ВИБРОИЗОЛЯТОР
VIBRATION ISOLATOR

Изобретение относится к устройствам виброзащитной техники и предназначено для защиты объектов от силового воздействия, в частности, может использоваться в однобалочных мостовых кранах для уменьшения динамических реакций, воспринимаемых несущими конструкциями.
Известен виброизолятор, содержащий первое основание, предназначенное для связи с источником динамических нагрузок, второе основание, предназначенное для связи с объектом, несущий упругий элемент, закрепленный между основаниями, гидравлический демпфер, состоящий из цилиндра с поршнем и штоком, два клапана и дросселирующий элемент, посредством которого сообщены над- и подпоршневая полости цилиндра, причем шток предназначен для связи с первым основанием, а цилиндр шарнирно соединен со вторым основанием (см. патент РФ №2002983, МПК 5 F16F 9/48, опубл. 1993).
В момент включения гидравлического демпфера в работу скорость первого основания равна нулю. Диссипативная сила, линейно зависящая от этой скорости, также равна нулю и поэтому не компенсирует воздействие восстанавливающей силы на второе основание и, соответственно, на объект, т.е. динамическая реакция, воспринимаемая вторым основанием, не может быть меньше (по абсолютной величине) восстанавливающей силы.
В момент выключения гидравлического демпфера из работы смещение первого основания равно нулю, а его скорость максимальна. Как следствие, восстанавливающая сила, линейно зависящая от смещения, равна нулю, а диссипативная сила не равна нулю и воздействует на второе основание и соответственно на объект, т.е. динамическая реакция, воспринимаемая вторым основанием, не может быть меньше (по абсолютной величине) диссипативной силы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является виброизолятор, содержащий первое основание, предназначенное для связи с источником динамических нагрузок, второе основание, предназначенное для связи с объектом, несущий упругий элемент, закрепленный между основаниями, гидравлический демпфер, состоящий из цилиндра с поршнем и штоком, два клапана, гидравлический канал, посредством которого сообщены над- и подпоршневая полости цилиндра, дросселирующий элемент, который установлен в гидравлическом канале, позволяет получить ступенчатую характеристику диссипативной силы (см. патент РФ №2165550, МПК 7 F16F 9/48, опубл. 2001).
Недостатком данного виброизолятора является то, что на интервалах движения, где гидравлический демпфер включен в работу, диссипативная сила, как компенсационное воздействие, остается практически постоянной. По этой причине динамическая реакция, воспринимаемая вторым основанием, как суммарное воздействие диссипативной силы и восстанавливающей силы не является оптимальной. При изменении восстанавливающей силы от максимального значения до нуля динамическая реакция изменяется, соответственно, от некоторого минимального значения до максимального значения, равного значению диссипативной силы в момент выключения гидравлического демпфера из работы.
Кроме того, в положении статического равновесия гидравлического демпфера, поршень занимает среднее положение в цилиндре. За один период колебаний поршень гидравлического демпфера совершает два холостых и два рабочих хода в противоположных направлениях от положения статического равновесия. Вследствие этого продольные размеры самого гидравлического демпфера увеличены, что может помешать его установке в виброизоляторах ограниченных габаритов.
Отмеченные недостатки снижают эффективность виброизолятора.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности виброизоляции объектов посредством получения оптимальной ступенчато-падающей характеристики компенсационного воздействия.
Поставленная задача достигается тем, что виброизолятор, содержащий первое основание, предназначенное для связи с источником динамических нагрузок, второе основание, предназначенное для связи с объектом, несущий упругий элемент, закрепленный между основаниями, гидравлический демпфер, состоящий из цилиндра с поршнем и штоком, клапан, дросселирующий элемент, выполненный в виде подпружиненного клапана, и гидравлический канал, согласно изобретению, снабжен дополнительной полостью, выполненной в нижней торцевой части цилиндра, причем дополнительная полость соединена с надпоршневой полостью гидравлическим каналом, клапан установлен в торцевой части цилиндра и предназначен для пропускания жидкости из дополнительной полости в подпоршневую полость цилиндра, дросселирующий элемент установлен в торцевой части цилиндра и предназначен для пропускания жидкости из подпоршневой полости в дополнительную полость с получением при этом ступенчатой характеристики диссипативной силы, двумя упорами, первый из которых закреплен на первом основании, а второй - на втором основании, шток и цилиндр шарнирно соединены соответственно с первым и вторым упорами, посредством чего обеспечивается горизонтальное расположение гидравлического демпфера.
