Упаковка для хрупких грузов

 

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 прецезионных объектов. Целью изобретения является предотвращение повреждений при воздействии низкочастотной вибрации 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 армированной тонкостенной оболочки 2, снабженной гибкими композитными элементами маятникового типа. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15д 4 В 65 D 85 38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ лзузг

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4282330/28-13 (22) 15.07.87 (46) 07.04.89. Бюл. № 13 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Г. С. Мигиренко, И. И. Гернер, Ю. И. Гернер, А. Г. Георгиади, А: А. Рогунов, А. А. Иорх и И. Г. Колкер (53) 621.798.142 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 137772, кл. В 65 D 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 виб„„SU„„1470617 А1 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 армированной

C тонкостенной оболочки 2, снабженной гиб- Ж кими композитными элементами маятникового типа. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

1470617

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 Z (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 ABCD 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 CD 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

l6 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 BD 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 парал5

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 Y) 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 Я. -образного жгута aBcd, свитого из высокопрочной проволоки, состоящей из, например, титановой матрицы 35 (фиг. 9), армированной углеродным волокнами 36, причем два конца, т.е. концы с и d каждого Х -образного жгута aacd соединены через уголки 22 или 24 с упругим элеменroM 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 ABCD (фиг. 1), которая выполнена изогнутой из предварительно напряженной пружинной композитной полосы в виде симметричной трапеции, верхнее основание которой

CD и боковые стороны АС и BD 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 DB и верхнее основание (упругая пластина) CD оболочки ABCD (фиг. 1) имеют возможность совместно упруго деформироваться и работать как линейные пружины: если к центру верхнего основания CD приложить силу Р„, то она вызывает упругую деформацию Z этого основания и стенок АС и DB, которые упруго сопротивляются действию силы Р, имеют обычную линейную силовую характеристику P =

=f(Z ) (фиг. 10), т.е. обладают положительной жесткостью С„= 1д oс, = Р, /Z, .

Особенностью синусоидально изогнутого основания АВ является то, что оно имеет за счет возможности прощелкивания отрицательную жесткость, т.е. обладает по вер1470617

55 з тикали силовой характеристикой P =f(Z ) (фиг. 11) с участком отрицательной жесткости КК, наклоненным под углом с в результате чего на этом участке основание АВ имеет отрицательную жесткость С„= — tg w,=

= — Р /Z . Если соединить верхнее основа ние CD 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 ABCD в целом имеет силовую характеристику Po= f(Z ) (фиг. 12) с участком а И почти нулевой жесткости (P — вертикальная сила, приложенная к оболочке ABCD, Z, — вертикальная упругая деформация оболочки) . Причем ф,= (,- (, где, — угол наклона (очень малый по величине) участка а Ь к оси Z.

Уровень участка а U соответствует нагрузке, равной весу транспортируемого объекта.

Пружинная полоса упругого элемента 2 может иметь следующую структуру.

Пружинная полоса содержит несколько слоев гибких стальных пластин 37 (фиг. 4), которые могут быть армированы по поверхности тончайшими высокопрочными углеродными волокнами, и несколько слоев высокопрочного, 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 MP (металлическая резина), представляющий собой прессованную из стальной проволоки ячеистую структуру (по поверхности МР приклеена к стальным пластинам

37). Высокое трение между проволочками в структуре MP 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

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 ним и 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 DB гибкой оболочки

ABCD сближаются (фиг. 1), что приводит к выгибанию вверх верхнего основания CD оболочки, причем величина кривизны основания CD 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

ABCD, гайки 18 и 21 отпускаются, отводятся от боковых стенок оболочек, а гайки 19 и 20, наоборот, затягиваются и разжимают стенки АС и BD, увеличивая расстояние между ними. После регулировки все гайки плотно затягиваются. Кроме этого, место базирования, т.е. координату h (фиг. 1) месторасположения уголков 12 — 15 на боковых стенках АС и DB можно варьировать в широких пределах, что дает возможность изменять в больших пределах несущую способность оболочки ABCD.

Силовую характеристику оболочки ABCD по вертикали можно регулировать уменьшением или увеличением величины расстояния

Г (фиг. 1), т.е. изменением расстояния между центрами верхнего CD и нижнего АВ основания. Например, увеличение осуществляется так: гайки 6 и 9 отпускаются, а гайки 7 и 8, наоборот, закручиваются, расстояние между ними увеличивается, т.е. основания АВ и CD 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 Р о, используется устройство, содержащее элементы 22 — 29. Данное устройство служит для торцового поджатия нижнего основания АВ оболочки

ABCD до достижения им необходимой по1470617

Формула изобретения

5 тери устойчивости. Достигается это следующим образом. Гайки 28 и 29 затягиваются на необходимую величину, расстояние между ними уменьшается, и основание поджимается на требуемую величину, теряя устойчивость, причем степень этого поджатия определяет величину участка КК отрицательной жесткости и угол его наклона х к оси абсцисс (фиг. 11) . Это и позволяет очень тонко регулировать наличие у оболочки ABCD силовой характеристики с участком почти нулевой жесткости на заданном уровне нагрузки, равной весу транспортируемого объекта.

Жесткость амортизационной упаковки в горизонтальной плоскости определяется свободной длиной L (фиг. 1) упругих жгутов

3 и 4: чем больше длина жгута, т.е. своеобразного маятника, на котором подвешена оболочка ABCD, тем больше период колебаний в горизонтальной плоскости ХУ, тем меньше собственная частота упаковки в данной плоскости, Данная регулировка, т.е. одновременное изменение длины L 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 Z) упруго деформируется и эффективно блокирует низкочастотную вибрацию, имеющая почти нулевую жесткость и очень малую собственную частоту элемента 2 (оболочка

ABCD), в горизонтальной плоскости XY ynpyro 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 ABCD u 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

ABCD и гибких элементов 3 и 4 позволяет эффективно устранять резонансные режимы по различным степеням свободы, если они по 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 углеродными 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 упругоЪ го 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 шпильками с возможностью поджатия нижнего основания упругого элемента.

7. Упаковка по п. 1, отличающаяся тем, что каждое устройство регулирования жесткости в горизонтальной плоскости состоит из

1470617

7 опоры, закрепленной на корпусе контейнера, н установленного на опоре шагового электродвигателя, на валу которого намотан свободный конец Л-образного элемента.

1470617 фиг,9

1470617

Фиг. f0

Фиг. 12

1 47061 7

Составитель А. Бугаев

Редактор М. Бланар -Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 1403/21 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат <Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1