Файл: Логинов, И. Л. Инженерно-технические мероприятия, повышающие устойчивость электротехнического и радиоэлектронного оборудования к поражающим факторам ядерного взрыва учебное пособие.pdf

Решение. Пользуясь уравнением (17), определим ускоре­

ние перекрытия и построим его график:

График изменения ускорения днища вместе с оборудованием

во времени показан на, рис. 2. Этот график показывает, что

ускорение днища при взятых параметрах достигает 105 g.

Рис. 2. Кривая ускорения днища судна при сотрясениях, вы-' званных взрывом

Чтобы оборудование выдержало сотрясения с такими уско­

рениями, необходимо его амортизировать.

Для повышения ударостойкости элементов и узлов элек­

тротехнического оборудования применяются разные методы,

в том числе:

—■ применение амортизации для снижения ускорений, раз­

виваемых при сотрясениях;

— выбор для монтажа ударостойких элементов и узлов;

—■ применение ударостойких связей с электроприводами и

линиями;

— применение защитных устройств от механических по­ вреждений;

— размещение в прочных сооружениях.

14

Не менее важным является дублирование и резервирова­

ние наиболее важных узлов оборудования. Так как сотрясе­ ние в разных местах различно, то рекомендуется, по возмож­

ности, установку дублирующего оборудования производить там, где сотрясения меньше и вдали от основного оборудова­ ния.

Эти методы применяются и в обычных условиях. Для на­

шего случая они должны быть конкретизированы и рассчи­

таны с учетом воздействия ударной волны, возникающей при

ядерном взрыве.

§ 2. Амортизация электротехнического и радиоэлектронного оборудования

Амортизация электротехнического и радиоэлектронного

оборудования позволяет снизить ускорения, развиваемые при

сотрясениях, возникающих под действием ударной волны и

тем самым избежать поломок и выхода оборудования из

строя. Амортизация может быть достигнута конструктивным методом и применением специальных амортизаторов.

Рис. 3. Типы конструктивной амортизации: 1 — оборудование, 2 — упругий элемент

Под конструктивной амортизацией понимается установка

оборудования на податливые фундаменты, применение спе­

циальных методов крепления, монтаж оборудования на амор­ тизированной переборке и др. Примером податливых фунда­

ментов могут служить упругие фасонные элементы (рис. 3,α), высокая консольная тумба (рис. 3,6), промежуточные плат­

формы, переборки палубы. В качестве конструктивной амор­

15

тизации могут быть использованы стальные пружины

(рис. 3,β); они чаще всего применяются для амортизации лег­

ких приборов. Для повышения ударостойкости кабельных

трасс последние прокладываются, как правило, пучками ско-

бовым, кассетным или свободным способом (рис. 3,г, 3,д).

Свободный способ прокладки заключается в, свободной

укладке (без крепления) кабелей в желобах, каналах, трубах.

Снижение перегрузок, действующих на оборудование, дости­

гается также применением упругих прокладок и шайб. Они могут устанавливаться под фундаментные рамы, крепежные болты и опорные лапы (рис. 4).

Конструктивная амортизация имеет важное значение в узлах крепления, в частности, в подборе болтов и стопорных

башмаков. Эксперименты, проведенные в США [2], показали,

что придонные болты, имеющие уменьшенный диаметр стержня, способны выдерживать большие перегрузки, чем обычные болты (рис. 5), они позволяют избежать концентра­

ции напряжений в резьбе и заставить работать свободный от нарезки стержень болта.

Стопорные башмаки должны быть такими, чтобы исклю­

чить выход из строя стопорных лап. Для этого выступающая

часть стопорного башмака (рис. 6) должна деформироваться

при безопасной для опорной лапы нагрузке, что исключает возникновение чрезмерно изгибающего момента, в опорных

лапах и появление трещин и поломок. Как в придонных бол­

тах, так и в стопорных башмаках незначительная остаточная деформация допускается.

