Оценка эффективности виброизоляции объектов при использовании в их опорах пневмопружин на базе резинокордных оболочек параллельно с гидравлическим инерционным преобразователем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

исследования необходимы, причем желательно не на образцах материала, а на действительных изделиях.

Библиографический список

1. Поновко, Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара / Я. Г. Поновко. — Изд-е 3-е. — Л. : Машиностроение, 1976. - 320 с.

2. Виброзащитные системы с квазинулевой жесткостью / П. М. Алабужев [и др.] ; под ред. К. М. Разгульскиса. — Л. : Машиностроение, 1986. — 96 с. — (Библиотека инженера. Вибрационная техника, вып. 7).

3. Вибрации в технике : справ. В 6 т. Т. 4 / Под ред. Э. Э. Ла-вендела и общ. ред. В. Н. Челомея. — М. : Машиностроение, 1981. — 509 с.

4. Расчеты на прочность в машиностроении. В 2 т. Т. 2 / Под ред. С. Д. Пономарева. — М. : ГИМЛ, 1958. — 974 с.

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Машиноведение» Омского государственного технического университета.

КРАСОТИНА Лариса Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительная механика» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

КРИВЦОВ Александр Викторович, инженер-конструктор Научно-производственного предприятия «Прогресс».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 09.03.2016 г. © П. Д. Балакин, Л. В. Красотина, А. В. Кривцов

УДК 621.752.3 Ю. А. БУРЬЯН

Д. О. БАБИЧЕВ М. В. СИЛКОВ

Омский государственный технический университет

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ ОБЪЕКТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ИХ ОПОРАХ ПНЕВМОПРУЖИН НА БАЗЕ РЕЗИНОКОРДНЫХ ОБОЛОЧЕК ПАРАЛЛЕЛЬНО С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ИНЕРЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Предложена конструкция и рассмотрены вопросы математического моделирования перспективной конструкции пневмоопор с параллельно установленным гидравлическим инерционным преобразователем движения. Исследование относится к важному направлению прикладной механики — теории виброизоляции виброактивных объектов. Получена математическая модель подвески, позволяющая выбрать параметры для уменьшения коэффициента передачи силы на основание в определенном диапазоне частот.

Ключевые слова: виброизоляция, резинокордная оболочка, пневмопружина, инерционный преобразователь движения.

Для виброизоляции различных объектов широко используются пневмопружины на базе резинокорд-ных оболочек (РКО) [1]. Они обладают рядом преимуществ, основным из которых является высокая нагрузочная способность при малой собственной частоте подвески, которую еще и можно регулировать. Эффективность виброизоляции такой подвески можно увеличить в определенном диапазоне частоты настройки, если параллельно пневмопружинам установить гидравлический инерционный трансформатор (ГИТ) [2, 3]. Он может быть конструктивно выполнен по двум схемам. В первом случае при колебаниях виброизолируемого объекта жидкость в ГИТ пере-

текает через протяженные каналы в его неподвижной перегородке из верхней полости в нижнюю и обратно (рис. 1 а) [4, 5]. Во втором случае жидкость тоже перетекает из одной полости в другую и обратно, но через каналы в подвижном поршне, соединенном с виброизолируемым объектом (рис. 1 б).

Положительный эффект ГИТ заключается в том, что жидкость, протекающая через протяженные каналы (инерционные трубки) имеет скорость во много раз большую, чем скорость виброизолируемого объекта. За счет этого приведенная масса жидкости в трубках будет большой и динамический эффект от действия инерционной силы этой массы будет

m

CD

а б

Рис. 1. Виброизолирующая опора с четырьмя пневмопружинами на базе РКО с ГИТ, выполненным по схеме с неподвижной (а) и подвижной (б) перегородкой с протяженными каналами для перетекания жидкости

заключаться, как показано в работах [2 — 6], в значительном снижении передачи вибрационного усилия на основание в области частот настройки подвески с ГИТ.

Для количественной оценки эффективности такой подвески, при составлении ее математической модели, важно учесть нелинейность пневмопружин с РКО, что и сделано в настоящей работе.

В качестве допущений принято, что сила вибровозбудителя Рв гармоническая, приложена вертикально над центром масс. Пневмопружины расположены симметрично центру масс. Тогда угловыми колебаниями массы т можно пренебречь.

Дифференциальное уравнение движения массы т тогда примет вид

(m + тпр )sr = -ру

F

-рсоп + т9 + Рат + PB„sin mi, (1)

F

гДе тпр = тжI z = Г жFo* oz\ TT I ;

пружинами;

Руп = 4р\ V I Fn = 4(Po + Pa )|

Vo + Fnx

Fn ;

b = Bpm- o zF"

где | — коэффициент динамической вязкости жидкости (|= 1,05-10-3 Па'с для воды при t =18 ° С).

