ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ НА БАЗЕ ТАРЕЛЬЧАТЫХ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»



SCIENCE TIME

■

ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ НА БАЗЕ ТАРЕЛЬЧАТЫХ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники, г. Москва

E-mail: o_kochetov@mail.ru

Аннотация. В работе рассмотрены вопросы проектирования и испытаний систем виброизоляции с тарельчатыми упругими элементами для технологического оборудования на примере виброизоляции оборудования ткацкого цеха с учетом статических и динамических реакций оборудования в опорных точках.

Ключевые слова: рабочая зона, уровень вибрации, система виброизоляции, тарельчатый упругий элемент, эффективность виброизоляции.

Конструктивная схема виброизолирующей системы для ткацкого станка представлена на рис.1. Выявлено, что наиболее оптимальным является применение нелинейных равночастотных пружин, например, тарельчатых упругих элементов [1-8].

Рис. 1 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.)

Остановимся на методике расчета (рис.2) тарельчатого упругого элемента. Выбираем параметры тарельчатой пружины, согласно опорным реакциям станка по максимально допустимой нагрузке Р3 , кГс [2, 9].

Выбираем тарельчатую пружину нормальной точности, получаемую штамповкой без механической обработки поверхности обреза из стали марки 60С2А по ГОСТ 14959-79, НЖС 44...50. Геометрические параметры пружины: наружный диаметр D=50 мм; внутренний диаметр Dl=25 мм; статическая осадка под максимальной нагрузкой ^=1,45 мм; толщина тарельчатой пружины s=1,8 мм; высота в свободном состоянии ^=3,25 мм.

Определим вид упругой характеристики пружины по соотношению:

Л

Лз

^ 0,6 - линейная характеристика;

> 0,6- нелинейнаяхарактеристика;

(1)

тт Л 1,45

Для наших размеров — - —— - 0,8 - ха рактеристика нелинейная

5 1,8

Теперь определим жесткость пружины по формуле

К -

4 Е53

(1 - /и2 )УБ2

А)2 - зЦ1-+ЗЛI +1

5 ) 52 2 V 5

4 х 2,1 • 106 х 0,183

(1 - 0,32) х 0,687 х 52

(0,8)2 - 3 х 0,8|

0,116 0,18

3 [ 0,116

+ 2 V 0,18

+1

- 2225

кГс

см

где Е - модуль упругости для стали, равный 2,1106 кГс/см2

т - коэффициент Пуассона для стали т=0,3;

У -

6

к 1п А

А -1

А

6

3,14 х 1п2

2 -1

V 2 )

\ 2

- 0,687,

Б 50

А = — = ^ = 2 - отношение диаметров пружины.

(2)

(3)

При последовательном соединении пружин в комплекте жесткость вычисляется по формуле:

к 2225 кГс К - — - -Т7Т- - 222,5-

общ п 10 см

(4)

где п - число пружин в комплекте.

Определим суммарную жесткость системы виброизоляции в вертикальном направлении:

5

2

2

-т

с = 4 х к2 = 4 х 222,5 = 890

кГс

-1общ

(5)

см

Определим собственную частоту колебаний системы «станок на виброизоляторах» в вертикальном направлении:

1 ' '

/х =

2к

С -8

2 х 3,14

>890х981 2460

= 3 Гц;

(6)

Вычислим эффективность виброизоляции для схемы установки станка на абсолютно жесткое основание, причем следует отметить, что демпфирование в системе обусловлено внутренним поглощением энергии в материале виброизоляторов (коэффициент неупругого сопротивления g=0,037).

fз

Ио

О

Рис. 2 Расчетная схема тарельчатого упругого элемента

Определим коэффициент передачи силы на частоте вынужденных колебаний станка в вертикальном направлении, при числе оборотов главного вала п = 220 мин-1, для первых трех гармоник:

/в 1

п.

220

60 60

= 3,67Гц; /в2 = 7,33Гц; /3 = 11,01Гц;

% =

\

1 + у:

1

/в1

2\2

х )

+ У

1

1 + 0,0372

3,67

2Л 2

= 2;

(9)

32 у

+ 0,0372

Аналогично были определены коэффициенты виброизоляции для 2-ой и 3-ей гармоник:

%2 = 0,21; %3 = 0,08.

На рис.3 в качестве нелинейной равночастотной пружины представлена схема тарельчатого упругого элемента с сетчатым демпфером, который содержит

1

по крайней мере 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, по крайней мере, двух упругих элементов 3 и 4, радиально расположенных в горизонтальной плоскости, и под углом, находящимся в пределах 10°^80°, — в вертикальной плоскости. 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

1 О

виброскорости (мс- 10" ), например, для точки №1 с 0,08 до 0,11; для точки № 2 - с 0,09 до 0,12 (при норме 0,23).

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

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. При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного через отверстие 5 на внутреннее

о

кольцо 2, обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов, а упруго-демпфирующим сетчатым элементом 10 обеспечивается в системе демпфирование.

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

1 9

виброскорости (мс- '10- ), 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.4 изображены следующие кривые испытаний: кривая 1 -нормативные значения по ГОСТ 12.1.012-90 [1]; 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.

Рис. 4 Результаты испытаний виброизоляторов с тарельчатыми элементами

I SCIENCE TIME Щ

Выводы

- 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.

- испытаны системы виброизоляции, включающие в себя равночастотные тарельчатые упругие элементы, которые снижают динамические нагрузки на перекрытие в полосе частот 8-16 Гц в 2,5-.3 раза.

Литература:

1. Кочетов О.С. Методика расчета систем виброизоляции для ткацких станков. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 1995. №1. С. 88-92

2. Кочетов О.С. Методика расчета тарельчатых виброизоляторов для ткацких станков. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2000. № 4. С.98-104.

3. Сажин Б.С., Кочетов О.С. Расчет систем виброизоляции для ткацких станков. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2000. №5. С.100-105.

4. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Павлов Д.А., Шатрова Н.В. Расчет на ПЭВМ систем виброизоляции для ткацких станков, установленных на абсолютно жестком основании. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2002. № 1. С.99-104.

5. Сажин Б.С., Синев А.В., Кочетов О.С., Соловьев В.С. Расчет на ПЭВМ систем виброизоляции для ткацких станков, установленных на нежестком основании. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2002. № 6. С.100-107.

6. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Ходакова Т.Д., Буртник И.С., Кочетова М.О. Методика расчета новых виброизоляторов типа «ВСК-1» для ткацких станков. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2004. № 6. С.91-97.

7. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Ходакова Т.Д. Методы и средства снижения шума и вибрации в текстильной промышленности. Безопасность жизнедеятельности. 2004. № 11. С.10-15.

8. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Шестернинов А.В., Ходакова Т.Д. Расчет динамических характеристик систем виброизоляции технологического оборудования. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2006. № 5. С.107-112.

9. Сажин Б.С., Кочетов О.С., Шестернинов А.В., Боброва Е.О. Расчет тарельчатых виброизоляторов для ткацких станков. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2008. № 2. С. 107-110.