Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРОИЗОЛЯТОР

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

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

Однако для снижения низкочастотных колебаний требуется существенная высота пружин.

Известно применение пружинных виброизоляторов [5, 6] с маятниковым подвесом, в которых используется система виброизоляции подвесного типа с пружинным упругим элементом.

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 пружинный виброизолятор с сухим трением [7], содержащий пружину, корпус и демпфер сухого трения, корпус выполнен в виде полой вертикальной стойки, взаимодействующей с Т-образной платформой, упруго связанной с демпфером сухого трения, выполненного в виде втулки, внутренняя поверхность которой через подпружиненные фрикционные элементы взаимодействует с внешней поверхностью стойки, а на ее внешней поверхности закреплена пружина, опирающаяся на основание стойки, причем между взаимодействующими поверхностями втулки и стойки размещен буферный ограничительный элемент.

Недостатком такого типа виброизоляторов является сравнительно невысокая надежность в резонансном режиме из-за износа демпфера сухого трения, что несколько снижает эффективность виброзащиты.

Известно применение пружинных элементов в виброизоляторах [8], содержащих корпус, который выполнен в виде верхней и нижней прямоугольных плит, между которыми размещены винтовые упругие элементы разной жесткости таким образом, что образуют замкнутый контур по периметру нижней плиты, причем винтовые упругие элементы выполнены в виде пакета, состоящего из цилиндрических винтовых пружин разной жесткости и высоты.

Недостатком такого типа виброизоляторов является возможность блокирования винтовых упругих элементов в пакетах, что несколько может изменить их общую жесткость, а следовательно, и эффективность виброзащиты.

Известно применение пружинных элементов в виброизоляторах [9] с переменной структурой демпфирования, содержащих корпус с размещенным в нем штоком с поршнем, причем на конце штока закреплена виброизолируемая масса, удерживаемая пружинами, а демпфер сухого трения выполнен в виде фрикционной втулки с ограничительными упорами по торцам, причем усилие прижатия фрикционных элементов к втулке осуществляется через регулировочные винты, которые связаны с исполнительным серводвигателем, а сигнал на включение серводвигателя поступает от микропроцессора, управляющего работой демпфера сухого трения по заданной характеристике, и связанного с датчиком виброускорений.

Недостатком такого типа виброизоляторов является большая стоимость системы виброзащиты, которая не всегда оправдана из-за их эффективности виброзащиты.

Известен пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом [10], содержащий винтовую цилиндрическую пружину, нижний торец которой опирается на верхний фланец корпуса и взаимодействующую с маятниковым механизмом, который выполнен в виде резьбового стержня с гайками на концах и опорными шайбами, опирающимися на резиновые упругие элементы, выполняющие функции упругого шарнира, причем верхний резиновый упругий элемент расположен между верхним фланцем пружины и опорной шайбой, а нижний - между опорной шайбой и плитой, на которой крепится виброизолируемое оборудование.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор по а.с. СССР №717438 [11] (прототип), выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, например, из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса.

Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.

Это достигается тем, что в виброизоляторе для технологического оборудования, содержащем корпус и упругий элемент, взаимодействующий с объектом, корпус, выполнен в виде основания, на котором закреплены посредством слоя литьевого полиуретана, по крайней мере, два направляющих стакана с днищами, обращенными в сторону основания, при этом слой литьевого полиуретана охватывает стаканы по днищам и боковым цилиндрическим поверхностям, при этом толщина слоя выбирается в зависимости от амплитуды пространственных колебаний виброизолируемого объекта (на чертеже не показано). Слой литьевого полиуретана 9 может сформировать любую форму, например прямоугольную или круглую в плане (на виде сверху), в зависимости от конфигурации виброизолируемого объекта и условия размещения виброизоляторов на нем, а осесимметрично направляющим стаканам, внутри них, расположены цилиндрические винтовые пружины сжатия, опирающиеся нижними опорными поверхностями в круглые диски из антифрикционного материала, а верхними опорными поверхностями - в крышку, охватывающую с зазором слой литьевого полиуретана, причем крышка соединена посредством крепежного элемента с несущим нагрузку резьбовым элементом, например болтом, головка которого залита слоем литьевого полиуретана, причем расположение головки болта выбирается в зависимости от характера вибрационной нагрузки и может быть как посередине направляющих стаканов, так и со смещением к днищу или открытой части стаканов, при этом со стороны открытой части на стаканах выполнены кольцевые отбортовки, соосные оси стаканов, на которых закреплены с зазором относительно внутренней поверхности крышки упругие кольца, выполняющие функции упругих ограничителей подвижных частей виброизолятора, а под дисками направляющих стаканов размещены упругодемпфирующие сетчатые элементы, причем плотность сетчатой структуры упругих сетчатых элементов находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см³ …2,0 г/см³, а материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, при этом диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.