Д
К
В
На фиг.1 изображен общий вид виброизолятора; на фиг.2 - гидравлический демпфер; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг 4 изображены графики перемещения и скорости первого основания, а также осциллограммы диссипативной (Р), компенсационной (Р), восстанавливающей (Р) сил и динамической реакции (R(t)); на фиг.5 - схема для определения компенсационного воздействия.
Виброизолятор содержит первое основание 1, второе основание 2, несущий упругий элемент 3, закрепленный между первым и вторым основаниями 1 и 2, гидравлический демпфер 4 и два упора 5 и 6. Упор 5 закреплен на первом основании 1, а упор 6 - на втором основании 2.
Гидравлический демпфер 4 выполнен в виде цилиндра 7 с поршнем 8 и штоком 9. В нижней торцевой части цилиндра 7 установлены клапан 10, дросселирующий элемент 11 и выполнена дополнительная полость 12. Клапан 10 предназначен для пропускания жидкости из дополнительной полости 12 в подпоршневую полость цилиндра 7, а дросселирующий элемент 11 - для пропускания жидкости из подпоршневой полости цилиндра 7 в дополнительную полость 12.
Надпоршневая полость цилиндра 7 и дополнительная полость 12 соединены гидравлическим каналом 13.
Клапан 10 выполнен в виде цилиндра 14 с двумя продольными отверстиями 15, перекрываемыми в верхней торцевой части цилиндра 14 упругим кольцом 16. Упругое кольцо 16 закреплено заклепкой 17.
Дросселирующий элемент 11 выполнен в виде цилиндра 18 с полостью 19. В верхней торцевой части цилиндра 18 выполнено два продольных калиброванных отверстия 20. В боковой стенке цилиндра 18 выполнено отверстие 21, соединяющее полость 19 и дополнительную полость 12.
В полости 19 установлены диск 22, пружина 23 и два упора 24. Нижний конец пружины 23 закреплен между упорами 24, а верхний - в середине диска 22. Причем диск 22 перекрывает калиброванные отверстия 20.
Шток 9 закреплен на первом упоре 5 посредством шарнирного соединения 25. Цилиндр 7 закреплен на втором упоре 6 посредством шарнирного соединения 26, в результате чего обеспечивается горизонтальное расположение гидравлического демпфера 4.
Шарнирное соединение 26 выполнено в виде П-образной рамы, на концах которой закреплены втулки 27, установленные на осях 28. Оси 28 закреплены на противоположных боковых стенках цилиндра 7 соосно.
Первое основание 1 предназначено для связи с источником динамических нагрузок 29, а второе основание 2 предназначено для связи с объектом 30.
Виброизолятор работает следующим образом.
В положении статического равновесия (когда смещение первого основания равно нулю, т.е. х=0) гидравлический демпфер 4 находится в горизонтальном положении. Поршень 8 прижат к нижней торцевой части цилиндра 7. При этом расстояние между шарнирными соединениями 25 и 26 минимально и равно l. На графике перемещений соответствующее положение первого основания 1 определяется точками а, с, е.
Источник динамических нагрузок 29 создает силовое воздействие P(t). Данное силовое воздействие вызывает смещение первого основания 1 и упора 5. Поскольку упор 5 связан посредством шарнирного соединения 25 со штоком 9, то движение упора 5 передается на шток 9 гидравлического демпфера 4.
