ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ СИСТЕМА КОЧЕТОВА
KOCHETOV'S VIBRATION INSULATING SYSTEM

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для виброизоляции технологического оборудования со смещенным центром масс, например станки токарной группы, ткацкие станки, платформы вентиляционных агрегатов и др.
Известно применение пружинных упругих элементов для виброизоляции технологического оборудования в текстильной промышленности [1, 2, 3, 4]. Расчеты показывают высокую эффективность пружинных упругих элементов в системах виброизоляции, при этом испытания в реальных фабричных условиях подтверждают их эффективность при высокой надежности и простоте обслуживания.
Однако для снижения низкочастотных колебаний требуется существенная высота пружин.
Известно применение пружинных виброизоляторов [5, 6] с маятниковым подвесом, в которых используется система виброизоляции подвесного типа с пружинным упругим элементом.
Недостатком такого типа виброизоляторов с маятниковым подвесом является их большой габарит по высоте, так как они относятся к категории подвесных виброизолирующих систем, где габаритные размеры по высоте не ограничены, а для опорных систем виброзащиты требуются сравнительно небольшие габариты по высоте.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом по патенту РФ №2269699 [7] (прототип), содержащий винтовую цилиндрическую пружину, нижний торец которой опирается на верхний фланец корпуса и взаимодействующую с маятниковым механизмом, который выполнен в виде резьбового стержня с гайками на концах и опорными шайбами, опирающимися на резиновые упругие элементы, выполняющие функции упругого шарнира, причем верхний резиновый упругий элемент расположен между верхним фланцем пружины и опорной шайбой, а нижний - между опорной шайбой и плитой, на которой крепится виброизолируемое оборудование.
Недостатком известного устройства является сравнительно невысокая эффективность на резонансе из-за отсутствия демпфирования колебаний.
Технический результат - повышение эффективности виброизоляции в резонансном режиме.
Это достигается тем, что в виброизолирующей системе, содержащей, по крайней мере, четыре виброизолятора, установленных на основании и жестко связанных посредством болтов с опорной платформой для установки виброизолируемого оборудования, причем каждый из виброизоляторов состоит из основания и маятникового подвеса, выполненного в виде резьбовой шпильки, соединенной одним концом с опорным рычагом для крепления виброизолируемого оборудования, а другим - с упорной шайбой и гайкой, связанной со втулкой, соединенной с кольцом, в которую упирается верхний фланец упругого элемента, помещенного в защитный кожух, а основание каждого из виброизоляторов выполнено коробчатым, включающим в себя горизонтальные опорные пластины, связанные вертикальными перегородками, а каждый из упругих элементов виброизолятора выполнен в виде вибродемпфирующей пружины, содержащей корпус из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, например из полиэтилена, при этом поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадает с осью витков корпуса, при этом центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, который выполнен сплошным.
На фиг.1 представлена общая компоновочная схема предлагаемой виброизолирующей системы, на фиг.2 - фронтальный разрез виброизолятора, на фиг.3 - фронтальный разрез цилиндрической вибродемпфирующей пружины.
Виброизолирующая система (фиг.1) содержит, по крайней мере, четыре виброизолятора 4, установленных на основании 1 и жестко связанных посредством болтов 5 с опорной платформой 3 для установки виброизолируемого оборудования 2. Каждый из виброизоляторов выполнен в виде упругого элемента 6 и маятникового подвеса 7.
Каждый из виброизоляторов 4 (фиг.2) состоит из основания и маятникового подвеса 7, выполненного в виде резьбовой шпильки 11, соединенной одним концом с опорным рычагом 8 для крепления виброизолируемого оборудования 2, а другим - с упорной шайбой 12 и гайкой 10, связанной со втулкой 13, соединенной с кольцом 14, в которую упирается верхний фланец упругого элемента 9, помещенного в защитный кожух 15. Основание каждого из виброизоляторов выполнено коробчатым, включающим в себя горизонтальные опорные пластины 16 и 18, связанные вертикальными перегородками 17.
Каждый из упругих элементов 9 виброизолятора выполнен в виде вибродемпфирующей пружины (фиг.3), содержащей корпус 19, выполненный из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором, по крайней мере, одна дополнительная упругая стальная трубка 21, а в зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент 20, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. При этом поверхности корпуса 19, дополнительной упругой стальной трубки 21 соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов 20 и 22, а их оси совпадает с осью витков корпуса. Центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу 19, расположен винтовой упругий стержень 23, который может быть выполнен также как корпус и дополнительные упругие стальные трубки полым, как показано на чертеже, либо сплошным (на чертеже не показано). Фрикционные элементы 20 и 22 могут быть выполнены трубчатыми, как показано на чертеже, при этом иметь либо сплошную структуру, например из полиэтилена, как элемент 22, либо комбинированную, как элемент 20, например из полиэтилена с вкраплениями гранул из вибродемпфирующего материала. Возможен вариант, когда фрикционный элемент выполнен в виде гранулированной засыпки из вибродемпфирующего материала (на чертеже не показано).
Возможен вариант, когда винтовой упругий стержень 23, выполнен в виде винтовой пружины с шагом, меньшим на 5÷10% шага винтовой линии корпуса 19, для создания натяга, обеспечивающего функциональное назначение фрикционных элементов 20 и 22.
Виброизолирующая система работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта 2 пружина 9 воспринимает вертикальные нагрузки, ослабляя тем самым динамическое воздействие на перекрытия зданий. Горизонтальные нагрузки воспринимаются маятниковым подвесом, выполненным в виде резьбовой шпильки 11, соединенной одним концом с опорным рычагом 8 для крепления виброизолируемого объекта 2, а другим - с упорной шайбой 12 и гайкой 10. За счет такой схемы выполнения маятникового подвеса обеспечивается дополнительная пространственная виброизоляция оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем координатным осям х, у, z и поворотным колебаниям вокруг этих осей).
Вибродемпфирующая пружина работает следующим образом.
При малых амплитудах колебаний, когда большое затухание нежелательно, рассеиваемая энергия за счет сухого трения между стальной трубкой и фрикционным элементом будет невелика. При больших амплитудах колебаний, особенно при резонансах, демпфирование увеличивается из-за относительного перемещения стальных трубок и фрикционного элемента. Во время длительной работы пружинного амортизатора с большими амплитудами затухание возрастает, так как фрикционный элемент при повышении температуры расширяется в замкнутом объеме в несколько раз больше, чем сталь, увеличивая тем самым давление на стенки стальных трубок, в результате чего возрастает сухое трение и колебания быстро прекращаются.
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.
Источники информации
1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с.: стр.120, рис.5.6; стр.287, рис.П.Y.15.
2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с.: стр.59, рис.3.1; стр.61, рис.3.4а; рис.3.5.
3. Кочетов О.С. Виброизоляторы типа «ВСК-1» для ткацких станков // Текстильная промышленность. - 2000, №5. С.19…20.
4. Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №8, 2009, стр.32-37.
5. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Пружинный виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2279589. Опубликовано 10.07.06. Бюллетень изобретений №19.
6. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Виброизолирующая система // Патент на изобретение №2279586. Опубликовано 10.07.06.
7. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. Виброизолятор с маятниковым подвесом // Патент на изобретение №2269699. Опубликовано 10.02.06. Бюллетень изобретений №4.