ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ РУКОЯТКА

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты рук от воздействия вибрации.
В металлургической, судостроительной, машиностроительной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности имеется большое число работающих, использующих высокоскоростные ручные машины и транспортные средства. В настоящее время более 70 профессий, связанных с работой в условиях интенсивных вибраций.
Наряду с совершенствованием ручных машин снижение вредного воздействия вибрации на человека возможно и за счет специальных средств защиты рук, например, виброизолирующих рукояток. Сложность проблемы при разработке конструкции виброизолирующей рукоятки заключается в том, что на руки оператора одновременно воздействуют вибрационные нагрузки в широком диапазоне частот.
Например, в лесной и деревообрабатывающей промышленностях при работе оператора с бензиномоторной пилой в зависимости от режима работы (холостой ход на раскряжевке, раскряжевка, валка леса) на руки оператора воздействуют вибрационные нагрузки в диапазоне частот 30-1000 Гц.
В настоящее время для обеспечения снижения уровня вибрации на руки оператора используют рукоятки из эластичных материалов. Известны рукоятки руля двухколесного транспортного средства, выполненные из эластичных материалов (патент Франции, №1398909, кл. В 62 К, 1964). Специальная форма и свойства материала рукоятки обеспечивают удобство удержания руля. Однако такие рукоятки практически не защищают руки водителя от вибрации и ударов, возникающих при движении транспортного средства.
Известна также рукоятка, выполненная из эластичного материала и имеющая замкнутую внутреннюю полость, образованную внутренними и наружными стенками рукоятки (патент США №3713350, кл. 74-55/.9, 1973). Эта рукоятка частично защищает ладонную часть руки от ударов и возможных защемлении. Однако не может обеспечивать эффективной защиты рук от вибрации.
Известна рукоятка руля двухколесного транспортного средства (СССР, а.с. №592659, кл. В 62 К 21/26, 1978), выполненная из эластичного материала и имеющая замкнутую внутреннюю полость, образованную внутренними и наружными стенками
рукоятки. В данной конструкции рукоятки с целью виброзащиты рук, внутри замкнутой полости на внутренней стенке рукоятки выполнены продольные выступы, имеющие наклонные боковые поверхности и расположенные с зазором относительно наружной стенки рукоятки. Гашение вибрации осуществляется за счет деформирования продольных уступов. Так как сами выступы имеют строго определенные геометрические параметры, то и гашение вибрации осуществляется только на тех частотах, при которых выступы максимально деформируются. Таким образом, основным недостатком данной конструкции рукоятки является гашение вибрации в узком диапазоне частот.
Как видно из приведенных выше конструкций наружная и внутренняя поверхность рукоятки выполнены в виде простых цилиндрических поверхностей и предназначены в основном для транспортных средств.
Однако в горно-рудной, строительной, металлообрабатывающей, лесной и деревообрабатывающей промышленности широко используются ручные виброгенерирующие инструменты, такие как: пневматические зубила, трамбовки, отбойные молотки, дрели, бензо- и электропилы и т.д. В данных ручных инструментах рукоятки управления, как правило, имеют сложную геометрическую форму, адаптирующуюся к кисти руки оператора, охватывающей рукоятку, по типу «пистолетной».
Известна ручка руля велосипеда-вседорожника производства АО «Велта» г.Пермь (чертеж РВР 000001), принятая авторами за прототип. Ручка руля выполнена из интегрального пенополиуретана и имеет сложную форму наружной поверхности, адаптирующуюся к кисти руки. В поперечном сечении ручка имеет форму овала, при этом на наружной поверхности выполнено большое количество поперечных сквозных отверстий и углублений овальной формы. Такая конструкция ручки обеспечивает виброзащиту рук в широком диапазоне частот. Однородная микроячеистая структура интергрального пенополиуретана обеспечивает эффективное гашение вибрации на высоких частотах, большое количество на наружной поверхности ручки поперечных отверстий и углублений овальной формы предназначены для гашения вибрации на низких частотах. Основным недостатком ручки является ее исключительно сложная форма, что существенно затрудняет процесс ее изготовления.
