CC BY
34
SCIENCE TIME
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ С ОБРАТНОЙ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ
Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики, г. Москва
E-mail: [email protected]
Аннотация. В работе рассмотрены пневматические виброизоляторы, основными преимуществами которых являются: низкая собственная частота колебаний, высокая эффективность виброизоляции и возможность поддержания постоянного уровня оборудования относительно фундамента за счет наличия обратной связи по перемещению.
Ключевые слова: пневматические виброизоляторы, эффективность виброизоляции, обратная связь по перемещению, стенды, экспериментальные исследования.
По результатам многих исследователей [1-4; 7-26] выявлено, что при установке технологического оборудования на пневматические виброизоляторы снижаются динамические нагрузки как на перекрытие здания, так и в ряде механизмов станка. Так, например, при установке ткацкого станка типа АТПР на пневматические виброизоляторы кроме снижения динамических нагрузок в ряде механизмов станка уменьшается также и мощность, потребляемая электродвигателем.
На рис. 1 представлена конструктивная схема пневматической виброизолирующей системы [1]. Пневмовиброизолятор состоит из корпуса 1, крышки 2, перегородки 3, в которой выполнен межкамерный дроссель 4. Эластичная диафрагма 5 с крышкой образуют рабочую камеру, а под перегородкой 3 расположена полость демпферной камеры, образованной корпусом 1. Межкамерный дроссель 4 соединяет рабочую и демпферную камеры посредством дроссельного отверстия, размеры которого определяют демпфирование в системе. Рычаг обратной связи 6 связывает крышку пневмовиброизолятора с закрепленным на ней виброизолируемым объектом с
145
автоматическим регулятором уровня 7, а регулировочный винт 8 позволяет провести предварительную юстировку оборудования. Пневмовиброизолятор работает следующим образом.
Эластичная диафрагма 5 жестко связана с крышкой 2, образуя рабочую камеру, и с перегородкой 3, образуя с корпусом 1 демпферную камеру Демпфирование в системе определяется размерами межкамерного дросселя 4.
Рис. 1 Конструктивная схема пневматической виброизолирующей системы: 1-корпус; 2-крышка; 3-перегородка; 4-межкамерный дроссель; 5-эластичная диафрагма; рычаг обратной связи; 7- автоматический регулятор уровня;
8-регулировочный винт
В результате расчета на ПЭВМ динамических характеристик были выявлены оптимальные с точки зрения минимума коэффициента передачи при виброизоляции параметры пневматического виброизолятора:
Б=0,1м2; К=0; У2 =4,1х10"3м3; У4 =1,67 х10-2м3;
Б1;2 =0,5х10-3м; & 2,3 =1,25х10-3м; ё2,4 =0,15х10-2м; Б1;2 =1,0х10-3м;
Б2,3 =0,1х10-3 м; Р1 =0,5 МПа; Р3 =0,1 МПа; Т=293 К; 5=0; 1 =0,015 м.
В статическом состоянии система находится под давлением, которое одинаково в обоих полостях системы. Механический импульс от виброизолируемого объекта поступает на рычаг 6 обратной связи, который связан с автоматическим регулятором уровня 7, а регулировочный винт 8 позволяет провести предварительную выверку оборудования.. При этом золотник клапана отходит от седла и через каналы осуществляется дополнительный подвод воздуха для компенсации давления в рабочей камере, что в свою очередь приводит к стабилизации уровня крышки 2. Лишний воздух отводится в атмосферу.
Основные параметры частотных характеристик приближенно выбираются на основе анализа свойств пассивной пневматической системы при отсутствии регулятора уровня 7. Основные частотные характеристики
146
-т
SCIENCE TIME
пассивной системы [5] выявляются с помощью частотных характеристик коэффициента передачи ¥А(ю)=Х0/У0, причем характеристику коэффициента передачи при виброизоляции ¥ (ю) определяют по формуле:
И» =
Ao2 + (A - 2AoB2)ш2 + (B22 - 2A1B3)a4 + B3V
Aoo + (A -2AoA2)a2 + (A2 + 2AoA4 - 2A1A3)^4 + (A3 - 2A2Ал)а6 + A4 со' 1
где ю - угловая частота, с
Ao = Ь^ + a0F; A = Ь08 + b1K + a1F;
A2 = ЬсЫ + Ь 5 + Ь2 K + a2 F; A3 = b1.M + Ь2 5; A4 = Ь2Ы ;
B2 = Ь1 £ + Ь2 K + a2 F; B3 = Ь2
а0, а1, а2, Ь0, Ьь Ь2 - вспомогательные коэффициенты, определяемые по формулам [4].
