Способ изготовления виброизолятора с управляемой жесткостью
METHOD FOR MANUFACTURING VIBRATION ISOLATOR WITH CONTROLLED STIFFNESS

Изобретение относится к машиностроению и используется для гашения вибраций, которые могут быть переданы основаниям опорных конструкций трубопроводов и оборудования.
Известно способ изготовления виброопоры крепления кузова к раме автомобиля с изменяемой жесткостной характеристикой (RU 2 294 857 C1), включающее резиновую подушку, основание виброопоры и втулку, которую выполняют перемещающейся с самостопорящейся резьбовой частью при помощи шестигранника под ключ. Резиновую подушку помещают в перемещающуюся втулку; перемещение втулки позволяет производить изменения длины выступающей части подушки. Конструкция изменяет свою вертикальную жесткость обратно пропорционально длине ее выступающей из перемещающейся втулки части. Изготовленное таким способом устройство эффективно снижает вибрацию кузова автомобиля, однако его применение ограничено и его невозможно использовать, например, в системе трубопроводного транспорта.
Наиболее близким является (патент SU 1 670 238 A2) способ изготовления виброопоры с управляемой жёсткостью с использованием нелинейных упругих элементов и преобразователей электрического сигнала в перемещение.
В известном способе изготовления виброизолятора нижний металлический опорный фланец и верхний металлический опорный фланец соединяют с болтом, который размещают по центру виброизолятора и пропускают сквозь верхний опорный фланец. Разгружающий упругий элемент с меняющейся жесткостью устанавливают между опорными фланцами и регулятором жесткости.
Изменением управляющего электрического сигнала регулируется жесткость виброизолятора. С помощью упругого элемента обеспечивается разгрузка виброизолятора от статических воздействий, что формирует симметричную силовую характеристику виброизолятора по отношению к динамическим нагрузкам и дает возможность линейного преобразования электрического сигнала источника в изменение жесткости виброизолятора. Принято за прототип.
Недостатком известного способа является сложность и затратность в изготовлении виброизолятора, который содержит пакет нелинейных упругих элементов; преобразователи электрического сигнала в перемещение. При этом использование устройства не позволяет достичь указанного эффекта виброизоляции.
Технический результат изобретения – повышение эффективности работы виброизолятора, гашение вибраций технологического оборудования, энергетических установок и трубопроводов, в том числе при перемещении жидких или газообразных материалов по технологическому трубопроводу, в широком частотном диапазоне, предотвращение появления резонансных режимов в конструкциях трубопроводов и оборудования, а также упрощение конструкции виброизолятора и возможность его использования для оборудований и трубопроводов с различной массой, в том числе и с повышенной.
Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления виброизолятора с управляемой жесткостью, путем соединения нижнего металлического опорного фланца – нижней платформы и верхнего металлического опорного фланца – верхней платформы посредством болта, расположенного по центру виброизолятора и проходящего сквозь верхнюю платформу, размещения разгружающего упругого элемента, между верхней и нижней платформами, установки регулятора жесткости и использования крепежных элементов, особенность заключается в том, что нижнюю платформу снабжают стакан-корпусом в виде толстостенного полого цилиндра с закрытым верхним торцом, приваренным к опорному фланцу, регулятор жесткости изготавливают цилиндрической формы с шестигранным сечением под гаечный ключ в верхней его части с возможностью поворота, на внешней стороне нижней части регулятора жесткости нарезают резьбу для соединения со стакан-корпусом, который снабжают резьбовым соединением, путем нарезания резьбы в толще его стенки, при этом в качестве разгружающего упругого элемента используют упругую массивную вставку – демпфер, фиксируют его регулятором жесткости и защитным гофрированным резиновым пыльником, который устанавливают снаружи между регулятором жесткости и верхней платформой.
Демпфер изготавливают многокомпонентным из армированной резины или в виде резиновых оболочек, наполненных жидкостью. Для повышения эффекта виброизоляции нижнюю платформу с внешней стороны снабжают резиновыми вставками, а для надежной фиксации демпфера наружную часть дна стакан-корпуса нижней платформы изготавливают ребристой.
