ВИБРОИЗОЛЯТОР КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТИ
VIBRATION ABSORBER OF QUASI-ZERO STIFFNESS

Изобретение относится к области строительства и машиностроения, а именно к устройству виброзащиты объекта, оборудования, прибора с целью защиты данного прибора, оборудования, а также людей от динамического низкочастотного воздействия природного или техногенного происхождения. Применение виброизоляторов квазинулевой жесткости вызывается необходимостью защиты от низкочастотных колебаний с обеспечением крайне малой амплитуды колебаний виброизолированной массы в широком диапазоне ее статических перемещений.
Известен способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью по патенту RU №2298119 F16F7/08, 2005 г., состоящий из упругих элементов и вязкого демпфера для виброзащиты технологического оборудования.
Известны виброизоляторы квазинулевой жесткости, состоящие из нескольких групп пружин (грузовые и корректирующие), шарнирно соединенных с грузовой платформой, для виброзащиты от низкочастотных колебаний («Рекомендации по виброзащите несущих конструкций производственных зданий» ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. - М., 1988, стр.54-55).
Известны виброизоляторы квазинулевой жесткости со стержневыми корректорами жесткости и грузовыми линейными упругими элементами, применяемые для виброзащиты прецизионного оборудования от низкочастотных колебаний (а/с SU 281840 G01D 11/02, G01M 1/02, H04R 3/04).
Наиболее близкими к изобретению по технической сущности и достигнутому результату являются виброизоляторы квазинулевой жесткости со стержневыми корректорами жесткости и грузовыми линейными упругими элементами.
Недостатками известного виброизолятора с квазинулевой жесткостью, состоящего из упругих элементов и вязкого демпфера, являются:
- сложность изготовления конструкции виброизолятора;
- необходимость постановки не мене трех виброизоляторов под один виброизолируемый объект;
- невозможность применения для «чистых» производств в связи с наличием трения между упругими элементами виброизолятора и отсутствия изолирующих колпаков.
Недостатками известных виброизоляторов квазинулевой жесткости, состоящими из нескольких групп пружин, являются:
- технологическая сложность изготовления и тарировки всех групп пружин;
- конструктивная сложность обеспечения отсутствия упругих горизонтальных колебаний;
- невозможность применения для «чистых» производств в связи с высокими требованиями к чистоте и стерильности компонентов;
- высокая амплитуда колебаний виброизолированной массы, не удовлетворяющая требованиям по допускаемым амплитудам колебаний основания для большинства современных и перспективных типов прецизионного оборудования.
Недостатками известных виброизоляторов квазинулевой жесткости со стержневыми корректорами жесткости и грузовыми линейными упругими элементами являются:
- технологическая сложность изготовления и эксплуатации виброизолятора квазинулевой жесткости из набора пружин, особенно при использовании вертикальных и горизонтальных пружин различной жесткости;
- большой объем помещения, необходимый для установки виброизоляторов квазинулевой жесткости;
- невозможность применения виброизолятора квазинулевой жесткости при виброзащите прецизионного оборудования в «чистых» помещениях;
- малая вариация полезной массы, приходящейся на один виброизолятор квазинулевой жесткости;
- высокая амплитуда колебаний виброизолированной массы, не удовлетворяющая требованиям по допускаемым амплитудам колебаний основания для большинства современных и перспективных типов прецизионного оборудования.
Технической задачей изобретения является создание технологичного в сборке и разборке, экономически выгодного виброизолятора с большим диапазоном перемещений на участке с квазинулевой жесткостью, обеспечивающего эффективность, надежность, прочность и гибкость применения виброизолятора под различные типы прецизионного оборудования, при работе в условиях чистых производств, а также при динамических вертикальных и горизонтальных низкочастотных колебаниях основания природного или техногенного происхождения.
Поставленная задача решается за счет того, что корректоры жесткости выполнены из четного числа, предпочтительно восьми жестких стержневых элементов, расположенных в двух группах симметрично оси корректора, шарнирно закрепленных по концам на шарнирах с фторопластовыми втулками и связанных одной пружиной, работающей на растяжение с возможностью регулирования ее жесткости.
Может быть использовано нечетное число жестких стержневых элементов, расположенных в двух группах симметрично оси корректора.
Пружина корректора жесткости выполняется из одной или нескольких - четного или нечетного числа - длинных тонких стальных пластин, которые крепятся одним концом к базе виброизолятора, а другим к элементу корректора жесткости. Регулировка ее жесткости производится за счет второй линейной пружины, расположенной внутри крайнего элемента корректора жесткости, по его оси. Грузовая платформа, квадратного или прямоугольного очертания, поддерживается на четном числе, предпочтительно четырех тонких стойках, подобранных под вес виброизолируемой установки таким образом, что данная нагрузка является критической с точки зрения их потери устойчивости. Сечения стоек симметричны относительно двух осей, предпочтительно круглые.
Грузовая платформа может поддерживаться на нечетном числе, предпочтительно трех тонких стойках, сечения которых симметричны относительно двух осей, предпочтительно круглые. Данные стойки через передаточную платформу, квадратного или прямоугольного очертания, подсоединяются к центральному штоку, который шарнирно висит на центральном элементе корректора жесткости снизу, тем самым обеспечивая его устойчивость. Универсальность применения данного виброизолятора квазинулевой жесткости обеспечивается применением хотя бы одной грузовой пружины с подстроечным винтом большого хода.
