УСТРОЙСТВО ВИБРОИЗОЛЯЦИИ
VIBRATION INSULATION DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к виброизолирующим устройствам и может быть использовано в любой области машиностроения и промышленности в качестве устройства, снижающего уровни вибрации.
Известно устройство виброизоляции (патент РФ №2222729 «Виброизолирующая опора»), содержащее цилиндрический корпус, в котором соосно установлены опорный стержень и кольцевая резиновая мембрана, которая со стенками корпуса образует пневматическую демпферную камеру. В верхнем торце корпуса с помощью подшипника, выполненного из трех шариков, установлен соосно с корпусом постоянный кольцевой электромагнит, который является основным узлом электродинамического компенсатора виброизолирующей опоры. В зазоре магнитопровода постоянного кольцевого электромагнита установлена подвижная катушка. Магнитопровод и подвижная катушка центрированы относительно опорного стержня с помощью металлической мембраны. Корпус подвижной катушки связан с опорным стержнем муфтой трения.
Недостаток этого устройства заключается в том, что электромагнит является вспомогательным виброзащитным элементом, для функционирования которого необходим датчик параметров вибраций (акселерометр), сигнал которого должен обрабатываться сложной системой управления.
Кроме того, известно устройство виброизоляции (патент РФ №1113604 «Компенсатор жесткости»), содержащее компенсатор жесткости и включенный параллельно основной упругий элемент, установленные между виброизолируемым объектом и основанием. Компенсатор жесткости представлен в виде якоря, выполненного по типу тела вращения, жестко закрепленного посредством штока на основании и взаимодействующего с ним магнита, выполненного в виде сферы, и закрепленного в направляющих на основании. Направляющие дают магниту возможность перемещения с трением в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Якорь размещен внутри магнита с зазором.
Однако указанное устройство обладает следующими недостатками: низкие виброизолирующие свойства при работе виброизолирующего устройства за счет значительных сил трения в конструкции из-за наличия большого количества механически соединенных элементов и отсутствия механизма отработки вибрационных колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях, сложность конструкции направляющих, обеспечивающих перемещение компенсатора жесткости.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение виброизолирующих свойств устройства виброизоляции, упрощение конструкции направляющих компенсатора жесткости.
Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство виброизоляции, содержащее вибрирующее и защищаемое основания, основной упругий элемент, закрепленный между указанными основаниями, направляющие компенсатора жесткости и компенсатор жесткости, установленный параллельно основному упругому элементу, дополнительно введены опора, стойки, платформа, скобы, корпус с фиксирующими отверстиями и блок управления. Блок управления состоит из датчика пространственных колебаний, источника питания и виброрегулятора. Указанные направляющие компенсатора жесткости выполнены из тросовых упругих элементов. Указанный компенсатор жесткости выполнен в виде цилиндра с шестью гранями с углом наклона до 90°, представляющий собой стальной якорь, и круглых электромагнитных дисков, каждый из которых состоит из чередующихся немагнитных прокладок и секторов электромагнитов постоянного тока, выполненных с углом 60°, имеющих рабочие грани, параллельные граням стального якоря, расположенные на расстоянии, не превышающем амплитуду колебаний вибрации, жестко зафиксированные платформой. При этом направляющие компенсатора жесткости жестко закреплены на скобах и протянуты через фиксирующие отверстия в корпусе, жестко закрепленном на вибрирующем основании, блок управления соединен с электромагнитными дисками, стальной якорь жестко связан с защищаемым основанием через опору и стойки, а диски жестко закреплены на вибрирующем основании.
На фиг. 1 приведена кинематическая схема устройства виброизоляции. На фиг. 2 приведен внешний вид электромагнитного компенсатора жесткости. На фиг. 3 представлена схема расположения электромагнитных дисков и стального якоря компенсатора жесткости. На фиг. 4 представлена конструкция электромагнитного диска компенсатора жесткости.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит: основной упругий элемент 3 и включенный параллельно ему электромагнитный компенсатор жесткости (фиг. 2), представляющий собой стальной якорь 6, выполненный в виде цилиндра с шестью гранями при угле наклона до 90° и два электромагнитных диска 4 и 5 из электромагнитов постоянного тока, магнитопровод которых имеет рабочие грани, параллельные граням стального якоря 6, расположенные на заданном расстоянии m, не превышающем амплитуду колебаний вибрации, и жестко закрепленные на вибрирующем основании 2. Стальной якорь 6 жестко соединен с защищаемым основанием 1 через опору 7 и стойки 9. Расстояние между электромагнитными дисками 4 и 5 обеспечивается посредством платформы 8. Каждый из дисков 4 и 5 (фиг. 4) выполнен круглой формы и состоит из чередующихся немагнитных прокладок 16 и секторов электромагнитов постоянного тока, выполненных с углом 60°. Устройство имеет блок управления 12, содержащий источник питания 15, датчик пространственных колебаний 13 и виброрегулятор 14, соединенный с электромагнитами постоянного тока посредством электрических проводов а, b, с (управляющие сигналы) относительно трех взаимно перпендикулярных направлений пространства. Электромагниты постоянного тока электромагнитных дисков 4 и 5 соединены с источником питания 15 через электрический провод е (питающий сигнал). В состав устройства входят направляющие, выполненные в виде тросовых упругих элементов 17 (связь d), закрепленные через скобы 10 и фиксирующие отверстия корпуса 11.
