ВИБРОЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА С МЕХАНИЗМОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕЕ УПРУГОДИССИПАТИВНЫХ СВОЙСТВ
VIBRATION PROTECTION SYSTEM WITH THE CONTROL MECHANISM FOR ITS ELASTIC AND DISSIPATIVE PROPERTIES

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подвесках транспортных средств, оборудования, различных приборов и аппаратуры, а также в конструкциях кресел человека-оператора.
Наиболее близким техническим решением является устройство изменения упругодиссипативных свойств виброзащитной системы путем введения дополнительного устройства, свойства которого определяются передаточным отношением подвески, обладающей свойством изменять координаты закрепления демпфера в процессе настройки по патенту РФ на полезную модель №142137 (прототип).
К недостаткам данного устройства следует отнести сравнительно невысокие диссипативные свойства виброзащитной системы.
Технически достижимый результат - повышение эффективности виброизоляции путем повышения диссипативных свойств виброзащитной системы.
Это достигается тем, что в виброзащитной системе с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств, содержащей упругие элементы, при этом между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малой диагонали установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты, основная пружина выполнена в виде пружинного демпфера сухого трения, содержащего нижнюю и верхнюю опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная с правым углом подъема витков и внутренняя с левым углом подъема витков пружины, при этом нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины с левым углом подъема витков, расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух соприкасающихся между собой нижнего и верхнего цилиндрических дисков, при этом нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины, а верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной, при этом на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков, и выступы - на другом диске, входящие друг в друга, а в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷0,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.
На фиг. 1 показана схема виброзащитной системы, на фиг. 2 - вариант выполнения основной пружины 2.
0
1
2
1
2
1
2
1
2
3
4
5
6
7
8
Виброзащитная система с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств содержит объект защиты 1, основную пружину 2, рычаги 3, блок управления 4, скользящие соединения 5, базовый демпфер 6, дополнительные демпферы 7, силовые коммуникации 8; основание 9 с шарнирами 10. Введены также следующие обозначения: М - масса объекта защиты; у - обобщенная система координат относительно неподвижного базиса; z - кинематическое возмущение; α - величина угла между ограничителями хода; k - жесткость основного упругого элемента; k, k - жесткости упругих ограничителей (принято k=k); b, b - коэффициенты вязкого трения настроечных демпферов; DD, DD, DD, DD - длины ограничителей хода дополнительных демпферов.
Виброзащитная система с механизмом регулирования ее упругодиссипативных свойств работает следующим образом: при вибрациях основания 9 возникают вертикальные колебания объекта защиты 1. Эти колебания передаются через систему, содержащую упругие элементы (пружины, демпферы). В заданном режиме колебания гасятся с помощью основной пружины 2 и базового демпфера 6. В случае недостаточной жесткости указанных упругих элементов начинают работать дополнительные демпферы 7. С помощью дополнительных демпферов 7 можно менять жесткость всей системы. Колебания наряду с объектом защиты 1 воспринимает блок управления 4, расположенный на объекте защиты 1. Блок управления 4 запрограммирован на определенную амплитуду и частоту колебаний. В случае выхода за установленные амплитуду и частоту колебаний объекта защиты 1 блок управление воспринимает это отклонение и дает команду дополнительным демпферам 7 сдвинуться в сторону увеличения или уменьшения жесткости устройства посредством силовых коммуникаций 8. Изменение жесткости осуществляется с помощью закрепления на рычагах 3 скользящих соединений 5 с дополнительными демпферами 7. Когда устройство обеспечит гашение колебаний в заданном режиме, дается команда блоком управления 4 снять жесткое закрепление скользящих соединений 5.
Предлагаемая система, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, позволяет изменять свойства системы путем введения упругодиссипативных элементов, положение которых может изменяться при использовании специальных механизмов перемещения, что обеспечивает возможность изменять приведенное значение коэффициента вязкого трения дополнительных демпферов,  соответственно.
2
3
6
7
По результатам численного эксперимента было установлено, что упругодиссипативные свойства виброзащитной системы улучшаются при перемещении дополнительных демпферов к точкам D, D, D, D, сохраняя объект защиты в состоянии равновесия.
Упругий элемент (фиг. 2) выполнен в виде пружинного демпфера сухого трения, который содержит нижнюю 11 и верхнюю 12 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 1, с правым углом подъема витков и внутренняя 16 с левым углом подъема витков пружины. Нижняя опорная пластина 11 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 15 и 16 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 12, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 16 с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух соприкасающихся между собой нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков. При этом нижний диск 13 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 16, а верхний диск 14 жестко связан с верхней опорной пластиной 12. Верхний 14 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 13 цилиндрический диск выполнен 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%
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использована сталь, жесткий вибродемпфирующий материал, например типа «Агат», вышеуказанный фрикционный материал, а также различные сочетания этих материалов в паре сухого трения демпфера.
Возможен вариант, когда в целях повышения коэффициента демпфирования системы виброизоляции на поверхностях цилиндрических дисков 13 и 14 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 17, на одном из дисков и выступы 18 на другом диске. Эти входящие друг в друга поверхности взаимодействуют друг с другом без зазоров, что приводит к увеличению поверхностей трения, а, следовательно, к увеличению коэффициента демпфирования системы.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 6,0-8,0; железо 0,1-0,2; свинец 2,0-4,0; графит 3,0-7,0; вермикулит 8,0-12,0; хром 4,0-6,0; сурьма 0,05-0,1; кремний 2,0-3,0; медь - остальное.
Возможен вариант, когда верхний цилиндрический диск 14 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 13 выполнен из стали.
Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.
Наружная 15 и внутренняя 16 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.
Две пружины 15 и 16, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 15 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 12 в одну сторону, а внутренняя пружина 16 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 13 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 15 и 16 вокруг вертикальной оси, благодаря чему в составной опорной плоскости демпфера сухого трения возникают диссипативные силы, т.е. появляется сухое трение. Введение в демпфер сухого трения элемента из резины с повышенным в 10÷15 раз внутренним трением приводит к уменьшению амплитуд колебаний машины в пускоостановочных режимах в 2÷3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.
Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения использован фрикционный материал, выполненный из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 8÷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%.