Может использоваться нечетное число, предпочтительно три, грузовых пружины, расположенных симметрично вертикальной оси корректора жесткости.
Может использоваться нечетное число, предпочтительно пять, грузовых пружин, четное число которых, предпочтительно четыре, расположены симметрично вертикальной оси корректора, а одна - строго по его оси.
Может использоваться четное число, предпочтительно четыре, грузовых пружины, расположенных симметрично вертикальной оси корректора жесткости.
Надежность и безопасность расположенного на виброизолированной площадке оборудования обеспечивается установкой на стойках корректора упругих прокладок, обеспечивающих мягкую посадку грузовой платформы при незапланированном превышении штатной нагрузки на виброизолятор и возврат в исходное положение, как только незапланированная нагрузка будет снята.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в создании для защиты высокотехнологичного прецизионного оборудования от низкочастотных колебаний природного или технологического происхождения эффективного, надежного, технологичного и компактного виброизолятора квазинулевой жесткости, благодаря применению которого:
- задача комплексной виброзащиты прецизионного оборудования и человека как от вертикальных, так и от горизонтальных низкочастотных колебаний природного или техногенного происхождения решается путем применения всего одной пружины в каждой целевой группе - в корректоре жесткости и грузовом упругом элементе;
- обеспечивается универсальность применения виброизолятора квазинулевой жесткости при изменении веса виброизолируемого прецизионного оборудования;
- значительно упрощается процесс микроподстройки виброизолятора квазинулевой жесткости при изменении веса виброизолируемого прецизионного оборудования;
- упрощается процесс производства виброизоляторов за счет организации производства узкой номенклатуры простых в изготовлении типовых элементов и последующей сборки и разборки соответствующего виброизолятора на месте установки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, приведенными на фиг.1-11.
На фиг.1 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, в котором в качестве упругих элементов для корректора жесткости и грузового элемента применяется хотя бы одна линейная пружина 1,2. Корректор жесткости состоит из трех элементов - левого элемента корректора жесткости 4, центрального 4, правого 5 и восьми рычагов 6, размещенных в четырех группах симметрично оси корректора, с двумя элементами в каждой группе, шарнирно соединенных с держателями с использованием в шарнирах фторопластовых втулок 7. Регулировка корректора жесткости осуществляется изменением натяжения пружины 8, расположенной внутри правого элемента корректора жесткости 5, с помощью регулировочного болта 9, посаженного на шпильку 10.
На фиг.2 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сверху. Виброизолируемое оборудование монтируется на грузовую платформу 11. Вся установка опирается на основную платформу 12 с регулирующими ножками 13.
На фиг.3 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе вид сбоку. Грузовая платформа 11 соединена с использованием четного числа - четырех стоек 14 кругового сечения с передаточной платформой 15, которая через шток 16 шарнирно крепится к центральному элементу корректора жесткости 3. Грузовая пружина 2 зажимается между верхней тарелкой 17 и нижним подстроечным винтом 18, который осуществляет ее регулировку.
На фиг.4 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сверху, с применением в качестве грузового упругого элемента трех линейных пружин.
На фиг.5 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сверху, с применением в качестве грузового упругого элемента пяти линейных пружин, одна из которых расположена соосно вертикальной оси виброизолятора, а четыре остальных - симметрично относительно вертикальной оси виброизолятора.
На фиг.6 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сверху, с применением в качестве грузового упругого элемента четырех линейных пружин, расположенных симметрично вертикальной оси виброизолятора.
На фиг.7 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сбоку, с применением двенадцати рычагов корректора жесткости, размещенных в четырех группах симметрично оси корректора, с тремя элементами в каждой группе.
На фиг.8 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сзади, с применением в качестве упругого элемента корректора жесткости двух длинных тонких пластин, закрепленных одним концом на базе виброизолятора, а другим - на элементе корректора жесткости.
На фиг.9 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сзади, с применением в качестве упругого элемента корректора жесткости трех длинных тонких пластин, закрепленных одним концом на базе виброизолятора, а другим - на элементе корректора жесткости.
На фиг.10 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сверху, с применением квадратной грузовой и передаточной платформ и четырех стоек кругового сечения.
На фиг.11 изображен виброизолятор квазинулевой жесткости в сборе, вид сверху, в котором нагрузка с грузовой платформы передается на передаточную через три стойки кругового сечения или сечения, симметричного относительно двух осей.
Сборка виброизолятора квазинулевой жесткости состоит в последовательном соединении в процессе монтажа элементов один за другим так, чтобы рычаги корректора жесткости 6 были плотно закреплены в шарнирах с фторопластовыми втулками 7 на элементах корректора жесткости: центральном 3, левом 4, правом 5, а грузовая платформа 11, закрепленная на стойках 14, была посажена на передаточную платформу 15. В процессе сборки передаточная платформа 15 должна быть прикреплена к вертикальному штоку 16, а грузовая пружина 2 быть сжатой между тарелкой 17 и подстроенным винтом 18. Для осуществления регулировки упругого элемента корректора жесткости 1 необходимо закрепить шпильку 10 в левом элементе корректора жесткости 4, пропустить сквозь центральный элемент корректора жесткости 3 и закрепить на правом элементе корректора жесткости 5. Затем вставить пружину 8 в правый элемент корректора жесткости 5 и прижать ее болтом 9, посаженным на шпильке 10. Выверка установки виброизолятора в горизонтальной плоскости после сборки осуществляется регулировочными ножками 13.