СПОСОБ ДВУХКАСКАДНОЙ АМОРТИЗАЦИИ ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МАШИН
METHOD OF TWO-STAGE AMORTISATION OF MACHINE SUPPORT STRUCTURES

Предлагаемый способ относится к машиностроению и, в частности, к судостроению, а именно к способам снижения уровней вибрации судовых машин, механизмов и оборудования.
Известны способы виброизоляции при помощи амортизаторов и амортизирующих опор (Патент №2313704, кл. F16F 9/10 от 09.06.2006) [1] и (Патент №2307267 от 28.03.2006) [2], которые заключаются в использовании жидкости, перетекание которой из одной полости в другую обеспечивает гидродинамический виброгасящий (диссипативный) эффект амортизатора. Однако указанный способ не использует массовые свойства жидкости.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ создания амортизирующей системы путем крепления вибрирующих объектов (машин, механизмов, оборудования) к корпусным конструкциям судна через опорные амортизирующие элементы (амортизаторы) различных конструкций. Указанный способ предложен в ряде изобретений (AC SU 1388618 A1, F16F 15/00 от 15.04.88, Бюл.14 [3] и AС SU 1719743 A1, F16F 15/00 от 15.03.92, Бюл. №10 [4]). Как показывает практика, наибольшую эффективность на судах демонстрирует двухкаскадная система амортизации. В случае ее применения амортизируемый объект (двигатель, механизм, оборудование) при помощи опорных амортизаторов первого каскада крепится к промежуточной опорной раме, которая, в свою очередь, через амортизаторы второго каскада - к палубе, платформе или днищу судна. Однако указанный способ не обеспечивает эффективное гашение колебаний в широком спектре частот. Кроме того, спектр собственных частот, сформированной подобным образом колебательной системы, оказывается исключительно плотным. Поэтому серьезным аспектом проблемы снижения вибрационной активности объекта при устройстве амортизации становится явление резонанса. В этой связи дополнительные промежуточные конструктивные элементы, включаемые в состав двухкаскадной амортизирующей системы, могут ухудшать вибрационную обстановку, поскольку они могут, при изменении частоты возмущающих нагрузок, становиться критичными виброактивными (резонирующими) элементами. Проблему можно решить путем создания двухкаскадной виброизоляции с изменяемыми характеристиками, способной обеспечить существенное снижение уровней вибрации опорной системы в широком диапазоне частот.
Основной целью предлагаемого способа является повышение эффективности двухкаскадной виброизоляции объекта в широком диапазоне частот вынуждающих внешних нагрузок.
Поставленная цель достигается тем, что в промежуточной опорной раме, работающей в составе системы двухкаскадной амортизации, создается внутренняя полость, которая заполняется жидкостью с элементами, увеличивающими ее плотность. По существу речь идет о включении в систему амортизации вместо промежуточной опорной рамы герметичной металлической (либо композитной) емкости, заполненной жидкостью. В качестве варианта предлагается изготовление объемной сварной рамы, например, из швеллеров (или толстых плит), герметизированной сверху и снизу пластинами для образования внутренних пустот (объемов), заполняемых жидкостью.
Эффект от модернизации опорной рамы в системе амортизации связан с особенностями физико-механических свойств жидкости, имеющей несоизмеримые по величине модули объемной упругости и сдвига. Жидкость как специфическая сплошная среда слабо сопротивляется сдвиговым деформациям (вращениям), вследствие чего ее влияние на конструкцию проявляется всегда в резонансе и в противофазе по отношению к внешней нагрузке. Результатом становится значительный демпфирующий эффект, возрастающий с ростом объема и плотности (массы) жидкости. Используемая для гашения вибрации системы жидкость, вследствие своих инерционных и специфичных упругих свойств, способна оказывать существенное влияние на весь частотный спектр, а также на уровни колебаний конструкции в целом.
