Разработка и исследование характеристик тросового виброизолятора пространственного нагружения для защиты приборов и оборудования транспортных систем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

.1. Л с СССР № 183174. МПК В21Г 21/00. Способ изготовления нетканого материала МР из металлической проволоки v Л.М. Сойфер, В.Н. Бузицкий, В.Л. Першин.

4. Автоматизированные средства контроля параметров рельсовой колеи на базе вагонов-лабораторий / Под ред.

С.В. Архангельского, В.Б. Каменского В.П. Конакова; Самара: Самар, науч. центр РАН, 2002. 236 с.

5 Пат. РФ № 2179667, МКИ F16F 7/14. Тросовый виброизолятор / В.А. Антипов, В,А. Гунин, В.И. Калакутский.

Ю.К Пономарев и др. БИ № 5, 2002.

Г) Пат. РФ № 2200884, МКИ FI6F 7/14. Виброизолятор / Ю.К. Пономарев, В.А. Гунин, В.И. Калакутский. БИ № 8, 2003.

7 Чегодаев Д.Е., Пономарев Ю.К. Демпфирование. Самара: Изд-во СГ'АУ, 1997. 334 с.

8. Пат. РФ № 2082039, МПК F16F 7/14 / Ю.К.Пономарев, П.А.Калугин, В.И.Крайнов, С.И.Сократов и др. Опубл. в БИ № 17, 1997.

У. Пат. РФ № 2044190, МПК F16F 7/14 / Ю.К.Пономарев, В.И.Крайнов, С.И.Сократов, С.А.Горев и др. Опубл. в БИ № 26, 1995.

10. Паг. РФ № 2199683. Способ из ¡ото влепи* упругофрикционных элементов тросовых вибро изоляторов / Ю.К. Пономарев, С.В. Архангельский, В.А, Гунин, В.И. Калакутский. БИ № 6, 2003.

11. Пат. РФ № 2179664, МПК F16F 1/22 / Ю.К.Пономарев, В.А, Гунин, В.И.Калакутский и др. Опубл. в БИ № 5, 2002.

12. Пат. РФ№ 2200884, МПК FI6F 7/00 / Ю.К.Пономарев, В.А.Гунии, В.И.Калакутский. Опубл. в БИ № 5, 2002.

УДК 621.892

С.В. Архангельский, В.А. Гунин, Ю.К. Пономарев, В.И. Калакутский,

И.В. Медников, А. С. Котов, М.В. Медников, О.Б. Симаков

ИПЦ ИНФОТРАНС, г. Самара

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ТРОСОВОГО ВИБРОИЗОЛЯТОРА ПРОСТРАНСТВЕННОГО НАГРУЖЕНИЯ

ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Results of development of a design and settlement model loading steel rope vibroinsulator with structural damping for protection of information-measuring systems exploited in severe constraints of vibration and impacts on transport are resulted.

Приведены результаты разработки конструкции и расчетной модели нагружения тросового виброизолятора с конструкционным демпфированием для защиты информационно-измерительных систем, эксплуатирующихся в жестких условиях вибрации и ударов на транспорте. "

В настоящее время в различных областях техники для защиты приборов и оборудования от вибрации и ударов широко применяются тросовые виброизоляторы цилиндрического типа с

винтовым расположением троса между двух разъемных планок (рис. 1). Разработкой таких виброизоляторов в разное время занимались: Карло Камосси, Хей, Лекуч, Керлей, Лоуренс в США ^ 1 -4], а также ряд авторов в нашей стране [5-11]. Исследование данного типа виброизоляторов показало, что они обладают различными упрогодемпфирующими характеристиками по трем взаимноперпендикулярным направлениям. Разными авторами предпринимались попытки конструктивного исправления анизотропии характеристик виброизоляторов путем установки специальных ограничителей деформации, профилированных дефлекторов (рис. 1 г, б), специальной навивки троса между обоймами (рис. 1 а, в). Однако в большинстве случаев данные конструктивные усовершенствования не приводили к созданию изотропных виброизоляторов.

Ш Q

Û. О

Рис* 1, Иностранные разработки тросовых виброизоляторов пространственного нагружения

В настоящей работе делается попытка создания на базе исходной конструкции изотропного тросового виброизолятора пространственного нагружения и построение методики расчета его упругодемпфирующих характеристик.

Р и с. 2. Схема изотропного тросового виброизолятора и конструкция разъемных обойм

Суть идеи состоит в объединении двух цилиндрических виброизоляторов под углом 90° в единое средство виброзащиты (рис. 2).

