ВИБРОУСПОКОИТЕЛЬ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
HORIZONTAL VIBRATION DAMPER

Изобретение относится к виброуспокоителям горизонтальных колебаний и может быть использовано в любой области, например в судостроении, авиастроении, атомной энергетике, энергомашиностроении, автомобилестроении для защиты различных объектов от вибрации, ударов и сотрясений.
Известны виброуспокоители, например упоры, описанные в Югославском журнале «BRODOGRANDIA XXX» №5 за 1982 год, с.263 [1].
Недостатки упоров:
1. Сила предварительного натяжения в прутке во время работы двигателя не регулируется (механические упоры);
2. Сложность конструкции, высокая стоимость изготовления и эксплуатации (гидравлический упор);
3. Недостаточная приспособляемость к деформациям судовой конструкции и узкий диапазон регулировки жесткости, а в случае аварии такие упоры не сохранят двигатель от повреждения (фрикционный упор).
Известен также виброуспокоитель - упор поперечного крепления верхней части двигателя по патенту РФ №2047505, кл. В60К 5/12, F16F 7/14, 1995 г. [2], содержащий тягу из двух швеллеров, которая одним концом через две пары фрикционных пластин, вибродемпфирующий элемент, выполненный в виде втулки, установленной в проушину с помощью крепежных средств, соединяется с двигателем, а другим концом - с платформой (пиллерс, шпангоут и т.д.) конструкции. Последний отличается от первого тем, что вместо отверстий, выполненных в узлах, выполнены пазы.
Вибродемпфирующие втулки, установленные в отверстия проушин, создают акустические барьеры (мостики) между проушинами и шпильками крепления узла - фрикционного элемента с тягой упора.
Чувствительный узел, например, со стороны двигателя, главным образом, способствует уменьшению амплитуд низко- и среднечастотных вибраций, а со стороны крепления к платформе, во-первых, позволяет упору приспособляться к деформациям корпуса судна и, во-вторых, предотвращает повреждение двигателя в случаях аварии судна. Сила трения регулируется стягиванием болта.
Недостатками упора являются:
1. Неуниверсальность по применению для других двигателей;
2. Ограниченный диапазон регулирования;
3. Работоспособность только в поперечном направлении, ограниченном возможностью деформации;
4. Низкая способность по обеспечению эффективности противоударной защиты;
5. Снижение вибрации в узком диапазоне эксплуатационных частот.
Изобретение направлено на усовершенствование известных виброуспокоителей горизонтальных колебаний (далее виброуспокоитель) верхней части двигателя внутреннего сгорания.
Техническим результатом данного изобретения являются:
1. Возможность варьирования и регулировки упругих и демпфирующих характеристик виброуспокоителя;
2. Пространственность работы упругих и демпфирующих элементов виброуспокоителя, то есть работа на сжатие, растяжение, сдвиг, излом и кручение;
3. Обеспечение одновременно как виброизолционной, так и противоударной защиты, то есть уменьшение воздействия на источник вибрации, например судовой двигатель ударных сотрясений, приходящих от корпуса судна;
4. Эффективность вибрационной защиты в широком диапазоне эксплуатационных частот (многочастотность виброуспокоителя).
Указанные отличительные особенности достигаются тем, что:
1. Виброуспокоитель содержит регулируемое упругодемпфирующее устройство с буфером и регулируемую составную тягу;
2. Составная тяга содержит ведущую и ведомую части, удлиненную гайку с контргайками, при этом ведущая часть соединена с одной стороны с источником вибрации, а с другой - с удлиненной гайкой, ведомая часть тяги с одной стороны соединена с удлиненной гайкой, а с другой стороны - с подвижным упорным фланцем упругодемпфирующего устройства;
3. Упругодемпфирующее устройство состоит из демпфирующего и упругого элементов;
4. Демпфирующее устройство выполнено из дугообразных отрезков стального троса, изогнутых по гиперболе к оси упругодемпфирующего устройства, концы которых направлены и закреплены непосредственно или прижимными кольцами к периферии его опорных фланцев;
5. Упругий элемент выполнен из пружин с регулируемыми средствами, состоящими из тарелок, винтов с контргайками.
При этом упомянутый упругий элемент упругодемпфирующего устройства выполнен: из цилиндрических, или конических, или концентрических пружин; комбинированным из цилиндрических одинарных и концентрических пружин; комбинированным из цилиндрических одинарных, концентрических и конических пружин в различных сочетаниях; с различными диаметрами проволок, количеством и шагами витков.
Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид виброуспокоителя, а на фиг.2 - вид виброуспокоителя сверху - по А-А (на фиг.1).