16

У пружинных амортизаторов ,(рис. 7,в) главным аморти­

зирующим элементом является пружина. Она рассчитана на

номинальные статические нагрузки от 0,3 до 30 кг на один

амортизатор.

Рис. 7. Амортизаторы

Резиновые амортизаторы (рис. 7,а) изготавливаются в ви­ де резиновых втулок или резиновых шнуров из морозостой­

кой элластичной резины и применяются при нормальных тем­

пературах и при отсутствии воздействия агрессивных жидких и газообразных реагентов, а также световых и радиоактив­

ных излучений, в частности, для амортизации радиодеталей.

Движение амортизируемого оборудования при смещении основания описывается уравнением:

Λi⅛ + ⅛ψ(ψ-ifɪ) + C(ψ-ifɪ) = 0, ,

где ∙ψι — смещение основания; if — смещение амортизируемо­

го оборудования массой М; C — коэффициент жесткости амортизатора; Λψ — коэффициент внутреннего трения амор­

тизатора.

Решение этого уравнения дается в работе В. С. Ильин­ ского «Вопросы изоляции вибрации и ударов», Μ., «Совет­

ское радио», 1960.

18

Анализ показывает, что упругая система должна иметь

такой период собственных колебаний, чтобы длительность

возбуждающих ударных импульсов находилась вне пределов

(0,3—1,3) Т. Частный случай подбора амортизаторов разбе­

рем на конкретном примере.

Пример. На транспортное судно со стороны борта дей­

ствует ударная волна, вызывая ускорение корпуса судна в месте установки радиоэлектронного блока равное 60 g, дли­

тельностью 0,03 с. Блок радиоэлектронной аппаратуры весит

12 кг и может выдержать без повреждения удары с ускоре­

нием не более 20 g. Требуется подобрать амортизаторы под указанный блок с таким, расчетом, чтобы передаваемое на

блок ускорение не превышало допустимого.

Решение. 1. Определим ко­ эффициент изоляции. Так как

силы, действующие на блок при наличии амортизаторов и

без них, нам неизвестны, но известны ускорения, то мы вос­ пользуемся ими для определе­ ния ориентировочного значения

коэффициента изоляции:

γi 60 ' ' θ 33∙

2. Чтобы обеспечить зату­

хание свободных колебаний,

вызванных воздействием удар­

ной волны, выберем коэффи­

циент демпфирования равный

0,1 (0 = 0,1).

На рис. 8 показаны кривые

иметь различные значения от 0 до 1. При больших коэффици­

ентах демпфирования усложняется устройство амортизаторов.

3. По данным коэффициентов η = 0,33 и D = 0,1 находим

по графику (рис. 8) величину γ = p∕ω, где р — частота воз­

буждения; ω — угловая частота собственных колебаний. Ве­ личина у равна 2,2.

4. Определим для нашего случая условные величины пе­

риода и частоты ударных импульсов:

Tκ = 2tll = 2 • 0,03 = 0,06 с;

6,28 _

0,06 ~ 104 С“1.

5. Теперь найдем частоту собственных колебаний блока

радиоэлектронной аппаратуры на амортизаторах в направле­

нии удара:

,_ ω _ 47,3

ʃ- 2χ ~ 6,28 = 7,5 Гц.

Из амортизаторов, выпускаемых промышленностью, такой

частотой и коэффициентом демпфирования обладает равноча­

стотный демпфированный амортизатор типа АД-4, образец 1.

Выбор количества амортизаторов производится, исходя из

удобства их размещения. В данном случае достаточно четы­ рех амортизаторов, так что на каждый амортизатор нагрузка

12 „

составит — = 3 кг.

