Результат интеллектуальной деятельности: ШАРНИРНО-РЫЧАЖНАЯ СИСТЕМА ВИБРОИЗОЛЯЦИИ С РЕЗИНО-СЕТЧАТЫМ ДЕМПФЕРОМ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования, в том числе ткацких станков.

Известно применение резиновых упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3, 4]. Расчеты показывают высокую эффективность резиновых упругих элементов при их относительно небольших габаритах, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.

Однако нагрузочная способность на резиновые элементы невысока.

Известен виброизолятор резиновый [5], содержащий корпус, который выполнен в виде вертикальной стойки с фиксирующими пластинами, один конец которой шарнирно закреплен в нижней пластине, а другой - в верхней пластине, установленной на резиновом упругом элементе, контактирующем с виброизолируемым объектом.

Недостатком такого типа виброизоляторов с опорным стержнем является сравнительно невысокая устойчивость объекта при горизонтально действующих нагрузках, при высокой эффективности в этом же направлении.

Известен резиновый виброизолятор с маятниковым подвесом [6], содержащий резиновый упругий элемент, взаимодействующий с основанием корпуса и маятниковым подвесом, который выполнен в виде резьбовой шпильки, соединенной одним концом с опорным рычагом для крепления виброизолируемого объекта, а другим - с упорной шайбой и гайкой, а основание корпуса выполнено в виде короба прямоугольного сечения, состоящего из верхней и нижней пластин, скрепленных по трем сторонам боковыми ребрами.

Недостатком такого типа виброизоляторов с маятниковым подвесом является их большой габарит по высоте, так как они относятся к категории подвесных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте не ограничены, а для опорных систем виброзащиты требуются сравнительно небольшие габариты по высоте.

Известен резиновый виброизолятор [7], содержащий корпус и упругий элемент из эластомера, корпус выполнен U-образной формы в виде двух оппозитно расположенных боковых фланцев, связанных с основанием, имеющим форму, конгруэнтную форме опорных поверхностей эластомера, состоящего в виде двух оппозитно расположенных элементов, причем в верхней части поверхности элементов эластомера соединены пластиной с элементом крепления объекта в виде резьбового отверстия, а в нижней - основанием, а боковые фланцы корпуса жестко связаны с одной из боковых поверхностей каждого элемента эластомера.

Недостатком такого типа виброизоляторов является их сравнительно невысокая жесткость при нагружении в плоскостях, параллельных его основанию.

Известен виброизолятор резиновый для технологического оборудования [8], содержащий корпус и упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде опорных элементов, содержащих шайбы, болты и гайки, расположенные соосно и оппозитно упругому элементу в его верхней и нижней части, выполненному в виде оболочки из эластомера, состоящей из плоских установочных поверхностей, на которых закреплены опорные элементы, а также цилиндрической поверхности, расположенной в центральном перпендикулярном сечении относительно осей опорных элементов, и конических поверхностей, расположенных между установочными поверхностями и цилиндрической поверхностью и связанных с ними в единую оболочку.

Недостатком этого виброизолятора является его сравнительно невысокая жесткость при пространственном нагружении из-за отсутствия дополнительных ребер жесткости в оболочке.

Известен виброизолятор резиновый для технологического оборудования [9], содержащий корпус и упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде основания, к которому присоединена крышка, а виброизолируемое оборудование устанавливается на втулку с буртиком, упругий элемент из эластомера расположен между внутренней поверхностью крышки и внешней поверхностью втулки, с центральным отверстием и буртиком, причем конический поясок упругого элемента охватывает внешнюю поверхность втулки, а в нижней части упругий элемент имеет выемку конической формы, диаметр нижнего основание которого равен диаметру центрального отверстия в основании, а толщина слоя эластомера над выемкой и под буртиком составляет 10%÷20% от высоты упругого элемента.

Недостатком известного виброизолятора является его сравнительно невысокая жесткость оболочки из эластомера.

