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

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

Рис. 1. Виброизолирующая опора с четырьмя пневмопружинами на базе РКО с дополнительными объёмами, выполненными в раме основания

по полученной модели оценить эффективность виброизоляции на различных частотах по значению коэффициента передачи силы Кс. Этот коэффициент равен отношению амплитуды силы, передаваемой пружинами на основание, к амплитуде гармонической силы вибровозбудителя. Кроме того, дополнительно определить, как влияют на значение Кс на одинаковых частотах различные значения дополнительных объемов пневмопружин.

В качестве допущений принято, что сила вибровозбудителя гармоническая, приложена вертикально над центром масс, а пневмопружины расположены симметрично центру масс. Тогда угловыми колебаниями массы т можно пренебречь, и рассматривать только ее поступательное движение в вертикальной плоскости. Демпфирование при колебаниях массы будем считать пропорциональным скорости.

Дифференциальное уравнение движения массы т тогда примет вид

тХ _ ~Руп - Рсоп + т9 + Рат + РВ 8Ш

(1)

где Руп — сила упругости, создаваемая четырьмя пневмопружинами;

Рсоп — сила сопротивления (демпфирования) движению массы;

Рат — сила атмосферного давления, уравновешиваемая внутренним давлением в РКО. При этом

V

Руп _ 4р| V I Р

_ 4(Ро + Ра )

V + V

V) + V +(Ро + Рх )х

(р0 + Р);

Рсоп = Ьх; Рат = 4Ра (Ро + Рх). Уравнение (1) тогда примет вид

тх + Ьх + 4(Ро + Ра )(р0 + рх)

V + V

у0 т уд

У0 + V +(р0 + Рх )х - 4Ра(ро + Рх)-т9 _ Рв вт к^,

(2)

статическая жесткость пневмо-

с _ 4к(ро + Ра )Ро2 4 V + V

"д

пружин (вблизи положения равновесия);

Р0, Ра — избыточное давление в положении равновесия в пружине с рабочим объемом и дополнительным объемом Vд, а также атмосферное давление; Ро, Рх — эффективная площадь одной пружины в положении равновесия и приращение этой площади от хода х массы (зависимость Рх от х определяется экспериментально и интерполируется функцией Рх _ ах + Рх2, при малых ходах х значением Рх в сравнении с Ро можно пренебречь; РВ, ш — амплитуда и частота силы вибровозбудителя;

к=1,4 — коэффициент адиабаты (это значение обычно принимают при низких частотах, рассматриваемых в данном случае).

Коэффициент передачи силы Кс в рассматриваемом случае можно определять без учета силы сопротивления демпфера, т.к. выбрано малое значение Х = 0,02. Оно учитывает малое сопротивление применяемой подвески, где оно связано только с внутренним трением в резине РКО и сопротивлением воздуха. Тогда Кс можно определять как отношение амплитуды силы, передаваемой пневмопружинами на основание из-за колебаний давления в РКО, к амплитуде силы вибровозбудителя РВ.

Для решения уравнения (2) и определения коэффициента передачи силы по выражению

4 (Ро + Ра )(Ро + рх)

V + V

"д

V + V +(Ро + Рх )Х тах

- 4Ра (Ро + Рх )-

тд г

(3)

где Ь — коэффициент вязкого сопротивления, выбираемый исходя из безразмерного коэффициента

Х = 0,02, где Х_ Ь

где хтах — амплитуда колебаний массы т в цикле сжатия, была составлена модель в программе Бти-Цпк (МаНаЪ), приведенная на рис. 2.

В модели частота ш изменялась медленно со скоростью 0,01 Гц/с. Поэтому полученные на различных частотах значения Кс можно считать, соответствующими постоянному значению частоты колебаний данной системы. По этой модели оценивалось также влияние значения дополнительного объема на величину Кс на одинаковых частотах возбуждения.

В качестве расчетного примера взяты следующие значения: т= 140 кг, ро = 0,54 кг/см2, У"о = 0,73 литра, Р0 = 64 см2, что соответствует четырем пневмопру-жинам на базе РКО марки И-09, выпускаемых ФГУП «НПО «Прогресс» в г. Омске. Для дополнительных объемов каждой из этих пружин взяты следующие три значения V _ 0, Vh _ 1 л, V _ 5 л. Коэффициент вязкого трения при Х = 0,02 равен Ь = 300 Н/м/с.

На рис. 3 приведены результаты расчетов. Они показывают, что применение для виброизоляции

к

К _

Р,

к

В

к

к

0

18

Рис. 2. Модель в программе Б1ши11пк (МаНаЪ) для определения коэффициента передачи силы Кс

на различных частотах колебаний а

Рис. 3. График изменения коэффициента передачи силы на основание от частоты вибровозбуждения при различных значениях дополнительных объемов пневмопружин подвески виброизолируемого объекта

объектов пневмопружин на базе РКО с дополнительными объемами позволяет существенно (в 5—10 раз) уменьшать коэффициент передачи силы на основание на низких частотах (порядка 5 Гц и выше). При этом такие подвески просты по конструкции и надежны в работе.

Библиографический список

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

2. Зубков, А. И. Аппроксимация характеристики пневматического упругого элемента с резинокордными оболочками / А. И. Зубков // Расчет, конструирование, изготовление и эксплуатация : сб. науч. тр. — М., 1977. — C. 47-49.

БУРЬЯН Юрий Андреевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой

«Основы теории механики и автоматического управления» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

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

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

ГАЛУЗА Юрий Федорович, аспирант кафедры «Основы теории механики и автоматического управления» ОмГТУ.

Адрес для переписки: [email protected]

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

о

оэ