Обозначения деталей и узлов
Фиг.1 - Общий вид виброуспокоителя.
Фиг.2 - Вид виброуспокоителя сверху - по А-А (на фиг.1).
1 - ведущая часть составной тяги;
2 - ведомая часть составной тяги;
3 - удлиненная гайка;
4, 5 - контргайки;
6 - фланец ведомой части составной тяги;
7 - средство крепления тяги к источнику вибрации, например верхней части двигателя за турбокомпрессором;
8 - источник вибрации;
9 - корпусная конструкция или набор (пиллерс, шпангоут и т.д.);
10 - средство крепления ведомой части составной тяги к упругодемпфирующему устройству;
11 - упругий элемент, выполненный из пружин с регулируемыми средствами (16, 19, 20);
12 - демпфирующий элемент, выполненный из дугообразных отрезков стального троса, изогнутых по гиперболе к оси упругодемпфирующего устройства;
13 - подвижный фланец;
14 - неподвижный фланец;
15 - неподвижные опорные тарелки;
16 - подвижные опорные тарелки;
17 - прижимное кольцо;
18 - винты;
19 - регулировочный винт пружины 11;
20 - контргайка регулировочного винта 19;
21 - средство крепления неподвижного фланца 14 упругодемпфирующего устройства;
22 - буфер.
Отверстия, каналы, резьбы и т.п.
В - сварка, или литье, или прессование;
С, D - концы демпфирующего канатного элемента 12;
Е - кольцевая поверхность неподвижного фланца;
F, G - полукруглые радиальные пазы;
Н - радиальные отверстия, в которых установлены концы С тросовых элементов 12 и закреплены сваркой В или литьем, или прессованием;
J, K - правая резьба на ведущей 1 части составной тяги и левая резьба на ведомой 2 части составной тяги;
М-N - ось пружин 11;
0 - углубление тарелки 16 пружины 11.
Виброуспокоитель горизонтальных колебаний содержит регулируемое упругодемпфирующее устройство с буфером и регулируемую составную тягу.
Составная тяга содержит ведущую 1 и ведомую 2 части, удлиненную гайку 3 с контргайками 4, 5, при этом ведущая часть 1 соединена с одной стороны крепежным средством 7 с источником вибрации 8, а с другой - с удлиненной гайкой 3, ведомая часть тяги 2 с одной стороны соединена с удлиненной гайкой 3, а с другой стороны - с подвижным упорным фланцем 13 упругодемпфирующего устройства.
Упругодемпфирующее устройство состоит из упругого 11 и демпфирующего 12 элементов, подвижного 13 и неподвижного 14 упорных фланцев. Неподвижный упорный фланец непосредственно упирается в корпусную конструкцию или в набор 9 (пиллерс, шпангоут и т.д.).
Упругий элемент 11 выполнен из пружин с регулируемыми средствами, состоящими из подвижных 15 и неподвижных 16 тарелок, винтов 19 с контргайками 20. Неподвижный упорный фланец 14 крепится к корпусной конструкции или набору 9 (пиллерс, шпангоут и т.д.) с помощью крепежного средства 21.
Демпфирующий элемент 12 выполнен из дугообразных отрезков стального троса, изогнутых по гиперболе к оси упругодемпфирующего устройства, концы В, D которых направлены и закреплены непосредственно или прижимными кольцами 17 к периферии его опорных фланцев 13, 14. Между упорными фланцами 13 и 14 расположен буфер 22.
Упомянутый упругий элемент 11 упругодемпфирующего устройства выполнен из цилиндрических, или конических, или концентрических пружин; комбинированным из цилиндрических одинарных и концентрических пружин; комбинированным из цилиндрических одинарных, концентрических и конических пружин в различных сочетаниях; с различными диаметрами проволок, количеством и шагами витков.
Упорные фланцы 13, 14 могут быть выполнены с кольцевой поверхностью Е или и полукруглыми радиальными пазами F, число которых равно количеству отрезков троса, и соответствующим прижимным кольцом 17 с радиальными пазами G или с радиальными отверстиями Н, в которых установлены концы С тросовых элементов 12 и закреплены сваркой В, или прессованием, или литьем.
Концы D в пазах F, G на фиг.1 закреплены прижимным кольцом 17 и винтами 18.
Предварительное регулирование характеристик виброуспокоителя осуществляется с помощью тяги, для чего тяга выполнена составной с правой и левой резьбовой нарезкой на противоположных концах J, K, которые жестко соединены и фиксированы удлиненной гайкой 3 и контргайками 4, 5, а тачная регулировка - с помощью регулирующих средств 16, 19, 20 пружины 11.
