ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ КАНАТНЫЙ ВИБРОИЗОЛЯТОР
CYLINDER ROPE DAMPER

Изобретение относится к средствам защиты от вибрации, ударов, сотрясений и может быть использовано в любой области техники.
Известны цилиндрические канатные виброизоляторы [1. А.с. СССР №1588938, кл. F16F 7/14, 1990. Виброизолятор], содержащие упругий элемент в виде стального каната, навитого по спирали, первую и вторую опорные монолитные или сборные пластины с цилиндрическими отверстиями, причем через эти отверстия пропущены витки упругого элемента.
Наиболее близким техническим решением является цилиндрический канатный виброизолятор [2. Патент РФ №2185548, кл. F16F 7/14 20.07.2002. Бюл. №2. Цилиндрический тросовый виброизолятор (прототип)].
Существенным недостатком известных виброизоляторов является ограниченный срок службы, особенно при длительном воздействии ударов и сотрясений. Они вызывают обрыв проволок каната непосредственно в торцевых фасках отверстий под канат. Это объясняется тем, что при ударах и сотрясениях стальной канат, резко изгибаясь, в районе торцевых фасок увеличивает силу контакта проволок с острием фаски, что приводит к накоплению усталостных напряжений проволок, появлению в них остаточных деформаций и в итоге к обрыву проволок. Срок службы таких виброизоляторов для объектов, находящихся при эксплуатации под постоянным воздействием ударов и сотрясений, весьма ограничен.
Кроме того, в известных виброизоляторах одного варианта витки (или полувитки) выполнены по спирали, а по другому варианту витки (или полувитки) выполнены противоположно направленными друг другу под одинаковым углом наклона относительно вертикальной центральной оси виброизолятора. Причем в виброизоляторах, выполненных по второму варианту, в центральной части одной из опорных планок стальной канат размещается в двух смежных отверстиях, образовывая квазискобу.
Недостатком этих известных виброизоляторов является то, что жесткости по соответствующим осям отличаются существенно. Данный недостаток также не обеспечивает надежность работы виброизолятора в условиях воздействия удара или сотрясения не только в вертикальном, но и в любых направлениях.
Техническим результатом данного изобретения является обеспечение надежности работы, т.е. увеличение срока службы виброизолятора.
Указанный технический результат достигается тем, что:
к
1. Радиус витка или полувитка упругого канатного элемента выполнен в (8÷20) раз больше диаметра каната d, т.е.
B
к
R=(8÷20)d
2. Торцевые фаски отверстий (вход и выход) или канавок, через которые проходят витки стального каната, выполнены закругленными в виде диффузоров, имеющих конфигурацию реактивного сопла с плавным криволинейным расширением радиуса R, равного
к
R=(0,25÷1)d.
к
3. Длина L, равная средней цилиндрической части отверстия или канавки, связана с диаметром каната d формулой
к
L=(0,25÷3)d.
4. Расстояния между поперечными отверстиями в опорных пластинах, через которые пропущены витки, выполнены, по крайней мере, неодинаковыми, и как следствие, по крайней мере, неодинаковы углы наклона и количество полувитков относительно опорных пластин.
5. Минимальное расстояние Imin между смежными поперечными отверстиями или канавками в опорных пластинах, через которые пропущены витки, равно
к
Imin=(1,5÷2)d.
П
6. Перпендикулярно поверхностям опорных пластин выполнены отверстия под средство крепления объекта с диаметром, по крайней мере, равным (0,2÷0,7) от ширины В пластины, т.е.
П
В=(0,2÷0,7)В.
7. Количество отверстий В под средство крепления, по крайней мере, одно для верхней опорной пластины и два для нижней опорной пластины.
8. Цельные опорные элементы со стороны наружной горизонтальной плоскости симметрично поперечной оси цилиндрического отверстия под канат выполнены с углублением, по крайней мере, в виде поперечных пазов или конусной, цилиндрической, сферической формы. Поперечные пазы выполнены также окнами, по крайней мере, щелевой формы.
Указанные особенности (пп.1-7) обеспечивают надежную фиксацию стального каната в поперечных отверстиях опорных планок (пп.3, 5), крепления виброизолятора перпендикулярными отверстиями опорных планок с одной стороны к виброизолируемому объекту, а с другой - к основанию (п.6).
Выполнение полувитков виброизолятора под разными углами наклона относительно опорных пластин обеспечивает высокую устойчивость и эффективную сейсмоударовиброзащиту (пп.4, 5). Это подтверждается особенностью деформации и напряженности каждого полувитка стального каната упругого элемента, опорных пластин виброизолятора с особенностями углов наклона полувитков и расположения крепежных отверстий.
На фиг.1-4 изображены цельные опорные пластины виброизолятора.
На фиг.5 и 6 изображена сборная опорная пластина, состоящая из наружной (фиг.5) и внутренней - прижимной (фиг.6) пластин.
На фиг.7-10 изображен цилиндрический канатный виброизолятор, где на фиг.7 - вид сбоку; фиг.8 - вид поперечного разреза; фиг.9 и 10 - виды снизу и сверху соответственно.
На фиг.11-14 изображены примеры цилиндрических канатных виброизоляторов с особенностями углов наклона полувитков и расположения крепежных отверстий.
На фиг.15-21 изображены примеры цилиндрических канатных виброизоляторов с канатной квазискобой в центре опорных пластин виброизолятора, с особенностями углов наклона полувитков и расположения крепежных отверстий.
На фиг.22 изображена форма витка канатного упругого элемента в ненагруженном состоянии, а на фиг.23, 24 - при соприкосновении и максимальном удалении опорных пластин при действии удара в соответствующих направлениях.
