ВИБРОИЗОЛИРУЩИЙ ФУНДАМЕНТ С ИНЕРЦИОННЫМИ МАССАМИ
VIBRATION-INSULATING FOUNDATION WITH INERTIAL MASSES

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, содержащий ванну, размещенный в ней с зазором относительно стенок и днища фундаментный блок, шарнирно соединенный с виброизоляторами, установленными в днище ванны, по патенту РФ №2281999, E02D 27/44 (прототип).
Недостатками прототипа являются: сравнительно невысокая эффективность пространственной виброизоляции и сложность конструкции за счет применения катковых опор.
Технический результат - повышение эффективности гашения колебаний и снижение динамических нагрузок на нижнее строение фундамента.
Это достигается тем, что в виброизолированном фундаменте с инерционными массами, включающем верхнее и нижнее строение и установленные между ними виброизоляторы с пружинными опорами и размещенными в сферических оболочках с зазором шарами, имеющими взаимодействующие с верхним строением шипы, каждый виброизолятор снабжен, по крайней мере, тремя рычагами и установленными на нижнем строении направляющими для них, причем одни концы рычагов шарнирно соединены с оболочкой, а другие выполнены с противовесами и последовательно соединены между собой пружинами, в зазоре между шаром и оболочкой размещены тела качения, а противовесы закреплены на рычагах с возможностью фиксированного перемещения, пружина, содержащая цилиндрическую винтовую пружину, состоящую 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 виброизолирующий фундамент с инерционными массами, общий вид; на фиг. 2 - схема соединения рычагов виброизолятора в плане, на фиг. 3 - вариант выполнения пружины 9, расположенной между сферической оболочкой 3 и нижним 2 строением фундамента.
Виброизолирующий фундамент с инерционными массами состоит из верхнего 1 и нижнего 2 строений и размещенных между ними виброизоляторов. Каждый виброизолятор включает опору, состоящую из сферической оболочки 3 и размещенного в ней шара 4 с шипом 5, взаимодействующим с верхним строением 1; вокруг опоры расположены рычаги 6 (на фиг. 2 изображен вариант с четырьмя рычагами) с противовесами 7 на свободных концах рычагов 6, шарнирно соединенные со сферической оболочкой 3, при этом противовесы 7 выполняют функцию инерционных масс, перемещающихся в противоположном направлении движению верхнего 1 строения фундамента. Шар 4 с шипом 5 взаимодействует со сферической оболочкой посредством тел качения 8.
Противовесы 7 установлены с зазором с возможностью их фиксированного перемещения вдоль рычагов для настройки на определенную частоту динамического воздействия. Опоры виброизоляторов подпружинены относительно нижнего строения пружиной 5, а каждый рычаг 6 установлен в направляющей 10, смонтированной на нижнем строении 2, и связан пружинами 11 с соседними рычагами для увеличения демпфирующей способности.
Виброизолирующий фундамент с инерционными массами работает следующим образом.
При перемещении виброизолируемого объекта под воздействием нагрузки вниз происходит противофазное движение противовесов 7, которое способствует уменьшению динамической нагрузки на нижнее строение 1 и повышению эффекта виброгашения,
При горизонтальном перемещении виброизолируемого объекта с малой амплитудой происходит поворот шара 4 относительно сферической оболочки 3. При колебаниях объекта со значительной амплитудой шип 5 упирается в край сферической оболочки 3 и происходит перемещение рычагов 6 в направляющих 10.
s
Снижение вибрации в горизонтальном направлении достигается размещением между оболочкой 3 и шаром 4 тел качения 8. Возврат системы в первоначальное положение обеспечивают пружины 11, стремящиеся вернуть рычаги 6 в исходное положение.
Благодаря наличию противовесов 7, установленных на рычагах 6, осуществляется гашение высокочастотных вертикальных колебаний, так как противовесы 7 перемещаются в противофазе с верхним строением 1. Благодаря свободному перемещению рычагов 6 в направляющих 10 и повороту шара 4 в сферической оболочке 3 посредством тел качения 8 горизонтальные колебания не нарушат работу виброизолятора при совместном воздействии вертикальных колебаний.
Виброизолирующий фундамент позволяет повысить эффективность гашения горизонтальных колебаний и осуществлять центрирование объекта на верхнем строении при смещении центра тяжести объекта.
Возможен вариант выполнения пружины 9, расположенной между сферической оболочкой 3 и нижним 2 строением фундамента (фиг. 3), которая выполнена со встроенным демпфером и содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 14 и 15 со встречно направленными концами 17 и 16 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 12 и 13 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 14 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 15 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 17 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 16, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 13, загерметизирован, например, при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).
В полости второй части 15 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 14 пружины, зазоры 18 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 14 и 15 пружины.
Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 18 сегментного профиля контактирующих частей 14 и 15 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 16 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 18 сегментного профиля контактирующих частей 14 и 15 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».
Первую часть 14 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 19 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 14 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 8 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже 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
Пружина со встроенным демпфером работает следующим образом.
Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 12 и 13 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.