Усиление эффекта виброгашения может быть достигнуто за счет помещения в жидкость элементов, увеличивающих ее объемную массу. В качестве таких элементов может быть использована, например, тяжелая металлическая дробь. Последнюю заключают в сферическую оболочку - контейнер, изготовленный из легкого прочного материала, например из пластмассы. Выталкивающая сила, действующая в жидкости на контейнер с дробью, уменьшает (компенсирует) его силу тяжести (но не массу). Наиболее целесообразно использование жидкости с большим удельным весом, например глицерина и т.п.
Использование контейнеров служит также средством уменьшения габаритных размеров промежуточной опорной рамы при необходимости сохранения оптимальной ее массы.
Двухслойная структура оболочки контейнера улучшает его эксплуатационные качества. Внешний (скользкий) тонкий слой изготавливают из шумопоглощающего износостойкого материала (например, из резины или пластмассы). Внутренний слой должен быть изготовлен из достаточно прочного материала для того, чтобы предотвратить разрушение оболочки дробью (в качестве материала наполнителя может служить, например, пористая пластмасса). Для уменьшения уровня шума, возникающего в результате трения контейнеров внутри опорной рамы, ее внутренние поверхности покрывают слоем шумопоглощающего водостойкого материала (например, резины, пластмассы).
Способ осуществляют следующим образом.
Для снижения уровня вибрации, передаваемой на корпус судна со стороны виброактивного объекта (работающей машины, оборудования, механизма), осуществляемого посредством двухкаскадной системы амортизации, во внутренние полости промежуточной опорной рамы закачивается жидкость. Для усиления эффекта во внутренних полостях рамы в необходимом количестве предварительно (на этапе изготовления) размещаются тяжелые элементы. Последние представляют собой шары, изготовленные из тяжелого материала, например свинца. Элементы размещают внутри шарообразных пластиковых контейнеров, частично компенсирующих в жидкости силу тяжести. После размещения указанных элементов рама окончательно герметизируется накладными листами. Последующую закачку (откачку) жидкости осуществляют через специальные патрубки при помощи гидронасоса. После закачки патрубки герметизируют заглушками. Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства двухкаскадной амортизации опорных связей, элементы которой изображены на фиг.1, 2, 3, где на:
фиг.1 показан внешний вид конструкции двухкаскадной амортизации;
фиг.2 приведен поперечный разрез модернизированной промежуточной опорной рамы;
фиг.3 приведен поперечный разрез контейнера с тяжелым элементом.
Устройство двухкаскадной амортизации включает: вибрирующий объект (машину, механизм, оборудование) 1, устанавливаемый на палубу (платформу, днище) корпуса судна 2 через два каскада амортизирующих элементов (амортизаторов) 3, промежуточную опорную раму 4 с внутренними полостями, образованными верхними 5 и нижними 6 накладными листами для закачки жидкости 7 и размещения тяжелых элементов 8. Для закачки (откачки) жидкости внутрь опорной рамы предусматриваются специальные впускной 9 и выпускной 10 патрубки и отверстия 14 для перетока жидкости из одной полости в другую. Каждый тяжелый элемент (контейнер) имеет внешнюю 11 и внутреннюю оболочку 12, внутрь которой помещена дробь 13.
Таким образом, предложен способ, применение которого позволит осуществлять эффективную виброизоляцию опорных конструкций судовых машин, механизмов и оборудования на различных режимах их работы, а также повысить надежность конструкции, улучшить условия обитаемости в прилежащих помещениях судна. Предлагаемый способ может быть применен для снижения виброактивности других судовых конструкций, например подводных крыльев (крыльевых стабилизаторов движения).
Возможность эффективного снижения уровня вибрации с помощью предлагаемого способа расширит область допустимых параметров и конструктивных материалов, анализируемых в процессе проектной оптимизации конструкций. При этом появится возможность принятия новых проектных решений, для которых вибрация оказывается главным сдерживающим фактором.
Источники информации
1. Патент №2313704, кл. F16F 9/10 от 09.06.2006.
2. Патент №2307267 от 28.03.2006.
3. A.c. SU 1388618 A1, F16F 15/00 от 15.04.88, Бюл.14.
4. A.c. SU 1719743 A1, F16F 15/00 от 15.03.92, Бюл. №10.