ВИБРОЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
VIBRATION ISOLATION SYSTEM WITH CONTROLLED PARAMETERS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах вибрационной защиты оборудования, приборов и аппаратуры, в том числе в системах защиты от ударов человека-оператора на сидениях строительно-дорожных и транспортных машин.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести виброзащитную систему с регулируемыми параметрами по патенту РФ №2440523 (прототип), содержащую пружину с положительной жесткостью и дополнительный упругий элемент в виде вращающихся масс. Вращение масс вокруг вертикальной оси создает центробежные силы, обеспечивающие изменение суммарной жесткости устройства. Вращение масс создает «отрицательную» жесткость, которая зависит от угловой скорости вращения. Упругие дополнительные устройства представлены в виде отдельных масс, соединенных шарнирно с помощью рычагов с основанием и объектом защиты с возможность создания центробежных инерционных сил вращения, вокруг вертикальной оси.
К недостаткам виброзащитной системы с регулируемыми параметрами можно отнести сложность настройки процесса и необходимость обеспечения вращения дополнительных масс вокруг вертикальной оси с применением источников энергии, а также сравнительно невысокую эффективность виброзащитной системы за счет отсутствия демпфирования в системе.
Технический результат - повышение эффективности виброзащитной системы за счет увеличения демпфирования в системе.
Это достигается тем, что в виброзащитной системе с регулируемыми параметрами, содержащей блок регулировки колебаний рычажной системы, установленный между объектом защиты и основанием, пружину и шарнирно-рычажный механизм из двух звеньев, который одним концом соединен в центральном шарнире, к которому также закреплена дополнительная масса, при этом фиксируются показания акселерометров и с помощью блока управления настраивается угол между рычагами, изменяя массу виброзащитной системы и обеспечивая настройку режимов работы виброзащитной системы, пружина, расположенная между объектом защиты и основанием, выполнена в виде пружины со встроенным демпфером, содержащая 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, зазоры, в первой части винтовой пружины, выполняют с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, зазоры, в первой части винтовой пружины, выполняют с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, 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 фиг. 1 показана схема виброзащитной системы с регулируемыми параметрами, на фиг. 2 показаны амплитудно-частотные характеристики в зависимости от выбора параметров виброзащитной системы, на фиг. 3 - вариант выполнения пружины 2.
Виброзащитная система с регулируемыми параметрами включает в себя объект защиты 1, пружину 2, рычаги 3 и 4, ползуны 5 и 6, блок управления 7, силовые коммуникации 8, акселерометры 9 и 10, дополнительную массу 11, основание 12.
Введены следующие обозначения: М - масса объекта защиты 1; к - жесткость пружины 2; l - длина рычагов 3 и 4; у - обобщенная координата относительно неподвижного базиса; z - кинематическое возмущение; α и β - углы расположения звеньев 3 и 4; m - дополнительная масса 11. Внешнее воздействие носит кинематический характер - основание колеблется по известному закону (движение принято гармоническим).
Виброзащитная система с регулируемыми параметрами работает следующим образом. Между основанием и объектом защиты устанавливается пружина 2. Параллельно пружине устанавливают шарнирно-рычажный механизм из двух звеньев с установленной в центральном шарнире дополнительной массой 11, которая, в отличие от прототипа, совершает не вращательное движение вокруг неподвижной точки, а поступательное, изменяя свое положение при движении звеньев. Движение рычагов и дополнительной массы осуществляют за счет блока управления и ползунов. Режим работы виброзащитной системы контролируют через блок управления информации, совмещенный с блоком управления. Через основание 12 и пружину 2 на объект защиты 1 передаются колебания. Акселерометры 9 и 10 определяют частоту внешнего воздействия и амплитуды колебаний объекта защиты 1 и передают значения в блок управления 7 через силовые коммуникации 8. Блок управления 7 настроен на установленный диапазон частот внешнего воздействия и амплитуд колебаний объекта защиты 1 для работы виброзащитной системы в заданном режиме. В случае выхода значений частоты внешнего воздействия и амплитуды колебаний объекта защиты 1 за установленные пределы, блок управления 7 дает команду ползунам 5, 6 на перемещение по рычагам 3, 4 и смещение дополнительной массы 11.
При изменении углов расположения рычагов 3,4 и дополнительной массы 11 создаются дополнительные инерционные силы, что существенным образом меняет вид амплитудно-частотных характеристик, определяющих режим работы виброзащитной системы.
На фиг. 2 изображены зависимости (кривые 1 и 3) изменения амплитуды колебаний от частоты внешнего воздействия в пределах от 0 до 150 Гц. При этом, изменяя углы установки рычажного механизма, получено три режима работы виброзащитной системы: кривая 13 - система имеет резонанс, после которого амплитуда колебаний стремится к нулю; кривая 14 - в системе наблюдаются резонанс и эффект динамического гашения (частота динамического гашения 32 Гц), затем амплитуда снизу устремится к конечному пределу; кривая 15 - проявляется резонанс, после чего амплитуда колебаний стремится сверху к такому же значению, что и на кривой 2.
На фиг. 3 изображен вариант выполнения пружины 2, расположенной между объектом 1 защиты и основанием 12 и выполненной в виде пружины со встроенным демпфером, продольный разрез.
Пружина со встроенным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 18 и 19 со встречно направленными концами 21 и 20 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 16 и 17 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 18 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 19 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 21 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 20, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 17, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).
В полости второй части 19 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 18 пружины, зазоры 22 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 18 и 19 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 22 сегментного профиля контактирующих частей 18 и 19 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 5 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 22 сегментного профиля контактирующих частей 18 и 19 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 18 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 23 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 18 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 23 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, 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
Пружина со встроенным демпфером работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 16 и 17 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.