Силоизмерительный амортизатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 6 Р 15 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТ К АВТОРСН ВИ(56) Патент кл. 73/1, 19Авторское В 643688, кл 8,видетельство СССРР 16 Г 15/03, 1977 54) СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬН РТИЗАТОР 57) Изобретроению и ние относит жет быть ис к машиноьзовано фиг. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР: по делАм изОБРетений и ОткРытий 801375886 А 1 для виброзащиты различного рода объектов с большой массой и мощностью, а также для измерения составляющих динамических сил, передаваемых через виброизоляторы на фундамент. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей эа счет измерения трех составляющих сил, передаваемых через каждый виброизолятор, и повышение надежности за счет разгрузки динамометров 6 и устранения резонансов виброиэоляторов. Поперечная жесткость упругих элементов 5 и 11 в десять и более раэ меньше их продольной жесткости, продольная жесткость может быть меньше жесткос- д ти фундамента не более чем в десять раз. Нагрузка на пьезодатчик 8 давления в значительной степени меньше нагрузки на динамометр 64 ил. 1Изобретение относится .к машиностроению и может быть использованодля виброзащиты различного родаобъектов с большой массой и мощностью,а также для измерения составляющихдинамических сил, передаваемых черезвиброизоляторы на фундамент.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей эа счет 10измерения трех составляющих сил, передаваемых через каждый виброизолятор, и повышение надежности за счетразгрузки динамометров и устранениярезонансов виброизоляторов. 15На фиг. 1 изображен силоизмерительный амортизатор, схема; нафиг. 2 - узел виброизолятора, нафиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; нафиг, 4 - сравнение амплитудно-частотных характеристик с датчика пульсаций давления и динамометра при продольном возбуждении,Силоизмерительный амортизатор(фиг. 1-3) содержит виброизоляторы1, присоединенные крышками 2 к работающей машине 3 и опорными фланцами 4 к установленнымпод ними основным упругим элементам 5, а такжеэлектромеханические динамометры б, 30закрепленные на иэолируемом фундаменте 7, Виброизоляторы 1 выполненыпневматическими и на их опорных фланцах 4 установлены датчики 8 пульсаций давления, которые сообщены каналами 9 с рабочими камерами 10 виброиэоляторов 1 и, наряду с динамометрами 6, выполнены пьезоэлектрическими. В плоскостях опорных фланцев 4закреплены дополнительные упругие 40элементы 11, число которых не менеетрех на виброизолятор. Эти упругиеэлементы 11, наравне с установленными нод виброизоляторами основнымиупругими элементами 5, которые закреплены на фундаменте 7, выполненыс продольной жесткостью, меньшейжесткости фундамента не более чем вдесять раз, и с поперечной жесткостью,меньшей в десять и более раз их про 50дольной жесткости, Упругие элементы11 закреплены в плоскостях опорныхфланцев 4, которые выполнены в видетонкостенных платформ с ребрами 12жесткости. Последовательно с допол 55нительными упругими элементами 11установлены динамометры 6. Датчики8 пульсаций давления и динамометры6 подключены к многоканальному регистрирующему устройству 13, причемдинамометры с осями чувствительности одного направления в пределахкаждого виброизолятора соединеныэлектрически с учетом их фаэ. Чтобыв заданном частотном диапазоне,например до 200 Гц, пульсации давления не затухали в каналах 9, соединяющих датчики 8 пульсаций давленияс рабочей камерой 10, каналы 9 выполнены с диаметром й не менее 6 мм идлиной не более 100. Подсоединениедатчиков 8 к рабочим камерам 10 можно выполнить также с помощью трубки с аналогичными размерами,Пьезоэлектрические динамометры6 выполнены в виде пьезоэлектрических чувствительных пластин и размещенного между ними металлическогоэлектрода (не показано), Пьезоэлектрические датчики 8 пульсаций давления, кроме того, содержат мембрану,герметизирующую корпус датчика и передающую давление сжатого воздухана пьезочувствительный элемент. Датчики 8 герметично закреплены в резьбовом отверстии, выполненном на опорных фланцах 4, через резиновую кольцевую прокладку (не показана), Упругие элементы 5 и 11 выполнены в виде чередующихся тонких слоев из резины и металла, соединенных между собой посредством вулканизации, Размеры и количество металлических и резиновых пластинок выбираются из условия получения требуемой продольной жесткости и ее отношения к поперечной жесткости.Амортизатор работает следующим образом.1В тяжелых и мощных машинах каждыйиз виброиэоляторов нагружен силамиот веса машины и крутящего момента,на 2-4 порядка превышающими амплитуды измеряемых динамических сил. Дляповышения надежности силоизмерительного виброиэолятора необходимо разгрузить динамометры 6 от статическихи медленно изменяющихся сил. С этойцелью виброизоляторы 1 выполненыпневматическими и на их опорных фланцах 4 установлены датчики 8 пульсаций давления, соединенные каналами9 с рабочими камерами 10, Под действием продольной составляющей динамической силы, передаваемой через виброизолятор 1, последний периодически сжимается - разжимается, а поддействием поперечных составляющих силы происходит сдвиг его опорного фланца 4 относительно крышки 2. При продольных деформациях виброизоля 5 тора изменяется объем рабочей камеры 1 О и давление в ней, Проведенные исследования с пневматическими виброизоляторами различных типов показали, что в диапазоне частот до . 