О ВОЗМОЖНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК

КОМБИНИРОВАННЫХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

Михалкин И.К.¹, Пономарев Ю.К.¹, Васюков Е.С. ², Пономарев Д.Ю. ³

(СГАУ ¹, г. Самара, РФ, УК БМЗ ², г. Брянск, РФ, СамГУПС ³, г. Самара, РФ)

 

The results of settlement research all-metal rope vibroinsulator combined type, consisting of a roll of tapes and pressed massive from material МR.

 

Конструкторы транспортного машиностроения находятся в постоянном поиске по созданию эффективных средств виброударозащиты своих уникальных объектов. Известные средства – винтовые пружины, многослойные рессоры, резиновые и полиуретановые виброизоляторы, клиновые демпферы не всегда обеспечивают снижение ударных и вибрационных нагрузок в заданном диапазоне частот, эксплуатационных температур и ограниченных габаритных размеров. Приходится разрабатывать новые средства виброзащиты комбинированного типа с использованием новых материалов и принципов демпфирования. Для виброударозащиты приборов и оборудования в компьютеризированных вагонах-лабораториях автоматизированного контроля параметров рельсовой колеи (КВЛ-П2.0) [1] применяются ленточные рулонные виброизоляторы [2] (рис. 1).

Рисунок 1 - Внешний вид рулонного ленточного виброизолятора [1]	Рисунок 2 - Комбинированный ленточный виброизолятор с массивом из материала МР

 

Полевые испытания подвагонного оборудования, установленного на специальной измерительной раме, виброизолированной с помощью [2] от колесных осей тележки, показали неплохие результаты, однако,  в некоторых ситуациях мягкая характеристика виброизоляторов оказалась нерациональной. Так, при ударах на стрелочных переездах, вертикальные ускорения измерительной рамы достигали предельно допустимых величин, что приводило к большим погрешностям измерения параметров рельсовой колеи.

С целью модернизации конструкции виброизоляторов было принято решение установить между их обоймами с некоторым предварительным натягом массив из материала МР (рис. 2). Введение в конструкцию виброизолятора дополнительного упругодемпфирующего элемента потребовало разработки методики расчета упругодемпфирующих характеристик, изложенной в работе [3, 4].

В работах [3, 5] предложена новая концепция создания комбинированных средств виброударозащиты приборов и оборудования, эксплуатирующихся на объектах транспортного машиностроения. Эта концепция базируется на создании цельнометаллических виброизоляторов и демпферов, комбинирующих  в своем составе упругодемпфирующие элементы из металлических тросов, рулонов лент или цельнометаллического материала «металлорезина» - МР.

Аналогичные разработки ведутся и за рубежом [6] (рис. 3). Так, в конструкции [6] в качестве упругих элементов используются упругодемпфирующий элемент из опрессованного тканого проволочного материала в форме параллелепипеда с параллельно работающими замкнутыми тросовыми обручами. Как видно из конструкции, виброизолятор работает в опорной схеме нагружения. Для закрепления виброизолятора на основании и объекте в верхней и нижней крышке сделаны резьбовые отверстия. Для транспортировки к месту эксплуатации верхняя и нижняя крышки соединены страховочными тросами, создающими при эксплуатации предварительный натяг. При деформировании в поперечном направлении, происходит изменение расстояния между верхней и нижней крышкой из-за постоянства длины страховочного троса, при этом упругий элемент деформируется в продольном направлении. Таким образом, происходит рассеяние энергии при деформации и в поперечном направлении. По мнению авторов, конструкция [6] не совсем оптимальна: троса работают в основном на растяжение, в то время как наилучший режим работы для них – изгиб.