Сущность изобретения заключается в упрощении конструкции виброизолятора и в расширении его использования для оборудований и трубопроводов с различной массой, в том числе и с повышенной
Предложенный способ изготовления виброизолятора позволяет при его использовании регулировать параметры гашения вибраций, такие как степень виброизоляции и максимальная статическая нагрузка. В заявленном способе сложная автоматическая регулировка заменена на механическую; изменение зазора свободного хода позволяет достаточно широко изменять амплитуду перемещения  опорных фланцев – платформ виброизолятора относительно друг друга, увеличивая или уменьшая жёсткость соединения.
Устройство включает базовый металлический стакан-корпус нижней платформы. Отверстия на фланце нижней платформы позволяют производить крепление виброизолятора  на фундамент или иные конструкционные элементы. Диаметр отверстий выбирается в зависимости от объекта виброизоляции.
В толще стенки стакана-корпуса нарезают резьбу, которая обеспечивает плотное соединение с регулятором и удерживает регулятор на требуемом расстоянии. Верхняя часть регулятора имеет шестигранное сечение для гаечного ключа, посредством которого меняется величина зазора между ним и верхней платформой.
В центральной части виброизолятора между стакан-корпусом, регулятором и верхней платформой размещается массивная вставка – демпфер. Демпфер из полимерного материала представляет собой регулируемую по высоте и напряжению сжатия упругую вставку. Материал подбирается на основе деформационных свойств конкретного материала в зависимости от массы поддерживаемого оборудования. Демпфер изготавливают из вязко-упругого эластичного полимерного материала, например, из акрилонитрилбутадиенкаучука. В зависимости от нагрузок, допустимо использование в качестве демпфера многокомпонентных вставок из армированной резины для высоких нагрузок или наполненные жидкостью, например, водой, резиновые оболочки для лёгкого оборудования.
Для предотвращения загрязнения демпфера снаружи между регулятором и верхней частью верхней платформы устанавливают гофрированный резиновый пыльник, который закрепляют на регуляторе и верхней части верхней платформы с помощью соединительных элементов.
Изменение высоты свободного хода позволяет достаточно широко менять амплитуду перемещения частей виброизолятора относительно друг друга, вследствие чего демпфер изменяется в размерах, увеличивая или уменьшая жёсткость соединения виброизолятора и виброизолируемого оборудования (установок, трубопроводов). Так же при изменении величины зазора между металлическими элементами – верхней и нижней платформами виброизолятора меняется собственная частота колебания оборудования, установок, трубопроводов, что позволяет избежать появления резонансных режимов.
Заявленный способ достаточно простой в изготовлении конструкции может обеспечивать существенное снижение вибрации технологического оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем, имеющих различные весовые и геометрические характеристики. При этом работа виброизолятора, изготовленного предложенным способом, обеспечивает гашение вибраций в широком частотном диапазоне. Обеспечивается возможность подбора жёсткости демпфера для наиболее эффективного гашения колебаний оборудования и трубопроводов и предотвращения резонанса колебаний.
Технические характеристики виброизолятора, оборудования и трубопроводов:
10%
1. Рекомендуемая максимальная статическая нагрузка: F=2200 H
10%
2. Рекомендуемая минимальная статическая нагрузка: F=1000 Н
20%
3. Максимальная динамическая нагрузка при максимальной статической нагрузке: F=4300 H
20%
4. Максимальная динамическая нагрузка при минимальной статической нагрузке: F=2500 H
5. Статическая деформация демпфера 5:  s=3,7-7 мм
6. Длина демпфера 5: l=37-70 мм.
7. Частота колебаний виброизолируемого объекта при степени виброизоляции более 50%: 600-4000 1/мин.
На фигуре изображен виброизолятор, изготовленный предложенным способом, где приняты следующие обозначения: 1 – нижняя платформа; 2 – стакан-корпус; 3 – регулятор; 4 – верхняя платформа; 5 – демпфер; 6 – пыльник; 7 – болт.
Виброизолятор содержит стакан-корпус 2 нижней платформы 1, регулятор 3, верхнюю платформу 4, изготовленные из металла, демпфер 5, изготовленный из вязко-упругого эластичного полимерного материала, например, из акрилонитрилбутадиенкаучука, пыльник 6, выполненный из гофрированной резины, болт – 7 и крепёжные элементы (на фигуре не показаны), выполненные из металла.
Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Нижнюю платформу 1 изготавливают, например, круглой формы из металла. Опорный фланец нижней платформы 1 снабжают, например, при помощи сварных швов стакан-корпусом 2, изготовленным в виде толстостенного полого цилиндра с закрытым верхним торцом. В целях улучшения эффекта виброизоляции в опорном фланце нижней платформы 1 могут устанавливаться резиновые вставки. Толщина опорного фланца нижней платформы 1 может подбираться исходя из характеристик источника нежелательной вибрации и особенностей фундамента или другой опорной поверхности, на которые крепится виброизолятор, и в среднем составляет 15 см.
Стакан-корпус 2 выполнен в виде полого цилиндра с закрытым верхним торцом (в виде перевернутого стакана) и имеет резьбовое соединение, расположенное в толще стенки стакана-корпуса, для соединения с регулятором 3. Для лучшей фиксации демпфера 5 дно стакана-корпуса – внешняя сторона закрытого верхнего торца толстостенного полого цилиндра с выполнено ребристым. Внутри виброгасителя по центру, между нижней платформой 1 со стаканом-корпусом 2 и верхней платформой 4, устанавливают болт 7, который соединяет их между собой, проходит сквозь верхнюю платформу 4 наружу. Болт 7 жестко (например, посредством сварных швов) присоединяют к верхней части стакана-корпуса 2 (к дну), а верхнюю часть болта 7 выводят наружу за пределы верхней платформой 4 на высоту, необходимую для наиболее жесткого крепления к технологическому оборудованию, энергетическим установкам или трубопроводам. Крепежные элементы (на фигуре не показаны) крепятся к технологическому оборудованию, энергетическим установкам или трубопроводам с помощью резьбовых отверстий или специальной металлической вставки, в которой выполнены резьбовые отверстия и которая крепится к технологическому оборудованию, энергетическим установкам или трубопроводам, например, с помощью сварных швов.
Крепежные элементы (на фигуре не показаны), которыми снабжают нижнюю и верхнюю платформы позволяют соединить виброгаситель с технологическим оборудованием, энергетическими установками или трубопроводами, вибрацию которых необходимо снизить. Регулятор 3 имеет в верхней части шестигранное сечение для возможности поворота гаечным ключом, с помощью которого поворот регулятора позволят изменять величину зазора между ним и верхней платформой 4.
В центральной части виброгасителя между стакан-корпусом 2, регулятором 3 и верхней платформой 4 размещают массивную вставку - демпфер 5. Для предотвращения загрязнения демпфера 5 снаружи между регулятором 3 и верхней частью верхней платформы 4 устанавливают гофрированный резиновый пыльник 6, который закрепляют на регуляторе 3 и верхней части платформы 4 с помощью соединительных элементов (например, металлических креплений и резиновых жгутов). Положение резинового пыльника фиксируется за счет перемещения регулятора 3, на котором он закреплен.
Включение виброизолятора, изготовленного предложенным способом, в систему технологического оборудования, в энергетические установки и (или) в трубопроводы позволяет получить максимальные эффекты по снижению вибраций и пульсаций давления в источнике вибрации.
Виброизолятор, изготовленный предложенным способом, работает следующим образом. Вибрации, оборудования, установок или трубопроводов, образующиеся при их работе, передаются на виброизолятор и гасятся за счет передачи инерционных сил на демпфер 5, выполненный из вязко-упругого эластичного полимерного материала, например, из акрилонитрилбутадиенкаучука. Жесткость демпфера 5 регулируется регулятором 3. Изменение зазора свободного хода позволяет достаточно широко менять амплитуду перемещения частей виброизолятора относительно друг друга, увеличивая или уменьшая жёсткость соединения. Так при изменении величины зазора между стакан-корпусом 2 и демпфером 5 изменяется собственная частота колебания виброизолятора, что позволяет избежать совпадения частот и появления резонанса оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем. При этом работа устройства допускается в широком частотном диапазоне и обеспечивает большую вариативность возможной массы оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем, на которые устанавливается виброизолятор.
Виброизолятор крепится между твердой поверхностью и виброизолируемым объектом. Таким образом, вибрации оборудования, установок и присоединенных трубопроводных систем вибрации гасятся, а не передаются по полу и далее к другим элементам технологических установок.