Результат интеллектуальной деятельности: ПРУЖИННЫЙ РАВНОЧАСТОТНЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к равночастотным виброизоляторам, применяемым для значительного снижения возникающих при эксплуатации различного оборудования, преимущественно с переменной массой, динамических нагрузок.

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.

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.

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.

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

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является равночастотный пружинный виброизолятор по а.с. СССР №299681 [11] (прототип), содержащий основание, опорную пластину, расположенный между ними упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической пружины, которая имеет переменный шаг, обеспечивающий постоянство собственной частоты при любых нагрузках из заданного диапазона.

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

Технический результат - повышение эффективности виброизоляции.

Это достигается тем, что в пружинном равночастотном виброизоляторе для технологического оборудования с переменной массой, содержащей основание, опорную платформу и расположенный между ними упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической равночастотной пружины, имеющей переменный шаг t, обеспечивающий постоянство собственной частоты системы при любых нагрузках Р из заданного диапазона: P₁≤Р≤Р₂, за счет своей осадки δ:

,

где Р₁ и Р₂ - соответственно минимальная и максимальная нагрузки, при которых сохраняются условия равночастотности; Р - нагрузка, удовлетворяющая условию P₁≤P≤Р₂;

δ₁ - заданная начальная осадка пружины, отвечающая минимальной нагрузке P₁, и условию равночастотности: постоянству частоты собственных колебаний виброизолируемой системы при изменении массы этой системы в заданных пределах, на опорной пластине виброизолятора верхнего фланца равночастотной пружины закреплен виброизолируемый объект с переменной технологической массой, а нижний фланец равночастотной пружины виброизолятора закреплен на упругом основании, которое посредством по крайней мере трех стоек с винтами и с коаксиально расположенными снаружи стоек, эластичными втулками, соединено с нижней платформой виброизолятора, а под упругим основанием нижнего фланца равночастотной пружины, осесимметрично ей, размещен цилиндроконический демпфер, например, из эластомера, установленный своей цилиндрической частью на нижней платформе каждого виброизолятора, а коническая часть связана с упругим основанием равночастотной пружины.

На фиг.1 изображен общий вид пружинного равночастотного виброизолятора для технологического оборудования с переменной массой; на фиг.2 - характеристика равночастотной пружины.

Пружинный равночастотный виброизолятор для технологического оборудования с переменной массой (фиг.1) содержит равночастотную пружину 3. Нижний фланец равночастотной пружины 3 пружинного виброизолятора закреплен на упругом основании 1, а верхний - на опорной пластине 2, при этом пружина 3 имеет переменный шаг t, обеспечивающий постоянство собственной частоты при любых нагрузках Р из заданного диапазона: P₁≤Р≤Р₂

где P₁ и Р₂ - соответственно минимальная и максимальная нагрузки, при которых сохраняются условия равночастотности.

Под действием нагрузки Р, удовлетворяющей условию P₁≤P≤Р₂, она будет изменять свою осадку δ (см. фиг.2)

,

где δ₁ - заданная начальная осадка пружины, отвечающая минимальной нагрузки Р₁. Это отвечает условию равночастотности: v=const, т.е. постоянству частоты собственных колебаний виброизолируемой системы при изменении массы этой системы в заданных пределах.

На опорной пластине 2 верхнего фланца равночастотной пружины 3 виброизолятора с помощью болта 12 и гайки 10 закреплен виброизолируемый объект 11 с переменной технологической массой (например, съем стружки с заготовки при металлообработке, уменьшение массы навоя в ткацком оборудовании и т.д.).

Нижний фланец равночастотной пружины 3 виброизолятора закреплен на упругом основании 1, которое посредством по крайней мере трех стоек 6 с винтами 4 и с коаксиально расположенными снаружи стоек эластичными втулками 5, соединено с нижней платформой 7 виброизолятора.

Под упругим основанием 1 нижнего фланца равночастотной пружины 3, осесимметрично ей, размещен цилиндроконический демпфер 9, например, из эластомера, установленный своей цилиндрической частью на нижней платформе 7 виброизолятора, а коническая часть 8 связана с упругим основанием 1 равночастотной пружины 3.

Возможен вариант, когда цилиндроконический демпфер выполнен в виде последовательно соединенных конической и цилиндрической винтовых пружин, витки которых покрыты слоем эластомера, например полиуретаном.

Пружинный равночастотный виброизолятор работает следующим образом.

При приложении динамической нагрузки к пружине 3 обеспечивается равночастотная виброизоляция объекта, так как пружина имеет переменный шаг t, обеспечивающий постоянство собственной частоты при любых нагрузках Р из заданного диапазона: P₁≤Р≤Р₂,

где P₁ и Р₂ - соответственно минимальная и максимальная нагрузки, при которых сохраняются условия равночастотности.

Под действием нагрузки Р, удовлетворяющей условию P₁≤P≤Р₂, она будет изменять свою осадку δ (см. фиг.2)

,

где δ₁ - заданная начальная осадка пружины, отвечающая минимальной нагрузки Р₁. Это отвечает условию равночастотности: постоянству частоты собственных колебаний виброизолируемой системы при изменении массы этой системы в заданных пределах.

Демпфирование в системе виброизоляции обеспечивает цилиндроконический демпфер, который выполнен в виде последовательно соединенных конической и цилиндрической винтовых пружин, витки которых покрыты слоем эластомера.

Источники библиографии

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: с.120, рис.5.6; с.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: с.59, рис.3.1; с.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, с.32-37.

5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279589. Опубл. 10.07.06. БИ №19.

6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолирующая система // Патент на изобретение №2279586. Опубл. 10.07.06. БИ №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. Опубл. 20.08.06. БИ №23.

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

9. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Шестернинов А.В., Зубова И.Ю. Виброизолятор с переменной структурой демпфирования // Патент на изобретение №2303722. Опубл. 27.07.07. БИ №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. Хвощевский И.Я., Казаков А.Б. Равночастотный виброизолятор // Авторское свидетельство СССР на изобретение №299681, кл. F16F 1/06. Опубл. 25.05.1971. БИ №12.