ВИБРОЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА
VIBRATION ISOLATION SYSTEM

Изобретение относится к средствам защиты объектов от вибрации и динамического гашения колебаний различных объектов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является двухкаскадный виброизолятор по а.с. СССР №1260593 (прототип), содержащий промежуточную массу и упругие элементы, предназначенные для соединения массы с колеблющимся и защищаемым объектами, при этом промежуточная масса выполнена в виде изогнутой трубы, заполненной сыпучим материалом.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за недостаточного демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции за счет дополнительного рассеивания энергии колебаний.
Это достигается тем, что в виброзащитной системе, содержащей виброизолируемый объект, установленный на верхний пневмобаллон, соединенный трубопроводом с нижним пневмобаллоном, при этом верхний пневмобаллон закреплен на дополнительной массе, а нижний - на подвижном основании, оппозитно упругому элементу, соединяющему дополнительную массу и подвижное основание, при этом нижний пневмобаллон, со стороны противоположной его соединению с трубопроводом, соединен с направляющим устройством, которое подвижно соединено с дополнительной массой, на которой закреплен верхний пневмобаллон, подвижное в осевом направлении основание, установлено на упругие элементы, жестко соединенные с платформой, и выполненные в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером, содержащей цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, а зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%, при этом между верхним и нижним опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя и нижняя вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам пружины, закреплено упругодемпфирующее устройство, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например, в виде стержня из полиуретана.
На фиг. 1 изображена схема виброзащитной системы, на фиг. 2 - вариант упругих элементов 8 и 9, расположенных между подвижным основанием 3 и платформой 10.
Виброзащитная система содержит виброизолируемый объект 1, установленный на верхний пневмобаллон 6, соединенный трубопроводом 5 с нижним пневмобаллоном, при этом верхний пневмобаллон закреплен на дополнительной массе 2, а нижний - на подвижном основании 3, оппозитно упругому элементу 4, соединяющему дополнительную массу 2 и подвижное основание 3. Нижний пневмобаллон, со стороны противоположной его соединению с трубопроводом 5, соединен с направляющим устройством 7, которое подвижно соединено с дополнительной массой 2, на которой закреплен верхний пневмобаллон.
Подвижное в осевом направлении основание 3, установлено на упругие элементы 8 и 9, жестко соединенные с платформой 10.
Виброзащитная система работает следующим образом.
При возвратно-поступательном движении основания 3 возбуждаются колебания массы 1 и дополнительной массы 2. При соответствующем выборе жесткостей упругих элементов 4 и пневмобаллонов 6 и величины дополнительной массы 2 сила, действующая на массу 1 от подвижного основания 3 через нижний пневмобаллон и упругий элемент 4, уравновешивается силой, действующей на массу 1 от дополнительной массы 2 через верхний пневмобаллон 6 и упругий элемент 4.
Расположение одного из пневмобаллонов 6 и упругого элемента 4 по разные стороны от подвижного основания 3 приводит к увеличению длины трубопровода 5, что способствует увеличению демпфирования в системе и снижению ее виброактивности.
На фиг. 2 представлен вариант выполнения упругих элементов 8 и 9, расположенных между подвижным основанием 3 и платформой 10 в виде комбинированной пружины с торсионным демпфером, которая содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 13 и 14 со встречно направленными концами 16 и 15 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 11 и 12 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 13 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 14 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 16 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 15, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 12, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).
В полости второй части 14 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 13 пружины, зазоры 17 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 13 и 14 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 15 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 13 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 18 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».
Зазоры, в первой части 13 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 18 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.
На верхнем 11 и нижнем 12 опорных кольцах 11 закреплены верхняя 19 и нижняя 20 вибродемпфирующие пластины, состоящие из чередующихся между собой слоев упругого материала, например листовой пружинной стали, и слоев вибродемпфирующего материала, например твердых сортов вибродемпфирующих материалов, таких как пластикат типа «Агат», «Антивибрит», «Швим».
Комбинированная пружина с торсионным демпфером работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 11 и 12 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.
Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х.У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе, и при различных условиях работы.
Возможен вариант, когда между верхним 11 и нижним 12 опорными кольцами, к которым прикреплены верхняя 19 и нижняя 20 вибродемпфирующие пластины, осесимметрично и коаксиально опорным кольцам 11 и 12 пружины, закреплено упруго демпфирующее устройство 21, выполненное в виде торсионного демпфера, воспринимающего знакопеременные крутильные нагрузки, например, в виде стержня из полиуретана.
Применение предлагаемой виброзащитной системы приводит к снижению динамических нагрузок, приходящихся на объекты, и повышению надежности их работы.