Рис. 2 Стенд для исследования динамических характеристик пневмовиброизоляторов: 1-платформа; 2-динамометрический силоизмеритель; 3-исследуемый пневмовиброизолятор; 4-датчик виброускорений; 5-кулиса для создания гармонической нагрузки; 6-рычаг; 7-эксцентрик; 8-коробка передач; 9
-электродвигатель с тахогенератором
147
-т
SCIENCE TIME
На рис. 2 представлен стенд для исследования динамических характеристик пневмовиброизоляторов. Стенд устанавливается на жесткой платформе 1, на которой через динамометрический силоизмеритель 2 закрепляется исследуемый пневмовиброизолятор 3, причем сверху на него воздействует кулиса 5 для создания гармонической нагрузки. Кулиса приводится в колебание посредством рычага 6 через эксцентрик 7 от электродвигателя 9 с тахогенератором. На кулисе закреплен вибродатчик 4, сигнал с которого совместно с сигналом от динамометра 2 поступает на тензоусилитель, а затем на осциллограф. При этом в измерительной цепи используются частотомер и фазометр.
Графики коэффициентов передачи, полученные при экспериментальном исследовании пневмовиброизоляторов представлены на рис. 3.
Рис. 3 Графики коэффициентов передачи: 1 - схема с регулятором уровня, присоединенным к демпферной камере при нулевом демпфировании; 2- тоже
при оптимальном демпфировании; 3 - схема с регулятором уровня, присоединенным к рабочей камере при нулевом демпфировании; 4- тоже при
оптимальном демпфировании
Кривая 1 характеризует схему с регулятором уровня, присоединенным к демпферной камере при нулевом демпфировании, а кривая 2 - при оптимальном демпфировании. Кривая 3 характеризует схему с регулятором уровня,
148
SCIENCE TIME
присоединенным к рабочей камере при нулевом демпфировании, а кривая 4-при оптимальном демпфировании. Анализируя полученные кривые можно сделать вывод, что, присоединение регулятора уровня к рабочей камере при прочих равных условиях существенно снижает собственную частоту системы пневматический виброизоляции, например, с 10 с-1 при коэффициенте передачи К равном 2,0 до 5 с-1 при коэффициенте передачи К равном 1,1.
Авторами также были проведены испытания пневмовиброизоляторов непосредственно в реальных условиях текстильного производства. Испытания пневматической виброизолирующей системы проводились при установке на них ткацких станков «Джеттис-180 НБ» на Тверской ткацко-прядильной фабрике.
На рис. 4 представлены результаты таких испытаний. Кривая 1-санитарная норма; кривая 2-станок при скорости 560 мин-1 установлен «жестко» на перекрытии; кривая 3-станок при скорости 520 мин-1 установлен «жестко» на перекрытии; кривая 4-станок при скорости 460 мин-1 установлен «жестко» на перекрытии; кривая 5-станок при скорости 560 мин-1 установлен на пневмовиброизоляторах.
Рис. 4 Результаты испытаний пневматической виброизолирующей системы при установке ткацких станков «Джеттис-180 НБ»:1-санитарная норма; 2-станок при скорости 560 мин-1 установлен «жестко» на перекрытии; 3-станок при скорости 520 мин-1 установлен «жестко» на перекрытии; 4-станок при скорости 460 мин-1 установлен «жестко» на перекрытии; 5-станок при скорости 560 мин-
1 установлен на пневмовиброизоляторах
Анализируя полученные результаты были сделаны следующие выводы. Работа пневматических ткацких станков типа «Джеттис-180 НБ» на втором этаже ткацкого корпуса фабрики приводит к повышенной вибрации на рабочих местах. Причем превышение уровней виброскорости составляет в частотном диапазоне 13... 38 Гц (при скорости станков 560 мин-1) в 3 с лишним раза; превышение уровней виброскорости в частотном диапазоне 13.40 Гц (при скорости станков 520 мин-1) в 2 с лишним раза; превышение уровней виброскорости в частотном диапазоне 19.31 Гц (при скорости станков 460 мин -1) в 1,8 раз. Установка станков типа «Джеттис-180 НБ» на пневмовиброизоляторы при максимальном режиме работы (при скорости станков 560 мин-1) приводит к снижению уровней виброскорости во всем частотном диапазоне в 5 с лишним раз, что создает условия труда на рабочем месте в соответствии с «ГОСТ 12.1.012-90.ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности.» (см. кривые 1 и 5).