Целью настоящей полезной модели является устранения указанных недостатков и создание конструкции с наружной поверхностью по форме хорошо адаптирующейся к кисти руки оператора, в которой, также как и в прототипе.
осуществляется эффективное гашение вибрации в широком диапазоне частот, но при этом рукоятка имеет простую конструкцию.
Предложенная конструкция рукоятки выполнена из эластичного материала, например, полиуретана, содержащего полимерную основу и изолированные друг от друга газовые ячейки разных диаметров, суммарный объем которых составляет 55%-60% от объема рукоятки при этом ее внутренняя и наружная поверхности выполнены в форме призмы, основание и вершина которой имеют форму трапеций разных площадей. На фиг.1 изображена предложенная конструкция рукоятки, имеющая газовые ячейки 1 и полимерную основу 2.
Основное гашение вибрации осуществляется в самой рукоятке за счет внутреннего трения в полимерной основе вязкоупругого материала рукоятки и за счет совершения работы деформирования оболочек внутренних газовых ячеек, при воздействии вибрационной нагрузки. Таким образом, в предложенной конструкции рукоятки совмещаются два механизма рассеивания вибрационной энергии. Наличие в рукоятке газовых ячеек разных диаметров определяет их разные соответственные резонансные частоты от 30 Гц до 1000 Гц. В результате этого обеспечивается эффективное снижение уровня вибрации в широком диапазоне частот.
На основе многочисленных экспериментальных данных по результатам испытания предложенной конструкции рукоятки на вибростенде в широком диапазоне частот колебаний авторами было установлено, что большое значение на эффективность виброгашения оказывает соотношение суммарного объема газовых ячеек к объему рукоятки.
При суммарном объеме газовых ячеек менее 55% от объема рукоятки резко падают вибропоглощающие свойства рукоятки, так как малое количество газовых ячеек приводит к снижению величины рассеивания вибрационной энергии за счет работы деформирования их оболочек от воздействия вибрационной нагрузки. В данном случае вибропоглощение осуществляется только за счет внутреннего трения в полимерной основе вязкоупругого материала рукоятки. При суммарном объеме газовых ячеек более 60% от объема рукоятки существенно ухудшаются вязкоупругие свойства рукоятки. Уменьшение вязкостных свойств полимерной основы материала рукоятки связано с общим уменьшением ее массы, в результате чего происходит снижение величены рассеивания вибрационной энергии за счет внутреннего трения в полимерном материале рукоятки. Кроме того, при суммарном объеме газовых ячеек более 60% от объема рукоятки существенно уменьшаются толщины перегородок между газовыми ячейками, что приводит к ухудшению упругих свойств рукоятки. В
результате этого при работе за счет силового обжатия рукой оператора рукоятки происходит продавливание полимерного материала рукоятки, смыкание оболочек газовых ячеек и как следствие снижение величины рассеивания вибрационной энергии за счет работы деформирования оболочек от воздействия вибрационной нагрузки.
Исполнение наружной поверхности рукоятки в форме призмы, основание и вершина которой имеют форму трапеций разных площадей (фиг.2 - вид по А на фиг.1, фиг.3 - вид по А на фиг.1) обеспечивает удобство удержания руля или рамы управления рукой оператора, что в конечном итоге обеспечивает хорошую управляемость виброинструмента или машины при работе. Кроме того, внутренняя поверхность рукоятки, выполненная также в форме призмы, основание и вершина которой имеют форму трапеций разных площадей повышает надежность соединения рукоятки с рулем или рамой управления виброинструмента (машины) и исключает ее сдвиг и прокручивание относительно продольной оси.
В настоящее время проведены многочисленные стендовые испытания предложенной конструкции рукоятки на вибростенде ST-5000/3000/. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 16519-78 «Машины ручные. Методы измерения вибрационных параметров», достигнуто двукратное гашение вибрации (до 6 Дб) в октавных полосах рабочих частот: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.