Как видно из рис. 2, виброизолятор выполнен в виде двух крестообразных разъемных обойм, сцентрированных между собой по центральным прямоугольным пазам и скрепленных заклепками. По границам разъема каждой из обойм в них просверлены отверстия для защемления тросового элемента, причем навивка троса в каждом из оппозитно расположенных лучей противоположно направлена.

По замыслу разработчиков в таком виброизоляторе анизотропия упругодемпфирующих характеристик должна быть минимальной.

С целью исследования анизотропии характеристик виброизолятора проделана работа по изучению свойств отдельного кольца из троса с заданными средним радиусом упругой линии и компоновкой ансамбля проволочек в поперечном сечении (рис. 3).

В расчетах исполь-

зовано поперечное сечение троса, состоящего из 49 проволочек (рис. 3 б) диаметром поперечного сечения ¿=25* 10"4 м, диаметром средней линии кольца £>=25*10'З м, модулем упругости £=2х10И Па, коэффициентом Пуассона ^=0,3.

Момент инерции и площадь поперечного сечения троса определялись по формулам (1) и (2):

А-А

Р и с. 3. Расчетная схема витка виброизолятора, нагружаемого в трех взаимно перпендикулярных направлениях

У,=Л=49

/ 9)4 64

я{сі/9)2 ______

0)

(2)

1/i = ./_ = 1.43 ■ 10"14 M4, = 4,906 - 10 й м2.

Расчеты характеристик тросового кольца выполнены с помощью конечно-элементного комплекса ANSYS с использованием конечного элемента Beam 4.

Созданная модель в виде упругого кольца с граничными условиями в виде жесткой

а б в

Р и с, 4, Деформирование кольца в трех взаимно перпендикулярных направлениях: а - вдоль оси у, 6- вдоль оси х, в - вдоль оси z.

заделки в точке 1 (рис. 3 а) и запрет угловых или линейных перемещений относительно некоторых осей координат в точке 2 (рис. 3 а) была подвергнута виртуальному нагружению силами в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Прикладываемая нагрузка деформировала элемент на одном этапе в сторону растяжения кольца, а на другом - в сторону его сжатия (рис.

4 а). Аналогично нагружалось кольцо и в двух других направлениях по осям х и z.

По каждому направлению были получены зависимости силы от деформации, которые были сведены в таблицы и обработаны в инженерных пакетах MathCad и Excel. В дальнейшем, используя теорию подобия и размерностей, были получены нагрузочные характеристики кольца в безразмерном виде:

„ РЛ2

Pi = ; i = x>y>z, (3)

где щ - перемещение конца тросового элемента в направлении (-той оси.

Полученные зависимости безразмерной нагрузки от безразмерного перемещения были аппроксимированы аналитическими выражениями, которые представляют собой полиномы третьей степени без свободного члена, с помощью пакета TABLE CURVE 2D.

Д =0,7905^+1,226^;

£.=0,7448^+0,867^.; (4)

Ру =3,298- 5,693^ +6,861 Графическая визуализация полученных зависимостей представлена на (рис, 5).

Р и с. 5. Нагрузочные характеристики тросового кольца в размерном (а) и безразмерном (6) виде при его деформировании в трех взаимно перпендикулярных направлениях

Используя полученные аналитические выражения, удалось найти нагрузочные характеристики лля исследуемого виброизолятора в целом:

ЕЗ

К = ^(6Д (<Г,)+6А(«Г,))= 13,941/’ +19«,;

Л=-7(6ДГ(С) + 6Д(С))= 13,94»! +\9и:-

А

ГГ

= 12-^/ус,) = 59,88^ -103,28«; +124,56«,.

Л

(5)

На основе полученных аналитически зависимостей в сферических координатах (рис. 6) было получено выражение нагрузочной характеристики виброизолятора в направление любой оси нагружения р:

/

иг = ир вігі р соя а; иг = ир эёп у? віп а\ иу = ир сое ¡3;

(6)

Р и с. 6. Ориентация оси р в пространстве

Р(м(з)=

(і 94,32зІп6 /?(со56 а + 8Іп6 а)+3585,6соз6 р)и6р -1236^ соэ5 0 + (529,7 яіп4 Дсо54 а + яіп4 а)+14922соз4 д)/4 - 25737и’ соя3 р + (361 зіп/ї^іп р сое2 а + 5Іпа)+15525соз2 р)и*.

