Д.т.н. Кочетов О.С.

Московский государственный университет приборостроения и

информатики, Москва, Россия

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВИБРОЗАЩИТЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Основными расчетными параметрами системы виброизоляции (рис.1а) являются: масса машины М; моменты инерции массы J_ox, J_oy, J_oz виброизолируемой машины относительно осей, проходящих через центр масс; жесткости виброизоляторов K_x, K_y, K_z; круговые частоты собственных колебаний относительно координатных осей. Эффективность виброизоляции при действии гармонических нагрузок должна оцениваться коэффициентом передачи. При выборе расположения опорных мест необходимо учитывать, что собственные частоты вращательных колебаний относительно осей X_o, Y_o, Z_o зависят от расположения опорных мест [1,5].

Величины необходимых суммарных линейных и угловых жесткостей системы виброизоляции для различных координат должны определяться по формулам:

(1)

где А_x, A_y, A_z – суммарные жесткости системы виброизоляции относительно осей X₀, Y₀, Z₀, Нм.

С_x, C_y, C_z – суммарные угловые жесткости системы виброизоляции относительно осей X₀, Y₀, Z₀, Нм.

Суммарные жесткости системы виброизоляции выражаются через жесткости отдельных виброизоляторов следующим образом (рис.1а):

(2)

где K_xi, K_yi, K_zi -жесткости i-го виброизолятора в направлении осей X₀, Y₀, Z₀; x_oi, y_oi, z_oi - координаты i-го виброизолятора в системе координат X₀, Y₀, Z₀; n - число виброизоляторов.

а)	б)
Рис.1. Пространственные системы виброизоляции: а) расчетная схема опорной и подвесной систем, б) конструктивная схема подвесной системы виброизоляции: 1–основание, 2–виброизолируемый объект, 3–опорная плоскость станка, 4–опорные рычаги виброизоляторов, 5–крепежные элементы, 6–виброизоляторы, 7–расстояние от оси симметрии станка до положения центра масс (Ц.М.)

Параметры виброизоляторов (K_xi, K_yi, K_zi) должны быть выбраны таким образом, чтобы суммарные жесткости A_x, A_y, A_z, C_x, C_y, C_z, были не больше жесткостей, определенных по формуле (1). Вертикальную жесткость упругих элементов желательно выбирать таким образом, чтобы деформация виброизоляторов при опорной схеме виброизоляции под действием силы веса машины была одинаковой и опорная плоскость машины оставалась горизонтальной. Если при первом расчете полученный результат не удовлетворяет вышеперечисленным требованиям, то следует изменить жесткости или координаты виброизоляторов и повторить расчет. При совпадении центра масс виброизолированной машины с центром жесткости системы виброизоляции, формулы (1) являются точными, при несовпадении – приближенными. Точные значения собственных частот в этом случае можно подсчитать по методу разделения систем, который рассмотрен на примере расчета системы виброизоляции для пневморапирного ткацкого станка АТПР-120 в работе [1,9,10].

Конструктивная схема виброизолирующей системы для ткацкого станка представлена на рис.1б. Для подвесной системы виброизоляции [2,3,5,11,12] возможно применение одинаковых упругих элементов для всех виброизоляторов [4], причем методика расчета подвесной схемы виброизоляции рассмотрена в работе [5], а опорной схемы – в работе [6], с применением опорных виброизоляторов на базе резиновых упругих элементов [7].

Выявлено, что наиболее оптимальным является применение нелинейных равночастотных пружин, например, тарельчатых [8]. Сложность вопроса размещения нового, более высокопроизводительного оборудования, на старых производственных площадях, связана с тем, что приходится либо увеличивать жесткость межэтажных перекрытий, либо устанавливать оборудование на виброизолирующие системы. Последний путь зачастую более предпочтителен, так как не требует больших затрат на реконструкцию зданий.

Так, например, в ЗАО «МПКО (Московское производственное камвольное объединение) «Октябрь» был решен вопрос о снижении динамических нагрузок в ткацком производстве на перекрытии над 2-м этажом в пользу установки оборудования на виброизолирующие системы. Это решение было связано с тем, что при очередном обследовании перекрытия здания фабрики зафиксировано превышение допустимых (ГОСТ12.1.012-90.ССБТ.Вибрация) динамических нагрузок на данное перекрытие в 2 с лишним раза, в полосах частот со среднегеометрическими частотами 8 и 16 Гц.

На рис.2 в качестве нелинейной равночастотной пружины представлена схема тарельчатого упругого элемента с сетчатым демпфером [8], который содержит два плоских упругих коаксиально расположенных кольца, внешнего 1 и внутреннего 2 с центральным отверстием 5, расположенных в параллельных горизонтальных плоскостях, жестко соединенных между собой посредством, двух упругих элементов 3 и 4, радиально расположенных в горизонтальной плоскости. Полости, образованные плоскими упругими коаксиально расположенными кольцами, внешнего 1 и внутреннего 2 с центральным отверстием 5, заполнены упруго-демпфирующим сетчатым элементом 10, выполненным армированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном. При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного через отверстие 5 на внутреннее кольцо 2, обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов, а упруго-демпфирующим сетчатым элементом 10 обеспечивается в системе демпфирование.