§ 3. Выбор для монтажа ударостойких элементов и узлов

Выбор ударостойких элементов имеет большое значение для повышения ударостойкости объекта в целом. И хотя эта истина не вызывает никакого сомнения, тем не менее изве­ стны десятки случаев в английском флоте, когда корабли те­

ряли боеспособность в период второй мировой войны, оста­ ваясь на плаву из-за выхода, из строя ответственного энерге­

тического оборудования [2]. Такое же положение имело место

и в американском флоте. В связи с этим было проведено ис­

следование способностей корабельного оборудования выдер­ живать перегрузки и на основе полученных данных опреде­ лены проектные требования ударостойкости, предъявляемые к корабельному оборудованию. Такие требования в США

были приняты в 1958 г. в виде временных норм ударостой­ кости оборудования (рис. 9). Сплошная линия на графике

соответствует коэффициенту перегрузки в вертикальном на­

правлении, пунктирная линия соответствует коэффициенту

перегрузки в поперечном направлении и штрих-пунктирная —

20

в продольном направлении [2]. В основу этих норм были по­

ложены результаты многочисленных опытных данных, полу­ ченных при натурных испытаниях кораблей и судов. Для

пользования этими нормами по графику определяется коэф­

фициент перегрузки для того места, где должно устанавли­ ваться оборудование, и эта величина умножается на вес обо­

рудования. Сила, полученная в результате умножения, при­

нимается в качестве расчетной и считается приложенной в.

Рис. 9. Нормы ударостойкости корабельного оборудо­ вания США (Si-10, 1958):

N — коэффициент перегрузки; G — вес оборудования

центре тяжести рассчитываемого оборудования. Под дей­ ствием этой силы оборудование не должно выходить из строя.

Допускаемым напряжением является предел текучести мате­ риала. Данные норм были распространены и на внутренние детали оборудования и на фундамент. Пока эти нормы дей­ ствуют, хотя подверглись критике, но следует ожидать их

корректировки в сторону ужесточения.

Предел текучести является характеристикой для пластич­

ных материалов. Для хрупких материалов в качестве харак­

теристики применяют предел прочности, т. е. такой предел,

при котором возникает крупное разрушение, например тре­

щина. Однако, на практике большей частью прибегают к

сравнительной оценке материалов при помощи пробы на

твердость. Под твердостью понимается способность материа­

21

ла противодействовать механическому проникновению в него посторонних тел. Наиболее широкое распространение получи­

ли пробы по Бринеллю и по Роквеллу. В первом случае в по­

верхность исследуемой детали вдавливается стальной шарик

диаметром 10 мм, во втором — алмазный острый наконечник. По обмеру полученного отпечатка судят о твердости мате­

риала. Для определения предела прочности материала по по­

казателю твердости имеются переводные таблицы. Сравнивая между собой показатели разных материалов,

можно судить о более или менее ударостойких материалах,

из которых изготовлен тот или иной элемент. Ниже приведе­

ны механические свойства некоторых проводниковых мате­

риалов для коллекторов и контактных колец электрических

Из двух видов приведенных материалов большей' ударо­ стойкостью обладает нержавеющая сталь. Об этом говорит

и предел прочности при растяжении и показатель твердости по Бринеллю. При изготовлении машин для тяжелых условий

эксплуатации более подходящим материалом будет второй. Для оборудования распределительных устройств преиму­

щественно применяются алюминиевые шины. Предел проч­

ности алюминия при растяжении составляет 90—120 кН/мм2,

а твердость по Бринеллю — 20—25. Эти свойства указывают

на низкую ударостойкость алюминиевых шин. Поэтому на

таких объектах как транспортные суда, подводные лодки це­

лесообразнее устанавливать медные шины. Твердость медных

шин ниже и составляет по. Бринеллю 80—105. Следует иметь в виду, что на проявление свойств пластичности и хрупкости

оказывает влияние время нагружения и температурное воз­

действие. При быстром нагружении более резко, проявляется

свойство хрупкости, а при длительном, воздействии нагру­

зок — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло спо­

собно при длительном воздействии нагрузки при нормальной

22