На чертеже представлен фронтальный разрез виброизолятора для технологического оборудования.

Виброизолятор содержит основание 1, на котором закреплены посредством слоя литьевого полиуретана 9, по крайней мере, два направляющих стакана 3 и 4 с днищами, обращенными в сторону основания 1. Слой литьевого полиуретана 9 охватывает стаканы 3 и 4 по днищам и боковым цилиндрическим поверхностям, при этом толщина слоя выбирается в зависимости от амплитуды пространственных колебаний виброизолируемого объекта (на чертеже не показано). Слой литьевого полиуретана 9 может сформировать любую форму, например прямоугольную или круглую в плане (на виде сверху), в зависимости от конфигурации виброизолируемого объекта и условия размещения виброизоляторов на нем.

Направляющие стаканы 3 и 4 могут быть выполнены из жесткого вибродемпфирующего материала, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим». Осесимметрично направляющим стаканам 3 и 4, внутри них, расположены цилиндрические винтовые пружины сжатия 5 и 6, опирающиеся нижними опорными поверхностями в круглые диски 15 и 16 из антифрикционного материала, а верхними опорными поверхностями - в крышку 2, охватывающую с зазором слой литьевого полиуретана 9. Крышка 2 соединена посредством крепежного элемента 11 с несущим нагрузку резьбовым элементом 10, например болтом, головка которого залита слоем литьевого полиуретана 9, причем расположение головки болта выбирается в зависимости от характера вибрационной нагрузки и может быть как посередине направляющих стаканов 3 и 4 (показано на чертеже), так и со смещением к днищу или открытой части стаканов.

Возможен вариант, когда витки цилиндрических винтовых пружин сжатия 5 и 6, расположенных внутри стаканов 3 и 4 и опирающихся нижними опорными поверхностями в круглые диски 15 и 16 из антифрикционного материала, покрыты вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.

Со стороны открытой части на стаканах 3 и 4 выполнены кольцевые отбортовки 13, соосные оси стаканов 3 и 4, на которых закреплены с зазором 12 относительно внутренней поверхности крышки 2 упругие кольца 14, выполняющие функции упругих ограничителей подвижных частей виброизолятора.

Под дисками 15 и 16 направляющих стаканов 3 и 4 размещены упругодемпфирующие сетчатые элементы 7 и 8, причем плотность сетчатой структуры упругих сетчатых элементов находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см³ …2,0 г/см³, а материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, при этом диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм. Упругие сетчатые элементы 7 и 8 могут быть также выполнены: армированными из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном; комбинированными из сетчатого каркаса и крошки твердых вибродемпфирующих материалов, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим» с размером фракций крошки 0,5…2,0 мм, залитых эластомером, например литьевым полиуретаном.

Возможен вариант, когда под дисками 15 и 16 направляющих стаканов 3 и 4 размещены упругодемпфирующие элементы, выполненные в виде отрезков некондиционного троса разного диаметра вперемешку с обрезками изделий из полиуретана.

Виброизолятор работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта цилиндрические винтовые пружины сжатия 5 и 6 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий, при этом демпфирование в системе осуществляется как в слоях литьевого полиуретана 9, охватывающего поверхности стаканов 3 и 4, так и в упругодемпфирующих сетчатых элементах 7 и 8. Горизонтальные колебания гасятся в слоях литьевого полиуретана 9.

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. 120, рис. 5.6; стр. 287, рис. П.Y.15.

2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с.: стр. 59, рис. 3.1; стр. 61, рис. 3.4а; рис. 3.5.

3. Кочетов О.С. Виброизоляторы типа «ВСК-1» для ткацких станков // Текстильная промышленность. - 2000, №5. С. 19…20.

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. Пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279589. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.

6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолирующая система// Патент на изобретение №2279586. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.

7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Стареев М.Е. Пружинный виброизолятор с сухим трением // Патент на изобретение №2282075. Опубликовано 20.08.06. Бюллетень изобретений №23.

8. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолированная площадка// Патент на изобретение №2277650. Опубликовано 10.06.06. Бюллетень изобретений №16.

9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Шестернинов А.В., Зубова И.Ю. Виброизолятор с переменной структурой демпфирования // Патент на изобретение №2303722. Опубликовано 27.07.07. Бюллетень изобретений №21.

10. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор с маятниковым подвесом// Патент на изобретение №2269699. Опубликовано 10.02.06. Бюллетень изобретений №4.

11. Миронов Е.М. Пружинный амортизатор// Авторское свидетельство СССР на изобретение №717438, кл. F16F 9/30. Опубликовано 25.02.1980. Бюллетень изобретений №7.