Кроме того, в (1) учтено Рат = 4рА Рп — сила от атмосферного давления, уравновешиваемая внутренним давлением в РКО; РВ , го — амплитуда и частота силы вибровозбудителя.

Тогда уравнение (1) можно переписать так

(т + тпр )* + (b + b )i + 4(po + pA )

Vo

Vo + Fnx

F -

- тд - 4pAFn = PB sinmi,

(2)

а для определения усилия на основание, зависящее от найденного из (1) значения х, справедливо будет следующее выражение

Vo

zF ж o o F

o 0 V o

в трубках;

тж — масса жидкости, заключенная в объеме одной инерционной трубки; рж — плотность жидкости;

Р0, • 0, 2 — площадь отверстия и длина одной трубки и число трубок;

РГ — площадь поршня ГИТ для схемы на рис. 1 а или эффективная площадь РКО для схемы на рис. 1б; Руп — сила упругости, создаваемая четырьмя пневмо-

Poc = тпр* + (тд + 4PaFn ) + (b + b1 )x.

(3)

Коэффициент передачи силы на основание при

P„c

этом равен KC = —-, где Poc

Pb«

амплитуда силы,

Р0, РА — избыточное давление в положении равновесия в РКО с объемом У0 и эффективной площадью Рп, а также атмосферное давление; ¿=1,4 — коэффициент адиабаты;

Рсоп = (Ь + Ь) х — сила сопротивления движению массы;

Ь, Ь1 — коэффициенты сопротивления, учитывающие сопротивление в ГИТ (Ь), а также потери на сопротивление при внутреннем трении в резине РКО и другие потери (Ь1).

Для определения значения Ь при протекании жидкости через каналы, длина которых много больше их диаметра, может быть использована формула [7]

Fn

действующей на основание.

Для решения нелинейных уравнений (1) и (2) и определения значения Кс на различных частотах с использованием ГИТ или без него была составлена модель в программе БтиНпк (МаНаЪ), приведенная на рис. 2.

В модели частота и изменялась медленно со скоростью 0,01 Гц/с. Поэтому полученные на различных частотах значения Кс, можно считать соответствующими постоянным значениям частоты колебаний данной системы.

В качестве расчетного примера для схемы на рис. 1б взяты следующие значения: т=140 кг, р0 = 0,54 кг/см2, У"0 = 0,73 л, Рп=64 см2 (значение Рп при колебаниях РКО меняется, однако при малых амплитудах колебаний, соответствующих частоте настройки ГИТ, этим можно пренебречь). Вышеприведенные значения соответствуют модели РКО И-09, выпускаемой ФГУП «НПП «Прогресс» в г. Омске. Для ГИТ, по вышеприведенным формулам, для выбранных параметров инерционных трубок 2 = 3, • 0 = 3 см, й0 = 7,5 мм, диаметр поршня ГИТ йГ= 120 мм, получаем тпр = 35 кг, Ь = 20 Нс/м. Кроме этого, примем Ь1 = 5 Нс/м, РВо = 30 Н.

Частота настройки ГИТ, соответствующая минимуму Кс, определяется по формуле [2]

о

оэ

k

k

1

2

2

+

Vo + FnX

k

k

2

15

Рис. 2. Модель колебательной системы подвески виброизолируемого объекта на пневмопружинах с ГИТ

0.5 0.4 0.3 0.2

700 750 800

(8) Время Сек (Частота Гц)

Рис. 3. Графики изменения коэффициента передачи силы на основание Кс от частоты й для случая использования ГИТ в подвеске объекта (верхний график) и для такой же подвески без него

(4)

где Со _

_ 4к '(Ро + Ра )• Р

К

статическая жесткость

четырех пневмопружин (вблизи положения равновесия). Полученное значение частоты настройки ГИТ $н = 6 Гц.

Графики расчетов для приведенного примера, показанные на рис. 3, наглядно показывают преимущества применения в подвеске ГИТ. На частоте настройки 6 Гц коэффициент передачи силы на основание Кс уменьшается до 4■ 10-3, а в диапазоне частот от 5,2 Гц до 7 Гц он не превышает значения 0,1. В то же время для такой же подвеске без ГИТ в этом диапазоне частот значение Кс меняется от 0,35 до 0,15, а на частоте настройки имеет значение 0,25, т.е. более чем в 50 раз больше.

Данный эффект обусловлен тем, что инерционная сила, возникающая при использовании ГИТ, действует в противофазе с силой пружины, приложенной к основанию, и на определенной частоте (частоте

настройки Фд) почти полностью компенсирует ее действие на основание.

