ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ СИСТЕМА КОЧЕТОВА ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ МАССОЙ
VIBRATION ISOLATION SYSTEM BY KOCHETOV FOR PROCESS EQUIPMENT WITH VARIABLE MASS

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, 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 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.
1
2
Это достигается тем, что в виброизолирующей системе 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: P≤Р≤P, за счет своей осадки δ:
<mrow><mi>δ</mi><mo>=</mo><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mi>n</mi><mfrac><mi>P</mi><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
2
1
2
где P и P соответственно минимальная и максимальная нагрузки, при которых сохраняются условия равночастотности; Р - нагрузка, удовлетворяющая условию P≤Р≤P;
1
1
δ - заданная начальная осадка пружины, отвечающая минимальной нагрузке P, и условию равночастотности: постоянству частоты собственных колебаний виброизолируемой системы при изменении массы этой системы в заданных пределах, система содержит по крайней мере два пружинных равночастотных виброизолятора с равночастотными пружинами, симметрично установленными относительно опорной платформы, при этом нижний фланец равно-частотной пружины каждого виброизолятора закреплен на упругом основании, а верхний - на опорной пластине, а на опорной платформе, посредством крепежных элементов, закреплен виброизолируемый объект с переменной технологической массой, причем платформа с помощью вертикальных и горизонтальных рычагов связана с опорными узлами, закрепленными на опорной пластине каждого виброизолятора с помощью осесимметричных с равночастотными пружинами регулировочных болтов, жестко соединенных со втулками, охватывающими регулировочные болты гайками, а каждый из опорных узлов содержит вибродемпфирующие втулки, коаксиально установленные регулировочным болтам, при этом нижний фланец равночастотной пружины каждого 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 виброизолирующей системы для технологического оборудования с переменной массой; на фиг.2 - характеристика равночастотной пружины.
Виброизолирующая система для технологического оборудования с переменной массой (фиг.1) содержит по крайней мере два пружинных равночастотных виброизолятора с равночастотными пружинами 3, симметрично установленными относительно опорной платформы 20. Нижний фланец равночастотной пружины 3 каждого 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:
1
2,
P≤Р≤P
1
2
где P и P соответственно минимальная и максимальная нагрузки, при которых сохраняются условия равночастотности.
1
2,
Под действием нагрузки Р, удовлетворяющей условию P≤Р≤P она будет изменять свою осадку δ (см. фиг.2).
<mrow><mi>δ</mi><mo>=</mo><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mi>n</mi><mfrac><mi>P</mi><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
1
где δ - заданная начальная осадка пружины, отвечающая минимальной нагрузке P. Это отвечает условию равночастотности: v=const, т.е. постоянству частоты собственных колебаний виброизолируемой системы при изменении массы этой системы в заданных пределах.
На опорной платформе 20 посредством крепежных элементов 19 закреплен виброизолируемый объект 12 с переменной технологической массой (например, съем стружки с заготовки при металлообработке, уменьшение массы навоя в ткацком оборудовании и т.д.). Платформа 20 с помощью вертикальных 18 и горизонтальных 11 рычагов связана с опорными узлами 10, закрепленными на опорной пластине 2 каждого виброизолятора с помощью осесимметричных с равночастотными пружинами 3 регулировочных болтов 16, жестко соединенных со втулками 14, охватывающими регулировочные болты 16 гайками 15 и 17. Каждый из опорных узлов 10 содержит вибродемпфирующие втулки 13, коаксиально установленные регулировочным болтам 16.
Нижний фланец равночастотной пружины 3 каждого 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 каждого виброизолятора, а коническая часть 8 связана с упругим основанием 1 равночастотной пружины 3.
Виброизолирующая система для технологического оборудования с переменной массой 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:
1
2,
P≤Р≤P
1
2
где P и Р соответственно минимальная и максимальная нагрузки, при которых сохраняются условия равночастотности.
1
2,
Под действием нагрузки Р, удовлетворяющей условию P≤Р≤P она будет изменять свою осадку δ (см. фиг.2)
<mrow><mi>δ</mi><mo>=</mo><msub><mi>δ</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mi>n</mi><mfrac><mi>P</mi><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
1
где δ - заданная начальная осадка пружины, отвечающая минимальной нагрузке P. Это отвечает условию равночастотности: постоянству частоты собственных колебаний виброизолируемой системы при изменении массы этой системы в заданных пределах.
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. Хвощевский И.Я., Казаков А.Б. Равночастотный виброизолятор // Авторское свидетельство СССР на изобретение №299681, кл. F16F 1/06. Опубликовано 25.05.1971. Бюллетень изобретений №12.