ВИБРОИЗОЛЯТОР КАБИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к конструкциям виброизоляторов кабин транспортных средств.
Известен буфер подвески транспортного средства, содержащий корпус с днищем и крышкой, установленные в корпусе группы резиновых подушек большего диаметра с разделительными пластинами между ними и шток с тарелкой, упирающейся в подушки меньшего диаметра, при этом группа резиновых подушек меньшего диаметра помещена в стакан, обращенный днищем к подушкам большего диаметра [А.с. 463555 СССР, МКИ B60g 7/04, опубл. 15.03.75, бюл. №10].
Недостатком известной конструкции буфера подвески транспортного средства является недостаточная эффективность виброизоляции транспортного средства при его вертикальных колебаниях с основными частотами спектра эксплуатационных нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является виброизолятор, содержащий корпус, упругий элемент из эластомера, взаимодействующий с объектом, и основание, центральный стержень, установленный в опорной плите, установленные на центральном стержне ограничительную металлическую шайбу и буферный ограничитель хода из эластомера, причем корпус состоит из связанной с основанием верхней и связанной с опорной плитой нижней частей, основание связано с объектом, а упругий элемент из эластомера состоит из центрального, периферийного и нижнего кольцевых блоков, при этом центральный и нижний кольцевые блоки выполнены из материала с повышенной, а периферийный кольцевой блок - пониженной податливостью в осевом и боковых направлениях, внутренняя поверхность кольцевого периферийного блока имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме наружной поверхности кольцевого центрального блока, у которого внутренняя поверхность имеет форму усеченного конуса, диаметр нижнего основания которого равен диаметру центрального стержня, а внутренняя боковая поверхность выполнена волнообразной, наружная поверхность кольцевого периферийного блока на части его высоты имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме внутренней поверхности верхней части корпуса, на другой части высоты - форму усеченного конуса, внутренняя поверхность кольцевого нижнего блока имеет цилиндрическую форму, соответствующую форме центрального стержня, наружная поверхность кольцевого нижнего блока имеет форму усеченного конуса, контактирующего верхним основанием с центральным и периферийным блоками, а нижним основанием, имеющим волнообразную поверхность - с внутренней поверхностью нижней части корпуса. [П. м. 124340 РФ, МПК F16F 3/093, F16F 1/373, опубл. 20.01.2013, бюл. №2].
Недостатком известной конструкции виброизолятора является недостаточная эффективность виброизоляции кабины при ее вертикальных колебаниях с основными частотами спектра эксплуатационных нагрузок.
Задачей полезной модели является создание технического решения виброизолятора кабины транспортного средства, обеспечивающего улучшение качества виброизоляции кабины при ее вертикальных колебаниях с основными частотами спектра эксплуатационных нагрузок.
Технический результат - повышение виброизолирующих качеств подвески кабины транспортного средства при ее вертикальных колебаниях с основными частотами спектра эксплуатационных нагрузок за счет использования виброизоляторов, обеспечивающих динамическое гашение колебаний с этими частотами.
п1
п1
п3
о1
о2
о3
с1
с2
с3
п1
п2
п3
Указанный технический результат достигается тем, что в виброизоляторе кабины транспортного средства, содержащем упруго-демпфирующие элементы, взаимодействующие с подрессориваемым объектом, опорное основание, центральный стержень, подвижные массы, причем первая подвижная масса расположена между первым и вторым упруго-демпфирующими элементами, вторая подвижная масса расположена между вторым и третьим упруго-демпфирующими элементами, третья подвижная масса расположена между третьим и четвертым упруго-демпфирующими элементами, первый упруго-демпфирующий элемент контактирует с подрессориваемым объектом и первой подвижной массой, второй упруго-демпфирующий элемент контактирует с первой и второй подвижными массами, третий упруго-демпфирующий элемент контактирует со второй и третьей подвижными массами, а четвертый упруго-демпфирующий элемент контактирует с третьей подвижной массой и опорным основанием, комплект установленных коаксиально упруго-демпфирующих элементов и расположенных между ними подвижных масс и скреплен центральным стержнем с гайкой и втулкой таким образом, что имеются осевые зазоры между первой и второй, второй и третьей подвижными массами и между третьей подвижной массой и опорным основанием, подвижные массы имеют возможность осевого перемещения в пределах упомянутых зазоров и упругой деформации контактирующих с ними упруго-демпфирующих элементов, величины каждой из подвижных масс и жесткость каждого из упруго-демпфирующих элементов подбираются таким образом, чтобы парциальные частоты колебаний подвижных масс f, f, f соответствовали трем первым основным частотам f, f, f из спектра частот эксплуатационных воздействий на кабину транспортного средства со стороны опорного основания, а значения первой f второй f и третьей fсобственных частот колебательной системы виброизолятора кабины транспортного средства не более чем на 5% отличались от парциальных частот колебаний f, f и f соответственно.