Таким образом, составленная математическая модель подвески с пневмопружинами и ГИТ позволяет выбирать параметры как самих пневмопружин, так и ГИТ, чтобы добиться уменьшения значения Кс, а значит, улучшения виброизоляционных свойств таких подвесок в определенном заданном диапазоне частот. При этом для ГИТ имеются возможности

варьирования параметрами нения частоты настройки Фд.

0, й0, а значит, изме-

Библиографический список

1. Трибельский, И. А. Расчетно-экспериментальные методы проектирования сложных резинокордных конструкций / И. А. Трибельский, В. В. Шалай, А. В. Зубарев, М. И. Трибельский. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. — 238 с.

2. Системы виброзащиты с использованием инерционности и диссипации реологических сред / Б. А. Гордеев [и др.]. — М. : Физматлит, 2004. — 176 с.

3. Мугин, О. О. Экспериментальные исследования виброизолятора с преобразованием движения инерционных элемен-

0

23896032\\7602389609123m7604823{

тов / О. О. Мугин, А. А. Синев // Вестник научно-технического развития. - 2012. - № 4 (56). - С. 24-31.

4. Бурьян, Ю. А. Резинокордная пневмогидравлическая опора с инерционным преобразователем движения / Ю. А. Бурьян, С. Н. Поляков, Ю. П. Комаров // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. -2013. - № 3 (123). - С. 68-72.

5. Бурьян, Ю. А. Инерционный гидравлический преобразователь движения на базе резинокордной оболочки / Ю. А. Бурьян, В. Н. Сорокин, М. В. Силков, Ю. Ф. Галуза // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2015. - № 1 (137). - С. 30-33.

6. Бурьян, Ю. А. Пневмоизолятор с инерционным преобразователем движения / Ю. А. Бурьян, С. Н. Поляков, М. В. Силков, Д. О. Бабичев // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2015. - № 3 (143). - С. 16-19.

7. Лойцянский, А. Г. Курс теоретической механики. В 2 т. Т. 2 / А. Г. Лойцянский, А. И. Лурье. - М. : Наука, 1983. -640 с.

БУРЬЯН Юрий Андреевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Основы теории механики и автоматического управления» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

БАБИЧЕВ Денис Олегович, инженер-конструктор 1-й категории Научно-производственного предприятия « Прогресс».

СИЛКОВ Михаил Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Основы теории механики и автоматического управления» ОмГТУ.

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 02.03.2016 г. © Ю. А. Бурьян, Д. О. Бабичев, М. В. Силков

УДК 621.752.3

Ю. А. БУРЬЯН М. В. СИЛКОВ Д. О. БАБИЧЕВ Ю. Ф. ГАЛУЗА

Омский государственный технический университет

Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ ОБЪЕКТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ИХ ОПОРАХ ПНЕВМОПРУЖИН НА БАЗЕ РЕЗИНОКОРДНЫХ ОБОЛОЧЕК С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ОБЪЕМАМИ

Предложена конструкция и рассмотрены вопросы математического моделирования перспективной конструкции пневмоопоры с резинокордной оболочкой, соединенной с дополнительными объемами, выполненными в опорной раме подвески. Исследование относится к важному направлению прикладной механики — теории виброизоляции виброактивных объектов. Показано, что путем изменения параметров резинокордной оболочки и дополнительных объемов можно уменьшить передачу вибрационного усилия на основание в низкочастотном диапазоне.

Ключевые слова: виброизоляция, резинокордная оболочка, пневмопружина, дополнительный объем.

Для виброизоляции таких объектов, как компрессоры, насосы, участки трубопроводов, актуальной является задача уменьшения собственной частоты виброизолирующей опоры до 1-2 Гц, что уменьшает коэффициент передачи силы на основание на низких частотах, начиная с примерно 5 Гц. Для этой цели хорошо подходят пневмопружины на базе ре-зинокордных оболочек (РКО) [1, 2]. Они позволяют легко обеспечить высокую нагрузочную способность, а использование дополнительных объемов, соединенных с внутренней полостью пневмопружин дает возможность получить низкую собственную

частоту таких виброизолирующих опор. При этом дополнительные объемы могут располагаться так, что не будут увеличивать высоту самого упругого подвеса. Например, в качестве дополнительных объемов может использоваться замкнутая полость в раме основания, разделенная герметичными перегородками на равные части, каждая из которых соединена отверстием непосредственно с внутренней полостью своей пневмопружины с РКО (рис. 1).

В данной работе поставлена задача составить математическую модель данной колебательной системы с учетом нелинейности пневмопружин. А затем

о

оэ