海运集装箱隔离器的选择

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冲击隔离理论

在集装箱市场上发现了一种特殊的防震方法。在这里，冲击脉冲没有像前面讨论的那样定义，而是在给定的配置中从某个高度下降。因此，提出以下讨论。

这里提供的信息是为了帮助选择LORD产品，以保护其集装箱中的关键物品。188金宝搏网站登录它的目的是，对于大多数应用程序，一个挂载从标准行188金宝搏网站登录LORD集装箱架可选择。

本文介绍了冲击隔离的基本知识，以使读者了解在系统分析期间所作假设的影响。讨论了冲击响应与系统振动响应以及支座静刚度特性的关系。

提出了在实际应用中必须考虑的可变弹性减震装置。包括讨论刚度随应变和温度的变化，以及这种变化对系统总体响应的影响。

给出了计算简单情况下系统响应的基本方程。对于那些需要更详细分析的情况，提供了LORD分析所需信息的清单。188金宝搏网站登录

用运输支架保护您的宝贵货物

理论

虽然有许多因素可以影响集装箱系统的动态响应，但我们可以把整体问题看作是施加在系统上的能量问题。这种能量必须储存起来，或者消耗掉。存储在支架中的能量必须以可控的方式释放回系统，以便传输的峰值力低于所安装设备的临界水平(脆弱性)。

对于安装的设备，给定的重量和几何形状，减震支架的动态刚度是设计师可以调节的因素，以提供所需的保护。这种刚度决定了安装系统的固有频率，而固有频率反过来又控制了能量返回到系统的速率以及将施加在设备上的最大力。

输入到系统的能量在一段时间内进入(脉冲长度Ʈ)，并达到某个最大力水平(F_o)．从示意图上看，这将显示在力-时间曲线上，如图22所示。曲线下的封闭面积与能量成正比。

如果减震支架选择正确，以保护安装的设备，通过支架的响应将使能量(假设没有耗散)在比进入支架时更长的时间内传递到安装的质量。在这段较长的时间内，峰值力将低于施加在容器外部的力。如图23所示。这里的能量与图22相同。

相反，如果安装不正确，它们可能导致放大所安装设备所看到的峰值力。图24显示了这种情况。同样，假设能量等于进入容器的原始能量。值得注意的是，图24(冲击放大)的情况可能以多种方式发生。其中包括:

•安装刚度不正确

•在必要的挠度范围内的非线性安装刚度

•集装箱内可用的摇摆空间不足

因此，准确定义系统参数，选择合适的减震支架，并在设计集装箱时考虑安装系统是非常重要的。

基本激波方程-减震系统初始估计的基本方程相当简单。它们包括对系统的输入以及所安装的质量和减震器的特性。一般来说，对系统的冲击被建模为瞬时速度变化的大多数集装箱应用。

分析开始时，我们知道容器撞击障碍物或地板的速度。通常，侧面或末端撞击的速度是指定的。对于跌落试验，必须计算这个速度。

垂直下落:

地点:

V_o=冲击速度(in/sec)

G =重力加速度(386 in/sec)²）

H =落点高度(in)

下一个需要知道的项目是系统固有频率:

地点:

f_n=系统固有频率(Hz)

K' =系统动态弹簧速率(lb/in)

W =支撑重量(lb)

则可计算响应加速度:

地点:

一个_o=响应加速度(g)

V_o=冲击速度(in/sec)

f_n=系统固有频率(Hz)

以及冲击支架上的偏转:

地点:

D =系统偏转(英寸)

一个_o=响应加速度(g)

f_n=系统固有频率(Hz)

当然，如果已知设备易损性，且需要系统固有频率，则式(3)可以反向求解。

由此，我们计算出提供所需保护所需的减震支架的动态刚度(弹簧率)。

地点:

K′=支座动刚度(s) (lb/in)

f_n=系统固有频率(Hz)

W =支撑重量(lb)

以上是对涉及较少的集装箱应用进行的基本分析。它基于以下几个假设:

•支撑结构无限刚性。

•容器没有从冲击面反弹。

•系统无阻尼。

•安装的设备不旋转。

•减震支架刚度在挠度工作范围内呈线性。

这些相同的假设将贯穿本讨论的其余部分。前三个倾向于使分析趋于保守。最后一个假设是一个必须密切关注基于安装尺寸，冲击水平和安装几何。

集装箱装车说明

绝大多数的弹性(橡胶)集装箱安装是一个“三明治”型结构。也就是说，通常有两个平板，安装有螺纹紧固件，连接在弹性垫的两侧。总体结构如图25所示。

支架的形状可以根据特定应用的需要而变化。LORD集装箱支架的标准产品线见188金宝搏网站登录产品部分。

集装箱挂载刚度

如前一节所示，集装箱支架的刚度决定了支撑系统的动态响应。这种安装刚度取决于安装的几何形状和弹性体的性质。弹性夹层支架剪切刚度的一般方程为:

地点:

K_年代=剪切刚度(lb/in)

A =弹性体横截面积(in²）

弹性体剪切模量(psi)

t_R弹性体厚度(in)

夹芯支架的压缩刚度比剪切刚度高一些。这个压缩与剪切刚度的比率被称为安装的“L”值，或:

地点:

K_C=安装压缩刚度(lb/in)

K_年代=安装剪切刚度(lb/in)

压缩刚度和剪切刚度一样，取决于几何形状和弹性体的性质。这里，所关注的弹性体特性是压缩模量。复杂的因素是压缩模量随底座的几何形状呈非线性变化。图26显示了压缩模量随几何因子变化的总体趋势。该曲线的形状也随所使用的弹性体化合物的基本硬度而变化。

本页面的目的不是展示挂载设计，而是应用程序。因此，在上述背景下，对于集装箱工业中使用的底座的各种几何形状，有特定的压缩与剪切刚度比，这就足够了。“L”值是集装箱悬架动态性能计算的重要参数。

在不同的加载方向上，支座刚度的一般关系在图27的载荷与挠度图中示意图中显示。注意各种曲线的线性范围是很重要的。在剪切时，夹层支架可以是线性的，其挠度等于橡胶厚度的2.5或3.0倍。在压缩时，这个线性区域可能只有橡胶壁长度的0.25倍。运输集装箱安装系统假定安装的线性刚度。因此，在解释结果时必须注意，特别是当支架发生压缩加载时。

注意:安装系统的设计不是为了在拉力下加载安装件。张力加载应尽量避免。

一般来说，最好的防震保护是使用剪切模式的坐骑。这并不总是实际的，也不可能，这将在下一节中展示。

系统安装

根据系统要求，减震装置可以以各种配置安装在集装箱中。每种类型的安装都有不同的响应特征。分析任何集装箱安装系统的一个关键概念是“弹性中心”。

安装系统的弹性中心是安装设备在受到惯性载荷(通过重心作用)时旋转的空间点。安装系统弹性中心的位置取决于系统中安装件的取向和弹簧速率特性。在大多数运输集装箱安装中，使用夹心式支架。这种类型的支架倾向于将弹性中心大致投影在从压缩轴延伸出来的一条线上。实际的投影点取决于所考虑的挂载的“L”值。

这可以通过观察一些典型的集装箱安装来最好地证明。

简单剪切系统

简单剪切系统是最容易分析和理解的。它在安装简单上对容器厂家有一定的优点，但在性能上也有一定的缺点，主要表现在隔振器的压缩刚度特性上。

减震器的简单剪切安装如图28所示。

地点:

安装系统弹性中心

安装设备的重心

在该系统中，减震器通过剪切弹性体在垂直方向和前后方向上反应载荷。这是支架最柔软的方向，将导致传输到支持设备的最低加速度。横向载荷在支架的压缩和围绕系统弹性中心(E.C.)的旋转中被吸收，如图29所示。这种类型的响应是侧面碰撞试验的典型。旋转是施加在重心(在冲击情况下)的惯性力的结果，它引起了围绕系统弹性中心的倾覆力矩。

针对性的系统

在一些集装箱装置中，简单剪切系统会在横向方向上产生不可接受的高传输冲击载荷，或在所安装设备的外缘产生不可接受的高旋转偏转。在这种情况下，通常使用“集中”系统。

在这样的系统中，减震装置被“聚焦”在某个角度，这样弹性中心和重心之间的偏移量就会减少。这种减小的偏移量减少了由于侧面撞击引起的倾覆力矩，从而减少了所安装设备的旋转。与焦点系统的妥协是，安装不被剪切加载;对于半聚焦系统，在垂直方向上没有，对于全聚焦系统，在任何轴上也没有。这种情况导致了剪切和压缩载荷的结合，这将导致更高的有效安装刚度和更高的“g”载荷，而之前的方向是剪切轴。相反，以前压缩的方向将具有较低的刚度，并将导致较低的“g”负载。

