8).