Устройство работает следующим образом (фиг. 1, 2, 3, 4).
Устройство виброизоляции является основным несущим и исполнительным элементом системы виброзащиты и устанавливается между вибрирующим основанием 2 и защищаемым основанием 1.
При неизменных по величине пространственных вибрационных колебаниях, действующих между защищаемым основанием 1 и вибрирующим основанием 2, суммарная тяговая характеристика электромагнитного компенсатора жесткости относительно каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений имеет абсолютный по величине такой же наклон, что и силовая характеристика основного упругого элемента 3 по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Несущим элементом виброизолятора является основной упругий элемент 3. Электромагнитные диски 4 и 5 устанавливаются на заданном расстоянии m, не превышающем амплитуду колебаний вибрации, и жестко фиксируются на вибрирующем основании 2, посредством платформы 8, при этом соблюдая фиксированное положение относительно всех трех взаимно перпендикулярных направлений. На одинаковом расстоянии (точно посередине), между электромагнитными дисками 4 и 5 расположен стальной якорь 6 при соблюдении соответствующих усилий трех взаимно перпендикулярных направлений.
На каждом из дисков 4 и 5 расположены попарно электромагниты постоянного тока, включенные встречно, по каждому из трех взаимно перпендикулярных направлений (фиг. 4). Поскольку электромагнитный компенсатор жесткости имеет падающую силовую характеристику относительно каждого из трех взаимно перпендикулярных направлений, суммарная силовая характеристика устройства виброизоляции в пределах размаха колебаний (вибрационных колебаний) горизонтальна по каждому из направлений, что исключает передачу на защищаемое основание пространственных колебаний вибрирующего основания.
Предлагаемое устройство имеет блок управления 12, соединенный с электромагнитами постоянного тока посредством электрических проводов a, b, c (управляющие сигналы) относительно трех взаимно перпендикулярных направлений пространства. Блок управления позволяет отследить вибрационные колебания в трех направлениях пространства и перераспределить напряжения на электромагнитах таким образом, чтобы силовая характеристика не меняла наклон, а перемещалась параллельно самой себе, обеспечивая тем самым пространственную виброизоляцию.
При пространственных колебаниях изменяется относительное положение вибрирующего основания 2 и защищаемого основания 1 относительно одного (или двух, или трех) взаимно перпендикулярных направлений, что приводит к деформации основного упругого элемента 3 и перемещению жестко связанных элементов опоры 7, стоек 9 и стального якоря 6 компенсатора жесткости в одном (или двух, или трех) направлениях в пределах расстояния m от электромагнитных дисков 4 или 5, не превышающем амплитуду колебаний вибрации. Тросовые упругие элементы 17, в свою очередь, работают в качестве направляющих компенсатора жесткости, исключая перекос и залипание стального якоря 6. При изменении расстояния между вибрирующим основанием 2 и защищаемым основанием 1 сигнал подается на блок управления 12, посредством входящего в него датчика пространственных колебаний 13, при этом сигнал передается на виброрегулятор 14, питающийся от источника питания 15. Виброрегулятор перераспределяет напряжение на электромагнитах дисков 4 и 5 посредством электрических проводов a, b, c (управляющие сигналы) таким образом, что при новом положении защищаемого основания 1 и вибрирующего основания 2 наклон (жесткость) тяговой характеристики компенсатора жесткости остается неизменным, что обеспечивает нулевую жесткость всего устройства виброизоляции и, следовательно, исключает пространственные колебания.
В результате предлагаемое устройство виброизоляции обладает улучшенными виброизолирующими свойствами за счет быстродействующего блока управления и применения электромагнитов постоянного тока, обеспечивающего нулевую жесткость при пространственных колебаниях, как при статической, так и при произвольно меняющихся нагрузках, а также практически отсутствуют взаимодействия механических элементов, что снижает силы трения при работе устройства виброизоляции. Также в предлагаемом устройстве упрощена конструкция, контролирующая положение компенсатора направлениям в пространстве, что упрощает процесс сборки и снижает силы трения при работе виброизолирующего устройства.
Опытная эксплуатация предлагаемого устройства показала улучшение виброизолирующих свойств посредством быстродействующего блока управления и упрощения конструкции и сборки направляющих компенсатора жесткости, значительного снижения сил трения при работе виброизолирующего устройства.