RU2655677C1

RU2655677C1 - Vibration insulating foundation with inertial masses

Info

Publication number: RU2655677C1
Application number: RU2017132954A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-05-29

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to the protection means against the vibration harmful influence and can be used in construction, in particular in the vibration-insulated foundations devices for machines and equipment with dynamic loads. Vibration isolating foundation with inertial masses includes the upper and lower structures and the vibration isolators with spring supports and arranged in spherical shells with a gap balls, having interacting with the upper structure spikes. Each vibration isolator is provided with at least three levers and mounted on the lower structure guides for them, wherein the levers one ends are pivotally connected to the shell, and the other ones are made with counterweights and are in series connected to each other by springs, in the gap between the ball and the shell the rolling elements are placed, and the counterweights are fixed on the levers with possibility of fixed movement. Spring containing the cylindrical helical spring consisting of two parts with oppositely directed ends, which one part has turns of rectangular cross section, and the spring other part is made hollow, at that, the first part counter-directed end is located in the second cavity, the spring segmented profile contacting parts gaps are filled with antifriction lubricant, at that, at the spring second part end there sealing collar is installed to prevent the lubricant leakage, and the helical spring first part, made with coils of rectangular cross-section with rounded edges, is covered by the tube of damping material, for example polyurethane. Gaps in the made with coils of rectangular cross section helical spring first part, which is covered with the tube of damping material, are filled with crumbs from the friction material, gaps in the made with coils of rectangular cross section helical spring first part, which is covered by the tube of damping material, are filled with crumbs from the friction material made of a composition, comprising the following components, with their ratio, wt.%: mixture of phenol-formaldehyde resole and novolac resins in the ratio of 1:(0.2–1.0) 28÷34, fibrous mineral filler containing glass-roving or the glass-roving and basalt fiber mixture in the ratio of 1:(0.1–1.0) 12÷19, graphite 7÷18, friction modifier containing carbon black in the form of mixture with kaolin and silicon dioxide 7÷15, barite concentrate 20÷35, talc 1.5÷3.0. Gaps in the made with coils of rectangular cross section helical spring first part, which is covered by the tube of damping material, are filled with crumbs from the copper based sintered friction material made of a composition, comprising the following components, with their ratio, in wt.%: zinc 6.0–8.0; iron 0.1–0.2; lead 2.0–4.0; graphite 3.0–7.0; vermiculite 8.0–12.0; chromium 4.0–6.0; antimony 0.05–0.1; silicon 2.0–3.0; copper – the rest.

EFFECT: technical result consists in increase in the vibration damping efficiency and reduction of dynamic loads on the foundation lower structure.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам защиты от вредного влияния вибрации и может быть использовано в строительстве, в частности в устройствах виброизолированных фундаментов под машины и оборудование с динамическими нагрузками.The invention relates to means of protection from the harmful effects of vibration and can be used in construction, in particular in devices of vibration-insulated foundations for machines and equipment with dynamic loads.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является виброизолированный фундамент, содержащий ванну, размещенный в ней с зазором относительно стенок и днища фундаментный блок, шарнирно соединенный с виброизоляторами, установленными в днище ванны, по патенту РФ №2281999, E02D 27/44 (прототип).The closest technical solution to the claimed object is a vibration-insulated foundation containing a bath placed in it with a gap relative to the walls and bottom of the foundation block, pivotally connected to vibration isolators installed in the bottom of the bath, according to RF patent No. 2281999, E02D 27/44 (prototype).

Недостатками прототипа являются: сравнительно невысокая эффективность пространственной виброизоляции и сложность конструкции за счет применения Катковых опор.The disadvantages of the prototype are: the relatively low efficiency of spatial vibration isolation and design complexity due to the use of roller bearings.

Технический результат - повышение эффективности гашения колебаний и снижение динамических нагрузок на нижнее строение фундамента.EFFECT: increased efficiency of damping oscillations and reduced dynamic loads on the lower structure of the foundation.