+

(7)

Установленные зависимости позволяют расчетным путем прогнозировать динамическое поведение приборов и оборудования, установленного на виброизоляторах рассматриваемого типа. Исследование показало, что при амплитудах вибрации менее 5 мм созданный виброизолятор обладает практически изотропными жесткостными характеристиками в горизонтальной плоскости.

а б

Р и с. 7. Распределение жесткости виброизолятора в плоскостях Х02 (а) и ХОУ (б)

(размерность осей в Н/мм)

При амплитудах, больших 5 мм, наблюдается небольшая анизотропность жесткостных свойств с циклической симметрией четвертого порядка.

В вертикальной плоскости анизотропия имеет коэффициент симметрии, равный двум. Величина анизотропии жесткости при этом зависит от статического нагружения силами веса прибора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Carlo Camossi. United States Patent 3 360 225. Shock and Vibration Mounts of the Cable Support Type, 1967.

2. Carlo Camossi. United States Patent 3 596 865. Metal Cable Absorber Mounting System, 1971.

3. Kerley. United States Patent 3 025 031, 1962.

4. Lawrence et ai. United States Patent 3 204 913, 1965.

5. Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М.: Радио и связь, 1982. С. 260.

û, Чегодаев Д. Е. Поном apee Ю.К. Демпфирование, Самара: Изд-во СГАУ, 1997. 334 с,

7. Пономарев Ю.К., Калакутский В С. Многослойные цельнометаллические виброизоляторы с упругими элементами регулярной структуры, Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2003. 168 с.

8. A.c. СССР № 219335, МПК F0ÓF. Амортизатор/ B.C. Ильинский (СССР). № 1143039/25-28, Заявлено 25.03.67. Опубл. 30,05.68. Бюл. № (8.

9. A.c. СССР № 741003, МКИ F16F 7,14. Способ изготовления тросового амортизатора / В,С,Ильинский и др, (СССР), №2544931/25-28. Заявлено 10.11.77. Опубл. 15.06.80. Бюл. № 22.

10. Пат. РФ № 2082039, МКИ F16F 7/14. / Ю.К. Пономарев, П.А. Калугин, Д.Е. Чегодаев, В.А. Безводин, В.И. Крайнов, Ю.В. Шатилов, С,И. Сократов. Опубл. 20.06,97. Бюл. №17.

1!. Пат. РФ 2084720, МКИб F16F 7/08, Способ формирования упругофрикционных элементов для тросовых

виброизоляторов / В.А. Безводин, Ю.К. Пономарев, Д.Е. Чегодаев, А.Е. Осоргин, П.А. Калугин // БИ, 1997, №20,

УДК 621.3.049

Л.Н. Бондаренко, И.Р. Добровинскиа

Пензенский государственный университет

ПРЯМОЙ ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СХЕМ С ОПЕРАЦИОННЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ

Рассмотрена унисторно-гираторная схема замещения операционного усилителя с сингулярным внутренним узлом, позволяющая проводить инженерный расчет схем с операционными усилителями и их моделирование с использованием компьютера.

The equivalent circuit of the operational amplifier with the internal singular unit is considered unistor-girator, allowing to carry out engineering calculation of schemes with operational amplifiers and their modeling with use of a computer.

В последнее время появились интегральные операционные усилители (ОУ), которые обладают высокими техническими характеристиками, имеют низкую стоимость и широко используются в различных функциональных узлах аналоговой и аналого-цифровой техники. В большинстве случаев характеристики статической и динамической точности этих устройств находятся в сильной зависимости от технических параметров ОУ. Из-за отсутствия эквивалентной схемы ОУ как усилителя напряжения, описываемого а-параметрами четырехполюсника [1], значительно усложняется компьютерное имитационное моделирование и инженерный расчет этих характеристик. Практическая необходимость расчета схем с ОУ привели к широкому применению для этих целей сигнальных графов Мейсона [2] и обобщенных сигнальных графов [3], представляющих графическое отображение описания схем с ОУ системами линейных уравнений [4].

Более естественным является непосредственный переход от схемы с ОУ без использования ее промежуточного описания в виде системы линейных уравнений к топологической структуре в форме графа. Для расчета электрических цепей, не обладающих свойством взаимности, Мейсон ввел специальные линейные элементы цепи унистор и гиристор, изображенные на рис. 1. Эти элементы являются управляемыми источниками тока, не подчиняются принципу вза-