CC BY
89
УДК 534.833: 621
Б.С. Сажин, О.С. Кочетов, В.Б. Сажин, А.В. Костылева, М.В. Голубева, Е.О. Боброва
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАСЧЕТ НА ПЭВМ РЕЗИНОВЫХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
In work the computation procedure of systems vibroinsulation for the process equipment, providing installation of this equipment on the nonrigid (real) basis of industrial premises is submitted. The computation procedure of rubber vibroinsulators is developed in view of static and dynamic reactions of the equipment in reference points, and also in view of physico-mechanical properties of a material of a sample of a vibroinsulators, received on the stand for definition of static rigidity. The system vibroinsulation for the weaving looms, including the rubber elements located on both parties from a basic plane of the machine tool is tested. This system reduces the dynamic loadings transmitted by the machine tool on interfloor overlapping in 2 times and provides vibrosafety to the operator in all a normalized range of frequencies.
В работе представлена методика расчета систем виброизоляции для технологического оборудования, предусматривающая установку этого оборудования на нежестком (реальном) основании производственных помещений. Методика расчета резиновых виброизоляторов разработана с учетом статических и динамических реакций оборудования в опорных точках, а также с учетом физико-механических свойств материала образца виброизоляторов, полученных на стенде для определения статической жесткости. Испытана система виброизоляции для ткацких станков, включающая в себя резиновые элементы, расположенные по обе стороны от опорной плоскости станка, которая уменьшает динамические нагрузки, передаваемые станком на межэтажное перекрытие, в 2 раза и обеспечивает вибробезопасность оператора во всем нормируемом диапазоне частот.
При размещении нового оборудования или модернизации существующего, связанной с увеличением рабочих скоростей, на старых производственных площадях, приходится идти либо путем увеличения жесткости межэтажного перекрытия, либо установкой оборудования на виброизолирующие системы. Последний путь зачастую более предпочтителен, так как не требует больших затрат на реконструкцию зданий [1].
На Московском шелковом комбинате «Красная Роза» авторами был решен вопрос о размещении в ткацком корпусе пневматических ткацких станков типа PN 130 (производства ЧССР). Для проведения экспериментальных работ был предоставлен ткацкий цех с работающими там станками-аналогами типа P- 125А, имеющими следующие параметры: вес станка с навоем Q = 1760 кГс, (см.рис.1); число опорных точек станка m = 4; частота вращения главного вала ni = 350 мин-1. Динамические нагрузки от станка представлены в табл. 1.
Табл. 1. Динамические нагрузки станка в вертикальном направлении (амплитуда
силы, кГс)
Частота вращения, мин-1 Частота Номер 1 2 3 4
возмущающей силы, Гц гармоники
350 5,83 1 20,6 42,6 33,6 34,2
350 11,7 2 31,7 103,3 30,6 39,4
350 17,5 3 19,7 22,2 15,6 14,3
Анализируя динамические нагрузки станка в вертикальном направлении можно сделать вывод о том, что расчет системы виброизоляции следует вести по второй возмущающей гармонике (11,7 Гц), так как максимум спектра возмущения приходится
именно на вторую опору станка (103,3 кГс) во второй гармонической составляющей спектра возмущающих сил станка.
а) б)
Рис.1. Схема виброизоляции пневматического ткацкого станка типа РК 130: а) расположение
опорных точек: 1-360 кГс, 2-606 кГс, 3-464 кГс, 4-330 кГс - нагрузки в опорных точках основания станка, 5- система виброизоляции; б) конструктивные схемы резиновых упругих элементов системы виброизоляции: призматического и цилиндрического.
Рассчитаем систему виброизоляции для ткацкого станка (рис.1а) и определим ее эффективность для первых 3-х гармоник. Примем: количество резиновых элементов в каждом виброизоляторе п=2; форма поперечного сечения резинового виброизолятора -квадратная; схема расположения резиновых элементов - сдвоенная. Геометрические размеры упругого элемента и форма его поперечного сечения представлены соответственно на рис.1б. В качестве материала резинового виброизолятора выбираем резину марки ТМКЩ-С со следующими физико-механическими свойствами: объемный вес резины у = 1,26 г/см ; модуль упругости резины при коэффициенте формы Кф=1,0 равен Ес0 = 194,3 кГс/см2; допускаемое рабочее напряжение [а] = 8 кГс/см2; модуль сдвига О = 12 кГс/см2.