图30和31分别显示了半聚焦和全聚焦系统。半聚焦装置具有从水平面向上倾斜的支架。这提高了安装系统的弹性中心，增加了垂直系统的刚度(由于压缩和剪切载荷的组合)，但使前后轴完全处于剪切状态。全聚焦系统将安装架置于从水平面向上和向内朝向安装设备中心的角度。这种安排导致在所有方向上的剪切和压缩载荷的组合。

低脆弱性

有些类型的设备比其他类型的设备更脆弱，需要在集装箱中得到更好的保护。如果所要求的保护不能通过使用任何前面描述的安装系统来实现，那么必须采取一些特殊的措施。有两种基本的选择。首先，标准的夹心支架可以用在万向节结构中。其次，可以考虑一种特殊的安装设计，以在所有方向上提供低弹簧率和高挠度。

云台系统如图32所示。该系统将使用更多的挂载，并需要相当大的空间来安装挂载，但它确实具有使用可用挂载几何图形的优势。这种特殊的设计方案将更加紧凑，但具有开发时间短和缺乏可用性的缺点。

警告:在分析低易损性系统时，必须特别考虑系统的固有频率。系统固有频率必须根据各种系统要求进行计算和校核。低易损性系统的一个问题是，它们通常需要非常低的固有频率，并且可能落入各种运输方式的关键振动频率范围(3至7 Hz)。因此，低易损性安装系统可能提供出色的冲击保护，但它将需要显著的摇摆空间，并可能导致系统固有频率落入临界范围。这里的另一个问题是施加在支架上的巨大静态偏转。在很长一段时间内，这会降低性能。在低频系统的情况下，鼓励设计师联系LORD。188金宝搏网站登录

弹性体比例

典型集装箱支架的“弹簧”部分是一种特殊合成和加工的弹性体(橡胶)，以提供一定的刚度特性。LORD海运集装箱安装的标准线使用一种特殊188金宝搏网站登录的复合合成弹性体，称为SPE^®一、这种材料具有高强度、中等阻尼和良好的低温柔韧性——所有这些对集装箱的使用都很重要。

除了SPE I，其他弹性体也可以使用，但不太适合手头的工作。例如，天然橡胶具有优异的强度，但在需要非常低的温度性能或阻尼的情况下不是一个很好的候选者。氯丁橡胶是另一种弹性体，在过去的一些集装箱中使用，不建议用于低温应用。

简要讨论SPE I弹性体的一些特性将为弹性体减震装置的性能提供背景知识。

刚度随温度的变化

图33显示了典型SPE I弹性体、天然橡胶和氯丁橡胶化合物的弹性体刚度随温度的变化趋势。这些曲线所依据的数据是在各种弹性体的标准样品上使用低振幅运动编制的。很明显，SPE I弹性体材料远远优于集装箱的典型操作范围。这就是LORD标准化集装箱用SPE I弹性体的基本原因。188金宝搏网站登录

更重要的是，如图33所示，在分析集装箱安装时，必须考虑到刚度随温度的变化。在低温下，系统的固有频率和传输加速度将高于室温。在高温下，固有频率和传输加速度将低于室温——前提是容器中有足够的空间使系统偏转而不触底。

刚度与应变

随着刚度随温度的变化，弹性体在不同应变水平下也表现出不同的刚度。在低应变水平下，弹性体比在高应变水平下更坚硬。应变定义为在弹性体上的挠度除以弹性体的厚度。

弹性体这种“应变敏感性”的原因在于材料的分子结构。通常，分子结构越复杂，化合物中的阻尼越高，应变敏感性就越明显。

本课题对集装箱悬吊分析的重要性在于必须认识到，在不同条件下测试时，弹性集装箱悬吊将表现出不同的刚度。一般来说，在冲击下，弹性体支架将比静态测试时(缓慢施加负载)更坚硬。此外，在大多数振动测试下，弹性支架通常会比在冲击条件下更加坚硬。根据经验，那么应该记住:

图34显示了典型的SPE I弹性体刚度随应变的变化。这种曲线可用于粗略估计冲击支架刚度时，施加在支架上的动态条件是已知的。

漂移

弹性支架在负载下会漂移，并随着时间的推移增加其静态挠度。在规划集装箱中必要的摇摆空间时，必须了解并考虑到这一特性。

计划的总挠度必须包括静态挠度、动态运动和漂移。这后一项将取决于装入的负载量，负载的方向和装入时的温度。

由于所涉及的变量的性质，很难概括漂移特性。有一些数据可用作参考。典型的曲线如图35所示。

图35显示了中等刚度SPE I弹性体样品在静应力水平为30 psi时的室温和高温+158°F(+70°C)漂移曲线。曲线的形状是典型的弹性漂移。最大的漂移百分比发生在荷载施加后的前2到3天内。在此之后，漂移速率逐渐减缓。因此，通常可以对总漂移进行一些估计，并将其包括在必要摆动空间的计算中。图35的垂直轴在“室温初始挠度百分比”中。因此，例如，如果一个系统在室温下初始负载下偏转1.0英寸，那么在室温下恒定静态负载下一个月后，它可能会再偏转0.80英寸(大约)。在集装箱的内部尺寸中必须考虑到这种额外的偏差。

系统分析

下面一节给出了分析最简单的集装箱冲击条件的基本方法。以下是基于几个必须牢记的假设:

1. 减震器的性能被假定为线性的。
2. 容器和安装单元是非弹性的(无限刚性)。
3. 移动容器的速度变化在碰撞时是瞬时的。
4. 所有动能都储存在支架上，没有能量被耗散。
5. 该系统在所有方向上都是解耦的，用于平底和边缘下降。
6. 对于平坦侧滴，忽略了平移模态和旋转模态之间相位关系的影响。它们被假定为相的，这涵盖了最坏的情况。

作为这些简化分析的经验法则，如果重心到弹性中心的偏心距(e)是支座之间最短距离的三分之一或更少，耦合的影响被认为是最小的。这适用于提供单位几乎对称和均匀。

有关下列分析中使用的符号列表，请参阅符号部分。

这些能量必须储存在坐骑中。

地点:

K”_V≈K_V用于天然橡胶和氯丁橡胶

K”_V≈1.3 k_V用于SPE I弹性体

注意:当应变接近100%或更大时，这些关系是有效的。

1. 计算所需的最大挠度:
2. 下落能量计算:
3. 计算系统动态垂直弹簧率:

耦合平侧降分析

注意:用d/2给出了耦合系统的C.G.挠度近似。这些能量必须储存在坐骑中。

1. 计算线性不耦合系统所需挠度:
2. 下落能量计算:
3. 计算平动和静转动挠度:
4. 总能量方程为:(1g条件)
5. C.G.处的总加速度约为:
6. 计算的G载荷仅适用于cg位置，因为在溶液中力矩等于重量乘以偏心距(e)。在离E.C.比C.G.更近的点上的载荷将大于G。
7. 计算偏差:

侧向旋转端降分析

A)系统一般参数

地点:

R =从枢轴点到cg的距离

x =从枢轴点到cg的水平距离

y =从枢轴点到cg的垂直距离

地点:

IP =俯仰惯性矩(单位:磅秒²）

ICG =关于C.G.的质量惯性矩(单位:磅秒²）

M =悬挂单位质量(磅-秒²/中)

地点:

θ₁=直线连接C.G.和枢轴点(P)之间的角度和垂直下降前

θ₂=连接C.G.和枢轴点(P)的直线与下降后垂直的夹角

n = tan-1(y/x)

H =落点高度(英寸)

h₁=枢轴点离地面的垂直距离(英寸)

ℓ=集装箱总长度(英寸)

地点:

ω₀=撞击时角速度(rad/sec)

G =重力加速度(386 in/sec)²）

地点:

V = C.G.冲击时的法向线速度(in/sec)

地点:

V₁=单元端绕C.G.旋转的法向线速度(in/sec)

ℓ₁从cg到单位末端的距离(英寸)

1. 计算:
2. 点P的俯仰力矩:
3. P点的旋转半径:
4. 图38的角度:
5. 撞击时的角速度:
6. 冲击时C.G.垂直于容器底座的线速度(t=0):
7. 冲击时单元端部绕C.G旋转时垂直于容器底座的线速度:
8. 为了继续分析，单位(B₁)和单元末端因绕C.G.旋转而产生的最大垂直加速度(B₂)必须根据一个单位可以安全摄入的“G”的数量(G_T)．

   通常是B的标量和₁+ B₂等于G_T．B₁+ B₂= 386克_T

   对于较软的系统，即G_T= 10个或更少的G，最好保持B的比率₁/ B₂= 1或B₁= B₂

   因此,B₁= 386克_T/ 2和B₂= 386克_T/ 2

B)影响时刻翻译中的系统响应

1. 垂直平动圆频率:
2. 垂直动弹簧率:

C)系统旋转响应

1. 关于c.g.的旋转圆频率:
2. 旋转动态弹簧速率:
3. 安装间距:

D)系统总响应

注意:如果ω₁和ω₂非常接近，那么sin(ω₁T)和sin(ω₂T)将在T给予的同时接近1:

在这一点上，必须考虑系统的整体平衡和实用性设计。

•b到z和ℓ的关系₁

ω的比较₁和ω₂和B₁和B₂(平衡良好的系统有ω₁≈ω₂和B₁≈B₂如果可能的话)

E)安装计算

地点:

N =相同负载的挂载数

注意:A)和b)适用于应变值为100%或更大。

1. 安装动态垂直弹簧率:
2. 安装静态垂直弹簧率:
3. 安装的选择依据如下:
   1. 静态弹簧速率
   2. 挠度能力(线性和应变)
   3. 剪切面积(应力)
   4. 乏力
   5. 材料(特殊性质，如温度等)

F)集装箱清关

1. 综合考虑动挠度、永久固定和安全系数，求得总间隙

   

   

   1. SPE I弹性体安装的总间隙
   2. 橡胶或氯丁橡胶的总间隙

注意:对于温度敏感弹性体，总间隙应基于高温性能。

组合和斜滴

转角旋转落点

分析方法与沿边转动端降相同。

对角线的下降

计算与平降相同。一定要避免在支架上进行“纯”压缩加载。偏移安装从平面通过C.G.和角落，以诱导旋转冲击。

倾斜冲击或摆锤冲击

分析为平侧滴落，用滴落高度等于液滴的垂直上升点。可以使用以下公式。

翻车-翻车

分析为侧面到底部或侧面到顶部的沿边旋转下降，以及等效为底部到侧面或顶部到侧面的平侧下降。(圆柱形容器应设计包括翻转法兰-不适用分析。)

耦合系统

当安装系统的弹性中心和重心不重合时，系统在动态激励下会表现出平移和旋转模式的组合。有两种方式来看待这种情况。

首先，可以对系统使用现状和旋转固有频率进行计算，以确定是否存在与所要遇到的动态环境相关的任何考虑因素。其次，如果确定系统的耦合、旋转不能被容忍，则可以计算安装的聚焦角，以减少或消除安装单元的摇摆。这两种情况的分析取决于安装系统的几何形状和安装的特性。

下面的计算是针对上述情况的。结果在两个耦合的固有频率(f_c)：

注意:对于前后输入，使用b(1/2安装分布，图38)代替p，前后弹簧速率代替K_H为回转的节距半径。

L值-压缩与剪切弹簧率之比:

注意:上述分析假设系统使用四个挂载。

振动测试

前面的分析主要集中在集装箱的冲击(跌落)测试上。大多数集装箱还必须进行一些振动测试，并对关键频率进行审查。

这里的关键是要认识到弹性隔离器的刚度在振动测试中通常比在冲击或静态测试中更高。加劲的大小取决于振动的大小，振动转化为整个弹性体的应变。

振动试验时的应变可大致计算为:

地点:

ε =应变(in/in)

X_我=双幅输入振动级(in)

T_R=共振透射率(假设SPE为5^®我弹性体)

t_R弹性体厚度(in)

一旦动应变计算出来，图34可以用来估计支架的动刚度与静刚度。然后，系统固有频率可以计算使用之前提出的分析。

如果要进行共振驻留振动测试，通常应间歇进行测试，以避免弹性支架因滞回加热而过热。底座表面温度不应超过+115°F(+46°C)。

选择山

一旦动力学分析完成，并且知道所需的安装刚度，就可以选择合适的安装。这一选择将基于刚度，最大应力和最大应变。以下指南适用于LORD SPE I弹性体减震支架:188金宝搏网站登录

1. 最大动态应力应限制在225 psi或更小。对最低工作温度下最严重冲击的分析将得到最高的动载荷。
2. 最大静态1g应力应限制在25psi或更低。
3. 最大动态应变应为250%。对最高工作温度下最严重冲击的分析将得到最高的动态应变。

标准安装

的产品部分包含由LORD使用SPE I弹性体制造的集装箱支架的标准尺寸。188金宝搏网站登录只要可能，就应该使用这些支架。它们是根据许多集装箱应用程序多年的使用数据选择的。