Выводы
1. Разработана методика экспериментального определения динамических характеристик активных пневматических виброизоляторов в зависимости от схемы подвода рабочего газа и режимов его истечения в дросселях входных и выходных регулирующих устройств.
2. Результаты анализа полученных кривых позволили сделать вывод о том, что присоединение регулятора уровня к рабочей камере при прочих равных условиях существенно снижает собственную частоту системы пневматический виброизоляции, например, с 10 с-1 при коэффициенте передачи К равном 2,0 до 5 с-1 при коэффициенте передачи К равном 1,1.
3. Установка станков типа «Джеттис-180 НБ» на пневмовиброизоляторы при максимальном режиме работы (при скорости станков 560 мин-1) в условиях прядильно-ткацкой фабрики приводит к снижению уровней виброскорости во всем частотном диапазоне в 5 с лишним раз, что создает условия труда на рабочем месте в соответствии с ГОСТ 12.1.012-90.ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности.
Литература:
1. А.с.СССР № 1668773. Виброизолирующая система Кочетова для ткацких станков. Б.И.№ 29,1991г.
2. Кельберт Д.Л. Охрана труда в текстильной промышленности.-М.:Легпромбытиздат,1990,- 310с.
3. Корнев Б.И., Мартынов И. А. и др.Влияние пневматических виброизоляторов на некоторые механические и технологические характеристики работы
150
ткацких станков АТПР.-В кн.: Легкая промышленность.Р.Ж.12.Сводный том № 1, -М.:ВИНИТИ,1985.
4. Шмаков В.Т., Кочетов О.С., Солотов А.Д. Виброизоляция технологического стационарного оборудования пневматическими опорами.- В кн.:Методы и средства виброзащиты человека, М.:ИМАШ АН СССР,1977, с.87-91.
5. Кочетов О.С. Расчет пассивного пневмовиброизолятора с учетом динамических характеристик тела человека-оператора. - В кн.: Автоматизация научных исследований в области машиноведения. М.:Наука,1983, с.146-150.
6. ГОСТ 12.1.012-90.ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности. М.: Госстандарт, 1991,-31 с.
7. А.В.Синев, И.Ю.Зубова, О.С.Кочетов. Динамические характеристики системы виброзащиты оператора основовязальных машин //Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов Си симпозиума РАН под ред. В.К.Асташева, В.Л.Крупенина, Е.Б.Семеновой. Институт машиноведения им.
A.А.Благонравова, Москва-Звенигород.: 2006. С.258-264.
8. А.В.Синев, И.Ю.Зубова, А.В.Шестернинов, О.С.Кочетов. Методика расчета динамических характеристик пневматических систем виброизоляции для технологического оборудования //Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов СИ симпозиума РАН под ред. В.К.Асташева,
B.Л.Крупенина, Е.Б.Семеновой. Институт машиноведения им.
A.А.Благонравова, Москва-Звенигород.: 2006. С.264-268.
9. А.В.Синев, И.Ю.Зубова, А.В.Шестернинов, О.С.Кочетов. Исследование динамических характеристик пневмовиброизоляторов для текстильных машин // Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов СИ симпозиума РАН под ред. В.К.Асташева, В.Л.Крупенина, Е.Б.Семеновой. Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Москва-Звенигород.: 2006.
C.268-273.
10. А.В.Синев, И.Ю.Зубова, А.В.Шестернинов, О.С.Кочетов. Расчет резиновых виброизоляторов для пневматических ткацких станков с учетом распределения нагрузки по опорным точкам станка //Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов СИ симпозиума РАН под ред.