Известен резиновый виброизолятор [10], содержащий корпус и упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде втулки, опирающейся на верхний торец упругого элемента, и кольца, связывающего посредством периферийной выточки корпус с основанием, а профиль боковых поверхностей эластомера выполнен гиперболическим в виде бруса равного сопротивления, имеющего постоянную жесткость в осевом и поперечном направлениях.

Недостатком известного виброизолятора является его сравнительно невысокая жесткость, а следовательно, неустойчивость.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является резиновый виброизолятор для технологического оборудования по патенту РФ №2279583 [11] (прототип), содержащий корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус выполнен в виде шарнирно-рычажного механизма и состоит из горизонтальных рычагов, одни концы которых жестко связаны с крышками, опирающимися на упругие элементы, а другие посредством шарниров соединены с вертикальными тягами, которые в свою очередь связаны посредством шарниров с горизонтальной планкой, на которую установлено технологическое оборудование.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.

Это достигается тем, что в шарнирно-рычажной системе виброизоляции с резино-сетчатым демпфером, содержащим корпус и виброизоляторы, установленные на основании и включающие в себя: упругие резиновые элементы, расположенные симметрично относительно горизонтальной платформы, на которой установлено виброизолируемое технологическое оборудование, причем снаружи упругих резиновых элементов, параллельно, осесимметрично и коаксиально им, расположены винтовые цилиндрические пружины, а внутри упругих резиновых элементов, параллельно, осесимметрично и коаксиально им, расположены сетчатые упругодемпфирующие элементы, выполняющие функции демпфирующих элементов системы виброизоляции, при этом корпус выполнен в виде шарнирно-рычажного механизма и состоит из горизонтальных рычагов с закрепленными на них опорными пластинами, опирающимися на виброизоляторы, а горизонтальные рычаги, посредством шарниров, соединены с вертикальными тягами, которые в свою очередь посредством шарниров связаны с горизонтальной платформой, а упругий элемент каждого виброизолятора выполнен в виде упругодемпфирующего элемента и винтовой цилиндрической пружины, корпуса, который выполнен в виде нажимных шайб с буртиками и резьбовыми отверстиями для крепления виброизолируемого объекта, а упругодемпфирующий элемента выполнен из параллельно установленных и соосно и коаксиально расположенных с ним внутренних втулок, а также центрального стержня, имеющих одинаковую высоту h, причем отношение наружного диаметра D упругодемпфирующего элемента к его высоте h находится в оптимальном интервале величин D/h=0,73…1,05.

На фиг.1 представлен фронтальный разрез шарнирно-рычажной системы виброизоляции с резино-сетчатым демпфером, на фиг.2 - вариант выполнения резино-сетчатого демпфера.

Шарнирно-рычажная система виброизоляции с резино-сетчатым демпфером (фиг.1) содержит корпус и виброизоляторы, установленные на основании 1 и включающие в себя: упругие резиновые элементы 13 и 15, расположенные симметрично относительно горизонтальной платформы 3, на которой установлено виброизолируемое технологическое оборудование 2. Снаружи упругих резиновых элементов 13 и 15, параллельно, осесимметрично и коаксиально им, расположены винтовые цилиндрические пружины 12 и 14. Внутри упругих резиновых элементов 13 и 15, параллельно, осесимметрично и коаксиально им, расположены сетчатые упругодемпфирующие втулки (элементы) 16 и 17, выполняющие функции демпфирующих элементов системы виброизоляции.

Корпус выполнен в виде шарнирно-рычажного механизма и состоит из горизонтальных рычагов 10 и 11 с закрепленными на них опорными пластинами (на чертеже не показано), опирающимися на виброизоляторы. Горизонтальные рычаги 10 и 11 посредством шарниров 6 и 7 соединены с вертикальными тягами 8 и 9, которые в свою очередь посредством шарниров 4 и 5 связаны с горизонтальной платформой 3.