10200 Гц пульсация давления дР 0 в рабочих камерах пропорциональна передаваемой через виброизолятор продольной динамической силе Р и связана с ней зависимостью 15ЗРфрЭгде 89 " эффективная площадь рабочейкамеры,На фиг. 4 показаны амплитудночастотные характеристики (АЧХ) нульсации давления (сигнал Ю р) и силы25(сигнал У ) для одного из испытуемыхвиброизоляторов. Обе АЧХ имеют резонанс на 80 Гц, объясняемый собственной частотой колебаний массы подвижной крышки на жесткости виброизолятора, Соотношение между АЧХ в диапазоне частот 2-200 Гц остается неиз-:менным, что свидетельствует о частотно-независимой чувствительности датчика 8 пульсаций давления. Для измерений продольной составляющей динамической силы можно пользоваться чувствительностью датчика по давлению(мВ/Н/м ) или по силе 1 (мВ/Н),которую можно вычислить по даннымФиг. 4. 40Исследования также показали; что пьезодатчик 8 пульсации давления не чувствителен к поперечным и поворотным колебаниям виброизолятора, так как при этом не происходит изменения объема и давления в рабочей камере. Нагрузка на пьезодатчик пульсации давления в сотни и даже тысячи раз меньше, чем иа закрепленный под виброизолятором 1 динамометр 6, так как ее снижение пропорционально отношению площади торца датчика 8 к эффективной площади рабочей камеры 10. Поэтому применение пьезодатчика давления вместо динамометра дляизмерения продольной составляющей динамической силы позволяет существенно повысить надежность устройства и уменьшить габариты чувствительног силоизмерительного датчика.В поперечных направлениях (по осям Х и У, фиг, 3) передаются сравнительно небольшие статические силы, которые можно измерить пьезоэлектрическими динамометрами 6, не снижая надежность устройства, Чтобы динамометры воспринимали, в основном, только поперечные составляющие динамической силы и при этом опорные фланцы 4 были максимально жестко присоединены к фундаменту 7, установлены под Фланцами упругие элементы 5 и в плоскости Фланцев дополнительные упругие элементы 11, имеющие продольную жесткость, меньшую, чем жесткость фундамента не более чем в десять раз, и поперечную жесткость, меньшую в десять и более раз их продольной жесткости. При такой установке упругих элементов динамометры практически не воспринимают продольные статические и динамические силы, а опорный фланец 4 присоединен к фундаменту посредством продольных жестких упругих элементов по трем главным направлениям Х, У и Х.Для устранения резонансных колебаний опорных фланцев 4 виброизоляторов 1 из рабочего диапазона частот порядка сотен герц необходимо, чтобы продольная жесткость упругих элементов 5 и 11 была максимально возможной, а масса Фланцев 4 - минимальной. Так как для точного измерения поперечных составляющих динамических сил важно обеспечить соотношение между продольной и поперечной жесткостью упругих элементов - десять и более раз, и при этом их продольная жесткость может быть максимально большой, последняя назначена меньшей жесткости фундамента не более, чем в десять раз. Опорные Флан- цы 4 виброизоляторов 1, выполненные в виде легких и жестких тонкостенных платформ с ребрами 12 жесткости преимущественно из легких сплавов, например титановых или алюминиевых, в сочетании с высокой продольной жесткостью упругих элементов 5 и 11 и динамометров 6 позволяют обеспечить высокие резонансные частоты колебаний опорных Фланцев 4 виброизоляторов 1 и устранить их из рабочего диапазона частот, Существенно расширены также фундаментальные воз 1375886можности силоизмерительного амортизатора за счет измерения трех составляющих динамической силы, передаваемой через каждый виброизолятор 1. Синхронные измерения всех составляющих динамических сил обеспечены посредством многоканального регистрирующего устройства 13, к которому подключены через согласующие устрой О ства все пьезодатчики давления и динамометры,Формула изобретения15Силоизмерительный амортизатор, содержащий виброизоляторы, имеющие на одних торцах опорные фланцы и соединяемые. другими торцами с машиной, являющейся источником вибрации, 2 О установленные последовательно с виброизоляторами и соединенные одним концом с их опорными фланцами упругие элементы с поперечной жесткостью, по крайней мере в десять 25 раз меньшей их продольной жесткости, и пьезоэлектрические динамометры,закрепляемые на изолируемом фундаменте, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения трех составляющих сил, передаваемых через каждый виброизолятор, и повышения надежности, он снабжен установленными в плоскости, перпендикулярной основным упругим элементам, и соединенными одними концами с опорными фланцами, а другими -с динамометрами дополнительными упругими элементами, число которых покрайней мере три на каждый виброизолятор и продольная жесткость которыхи основных упругих элементов выбрана меньшей жесткости фундамента,не более чем в десять раз и большейпо крайней мере в десять раз поперечной жесткости, пьезоэлектрическими датчиками пульсаций давления, установленными на опорных фланцах исообщенными с рабочими камерами виброизоляторов, и многоканальным регистрирующим устройством, соединенным с пьезоэлектрическими датчиками.