Это достигается тем, что в виброизолированном фундаменте с инерционными массами, включающем верхнее и нижнее строение и установленные между ними виброизоляторы с пружинными опорами и размещенными в сферических оболочках с зазором шарами, имеющими взаимодействующие с верхним строением шипы, каждый виброизолятор снабжен, по крайней мере, тремя рычагами и установленными на нижнем строении направляющими для них, причем одни концы рычагов шарнирно соединены с оболочкой, а другие выполнены с противовесами и последовательно соединены между собой пружинами, в зазоре между шаром и оболочкой размещены тела качения, а противовесы закреплены на рычагах с возможностью фиксированного перемещения, пружина, содержащая цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, мас. %:This is achieved by the fact that in a vibration-insulated foundation with inertial masses, including the upper and lower structures and the vibration isolators installed between them with spring supports and balls placed in spherical shells with a gap, having spikes interacting with the upper structure, each vibration isolator is equipped with at least three levers and guides mounted on the lower structure for them, with some ends of the levers pivotally connected to the shell, while others are made with counterweights and connected in series between springs, in the gap between the ball and the shell there are rolling elements, and counterweights are fixed on levers with the possibility of fixed movement, a spring containing a cylindrical helical spring, consisting of two parts with opposite ends, one part of which has rectangular turns and the other part of the spring is hollow, while the counter-directed end of the first part is placed in the cavity of the second, the gaps of the segment profile of the contacting parts of the spring are filled with antifriction grease, at At the end of the second part of the spring, a sealing collar is installed to prevent lubricant leakage, and the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross section with rounded edges, is covered by a tube of damping material, such as polyurethane, and the gaps in the first part of the coil spring, made with coils of rectangular the section covered by the tube of damping material is filled with crumbs of friction material, gaps in the first part of the coil spring, made with turns of a rectangular the section that the tube of damping material covers is filled with crumbs of friction material made of a composition comprising the following components in their ratio, wt. %:

смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидныхmixture of resol and novolac phenol formaldehyde смол в соотношении 1:(0,2-1,0)pitches in the ratio 1: (0.2-1.0) 28÷3428 ÷ 34 волокнистый минеральный наполнитель, содержащийfibrous mineral filler containing стеклоровинг или смесь стеклоровинга иglass roving or a mixture of glass roving and базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0)basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) 12÷1912 ÷ 19 графитgraphite 7÷187 ÷ 18 модификатор трения, содержащий технический углеродcarbon black friction modifier в виде смеси с каолином и диоксидом кремнияin the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7÷157 ÷ 15 баритовый концентратbarite concentrate 20÷3520 ÷ 35 талькtalc 1,5÷3,01.5 ÷ 3.0

На фиг. 1 изображен виброизолирующий фундамент с инерционными массами, общий вид; на фиг. 2 - схема соединения рычагов виброизолятора в плане, на фиг. 3 - вариант выполнения пружины 9, расположенной между сферической оболочкой 3 и нижним 2 строением фундамента.In FIG. 1 shows a vibration-isolating foundation with inertial masses, a general view; in FIG. 2 is a plan of connecting the levers of the vibration isolator in plan, in FIG. 3 - an embodiment of a spring 9 located between the spherical shell 3 and the lower 2 foundation structure.

Виброизолирующий фундамент с инерционными массами состоит из верхнего 1 и нижнего 2 строений и размещенных между ними виброизоляторов. Каждый виброизолятор включает опору, состоящую из сферической оболочки 3 и размещенного в ней шара 4 с шипом 5, взаимодействующим с верхним строением 1; вокруг опоры расположены рычаги 6 (на фиг. 2 изображен вариант с четырьмя рычагами) с противовесами 7 на свободных концах рычагов 6, шарнирно соединенные со сферической оболочкой 3, при этом противовесы 7 выполняют функцию инерционных масс, перемещающихся в противоположном направлении движению верхнего 1 строения фундамента. Шар 4 с шипом 5 взаимодействует со сферической оболочкой посредством тел качения 8.The vibration-isolating foundation with inertial masses consists of upper 1 and lower 2 buildings and vibration isolators placed between them. Each vibration isolator includes a support, consisting of a spherical shell 3 and a ball 4 placed in it with a spike 5, interacting with the upper structure 1; levers 6 are located around the support (Fig. 2 shows a variant with four levers) with counterweights 7 at the free ends of the levers 6, pivotally connected to the spherical shell 3, while the balances 7 act as inertial masses moving in the opposite direction to the movement of the top 1 of the foundation structure . Ball 4 with a spike 5 interacts with a spherical shell by means of rolling bodies 8.

Противовесы 7 установлены с зазором с возможностью их фиксированного перемещения вдоль рычагов для настройки на определенную частоту динамического воздействия. Опоры виброизоляторов подпружинены относительно нижнего строения пружиной 5, а каждый рычаг 6 установлен в направляющей 10, смонтированной на нижнем строении 2, и связан пружинами 11 с соседними рычагами для увеличения демпфирующей способности.Counterweights 7 are installed with a gap with the possibility of their fixed movement along the levers for tuning to a specific frequency of dynamic effects. The supports of the vibration isolators are spring-loaded relative to the lower structure by a spring 5, and each lever 6 is mounted in a guide 10 mounted on the lower structure 2 and connected by springs 11 with adjacent levers to increase the damping ability.

Виброизолирующий фундамент с инерционными массами работает следующим образом.Vibration insulating foundation with inertial masses works as follows.