Расчет начинаем с определения площадей поперечных сечений под каждую опорную точку станка 81 и отдельного резинового элемента 81'.
Опора 1 1: 81=Р1/[а]=360/8=45 см2, 81'=81/п= 45/2 см2=22,5 см2, Опора 1 2: 82=Р2/[а]=606/8=75,75 см2, 82'=82/п= 75,75/2 см2=37,86 см2,
Опора 1 3: 8з=Рз/[а]=464/8=58 см2, 8з'=8з/п= 58/2 см2=29 см2, Опора 1 4: 84=Р4а]=330/8=41,25 см2, 84'=84/п= 41,25 /2 см2=20,63 см2.
Определим размеры поперечных сечений резиновых виброизоляторов под каждой опорной точкой станка:
а1 = V 8^22,5=4,74 см; а2 = V 8^37,86=6,15 см; аз = V 83'^29=5,39 см; а4 = V 8^20,63=4,54 см.
Теперь приступаем к определению жесткости виброизоляторов в вертикальном и горизонтальном направлениях. Для определения коэффициента неупругого сопротивления виброизоляторов у необходимо провести стендовые испытания опытного образца упругого элемента на стенде. Для этого необходимо построить для опытного образца диаграмму статической деформации в осях «Р-е», которая представляет из себя петлю гистерезиса резины и характеризует количество энергии, рассеиваемой в материале при его деформировании и идущей на нагрев образца, на активацию химических процессов и т.д. Построение диаграммы осуществлялось по результатам экспериментальных исследований, выполненных на стенде [4] для определения статической жесткости резиновых виброизоляторов. Нагружение образца
проводилось до Р = 900 кГс с шагом 100 кГс, затем разгрузка до 0. Коэффициент Пуассона получился равным м=0,5; коэффициент у=0,037.
Определим коэффициенты формы Кф каждого виброизолятора, приняв предварительно высоту всех резиновых элементов равной 10 см:
Кф1= 81нагр/ 81бок= а12/(4а1хЬ1)=22,5/(4х4,74х10) = 0,12;
Кф2= 82нагр/ 82бок= а22/(4а2хД2)=37,86/(4х6,15х 10) = 0,15;
Кф3= 8энагр/ 8эбок= аз2/(4азхЬз)=29/(4х5,39х10) = 0,13;
Кф4= 84нагр/ 84бок= а42/(4а4хД4)=20,63/(4х4,54х10) = 0,11.
Определим условный модуль упругости Еи для каждого виброизолятора Еи1= Кф1хЕс0=0,12х 194,3=23,3 кГс/см2, Еи2= Кф2хЕс0=0,15х 194,3=29,1 кГс/см2, Еиз= КфэхЕс0=0,13х 194,3=25,3 кГс/см2, Еи4= Кф4хЕс0=0,11 х 194,3=21,4 кГс/см2. Определим статическую осадку виброизоляторов под нагрузкой в каждой опорной точке
Хст1=Ь1х[а]/Еи1=10х8/23,3=3,43 см, Хст2=Ь2х[а]/Еи2=10х8/29,1=2,75 см, Хстэ=Ьз х [а]/Еиз=10 х 8/25,3=3,16 см, Хс4=Ь4х[о]/Еи4=10х8/21,4=3,74 см, Приняв наибольшую статическую осадку в четвертой опоре (Хст4 =3,74 см) за нулевой уровень, вычислим скорректированные высоты остальных резиновых виброизоляторов для того, чтобы станок был установлен горизонтально, без перекосов. В нашем случае Д4 =Д 4'=10 см.
