Виброизоляционная опора с гидравлическим инерционным преобразователем движения на базе резинокордной оболочки Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.752.3

Ю.А. Бурьян, U.A. Burian *С.Н.Поляков, S.N. Polyakov *Ю.П. Комаров, U.P. Komarov

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

* ФГУП «Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск, Россия FSUE «Scientific and Production Enterprise «Progress», Omsk, Russia

ВИБРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ОПОРА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ИНЕРЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДВИЖЕНИЯ НА БАЗЕ РЕЗИНОКОРДНОЙ ОБОЛОЧКИ

VIBRATION-ISOLATED SUPPORT WITH HYDRAULIC INERTIAL MOTION CONVERTOR BASED ON RUBBER-CORD SHELL

В статье рассмотрены принцип построения и математическая модель низкочастотной виброизоляционной опоры, в которой в одном конструктиве параллельно установлены резинометаллический или пневматический амортизатор и гидравлический инерционный преобразователь движения на базе резинокордной оболочки, заполненной жидкостью.

В работе показано, что согласованием характеристик амортизаторов опоры и гидравлического инерционного преобразователя движения можно получить высокоэффективные низкочастотные виброизоляторы силовых агрегатов в различных отраслях промышленности.

In the article the principle of construction and mathematical model of a low-frequency, which in one form factor installed in parallel to the rubber steel or pneumatic dumper and hydraulic inertial motion converter based on rubber-cord shell filled with fluid are considered.

In work it is shown that coordination of characteristics of a support dampers and the inertial hydraulic motion converter can be highly effective low-frequency vibration isolators for putting up power units in various industries.

Ключевые слова: виброизоляция, резинокордная оболочка, амортизатор, преобразователь движения, гидроопора

Keywords: vibration isolation, rubber-cord shell, shock absorber, motion converter, hydraulic support

Характеристики резинометаллических и пневматических амортизаторов могут быть значительно улучшены при использовании в одной опоре параллельно с амортизатором гидравлического инерционного трансформатора (ГИТ) на базе РКО, заполненной жидкостью. В этом случае имеется возможность варьирования в широких пределах характеристиками инерционных трубок вследствие достаточно большого объёма РКО с жидкостью, и при этом сохраняются достоинства освоенных промышленностью, надёжных и долговечных РКО. Методы расчёта и результаты экспериментальных работ по гидроопорам с ГИТ достаточно полно изложены в работах института машиноведения им. Благонравова [1, [2].

Принципиальная схема опоры на базе РКО модели Н-48 и И-09 показана на рис. 1. На рис. 2 показана принципиальная схема опоры на базе амортизатора типа АПС.

Рис. 1. Принципиальная схема опоры:

1 - резинокордная оболочка пневмоэле-мента Н-48;

2 - блок инерционных трубок;

3 - мембрана;

4 - резинокордная оболочка ГИТ на базе И-09; F(t) - сила, действующая со стороны виброактивного агрегата;

5 - опорная поверхность;

6 - основание

Рис. 2 - Принципиальная схема опоры:

1 - опорная поверхность;

2 - резинокордная оболочка И-09;

3 - блок инерционных трубок;

4 - мембрана; 5 - виброизолятор АПС;

6 - основание; F(t) - усилие, действующее на опору со стороны виброактивного элемента

Принцип действия опоры с ГИТ заключается в том, что при действии на опору периодического усилия от виброактивного силового агрегата жидкость в ГИТ и, следовательно, в инерционных трубках будет совершать возвратно-поступательное движение. Мембрана 3

служит для компенсации объёма вытесняемой жидкости при перемещении опорной поверхности 5 по отношению к основанию 6. Масса жидкости в инерционных трубках будет иметь скорость, большую чем скорость опорной поверхности на величину, равную отношению площади условного поршня, перемещающего жидкость (в первом приближении площадь эквивалентного сечения РКО) к площади сечения инерционной трубки. Вследствие этого на силовой агрегат и основание будет действовать дополнительная инерционная нагрузка с приведённой массой шщ на 2-3 порядка превышающую массу жидкости в инерционных трубках. Динамический эффект от этой инерционной нагрузки будет заключаться, как это показано в [1] в значительном снижении передачи вибрационного усилия на основание в области частот настройки виброопоры с ГИТ.