При перемещении виброизолируемого объекта под воздействием нагрузки вниз происходит противофазное движение противовесов 7, которое способствует уменьшению динамической нагрузки на нижнее строение 1 и повышению эффекта виброгашения,When moving a vibroinsulated object under the influence of the load down, the antiphase movement of the balances 7 occurs, which helps to reduce the dynamic load on the lower structure 1 and increase the effect of vibration damping,

При горизонтальном перемещении виброизолируемого объекта с малой амплитудой происходит поворот шара 4 относительно сферической оболочки 3. При колебаниях объекта со значительной амплитудой шип 5 упирается в край сферической оболочки 3 и происходит перемещение рычагов 6 в направляющих 10.With the horizontal movement of the vibration-insulated object with a small amplitude, the ball 4 rotates relative to the spherical shell 3. When the object vibrates with a significant amplitude, the spike 5 abuts the edge of the spherical shell 3 and the levers 6 move in the guides 10.

Снижение вибрации в горизонтальном направлении достигается размещением между оболочкой 3 и шаром 4 тел качения 8. Возврат системы в первоначальное положение обеспечивают пружины 11, стремящиеся вернуть рычаги 6 в исходное положение.The horizontal vibration reduction is achieved by placing rolling elements 8 between the sheath 3 and the ball 4. The system 11 is returned to its original position by springs 11, which tend to return the levers 6 to their original position.

Благодаря наличию противовесов 7, установленных на рычагах 6, осуществляется гашение высокочастотных вертикальных колебаний, так как противовесы 7 перемещаются в противофазе с верхним строением 1. Благодаря свободному перемещению рычагов 6 в направляющих 10 и повороту шара 4 в сферической оболочке 3 посредством тел качения 8 горизонтальные колебания не нарушат работу виброизолятора при совместном воздействии вертикальных колебаний.Due to the presence of counterweights 7 mounted on the levers 6, damping of high-frequency vertical vibrations is carried out, since the balances 7 move in antiphase with the upper structure 1. Due to the free movement of the levers 6 in the guides 10 and the rotation of the ball 4 in the spherical shell 3 by means of rolling bodies 8, horizontal oscillations will not interfere with the operation of the vibration isolator when combined with vertical vibrations.

Виброизолирующий фундамент позволяет повысить эффективность гашения горизонтальных колебаний и осуществлять центрирование объекта на верхнем строении при смещении центра тяжести объекта.The vibration-isolating foundation makes it possible to increase the damping efficiency of horizontal vibrations and center the object on the upper structure when the center of gravity of the object is shifted.

Возможен вариант выполнения пружины 9, расположенной между сферической оболочкой 3 и нижним 2 строением фундамента (фиг. 3), которая выполнена со встроенным демпфером и содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 14 и 15 со встречно направленными концами 17 и 16 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 12 и 13 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.A possible embodiment of a spring 9 located between the spherical shell 3 and the lower 2 foundation structure (Fig. 3), which is made with a built-in damper and contains a coil spring, consisting of two parts 14 and 15 with opposite ends 17 and 16 of the corresponding turns of these springs. On the supporting coils of the spring, support rings 12 and 13 are made for strong and reliable fixation of the ends of the springs during their operation.

Первая часть винтовой пружины 14 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 15 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 17 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 16, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 13, загерметизирован, например, при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).The first part of the coil spring 14 is made with coils of rectangular (or square) section with rounded edges, and the second part 15 of the spring is hollow, for example of circular cross section, while the counter-directed end 17 of the first part of the spring is placed in the cavity of the counter-directed second part of the spring with the end 16 while its second end, mounted on the support ring 13, is sealed, for example, using a threaded plug (not shown).

В полости второй части 15 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 14 пружины, зазоры 18 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 14 и 15 пружины.In the cavity of the second spring part 15, made of a hollow circular cross section, formed on four sides, relative to the rectangular section of the first spring part 14, the gaps 18 of the segment profile in a section perpendicular to the axis of the contacting parts 14 and 15 of the spring.

Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 18 сегментного профиля контактирующих частей 14 и 15 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 16 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 18 сегментного профиля контактирующих частей 14 и 15 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».For better adjustment of the spring stiffness (without scuffing, jamming or jamming), the gaps 18 of the segment profile of the contacting parts 14 and 15 of the spring are filled with antifriction grease, for example, viscous "solid oil" type, and a sealing lip is installed at the end 16 of the second spring part (not shown in the drawing ) to prevent leakage (loss) of lubricant. This design is a kind of viscous friction damper with an extended throttle element in the form of gaps 18 of the segment profile of the contacting parts 14 and 15 of the spring, which in this case will be analogs of the piston-cylinder system, respectively.