Рис.3. Тарельчатый упругий элемент с сетчатым демпфером: а) фронтальный разрез, б) вид сверху.

Для проведения экспериментальных исследований был выбран опытный участок на 3-ем этаже ткацкого корпуса МПКО «Октябрь», расположенный в осях 3-5/А-В (рис.3). Среднеквадратичные значения вертикальной виброскорости (мс^-1´10^-2), измеренные на 3-ем этаже ткацкого корпуса МПКО «Октябрь» в осях 3-5/А-В при установке 6-ти станков типа СТБ 2-175 с кареточным зевообразовательным механизмом СКН-14 «жестко» и на тарельчатые виброизоляторы (число оборотов главного вала - 220 мин^-1) приведены на рис.4.

На рис.3 изображены следующие кривые испытаний: кривая 1 – нормативные значения по ГОСТ 12.1.012-90 [6]; кривая 2 – 6 станков СТБ 2-175 установлены «жестко», точка замера: т. № 2; кривая 3 – 6 станков СТБ 2-175 с кареткой СКН-14 установлены «жестко», точка замера: т. № 1; кривая 4 – 6 станков СТБ 2-175 установлены на тарельчатые виброизоляторы, т. № 1; кривая 5 – 6 станков СТБ 2-175 установлены на тарельчатые виброизоляторы, т. № 2.

Из представленных материалов видно, что прохождение резонансного режима работы станка на тарельчатых виброизоляторах на первой гармонике (3,67 Гц) практически не отразилось на его эффективности в требуемом диапазоне частот (8...16 Гц). В полосе частот со среднегеометрической частотой 4 Гц имеет место незначительное увеличение виброскорости (мс^-1´10^-2), например для точки №1 с 0,08 до 0,11; для точки № 2 – с 0,09 до 0,12 (при норме 0,23). Динамические нагрузки от станка на тарельчатых виброизоляторах на перекрытие в полосе частот 8...16 Гц уменьшаются в 2,5...3 раза, приводя их в соответствие с нормативными значениями по ГОСТ 12.1.012-90.

ВЫВОДЫ:

1.Разработана методика расчета тарельчатых виброизоляторов для станков типа СТБ 2-175 с кареточным зевообразовательным механизмом СКН-14 с учетом предварительных замеров уровней виброскорости на межэтажных перекрытиях фабричных зданий.

2.Разработаны и испытаны системы виброизоляции подвесного и опорного типов для ткацких станков, включающие в себя резиновые и тарельчатые упругие элементы, которые снижают динамические нагрузки на перекрытие в полосе частот 8...16 Гц в 2,5...3 раза.

Рис.3. Результаты испытаний виброизоляторов с тарельчатыми элементами.

Литература:

1.Кочетов О.С. Расчет пространственной системы виброзащиты. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 8, 2009, стр.32-37.

2. Кочетов О.С. Виброизолирующая система Кочетова для ткацких станков / Авторское свидетельство СССР № 1668773. Опубликовано в 1991г. Бюллетень изобретений № 29.

3. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Шестернинов А.В., Зубова И.Ю. Виброизолирующая система для ткацких станков // Патент РФ на изобретение № 2301926. Опубликовано 27.06.2007. Бюллетень изобретений № 18.

4. Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В. Резиновый виброизолятор для станков. // Патент РФ на изобретение № 2276297. Опубликовано 10.05.2006. Бюллетень изобретений № 13.

5. Кочетов О.С. Методика расчета систем виброизоляции для ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.– 1995, № 1. С. 88...92

6. Кочетов О.С. Методика расчета системы виброизоляции для вязально-прошивных машин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.– 1995, № 2. С. 89...94.

7. Кочетов О.С., Кочетова М.О. Виброизолятор технологического оборудования. // Патент РФ на изобретение № 2305806. Опубликовано 10.09.2007. Бюллетень изобретений № 25.

8. Кочетов О.С., Гетия И.Г., Гетия С.И., Шумилин В.К., Кривенцов С.М., Баранов Е.Ф. Тарельчатый упругий элемент с сетчатым демпфером // Патент РФ на изобретение № 2412383. Опубликовано 20.02.2011. Бюллетень изобретений № 5.

9. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Голубева М.В. Шестаков С.С. Разработка и исследование новых систем виброизоляции для вязально-прошивных машин. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2009, № 2.– С. 94-99.

10. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Бородина Е.С., Питомцева М.А., Боброва Е.О. Исследование динамических характеристик виброизоляторов рессорного типа для ткацких станков. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2009, № 3.– С. 107-111.

11. Кочетов О.С. Расчет резиновых виброизоляторов для пневматических ткацких станков // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.– 2000, № 3.С.77…83.

12. Кочетов О.С. Виброизоляторы типа «ВСК-1» для ткацких станков // Текстильная промышленность.– 2000, № 5.С. 19...20.