На фиг.1 изображен в разрезе виброизолятор кабины транспортного средства; на фиг.2 - схема одномассовой колебательной системы; на фиг.3 - амплитудно-частотная характеристика одномассовой колебательной системы; на фиг.4 - схема двухмассовой колебательной системы; на фиг.5 - амплитудно-частотная характеристика двухмассовой колебательной системы; на фиг.6 - схема четырехмассовой колебательной системы.
Виброизолятор кабины транспортного средства (фиг.1) содержит коаксиально расположенные первый упруго-демпфирующий элемент 1, второй упруго-демпфирующий элемент 2, третий упруго-демпфирующий элемент 3, четвертый упруго-демпфирующий элемент 4, первую подвижную массу 5, вторую подвижную массу 6, третью подвижную массу 7, причем первый упруго-демпфирующий элемент 1 контактирует с подрессориваемым объектом 8 (кабиной) и первой подвижной массой 5, второй упруго-демпфирующий элемент 2 контактирует с первой 5 и второй 6 подвижными массами, третий упруго-демпфирующий элемент 3 контактирует со второй 6 и третьей 7 подвижными массами, а четвертый упруго-демпфирующий элемент 4 контактирует с третьей подвижной массой 7 и опорным основанием 9. Комплект упруго-демпфирующих элементов 1, 2, 3, 4 и расположенных между ними подвижных масс 5, 6, 7 скреплен центральным стержнем 10 с гайкой 11 и втулкой 12 таким образом, что между первой 5 и второй 6 подвижными массами имеется осевой зазор 13, между второй 6 и третьей 7 подвижными массами имеется осевой зазор 14, а между третьей подвижной массой 7 и опорным основанием 9 имеется осевой зазор 15, при этом подвижные массы 5, 6, 7 имеют возможность осевого перемещения в пределах упомянутых зазоров 13, 14, 15 и упругой деформации контактирующих с ними упруго-демпфирующих элементов 1, 2, 3, 4.
16
с
19
Виброизолятор кабины транспортного средства работает по принципу динамического гасителя колебаний [С.Э. Хайкин. Механика. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М., 1940, с.318]. Этот принцип поясняется схемами и графиками на фиг.2, 3, 4, 5 и 6. Представленный на фиг.2 подрессоренный объект 16 при динамических воздействиях на него со стороны опорного основания 18 совершает колебания, амплитуда Aкоторых изменяется в соответствии с его амплитудно-частотной характеристикой (зависимостью амплитуды A от частоты f динамических воздействий), представленной на фиг.3. Собственная частота колебаний f подрессориваемого объекта 16 определяется его массой и жесткостью упруго-демпфирующего элемента 17. Чтобы избежать чрезмерного увеличения амплитуды A в околорезонансной зоне частот воздействий (на фиг.3 заштрихована), в систему устанавливают динамический гаситель колебаний с подвижной массой 21 и упруго-демпфирующим элементом 22. Величину подвижной массы 21, жесткостные и демпфирующие характеристики упруго-демпфирующего элемента 22 выбирают такими, чтобы при динамических воздействиях со стороны опорного основания 23 амплитуды A перемещений подрессориваемого объекта 19 были минимальными.
с1
с2
п1
п2
п1
п2
п2
с1
п2
с2
п2
Данная динамическая система (см. фиг.4) обладает двумя собственными f и fи двумя парциальными f и f частотами колебаний, которые в общем случае отличаются друг от друга. Пусть парциальной частотой f обладает парциальная система с упруго-демпфирующим элементом 20 и подрессоренной массой 19, а парциальной частотой f - парциальная система с упруго-демпфирующим элементом 22 и подвижной массой 21. Тогда в случае действия со стороны опорного основания 23 на подвижную массу 21 через упруго-демпфирующий элемент 22 возмущений с частотой f амплитуда колебаний подрессориваемого объекта 19 будет незначительной, а амплитуда колебаний подвижной массы 21 - существенной [С.Э. Хайкин. Механика. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М., 1940, с.323]. При этом подвижная масса 21, совершающая колебания с большой амплитудой, действует на подрессоренную массу 19 силой, которая по амплитуде почти равна, а по фазе почти противоположна внешней силе со стороны опорного основания 23. Таким образом, динамический гаситель почти полностью компенсирует действие внешней силы на подрессоренную массу 19. При этом описанный эффект динамического гашения колебаний проявляется тем лучше, чем более близки в данной системе значения первых f и fсобственной и парциальной частот колебаний и вторых f и f собственной и парциальной частот колебаний [С.Э. Хайкин. Механика. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М., 1940, с.323].