Первую часть 14 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 19 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».The first part 14 of the coil spring, made with coils of rectangular (or square) section with rounded edges, is covered by a tube 19 of damping material, for example polyurethane, which creates friction in the vibration protection system, the value of which increases when the system approaches the resonance mode, which is analogous to dry friction damper.

Зазоры в первой части 14 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 8 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (не показано).The gaps in the first part 14 of the coil spring, made with coils of rectangular cross section, which is covered by a tube 8 of damping material, are filled with crumbs of friction material (not shown).

Возможен вариант, когда зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, мас. %:It is possible that the gaps in the first part of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which are covered by a tube of damping material, are filled with crumbs of friction material made of a composition that includes the following components in their ratio, wt. %:

Пружина со встроенным демпфером работает следующим образом.A spring with a built-in damper works as follows.

Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 12 и 13 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины.The spring stiffness is adjusted by shortening or lengthening the spring height. When the support rings 12 and 13 rotate, the spring coils move relative to each other in mutually opposite directions relative to the longitudinal axis of the spring, i.e. screwed in or out. In the first case (when screwing in), the stiffness of the spring increases, and in the second case (when unscrewing) it decreases, which makes it easier to adjust the stiffness of the spring.

Таким образом, пружина благодаря избирательным свойствам обеспечивает эффективную пространственную виброизоляцию оборудования по всем шести направлениям колебаний (по трем осям Х, У, Z и поворотные колебания вокруг этих осей) с демпфированием колебаний на резонансе и при различных условиях работы.Thus, due to its selective properties, the spring provides effective spatial vibration isolation of equipment in all six directions of vibration (along the three axes X, Y, Z and rotary vibrations around these axes) with vibration damping at resonance and under various operating conditions.

Возможен вариант, когда зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из спеченного фрикционного материала на основе меди, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас. %: цинк 6,0-8,0; железо 0,1-0,2; свинец 2,0-4,0; графит 3,0-7,0; вермикулит 8,0-12,0; хром 4,0-6,0; сурьма 0,05-0,1; кремний 2,0-3,0; медь - остальное.It is possible that the gaps in the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross section, which are covered by a tube of damping material, are filled with crumbs of sintered friction material based on copper, made of a composition comprising the following components, with their ratio, wt. %: zinc 6.0-8.0; iron 0.1-0.2; lead 2.0-4.0; graphite 3.0-7.0; vermiculite 8.0-12.0; chrome 4.0-6.0; antimony 0.05-0.1; silicon 2.0-3.0; copper is the rest.

Claims

Vibration insulating foundation with inertial masses, including the upper and lower structures and vibration isolators installed between them with spring bearings and spheres placed in spherical shells with clearances having spikes interacting with the upper structure, each vibration isolator is equipped with at least three levers and mounted on the lower structure guides for them, and some ends of the levers are pivotally connected to the shell, while others are made with counterweights and sequentially interconnected by springs, in the gap between rolling elements are placed near the ball and shell, and counterweights are fixed on levers with the possibility of fixed movement, while a spring containing a cylindrical helical spring, consisting of two parts with opposite ends, one part of which has turns of rectangular cross section, and the other part of the spring is made while the counter-directed end of the first part is hollow in the second cavity, the gaps of the segment profile of the contacting parts of the spring are filled with antifriction grease, while at the end of the second part A spring seal is installed to prevent lubricant leakage, and the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross-section with rounded edges, is covered by a tube of damping material, such as polyurethane, and the gaps in the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross-section, which covers tube made of damping material, filled with crumbs of friction material, gaps in the first part of a coil spring made with coils of rectangular cross section, which the tube is made of damping material, filled with crumbs of friction material made of a composition comprising the following components in their ratio, wt. %:

mixture of resol and novolac phenol formaldehyde pitches in the ratio 1: (0.2-1.0) 28 ÷ 34 fibrous mineral filler containing glass roving or a mixture of glass roving and basalt fiber in a ratio of 1: (0.1-1.0) 12 ÷ 19 graphite 7 ÷ 18 carbon black friction modifier in the form of a mixture with kaolin and silicon dioxide 7 ÷ 15 barite concentrate 20 ÷ 35 talc 1.5 ÷ 3.0,

characterized in that the gaps in the first part of the coil spring, made with coils of rectangular cross section, which covers a tube of damping material, are filled with crumbs of sintered friction material based on copper, made of a composition comprising the following components in their ratio, wt. %: zinc 6.0-8.0; iron 0.1-0.2; lead 2.0-4.0; graphite 3.0-7.0; vermiculite 8.0-12.0; chrome 4.0-6.0; antimony 0.05-0.1; silicon 2.0-3.0; copper is the rest.