Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРОИЗОЛЯТОР ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

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 совпадают 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 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 фиг.1 представлен фронтальный разрез виброизолятора для технологического оборудования, на фиг.2 - схема упругого элемента.

Виброизолятор для технологического оборудования 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 упругие элементы 5 и 6, например, в виде цилиндрических винтовых пружин сжатия, 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.

Каждый из упругих элементов 5 и 6 выполнен в виде двух сферических колец 17 и 18, расположенных соосно и во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях и скрепленных между собой крепежными элементами 19 и 20, таким образом, что одно из колец, например внутреннее, входит в другое - внешнее, большего диаметра на толщину кольца.

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.

Возможен вариант, когда под дисками 15 и 16 направляющих стаканов 3 и 4 размещены упругодемпфирующие элементы, выполненные в виде конических пружин 21, залитых полиуретаном.

Виброизолятор для технологического оборудования работает следующим образом.

При колебаниях виброизолируемого объекта упругие элементы 5 и 6 воспринимают 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.

Литература

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.