Д
К
В
В
Д
На интервалах движения а-b и c-d первое основание 1 удаляется от положения статического равновесия вверх или вниз соответственно. Причем в точках b и d отклонение первого основания 1 максимально, а его скорость равна нулю  При этом шток 9 вытягивается из цилиндра 7. В результате этого гидравлический демпфер 4 поворачивается на угол  относительно неподвижного шарнирного соединения 26, связанного с упором 6. Поршень 8 перемещается от нижней (правой) торцевой части к верхней (левой) торцевой части цилиндра 7. Давление в надпоршневой полости цилиндра 7 возрастает. Жидкость выдавливается через гидравлический канал 13 в дополнительную полость 12 и далее, отжимая упругое кольцо 16, перетекает в подпоршневую полость цилиндра 7 через продольные отверстия 15 в цилиндре 14 клапана 10. При этом сопротивление перетеканию жидкости минимально. Диссипативная сила, а также компенсационное воздействие практически равны нулю (участки а-b и c-d на осциллограммах Р и Р). Как следствие, гидравлический демпфер 4 выключен из работы и динамическая реакция, воспринимаемая вторым основанием 2, определяется только восстанавливающей силой, которая возникает из-за деформации пружины 3. Значение восстанавливающей силы Р=с·х, значение динамической реакции R(t)=-Р. Эти значения возрастают от нуля (в точках о и с) до максимального значения по модулю (в точках b и d) на осциллограммах Р и R(t) соответственно.
На интервалах движения b-с и d-e первое основание 1 вместе с упором 5 приближаются к положению статического равновесия, причем их скорость увеличивается от нуля (в точках b и d  до максимального значения по модулю (в точках с и е). Шток 9 вдавливается в цилиндр 7, в результате чего гидравлический демпфер 4 поворачивается относительно неподвижного шарнирного соединения 26, связанного с упором 6. При этом угол  уменьшается. Поршень 8 перемещается от верхней (левой) торцевой части к нижней (правой) торцевой части цилиндра 7. Давление в подпоршневой полости цилиндра 7 возрастает, клапан 10 при этом закрыт (упругое кольцо 16 перекрывает продольные отверстия 15). Жидкость выдавливается через калиброванные отверстия 20 дросселирующего элемента 11. При этом диск 22, установленный на пружине 23, отжимается до упоров 24, и жидкость попадает в полость 19 дросселирующего элемента 11. Далее через отверстие 21 цилиндра 18 жидкость выдавливается в дополнительную полость 12 и по гидравлическому каналу 13 попадает в надпоршневую полость цилиндра 7.
Д
Д
К
Д
В
К
В
К
В
В результате выдавливания жидкости через калиброванные отверстия 20 дросселирующего элемента 11 возникает диссипативная сила Р (участки b-с и d-e на осциллограмме Р). Как следствие, гидравлический демпфер 4 включен в работу. Поскольку он поворачивается, то компенсационное воздействие является вертикальной составляющей диссипативной силы Р=Psinφ, где . Динамическая реакция, воспринимаемая вторым основанием 2, определяется как алгебраическая сумма восстанавливающей силы Р и компенсационного воздействия Р, т.е. R(t)=Р+Р. На рассматриваемых интервалах восстанавливающая сила и компенсационное воздействие всегда противоположны по знаку, поэтому динамическая реакция будет меньше, чем восстанавливающая сила Р (участки b-с и d-e на осциллограмме R(t)).
На последующих интервалах движения первого основания 1 описанная последовательность работы виброизолятора повторяется.
Наличие двух упоров 5 и 6, шарнирно соединенных со штоком 9 и цилиндром 7 гидравлического демпфера 4, а также установка в торцевой части цилиндра 7 клапана 10 и дросселирующего элемента 11, при выполненной полости 12, соединенной гидравлическим каналом 13 с надпоршневой полостью цилиндра 7, позволяет получить оптимальную ступенчато-падающую характеристику компенсационного воздействия. В результате этого эффективность виброизоляции объектов существенно повышается.