ПОДВЕСКА КАБИНЫ БУРОВОГО СТАНКА
CABIN SUSPENSION OF DRILLING TOOL

Предлагаемое изобретение относится к подвескам кабин машин, испытывающих вибрацию в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также угловые колебания, например, кабины буровых машин. Для снижения вибрации при бурении крепких пород используют различные способы виброизоляции, а именно: кабину устанавливают на домкратах и отделяют от машинного отделения, применяют устройства, в которых используются пневмогидравлические амортизаторы или инерционные свойства упругих элементов, например, пружины или опоры из резинокордных оболочек.
2
Известен буровой станок (АС СССР №688610, М. Кл. E21C 1/00, Публ. 30.09.79. Б. №36), содержащий раму, домкрат горизонтирования, опорную траверсу, кабину машиниста. Колебания рамы бурового станка, возникающие при бурении, не поступают на переднюю часть кабины машиниста из-за наличия зазора между траверсой и рамой. За счет выполнения связи кабины машиниста с домкратом горизонтирования снижается исходный уровень возмущающего воздействия практически во всем диапазоне частот.
Известно устройство для гашения колебаний (полезная модель №133232 U1, МПК F16F 7/10; F16F 15/04, Публ. 10.10.2013. Б. №28) которое содержит опорную пружину, дополнительную массу, звенья кинематической пары, при этом объект защиты снабжен опорой в виде звена, жестко закрепленного одним концом на объекте защиты, другим концом звено шарнирно опирается на плечо рычага, имеющего в средней части точку опоры, на другом плече рычага расположена дополнительная масса с возможностью перемещения вдоль оси рычага. Рычаг расположен горизонтально. Опора объекта защиты в виде звена закреплена в средней части объекта защиты. Объект защиты имеет одну степень свободы.
3
Прототипом предлагаемого изобретения может служить подвеска кабины землеройно-транспортной машины (А.С. СССР №815171, М. Кл. E02F 9/16, Публ. 23.03.8, Б. №11), позволяющая снижать вибрацию в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Подвеска состоит из телескопических стаканов, в виде наружных и внутренних цилиндров в которых закреплены пружины с демпферами. Наружные стаканы жестко связаны с кабиной, а внутренние шарнирно связаны с рамой посредством шаровых опор. На сопряженных поверхностях цилиндров телескопического стакана выполнены направляющие, в которых размешены тела качения. Подвеска кабины, согласно описанию изобретения, обеспечивает эффективную защиту от вибраций в горизонтальной и вертикальной плоскостях в диапазоне частот от 1 Гц и выше. Из описания и рисунков можно сделать вывод, что пружины с демпферами обеспечивают амортизацию по вертикали, но горизонтальные колебания гасят недостаточно.
Техническая задача предлагаемого изобретения - устранение вибрации кабины при различных по частоте и амплитуде колебаниях относительно вертикальной, продольной и поперечной осяй кабины посредством размещения виброопор и демпферов симметрично относительно центра тяжести, а также независимого подбора жесткости пружин виброопр и параметров демпферов подвески.
Задача решается выполнением подвески кабины бурового станка состоящей из виброопор, включающих цилиндрические пружины, и демпферов, установленных на раме бурового станка, причем подвеска выполнена в виде двух пар виброопор и двух пар демпферов размещенных симметрично относительно центра тяжести кабины на углах одного из нижних ребер кабины и углах диагонально противоположного ему верхнего ребра. Цилиндрические пружины виброопор установлены на стержни с опорными фланцами, которые жестко крепятся к раме, между пружинами и стержнями установлены эластомерные буферы. Демпферы крепятся наклонно к вертикальной, продольной и поперечной осям кабины, причем проекции демпферов на горизонтальную плоскость симметричны относительно центра тяжести кабины.
Между опорными фланцами стержней, на которые установлены пружины виброопор, и рамой размещены регулировочные прокладки на упругих подложках.