о1
о2
о3
Методы спектрального анализа позволяют в спектре частот направленных вертикально (по оси виброизоляторов) внешних воздействий на подрессориваемую массу (кабину транспортного средства) выделить основные частоты, при которых подрессориваемой массе сообщается наибольшая колебательная энергия. Обычно это самые низкие частоты спектра в диапазоне от 0 до 50, максимум до 100 Гц [Косов О.Д. Теоретическое и экспериментальное исследование колебательной системы кабины трактора. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук. - Волгоград, 1981. - 28 с.]. На практике число принимаемых во внимание основных частот обычно ограничивают до первых 2-3 (f, f, f), полагая, что воздействия с более высокими частотами обладают существенно меньшей колебательной энергией.
п1
п2
п3
о1
о2
о3
о1
о2
о3
с1
п1
с2
п2
с3
п3
с1
п1
c2
п2
с3
п3
Виброизолятор кабины транспортного средства (фиг.1) обеспечивает гашение колебаний кабины с тремя первыми основными частотами спектра. В его составе (вместе с подрессориваемой кабиной транспортного средства) можно выделить 4 парциальные системы (фиг.6). Первую составляет подрессориваемая масса 24 с упруго-демпфирующим элементом 25, вторую - подвижная масса 26 с упруго-демпфирующими элементами 25 и 27, третью - подвижная масса 28 с упруго-демпфирующими элементами 27 и 29, четвертую - подвижная масса 30 с упруго-демпфирующими элементами 29 и 31. Во второй, третьей и четвертой парциальных системах величины подвижных масс и жесткость упруго-демпфирующих элементов подбирается таким образом, чтобы парциальные частоты f, f, f этих систем соответствовали трем первым основным частотам f, f, f из спектра частот эксплуатационных воздействий на кабину транспортного средства со стороны опорного основания 32 (фиг.6). Тогда при действии осевых возмущений со стороны опорного основания 32 с первой основной частотой f подвижная масса 26 будет совершать колебания со значительной амплитудой, а амплитуды колебаний подвижных масс 28 и 30, а также подрессориваемой массы 24 (что важно!) будут минимальными. Соответственно при действии осевых возмущений со второй основной частотой f со значительной амплитудой будет колебаться подвижная масса 26, а подвижные массы 28, 30 и подрессориваемая масса 24 будут совершать незначительные колебательные перемещения; при действии же возмущений с третьей f основной частотой со значительной амплитудой будет колебаться подвижная масса 30, а подвижные массы 26, 28 и подрессориваемая масса 24 будут почти неподвижными. При этом наиболее эффективное динамическое гашение колебаний будет наблюдаться при наиболее близких значениях первых f и f собственной и парциальной частот колебаний, вторых f и f собственной и парциальной частот колебаний и третьих f и f собственной и парциальной частот колебаний [С.Э. Хайкин. Механика. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М., 1940, с.323]. Принято считать, что динамическое гашение колебаний эффективно, когда значения f и f, f и f, f и f отличаются не более чем на 5%.
о1
о2
о3
Представленная на фиг.6 схема 4-массовой колебательной системы соответствует представленной на фиг.1 также 4 - массовой колебательной системе виброизолятора кабины транспортного средства, при этом первому 25, второму 27, третьему 29 и четвертому 31 упруго-демпфирующим элементам на схеме фиг.6 соответствуют первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый упруго-демпфирующие элементы на схеме фиг.1, первой 26, второй 28 и третьей 30 подвижным массам на фиг.6 соответствуют первая 5, вторая 6 и третья 7 подвижные массы на фиг.1, подрессориваемому объекту 24 на фиг.6 соответствует подрессориваемый объект 8 на фиг.1, а опорному основанию 32 на фиг.6 соответствует опорное основание 9 на фиг.1. При действии со стороны опорного основания 9 осевых возмущений с первыми основными частотами f, f, f из спектра частот эксплуатационных воздействий на кабину транспортного средства по выше описанному принципу будут изменяться амплитуды колебаний первой 5, второй 6 и третьей 7 подвижных масс в пределах осевых зазоров 13, 14, 15 и упругой деформации контактирующих с ними упруго-демпфирующих элементов 1, 2, 3, 4, при этом подрессориваемый объект 8 будет совершать лишь незначительные перемещения.
Таким образом, обеспечивается эффективная виброизоляция кабины транспортного средства при вертикальных колебаниях с основными частотами спектра частот эксплуатационных воздействий на кабину транспортного средства и решается задача создания технического решения виброизолятора, обеспечивающего эффективное гашение вертикальных колебаний кабины транспортного средства с этими частотами.