Упругий элемент каждого виброизолятора может быть выполнен (фиг.2, например, правый виброизолятор, изображенный на фиг.1) в виде упругодемпфирующего элемента 13 и винтовой цилиндрической пружины 12, корпуса, который выполнен в виде нажимных шайб 18 и 19 с буртиками и резьбовыми отверстиями 20 для крепления виброизолируемого объекта (на чертеже не показано) и основания. Нажимные шайбы 18 и 19 выполнены с винтовой нарезкой, в которую входят витки пружинного элемента 12, поджимаемые плоскими шайбами через винты. Упругий элемент 13 выполнен из параллельно установленных и соосно и коаксиально расположенных с ним внутренних втулок 21 и 22, а также центрального стержня 23, имеющих одинаковую высоту h, причем отношение наружного диаметра D упругодемпфирующего элемента 13 к его высоте h находится в оптимальном интервале величин D/h=0,73…1,05.

Втулка 21, ближайшая к периферийной части упругодемпфирующего элемента 13 выполнена из упругодемпфирующего материала, например литьевого полиуретана. Внутри втулки 21 установлена втулка 22, выполненная из объемного сетчатого переплетения, внутренняя поверхность которой контактирует с центральным стержнем 23, установленным напротив резьбовых отверстий 20 для крепления виброизолируемого объекта и выполненным из упругодемпфирующего материала, например литьевого полиуретана.

Плотность сетчатой структуры упругих сетчатых элементов, выполненных из объемного сетчатого переплетения, находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см³…2,0 г/см³, причем материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.

Отношение среднего диаметра Di пружинного элемента к диаметру его проволоки d находится в оптимальном интервале величин D₁/d=6,5…13,6. Отношение наружного диаметра корпуса C к его высоте А находится в оптимальном интервале величин С/А=0,68…0,88.

Шарнирно-рычажная система виброизоляции с резино-сетчатым демпфером работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта упругодемпфирующий элемент 13 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий. Горизонтальные колебания гасятся за счет шарнирно-рычажного механизма корпуса.

При колебаниях виброизолируемого объекта упругодемпфирующий элемент 13 и пружины 12 и 14 воспринимают как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на виброизолируемый объект, т.е. обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов. Варьируя плотностью сетчатой структуры упругодемпфирующего элемента, можно осуществлять в определенных пределах настройку резонансной частоты виброизолятора. При этом повышается эффективность виброизоляции в резонансном режиме за счет комплексного демпфирования, которое осуществляется за счет наличия объемных поверхностей трения втулок, выполненных из объемного сетчатого переплетения, упругодемпфирующего материала, например литьевого полиуретана.

Упругий элемент сетчатого виброизолятора является универсальным амортизирующим устройством, позволяющим работать как в режиме силовой виброизоляции, так и кинематической, а также в виброударном режиме.

Источники информации:

1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2001. - 319 с. - Стр.118, рис.5.2; стр.119, рис.5.4; стр.173, рис.5.57; стр.175, рис.5.59; стр.286, рис.П.Y.8.

2. Кочетов О.С. Расчет резиновых виброизоляторов для пневматических ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. - 2000, №3. С.77…83.

3. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с. - Стр.60, рис.3.3; стр.61, рис.3.4.

4. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр.32-37.

5. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолятор резиновый // Патент на изобретение №2277652. Опубликовано 10.06.06. Бюллетень изобретений №16.

6. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Стареев М.Е. Резиновый виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279585. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.

7. Кочетов О.С., Кочетова М.О. Резиновый виброизолятор Кочетова // Патент на изобретение №2301920. Опубликовано 27.06.07. Бюллетень изобретений №18.

8. Кочетов О.С, Кочетова М.О. Виброизолятор резиновый для технологического оборудования // Патент на изобретение №2303720. Опубликовано 27.07.07. Бюллетень изобретений №21.

9. Кочетов О.С, Кочетова М.О. Виброизолятор технологического оборудования // Патент на изобретение №2305806. Опубликовано 10.09.07. Бюллетень изобретений №25.

10. Кочетов О.С, Кочетова М.О. Резиновый виброизолятор // Патент на изобретение №2302566. Опубликовано 10.07.07. Бюллетень изобретений №19.

11. Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Резиновый виброизолятор для технологического оборудования // Патент на изобретение №2279583. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.