Виброизоляцию, устранение жесткой связи между источником возбуждения вибрации и защищаемым объектом, обеспечивают две пары виброопор, содержащие цилиндрические пружины. Физико-механические свойства и геометрические характеристики цилиндрических пружин рассчитаны и эмпирически подобраны таким образом, что их продольная и поперечная жесткости создают заданную степень вибропоглощения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а их размещение на углах диагонально противоположных ребер кабины симметрично относительно ее центра тяжести исключает вращательные колебания относительно вертикальной, продольной и поперечной осей.
Для вертикальной ориентации виброопор пружины установлены на стержни с опорными фланцами, жестко закрепленными на раме. Эластомерные буферы между пружинами и стержнями, на которых они установлены, смягчают удары пружин о стержни предотвращая износ и разрушение виброопор при высоких и неоднородных нагрузках во время эксплуатации горной техники.
Демпферы, установленные на раме бурового станка, ограничивают амплитуду колебаний виброопор в резонансной зоне. Наклонное положение демпферов позволяет распределить степень демпфирования между трехмерными колебаниями пропорционально углам наклона к вертикальной, продольной и поперечной осям кабины.
Размещение демпферов наклонно к вертикальной, продольной и поперечной осям кабины при том, что их проекции на горизонтальную плоскость симметричны относительно центра тяжести кабины, позволяет стабилизировать систему в трехмерной системе координат.
Регулировочные прокладки, размещенные между опорными фланцами и рамой, компенсируют погрешности симметричного расположения виброопор относительно центра тяжести кабины и относительно друг друга, а упругие подложки под регулировочными прокладками служат для гашения высокочастотных колебаний.
На фиг. 1 схематически изображен общий вид бурового станка где рама 1, кабина 2, виброопоры 3, демпферы 4 состоят из гидравлического цилиндра со штоком (на фигуре не показано). Полузаштрихованной окружностью отмечен здесь и далее центр тяжести кабины 2.
Фиг. 2 - увеличенное изображение кабины 2, установленной посредством виброопор 3, демпферов 4 на раму 1.
Фиг. 3 - схема размещения виброопор 3 и демпферов 4 на ребрах кабины 2 относительно центра тяжести кабины.
Фиг. 4 - виброопора 3 в разрезе, установленная, например, между нижним ребром кабины 2 и рамой 1. Виброопора 3 состоит из пружины 5, которая установлена на стержне 6 с опорным фланцем 7, между стержнем 6 и пружиной 5 размещены эластомерные буферы 8. Опорный фланец 7 установлен на регулировочных прокладках 9 под которой находится прокладка гашения высокочастотных колебаний 10.
Виброизоляция кабины оператора при использовании предлагаемой подвески осуществляется следующим образом. При работе бурового станка колебания рамы 1 передаются кабине 2 (фиг. 1 и 2) через расположенные симметрично относительно центра тяжести кабины 2 виброопоры 3 с демпферами 4. Виброопоры 3, воспринимают горизонтальные и вертикальные колебания пружинами 5, причем вертикальная жесткость пружин 5 подбирается, исходя из частоты вынужденных колебаний в вертикальной плоскости, а горизонтальная жесткость - исходя из частоты вынужденных колебаний в горизонтальной плоскости. Виброопоры 3 расположены таким образом, что линии соединяющие точки опоры диаметрально противоположных пружин 5 пересекаются в центре тяжести кабины 2.
Демпферы 4 (фиг. 3) одним концом шарнирно закреплены на раме машины 1, а другим - на кабине 2 и расположены так, что линии, соединяющие их точки крепления к кабине 2, пересекаются в центре тяжести кабины. Друг относительно друга демпферы 4 ориентированы таким образом, что их проекции на горизонтальную плоскость центрально симметричны. Для предотвращения угловых колебаний кабины 2 демпферы 4 должны обеспечивать одинаковое демпфирование при выдвижении и втягивании штока.
Величины демпфирования регулируются независимо углами наклона демпферов.
Таким образом нейтрализуется вибрация кабины бурового станка при переменных по частоте и амплитуде колебаниях в вертикальной и горизонтальной плоскостях в процессе эксплуатации горной техники и снижается вредное воздействие вибрации на оператора.