Винты 19 установлены в резьбовых отверстиях, расположенных по осям M-N пружин 11. Положение тарелки 16 фиксируется торцом винта 19 в углублении 0.
На фиг.1, 2 изображены, например, восемнадцать отрезков троса 12 и столько же пружин 11. В вибродемпфирующем устройстве конструктивно объединены упругие пружины 11 и демпфирующие - тросовые 12 элементы.
По сравнению с резиновыми упругими элементами пружинные обладают значительно большим ресурсом работы, их упругие характеристики меньше зависят от внешних условий (температуры, влажности и т.п.), имеют широкий диапазон жесткости, не способны к деформациям ползучести, однако не обладают демпфирующим эффектом. Эффект демпфирования обеспечивают тросовые элементы 12. Рабочие части отрезков троса обладают требуемой несущей способностью и большим демпфированием. В процессе нагружения они испытывают деформации изгиба, кручения и сжатия. Хорошо противостоят вибрационным и линейным перегрузкам, выдерживают многократные удары высокой интенсивности длительностью 0,05-0,1 с. Имеют поглощающую способность, близкую к пружинам, а по рассеивающей - превосходят МР (металлическая резина). С увеличением массы защищаемого объекта или амплитуды возмущения резонансная частота тросовых элементов 12 и вибродемпфирующего устройства в целом уменьшается.
Таким образом, сочетание в вибродемпфирующем устройстве двух типов (пружины - трос) элементов способствует обеспечению суммарного эффекта устройства. Другая важная особенность заключается в возможности регулировки характеристик не только благодаря предусмотренной составной конструкции тяги, но главное в возможности регулировки натяжения упругих элементов, особенно пружин 11. Кроме того, благодаря возможности размещения достаточно большого количества пружин 11 между опорными фланцами 13, 14, часть из них может быть установлена без натяжения, а часть с натяжением, или все без натяжения, или все с натяжением и т.д. при условии соблюдения симметричности нагружения по кругу.
Последняя особенность позволяет существенно изменить: во-первых, характеристики виброуспокоителя, во-вторых, обеспечить его работу для различных объектов в зависимости от характера работы их в условиях эксплуатации: состояния, например, моря, поведения судна (крен, дифферент, ударные явления, при ледовых условиях, штормах и т.д.).
Исходя из этих особенностей виброуспокоитель обеспечивает нормальную и безаварийную работу судового дизеля (главного или вспомогательного).
Возможность регулировки элементами 3, 4, 5 тяги 1, 2 и 19, 20 позволяет обеспечивать достижение оптимального эффекта работы виброуспокоителя для конкретного режима и условия эксплуатации, а также возможность применения этого же упора для других двигателей или любых других объектов с аналогичной проблемой без существенных - особых переделок.
Если упор предусмотрен только с одной стороны дизеля, то предпочтительно в некоторых случаях использование двух виброуспокоителей. Целесообразность этого варианта заключается в том, что при вибросмещениях, направленных к двигателю, упругодемпфирующее устройство слева от корпусной конструкции 9 работает относительно пассивно, т.е. уменьшается натяжение пружин 11 или пружины разгружаются, а тросовые элементы «выпрямляются», в то время как упругодемпфирующее устройство справа включается активно в работу, т.е. происходит сжатие пружин 11 и тросовых отрезков 12.
При вибросмещениях, направленных от двигателя, происходит обратный механизм действия, чем и обеспечивается более эффективное виброгашение. Если упор предусмотрен с двух сторон дизеля, то для каждого упора предусматривается одно упругодемпфирующее устройство.
При работе двигателя колебательная энергия через тяги 1, 2 с элементами 3, 4, 5 отражается пружинами 11, а необратимое превращение энергии механических колебаний за счет гистерезисного трения в тепло - упругими тросовыми элементами 12.
Для проверки эффективности регулировки упругодемпфирующего устройства и тяги в целом можно использовать, например, электронный или механический виброметры. Последний, как обычно, на каждом судне имеется, и обслуживающий персонал применяет их для контроля вибрационного состояния дизельной или иной судовой установки.
Буфер 22 упругодемпфирующего устройства (фиг.1) обеспечивает одновременно как вибрационную, так и противоударную защиту.
Упругодемпфирующее устройство в отдельности может быть также использовано в качестве боковых и торцевых упоров подмоторных рам, например, дизель-генераторов, а также опорных виброизоляторов в любой области техники.
Источники информации
1. «BRODOGRANDIA XXX» №5 за 1982 год, с.263 (Югославский журнал).
2. Упор поперечного крепления верхней части двигателя. Патент РФ №2047505, кл. В60К 5/12, F16F 7/14, 1995 г. (прототип).