НОВЫЕ СРЕДСТВА ВИБРОЗАЩИТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОДЕМПФИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА «МР»
Ермаков А.И., Пономарев Ю.К., Паровай Ф.В., Котов А.С.
(СГАУ, г. Самара, РФ)
The results of development of effective assets vibroprotection for different objects of machine-building.
Основными тенденциями современного машиностроения является неуклонное повышение надежности и ресурса изделий при одновременном росте их тактико-технических параметров и снижении материалоемкости. Обеспечение этих взаимно конкурирующих тенденций возможно, как показывает практика, при всеобъемлющем использовании современных методов и средств виброзащиты узлов, агрегатов и изделий в целом. При этом очень важно внедрять современные методы и средства виброзащиты уже на стадии проектирования, не дожидаясь появления неизбежных в доводке дефектов вибрационно-усталостного характера.
Самарский государственный аэрокосмический университет вот уже более 40 лет занимается проблемами виброзащиты. В университете при кафедре «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов» функционирует «Отраслевая научно-исследовательская лаборатория вибрационной прочности и надежности двигателей летательных аппаратов и их систем», фактически являющаяся серийным заводом по производству виброизоляторов и демпферов на основе многослойных упругодемпфирующих элементов из материала МР (металлорезины), тросов, пакетов лент, сеток, стержней и комбинированных цельнометаллических материалов.
Сотрудниками кафедры и лаборатории за указанный период созданы уникальные конструкции виброизоляторов и демпферов, обеспечивших высокую надежность отечественных двигателей, космических аппаратов и различных изделий машиностроения. Так на кафедре под руководством профессора А.М.Сойфера в 60-х годах прошлого века был разработан уникальный упруго-пористый материал с высокими демпфирующими свойствами. Сформированный из металлической проволоки и обладающий свойствами эластомеров этот материал был назван металлической резиной (МР). Материал МР представляет собой пористую структуру, получаемую путем холодного прессования из предварительно растянутой и специальным образом уложенной проволочной спирали в окончательные по форме и размерам изделия. Цельнометаллические изделия из МР, кроме двигателестроения, успешно применяются в машиностроении, станкостроении, судостроении, энергетике, радиоэлектронной, нефтяной, газовой и пищевой отраслях промышленности, а также в оборонной, космической технике и медицине.
На основе материала МР было создано семейство виброизоляторов типа ДКА, ДКУ (рис. 1), АК, АМГ (рис. 2), корпусные втулочные виброизоляторы типа ВВ (рис. 3), бескорпусные втулочные упругодемпфирующие элементы (рис. 4). Последние нашли примене ние в двигателестроении для виброзащиты рабочих лопаток, направляющих аппаратов, оболочек, гироскопических устройств, роторов. Созданы эффективные виброизоляторы на основе сетчатых многослойных элементов (рис. 5). Виброизоляторы и элементы из материала МР успешно применяются на изделиях предприятий РКК ЦСКБ-ПРОГРЕСС (г. Самара), КБХА (г. Воронеж), СГНПП «Авиадвигатели НК» (г. Самара).
Рисунок 1 - Цельнометаллические виброизоляторы типа ДКА, ДКУ с номинальными нагрузками от 50 г до 150 кгс
|
|
|
|
|
Рисунок 2 - Разновидности цельнометаллических виброизоляторов с упругими элементами из материала МР типа АК, АМГ и др. |
Рисунок 3 - Виброизолятор типа ВВ(втулочный виброизолятор) |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4- Бескорпусные упруго-демпферные прокладки из материала МР |
Рисунок 5 - Цельнометаллические сетчатые виброизоляторы АЦС |
|
Серийное изготовление виброизоляторов из материала МР в свое время было освоено опытно-экспериментальным заводом СГАУ и машиностроительными заводами г.г. Павлодар, Чернигов, Томск. Сейчас эти виброизоляторы производятся только в СГАУ и только СГАУ является собственником технологии их производства.
Кроме перечисленных конструкций в СГАУ разработаны и серийно изготавливаются различные средства виброзащиты трубопроводов (рис. 6), уплотнений (рис. 7), многослойных демпферов для роторов ДЛА (рис. 8), тросовых виброизоляторов высокой эффективности (рис. 9).
|
|
|
|
|
Рисунок 6 - Средства виброзащиты трубопроводов ДЛА с элементами из материала МР |
Рисунок 7 - Контактные уплотнения ДЛА с элементами из материала МР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 8 - Многослойный демпфер для роторов ГТД и ТНА РД |
Рисунок 9 - Семейство тросовых виброизоляторов для виброударозащиты агрегатов ДЛА |
|
Коллективом кафедры и лаборатории на основе новых информационных технологий и математических пакетов разработаны высокоэффективные программы расчета как статических упругодемпфирующих характеристик виброизоляторов и демпферов, так и динамического поведения механических систем с приведенными виброзащитными устройствами. В качестве примера можно привести свежую разработку системы виброзащиты дизель-генератора магистрального тепловоза нового поколения «2ТЭ-25А» («Пересвет») Брянского машиностроительного завода массой 27 т (рис. 10). Виброизоляторы, изготовленные в виде металлического корпуса с встроенными внутрь двумя конусными втулками из материала МР, в количестве 14 шт. размещены в каждой секции тепловоза между его рамой и фланцами дизель-генератора. Жесткостные и демпфирующие характеристики рассчитаны исходя из рабочей частоты колебаний дизеля, массы энергетической установки, его инерционных параметров, расположения центра масс. Ресурс виброизоляторов 10 лет непрерывной работы.
а б
Рисунок 10- Схема размещения виброизоляторов из материала МР на энергетической установке магистрального тепловоза 2ТЭ-25А «Пересвет» (а) и внешний вид виброизолятора (б)
На рис. 11, в качестве примера, показаны полученные расчетным путем: упруго-гистерезисная характеристика виброизолятора (а), зависимости его среднециклической жесткости Сср (б), рассеянной энергии W (в) и коэффициента поглощения y (г) от амплитуды перемещения объекта А.
а б
в г
Рисунок 11 – Зависимости упругих и демпфирующих параметров виброизолятора из материала МР, показанного на рис. 10, б