Цельные опорные элементы фиг.1-4, 8-10 со стороны наружной горизонтальной плоскости симметрично поперечной оси цилиндрического отверстия А (фиг.1-4) под канат выполнены с углублением, по крайней мере. в виде поперечных пазов F, G (фиг.2), К (фиг.3) или конусной Е (фиг.1), цилиндрической М (фиг.4), сферической J (фиг.3) формы. Поперечные пазы F, G (фиг.2) выполнены так же окнами, по крайней мере, щелевой формы Н (фиг.2).
На фиг.25 представлена типичная нагрузочная характеристика «сила - деформация» канатного виброизолятора: 1 - касательная, определяющая жесткость и собственную частоту виброизолятора, 2 - участок малой жесткости, 3 - максимально допустимое перемещение.
Цилиндрический канатный виброизолятор содержит первую и вторую опорные пластины 1 и 2, упругий элемент 3 в виде стального каната (фиг.7-21). Первая и вторая опорные пластины 1 и 2 выполнены по одному варианту цельными, представленными на фиг.1-4, а по другому варианту - сборными, состоящими из двух половин, одна половина - наружная пластина представлена на фиг.5 и другая половина - внутренняя прижимная пластина представлена на фиг.6. В представленных на фиг.8-21 примерах выполнения цилиндрических виброизоляторов опорные пластины могут быть как цельными, так и составными.
Значение величины радиуса витка или полувитка виброизоляторов (фиг.7-21)
В
к
R=(8÷20)d
и техническое решение по форме выполнения отверстий А (фиг.1-6, 8) под стальной канат 3 (фиг.8) обоснованы на основе статических и динамических испытаний, а также опыта их применения [3-5].
Торцевые фаски отверстий или канавок, через которые проходят витки стального каната, выполнены закругленными в виде диффузоров (фиг.1, 3, 4-6, 8) D, имеющих конфигурацию сопла С (фиг.1, 3, 4-6, 8, 22, 24), с плавным криволинейным расширением радиуса R
к
R=(0,25÷1)d
и длиной L, равной средней цилиндрической части отверстия или канавки, и связанной с диаметром каната формулой
к
L=(0,25÷3)d.
Закругления торцевых частей отверстий или пазов в виде диффузоров, имеющих конфигурацию сопла, могут быть выполнены, например, фасонной фрезой [6].
Характеристика цилиндрического канатного виброизолятора не линейна (фиг.25), его жесткость зависит от приложенного усилия. Основные свойства цилиндрического канатного виброизодятора характеризуются двумя участками. На начальном участке (участок «вибрация» - малые смещения) виброизолятор обладает достаточно большой жесткостью. С ростом амплитуды воздействия жесткость виброизолятора уменьшается, вследствие чего его собственная частота все более понижается. При ударной нагрузке начальной перемещение велико (участок «удар», фиг.23-25), поэтому жесткость виброизолятора мала и за счет значительной деформации происходит поглощение энергии. Когда ход сжатия виброизолятора достигает приблизительно 75% его номинальной высоты, жесткость снова начинает возрастать (фиг.25). Однако к этому моменту ускорение удара уже уменьшилось и большая часть энергии удара поглотилась (рассеялась). В отличие от виброизоляторов других типов у канатного виброизолятора диссипативная характеристика более равномерна во всем диапазоне допустимых деформаций, что позволяет эффективно снижать нагрузки до требуемых пределов.
Колебательная энергия от лапы виброизолируемого объекта передается через первую опорную пластину 1 (фиг.7-10) виткам 3 упругого элемента. За счет трения между стальными жилами каната происходит рассеяние колебательной энергии и снижение передачи усилий через вторую опорную пластину 2 на фундамент (участок «вибрация», фиг.25).
При ударах (фиг.23, 24) происходит резкий изгиб каната непосредственно в торцевых фасках отверстий (вход и выход) под канат.
Однако в отличие от аналогов [1-4] в предлагаемом виброизоляторе благодаря закруглениям в виде диффузора, имеющего конфигурацию реактивного сопла с плавным криволинейным расширением радиуса R, обеспечивается плавное радиальное соприкосновение по определенной площади. Поэтому снижается склонность накопления усталостных напряжений проволок и появления в них остаточных деформаций.
Благодаря предложенным схемам ориентаций витков упругого элемента относительно планок и в пространстве с учетом числа витков, описанным выше другим особенностям и представленным на фиг.1-21, виброизолятор обладает достаточной устойчивостью в горизонтальной плоскости.
Учитывая эффективность виброударозащиты, простоту конструкции и технологичность изготовления, надежность и долговечность - срок службы 10 и более лет, виброизолятор является полезным.
Источники информации
1. А.с. СССР №1588938, кл. F16F 7/14, 1990. Виброизолятор
2. Патент РФ №2185548, кл. F16F 7/14, 20.07.2002. Бюл. №2. Цилиндрический тросовый виброизолятор (прототип).
3. Минасян М.А. Опыт практического использования спирального тросового виброизолятора в судовых условиях / Двигателестроение, 1996 г., №2.
4. Минасян М.А. Виброизоляция дизель-генератора ДГА 50-9, смонтированного на спиральных тросовых виброизоляторах типа СТВ-22-/Двигателестроение, 1997 г., №3, с.19-21.
5. Минасян М.А. Амортизация судовых механизмов, приборов и аппаратуры тросовыми и комбинированными виброизоляторами // Судостроение, 2004, №1, с.39-43.
6. Справочник машиностроителя. Под ред. Сатель Э.А. Том 5, книга II. М.: Машиностроение, 1964 (стр.555 - основные виды фасонных фрез).