Вторым доводом в пользу конструирования виброизоляторов комбинированного типа по схеме рис. 2 является то, что за счет деформирования элементов разной структуры можно обеспечить линейность нагрузочных характеристик от величины их осадки. Дело в том, что материал МР обладает жесткой характеристикой на сжатие, а многослойные пакеты с радиусным очертанием осевой упругой линии при деформировании в том же направлении имеют мягкую характеристику. Одновременное их деформирование при соответствующем подборе плотности материала МР и геометрии рулонных пакетов может обеспечить линейную нагрузочную характеристику. Это обеспечивает невозможность возникновения суб-, и супергармонических режимов колебаний защищаемых объектов в рабочем диапазоне частот.

Для доказательства этого была создана методика и программа расчета суммарных нагрузочных характеристик виброизолятора из массива металлорезины и рулона лент.

Суть методики расчета комбинированного виброизолятора состоит в следующем [3, 5]. С применением конечноэлементного комплекса ANSYS рассчитывалась нелиней­ная нагрузочная характеристика виброизолятора в направлении вертикальной оси Y в координатах (Р_у - у), Затем нагрузочная характеристика представлялась в безразмерном (критериальном) виде в координатах      (b - z):

                                            (1)

где R - средний радиус кривизны рулона, Е - модуль упругости ленты,  - момент инерции пакета относительно оси X, n- число витков ленты в рулоне, b - ширина рулона, h - толщина ленты. Зависимость (1) была представлена в виде

                                           (2)

С учетом (2) общее аналитическое выражение нагрузочной характеристики ру­лонного элемента в направлении оси Y найдется в виде:

                              ,                                               (3)

где  Н, b₁ и l – cоответственно, – начальная высота, ширина и длина массива из материала МР. Зависимость s(e) приведена в [5].

  Для иллюстрации расчетного исследования (рис. 4) параметры комбинированного демпфера были выбраны следующими: h = 0,3 мм, b = 25 мм; n = 30; l = 60 мм; H = 40 мм; R = 24,5 мм; b = 25 мм; E = 200000 МПа. Относительная плотность материала МР была равна , где r₀ – плотность материала стальной проволоки – 7,8 г/см³.

 Из рисунка видно, что при мягкой характеристике рулонного многослойного пакета и жесткой характеристике параллелепипеда из материала МР, суммарная нагрузочная характеристика виброизолятора в целом на 80% диапазона деформирования является практически линейной. При больших амплитудах возбуждения характеристика становится жесткой, что обеспечивает хорошие вибрационные и ударные свойства виброзащитной  системы.

Результаты исследования показывают, что комбинация двух элементов обеспечивает линейность нагрузочной характеристики виброизолятора в рабочем диапазоне.

Литература

1. Архангельский С.В., Симаков О.Б., Пономарев Ю.К. и др. Автоматизированные средства контроля параметров рельсовой колеи на базе вагонов-лабораторий/ Под ред. С.В.Архангельского, В.Б.Каменского и В.П.Конакова. – Самара: Самарский научный центр РАН, 2002. – 236 с.

2. Гунин В.А., Пономарев Ю.К., Калакутский В.И., Нарузбек С.В. Кольцевой пластинчатый виброизолятор. Патент РФ № 2249736, МКИ F16F 7/00. Заявл. 14.10.03. Опубл. 10.04.05, БИ № 10.

3. Пономарев Ю.К., Калакутский В.И.  Многослойные цельнометаллические виброизоляторы с упругими элементами регулярной структуры. Изд-во СНЦ РАН, 2003, 168 с.

4. Пономарев Ю.К., Гунин В.А., Котов А.С, Медников М.В., Шатров В.Г. Расчет характеристик опор трубопроводов с применением материала МР/,. Изд-во БАН, Болгария, Варна, 2004, стр. 106 -110.

5. Медников Н.В., Медников М.В., Пономарев Ю.К. и др. Проектирование комбинированных средств виброзащиты на основе материала МР и тросов. В сб. научн. тр. «Проблемы строительного и дорожного комплексов», выпуск 4. – Брянск: БГИТА, 2006.- с. 49 – 51.

6. Патент DE № 10327318 Германия, МКИ F16F 1/02; F16F1/362. Elastsche Ganzmetall-Aufhägeeinheit/Schmoll Eduard. – опубл. 20.01.2005.