Демпфирование в опоре из-за движения жидкости в ГИТ в первом приближении можно принять пропорционально скорости и силе сопротивления

= Ъщ • х, , где Ьпр - коэффициент пропорциональности.

Система уравнений, описывающих поведение опоры, будет иметь вид [1]:

ш0 х + сх = ^ (¿) - Р1А

Ь

пр

Р1 - Р2 = ~г х +-х Г

А А I

А А I

р 2 = м х К м

ш

пр

(1)

Комплексный коэффициент передачи усилия на основание через виброизоляционную опору в соответствии с (1) будет иметь вид:

К (к»)=

гг

и

А 2

С +—С

К 2 ^

1

- шпр ю | + Ьпр /ю

Л(/ю)

^ |гг а2Г: ( т

+ —2 См : - ш0 + шпр ю

1

+ Ьпр /ю

(2)

Вычисляя модуль в выражении (2), можно записать:

Кп =

(2 2 » - ю

)2 + 4п2 ю2

ш

пр

]|(ю021 - ю2 )2 + 4й021 ю2 ш0 + шпр

(3)

С

С

где обозначено: ю01 = Переходя

г = ю ; V, = ПЧ

ю 0

пр

пр

ш 0 + шпр

; ю1 =

ш пр; п01 =

2(ш'

Л; п1 = .

+ шпп ) 2ш „„

о + шпр

пр

безразмерным координатам по зависимостям

01 2

С

Ь

пр

Ь

V о = -

пр

ю

0

; юо = ; По = — , о

ю0 ш 0 0 2ш0 2ш0 ю0

и после преобразования выраже-

ния (3), запишем Кп в зависимости от соотношения по =

ш

ш

пр

Кп =

(

2 2 2

г 2 - п) + 4v0' п2 г

£2 - П | 4 2 [ п £2 П + 1 .

(4)

+ v0

I П + 1) I П + 1)

п

2

2

к

1

Из выражения (4) следует, что частота настройки Шнаст опоры определяется равенством 2 = л/п или шНаст = <Ю 4п . Представляет интерес оценить эффективность виброизоляции

(величина Кп) в точке настройки.

Известно [1], [2], что особенность опоры с инерционными преобразователями движения по сравнению с обычными упруго-диссипативными опорами заключается в том, что на частоте настройки шз на рис. 3 коэффициент Кп приближается к нулю, а при ш ^ го сохраняет малую постоянную величину (в обычной опоре Кп ^ 0 при ш ^ го).

На рис. 4 показана зависимость коэффициента передачи Кп от 2 при различных величинах п и при коэффициенте демпфирования У0 = 0,01 (на графике представлены результаты расчётов для зоны 1 на рис. 4).

Если в соответствии с рисунком 1 принять, что то = 3,2-103 кг (номинальная нагрузка для РКО Н-48), шо = 1,2 Гц, В = 0,1 м, I = 510-2 м, йт> = 810-3 м, то тпр ® 61 кг, Ьпр = 30,6 Нс/м, п = 9, N = 6, У0 = 4-10-3, то частота настройки Шнаст = 4,4 Гц, коэффициент снижения усилия на основание при частоте настройки Кп = 8-10-4, а при высоких частотах Кп = 0,1.

Рис. 3. Зависимость Кп(ш) в опоре с инерционными преобразователями движения Рис. 4. Графики зависимости Кп (2)

Ю = л-—-; Ш2 = , —; Юз = , —.

\т> + тпр \т0 \ тпр

Таким образом, предложенный в работе подход к оценке эффективности виброизоляционной опоры, состоящей из параллельно установленных упругих элементов и гидравлического инерционного преобразователя движения на базе РКО, заполненного жидкостью, позволяет с использованием серийно выпускаемых виброизоляторов проектировать и изготавливать высокоэффективные низкочастотные виброизоляторы для силовых агрегатов в различных отраслях промышленности и судостроения.

Библиографический список

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

2. Мугин, О. О. Экспериментальные исследования виброизолятора с преобразованием движения инерционных элементов / О. О. Мугин, А. А. Синёв // Вестн. науч.-техн. развития. - 2012. - № 4 (56). - С. 24-31.

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