ВИБРОИЗОЛИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ
VIBRATION-INSULATED FOUNDATION

Изобретение относится к средствам защиты от вредного влияния вибрации и может быть использовано в строительстве, в частности в устройствах виброизолированных фундаментов под машины и оборудование с динамическими нагрузками.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолированный фундамент, включающий ванну, размещенный в ней с зазором относительно стенок и днища фундаментный блок и виброизоляторы в виде установленных на днище ванны подпружиненных катковых опор и прикрепленных к ним нижними концами наклонных стержней, на верхние концы которых оперт фундаментный блок по а.с. СССР №1434037, E02D 27/44 (прототип).
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность виброизоляции за счет невысокого демпфирования в системе.
Технический результат - повышение эффективности гашения колебаний и снижение динамических нагрузок на нижнее строение фундамента.
Это достигается тем, что в виброизолированном фундаменте, включающем ванну, размещенный в ней с зазором относительно стенок и днища фундаментный блок и виброизоляторы в виде установленных на днище ванны подпружиненных катковых опор и прикрепленных к ним нижними концами наклонных стержней, на верхние концы которых оперт фундаментный блок, фундаментный блок оперт на верхние концы стержней свободно, его нижняя поверхность в зоне контакта со стержнями выполнена с цилиндрическими выемками, образующая каждой из которых ориентирована горизонтально и перпендикулярно соответствующему стержню, а катковые опоры соединены между собой пружиной и со стороны, обращенной к стенкам ванны, оснащены буферными элементами, при этом нижняя кромка каждой выемки фундаментного блока выполнена с упором и к верхней ее кромке прикреплена одним концом дополнительная пружина, другой конец которой соединен с верхним концом соответствующего стержня, а суммарная жесткость дополнительных пружин меньше жесткости основной пружины, основная пружина, связывающая между собой катковые опоры, выполнена в виде цилиндрической пружины, которая состоит из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, мас.%:
смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных
смол в соотношении 1:(0,2-1,0)
28÷34
волокнистый минеральный наполнитель, содержащий
стеклоровинг или смесь стеклоровинга и
базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0)
12÷19
графит
7÷18
модификатор трения, содержащий технический углерод
в виде смеси с каолином и диоксидом кремния
7÷15
баритовый концентрат
20÷35
тальк
1,5÷3,0
На фиг. 1 изображен виброизолированный фундамент, общий вид, на фиг. 2 - вариант выполнения основной пружины 9.
Виброизолированный фундамент состоит из ванны 1, блока 2, размещенного с зазором относительно стенок и днища ванны 1, виброизоляторов в виде установленных на днище ванны катковых подпружиненных опор 3 и наклонных стержней 4, на верхние концы которых оперт фундаментный блок 2. Нижние концы наклонных стержней 4 шарнирно прикреплены к соответствующим катковым опорам 3. В нижней части фундаментного блока выполнены радиусные выемки 5 с соответствующими опорными поверхностями 6. Оси выемок расположены перпендикулярно направлению перемещения катковых опор 3. В нижней части выемки ограничены упорами 7.
Наклонные стержни 4 своими свободными концами размещены в соответствукщих радиусных выемках 5 блока 2, контактируют с их опорными поверхностями 6 и подпружинены дополнительными пружинами 8 в направлении уменьшения угла их наклона относительно вертикали. Катковые опоры 3 связаны между собой основной пружиной 9, жесткость которой превышает суммарную жесткость пружин 8, и имеют на торцах буферные элементы 10 для взаимодействия со стенками ванны 1.
Виброизолированный фундамент работает следующим образом.
Под действием горизонтальных нагрузок катковые опоры 3, связанные между собой основной пружиной 9, перемещаются по дну ванны 1, при этом наклонные стержни 4, поворачиваясь в радиусных выемках 5, растягивают на определенную длину, соответствующую усилию нагрузки, пружины 8. При превышении нагрузки пружины 8 максимально растягиваются и стержни 4 доходят до упоров 7. После этого начинает растягиваться основная пружина 9.
При значительных горизонтальных колебаниях объекта или резком вертикальном ударе катковые опоры упруго соприкасаются со стенками ванны через буферные элементы 10, предотвращая удары.
Конструкция виброизолированного фундамента обладает повышенными защитными свойствами к виброударным нагрузкам благодаря наличию трех ступеней виброзащитного каскада: пружин, соединяющих блок с наклонными стержнями: пружины, соединяющей катковые опоры, и буферных элементов на катковых опорах. Кроме того, вследствие разной жесткости этих каскадов снижается собственная частота колебаний системы в вертикальном направлении, что улучшает виброизолирующие свойства фундамента при динамических нагрузках.
Использование виброизолированного фундамента дает социальный эффект, заключающийся в снижении уровня вибрации строительных конструкций в цехах, оздоровлении условий труда.
Возможен вариант выполнения основной пружины 9, связывающей между собой катковые опоры 3, в виде цилиндрической пружины со встроенным демпфером сухого трения (фиг. 2), которая содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 13 и 14 со встречно направленными концами 16 и 15 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 11 и 12 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 13 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 14 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 16 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 15, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 12, загерметизирован, например, при помощи резьбовой пробки (на чертежах не показана).
В полости второй части 14 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 13 пружины, зазоры 17 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 13 и 14 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 15 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 17 сегментного профиля контактирующих частей 13 и 14 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 13 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 18 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».
Зазоры в первой части 13 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 18 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (не показано).
Возможен вариант, когда зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении,  мас.%:
смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных
смол в соотношении 1:(0,2-1,0)
28÷34
волокнистый минеральный наполнитель, содержащий
стеклоровинг или смесь стеклоровинга и
базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0)
12÷19
графит
7÷18
модификатор трения, содержащий технический углерод
в виде смеси с каолином и диоксидом кремния
7÷15
баритовый концентрат
20÷35
тальк
1,5÷3,0
Цилиндрическая пружина со встроенным демпфером сухого трения работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 11 и 12 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.
Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, Y, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.