B.К.Асташева, В.Л.Крупенина, Е.Б.Семеновой. Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Москва-Звенигород.: 2006. С.273-276.
11. А.В.Синев, И.Ю.Зубова, А.В.Шестернинов, О.С.Кочетов. Методика расчета динамических характеристик систем виброизоляции технологического оборудования //Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов СИ симпозиума РАН под ред. В.К.Асташева, В.Л.Крупенина, Е.Б.Семеновой. Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Москва-Звенигород.: 2006. С.276-279.
151
12. А.В. Синев, О.С.Кочетов, И.Ю.Зубова. Расчет на ПЭВМ резиновых виброизоляторов для технологического оборудования //Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов CUI симпозиума РАН «DYVIS-2009». Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Звенигород.: 2009.С.333-337.
13. А.В. Синев, О.С.Кочетов, И.Ю.Зубова. Расчет систем виброизоляции аппаратов с виброкипящим слоем, установленных на межэтажном перекрытии // Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов CUI симпозиума РАН «DYVIS-2009». Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Звенигород.: 2009.С.338-342.
14. А.В. Синев, О.С.Кочетов, И.Ю.Зубова. Расчет динамических характеристик систем виброизоляции технологического оборудования //Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов CUI симпозиума РАН «DYVIS-2009». Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Звенигород.: 2009.С.343-347.
15. А.В. Синев, О.С.Кочетов, И.Ю.Зубова. Расчет на ПЭВМ динамических характеристик пневматической виброзащитной системы человека-оператора // Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. Сборник трудов CUI симпозиума РАН «DYVIS-2009». Институт машиноведения им. А.А.Благонравова, Звенигород.: 2009.С.348-355.
16. Кочетов О.С.Математическая модель защиты человека от вибрационных воздействий// Актуальные проблемы математики, физики, информатики в вузе и школе: материалы Международной научно-практической конференции 23 марта 2012г. Комсомольск-на-Амуре: Изд-во АмГПГУ, 2012.-248 с. С.19-22.
17. Oleg S. Kochetov. Study of the Human-operator Vibroprotection Systems// European Journal of Technology and Design. Vol. 4, No. 2, pp. 73-80, 2014.
18.Кочетов О.С. Расчет системы виброзащиты технологического оборудования// Материали за 9-а международна научна практична конференция, «Achievement of high school», - 2013. Том 44. Технологии. София. «Бял ГРАД-БГ» ООД - 72 стр. С.43-48.
19. Кочетов О.С. Исследование систем виброзащиты человека-оператора// Охрана и экономика труда. № 1(14), 2014.С.70-76.
20. Кочетов О.С. Виброизолирующая система для металлорежущих станков// Главный механик. - 2013. - № 9. - C. 64-65.
21. Кочетов О.С. Виброзащита станков с применением пневматических опор// Наука и образование XXI века: сборник статей Международной научно-практической конференции (29 августа 2014 г., г.Уфа). - Уфа: Аэтерна, 2014.-146с., С. 27-31.
22. Кочетов О.С.Расчет пневматических виброизоляторов// Инновационное развитие современной науки: сборник статей Международной научно-
152
SCIENCE TIME
практической конференции (8 октября 2014 г., г.Уфа). - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-220с. С. 30-38.
23. Кочетов О.С.Испытания пневматических виброизоляторов// Инновационное развитие современной науки: сборник статей Международной научно-практической конференции (8 октября 2014 г., г.Уфа). - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-220с. С. 38-43.
24. Кочетов О.С. Пневмовиброизолирующая опора // Наука и современность: сборник статей Международной научно-практической конференции (8 ноября 2014 г., г.Уфа). - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-348 с. С. 48-50.
25. Кочетов О.С. Виброизолирующая пневмоопора // Наука и современность: сборник статей Международной научно-практической конференции (8 ноября 2014 г., г.Уфа). - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-348 с. С. 50-52.
26. Кочетов О.С. Динамические характеристики пневматических систем виброизоляции для технологического оборудования // Наука и современность: сборник статей Международной научно-практической конференции (8 ноября 2014 г., г.Уфа). - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-348 с. С. 52-56.
153