Ь1'= Хст4хЕи1/[а]=3,74х23,3/8=10,89 см, Ь2'= Хст4хЕи2/[а]=3,74х29,1/8=13,6 см, Ьз'= Хст4хЕиз/[а]=3,74х25,3/8=11,8 см, Определяем скорректированные значения коэффициента формы и условного модуля упругости каждого виброизолятора (далее расчет приведен для 1-ой опоры)
Кф1'= 81нагр/ 81бок= а12/(4а1хЬ1')=22,5/(4х4,74х 10,89) = 0,109; Скорректированный модуль упругости Еи' для каждого виброизолятора определим по формулам
Еи1 '= Кф1' хЕс0=0,109 х 194,3=21,18 кГс/см2, Определим жесткость каждого виброизолятора в вертикальном и горизонтальном направлениях:
г г
Еи 8 21,18 - 22,5 кГс
С = — >■ 1 =-2-— = 43,76- ; (1)
4 Д 10,89 ' см ' к '
^ 12 - 22,5 кГс
С^ = —^ =-— = 24,8-; (2)
Х Д 10,89 см
Определим суммарную жесткость системы виброизоляции в вертикальном и горизонтальном направлениях
кГс
С7 = 2 С + 2 С + 2 С + 2 С = 2 х 43,76 + 2 х 61,13 + 2 х 54,44 + 2 х 44,09 = 406,84-;
4 4 ¿2 4 4 см
кГс
Сж = 2СХ + 2СХ + 2СХ + 2СХ = 2 х 24,8 + 2 х 33,4 + 2 х 29,5 + 2 х 24,76 = 224,92-.
1234 см
(3)
2.80Э
2.341
1.873
1.404
0.Э36
0.468
//й
4
V \\ /-\¥2=1Ь/.иО /// М2=128.74 //// \а/2=114.Б1 // / / _ 1
60
75
90
105
120
135
150
Рис.3. Коэффициент передачи системы «станок на виброизоляторах» при изменении собственной
частоты межэтажного перекрытия
Определим собственную частоту колебаний системы «станок на виброизоляторах» в вертикальном и горизонтальном направлениях:
406,84 х 981
1760
= 2,4 Гц
224,92 х 981
2 х 3,14
1760
= 1,78Гц
2^ О ,
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. Определим коэффициент передачи силы на частоте вынужденных колебаний станка в вертикальном и горизонтальном направлениях, при числе оборотов главного вала п1 = 350 мин-1, для первых трех гармоник.
4
п
350
60 60
5,83Гц; в = 11,7Гц; £Бз = 17,5Гц; (5)
Пя =
1
1 + у
1 -
в
2 Л
в2
+ г
1
1 + 0,0372
1-
5,83 2,42
2
= 0,2;
+ 0,0372
Пхг =
1
1 + у
1-
в
2
+ г
1
1 + 0,0372
(6)
1-
5,83 1,782
2
= 0,1.
+ 0,0372
П = 0,044; г,4 = 0,019; Х = 0,024; Х = 0,01.
(7)
Результаты экспериментальных проверок при частоте вращения главного вала станка п1 = 350 мин-1 показали снижение уровней вибрации на рабочих местах станков, установленных на резиновые виброизоляторы, в 1,5...2 раза по всему спектру частот. На рис. 2 и 3 представлены результаты расчета на ПЭВМ коэффициента виброизоляции при изменении собственных частот как самой системы виброизоляции, так и межэтажного перекрытия, на котором эти станки установлены Выводы:
1.Разработана методика расчета резиновых виброизоляторов для пневматических ткацких станков типа П-125А с учетом статических и динамических реакций станка в опорных точках, а также с учетом физико-механических свойств материала образца виброизоляторов, полученных на стенде для определения статической жесткости.
2.Разработана и испытана система виброизоляции для ткацких станков, включающая в себя резиновые элементы, расположенные по обе стороны от опорной плоскости станка.
Список литературы
1.Кочетов О.С.// Изв.вузов. Технология текстильной промышленности.- 1995, №
1.С.88...92.
2.А.с. СССР № 1668773. Виброизолирующая система Кочетова для ткацких станков / О.С.Кочетов- Опубл.1991. Бюл. № 29.
3.А.с. СССР № 1737181. Эластичный виброизолятор Кочетова / О.С.Кочетов.-Опубл.1992. Бюл. № 20.
4.Кочетов О.С. Устройство для определения статических характеристик виброизоляторов/ О.С.Кочетов, Л.Ю.Поляковский, Л.Т.Турбин, Н.К.Кобельков. -И.Л.МГЦНТИ,
№ 13-87, 1987.
2
2
2
2
