Підшаботна віброізоляція ковальських молотів

Підшаботна віброізоляція ковальського молота, що містить шабот, підшаботну плиту, віброізолятори у вигляді пружин і анкерну плиту, яка відрізняється тим, що симетрично вертикальній осі молота встановлено два гідравлічні циліндри, штоки яких прикріплені до верхньої поверхні підшаботної плити, корпуси - до фундаменту молота, верхня порожнина циліндра з'єднується з наповнювальним баком трубопроводом, відношення площі циліндра до площі трубопроводу, що з'єднує циліндр з наповнювальним баком, визначається залежністю Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме - до конструкцій ковальськоштампувального обладнання і призначена для зниження пружних коливань фундаменту, що викликають сейсмічні коливання в ґрунті і мають шкідливий вплив на навколишнє середовище. Відомо технічне рішення для віброізоляції кувального молота [1]. Дане технічне рішення являє собою шабот, встановлений у приямку фундаменту та пружини, що виконують функції віброізоляторів, і віброгасників у вигляді демпферів тертя, закріплених на фундаменті. Застосування демпферів тертя спричиняє появу "мертвої зони", наявність якої призводить до зростання амплітуди коливань фундаменту, що призводить до збільшення сейсмічних коливань ґрунту. Згасання коливань відбувається за декілька періодів, впродовж цього часу шабот збуджує коливання фундаменту, що підсилює негативний вплив на навколишнє середовище. Відомо підшаботну віброізоляцію молотів (прототип) [2] у якій віброгасником є демпфер односторонньої дії у вигляді гідроциліндра. Недолік даного технічного рішення полягає у тому, що демпфірування коливань забезпечується постійною силою, величина якої залежить від величини тиску рідини, на яку налаштований запобіжний клапан, згасання коливань протікає поступово за декілька періодів що приводить до збудження коливань фундаменту шабота протягом часу подвійного ходу падаючих частин молота. В основу корисної моделі поставлено задачу зниження вібраційної активності молота, що знижує збудження коливань фундаменту. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у підшаботну віброізоляцію, що містить підшаботну плиту, яка спирається на пружинні віброізолятори, що розташовані на анкерній плиті, яка закріплена на фундаменті молота, симетрично до вертикальної осі молота встановлено два гідравлічні циліндри, штоки яких прикріплені до верхньої поверхні підшаботної плити, корпуси - до фундаменту молота, нижня порожнина циліндра з'єднується з верхньою порожниною трубою, на якій встановлено зворотний клапан, який пропускає рідину з нижньої порожнини в верхню, а також нижня порожнина циліндра з'єднується трубою з наповнювальним баком, верхня порожнина циліндра з'єднується з наповнювальним баком трубопроводом з керованим дросельним клапаном. Відношення площ циліндрів і трубопроводів визначається таким, що забез F  f mk , 8l (19) UA (11) 61969 (13) U де F , f - площі циліндра і трубопроводу, що з'єднує циліндр з наповнювальним баком; k - жорсткість підшаботної віброізоляції (пружин розташованих між підшаботною і анкерною плитами);  - динамічний коефіцієнт в'язкості рідини(мінеральне мастило або водяна емульсія); l - довжина трубопроводу що з'єднує циліндр з наповнювальним баком. 3 печує аперіодичний рух молота, внаслідок чого знижується навантаження на фундамент. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображено принципову схему підшаботної віброізоляції ковальського молота. Віброізоляція містить підшаботну плиту 1, на якій встановлено шабот молота 2. Підшаботна плита 1 спирається на пружини 3, які розташовані на анкерній плиті 4, що закріплена на фундаменті 5. Симетрично до вертикальної осі молота встановлено два гідравлічні циліндри 6, штоки 7 яких прикріплені до верхньої поверхні підшаботної плити 1, а корпуси циліндрів за допомогою кронштейнів 8 до фундаменту 5. Нижня порожнина циліндра 6 з'єднана трубою 9 з встановленим на ній зворотним клапаном 10, з верхньою порожниною, а трубою 11 - з наповнювальним баком 12 верхня порожнина якого заповнена стисненим повітрям, верхня порожнина циліндра 6 з'єднується з наповнювальним баком 12 трубою 13, на якій встановлено керований дросель 14. Працює віброізоляція наступним чином. Після удару шабот 2 переміщується вниз, початкова швидкість шабота буде визначитись по залежності M  v11    , (1) v m де М - маса падаючих частин, v1 - швидкість падаючих частин в момент зіткнення мас,  - коефіцієнт відскоку, m - маса шабота для кувальних і молота з шаботом для штампувальних молотів. При переміщенні шабота 2 вниз рідина із нижньої порожнини циліндра 6 буде через трубу 9 і клапан 10 переливатись в верхню порожнину і не чинити значного опору руху шабота. Кінетична енергія шабота перетворюється в потенціальну енергію деформацій пружин 3. Такий рух належить до вільних механічних коливань і згідно з теорією механічних коливань [3] для нього справедливі такі співвідношення v A  ;   2T; k  2m , (2)  де А - амплітуда коливань;  - кругова частота; Т - період коливань; k - жорсткість пружин. Після досягнення крайнього нижнього положення шабот 2 рухається вгору, рівняння руху згідно з [3] має вигляд mX'+cX'+kX=0, (3) де с - коефіцієнт згасання коливань. Згідно з [3] рух буде аперіодичним при умові, що c  2 m  k . (4). Для системи гідравлічний циліндр-трубопровід коефіцієнт згасання коливань визначається формулою Пуазейля 2 F c  8l  , (5) f де  - динамічний коефіцієнт в'язкості рідини; l - довжина труби; F, f - площі перерізів поршня і труби. 61969 4 Враховуючи що аперіодичний рух шабота забезпечують два циліндри, на основі (4) знаходимо, що коефіцієнт згасання коливань для кожного циліндра буде визначатись як c 1,2  m  k , (6) і з урахуванням (5) відношення площі кожного циліндра до площі труби що з'єднує циліндр і наповнювальний бак буде визначатись по залежності F mk , (7)  f 8l а відношення діаметра циліндра D до діаметра труби d D F . (8)  d f При початкових умовах х0=А, х'0=0 згідно з даними [3] рівняння руху шабота з крайнього нижнього положення буде мати вигляд X(t)=A(1+t)exp(-t). (9) Приклад конкретного виконання. Молот штампувальний, маса падаючих частин М=1000 кг; швидкість падаючих частин v 1  6 м ; с коефіцієнт відскоку =0,5; маса молота з шаботом 4 m=3,210 кг; час подвійного ходу падаючих частин tnx=1,0 с, робоча рідина в циліндрах - мінеральне мастило "Індустріальне-30" з коефіцієнтом динамічної в'язкості =0,29 Нс/м. Початкова швидкість шабота визначається за залежністю (1) і після підстановки вихідних даних одержимо v 10  103  6  1  0,5 ,  0,28м / с . 3,2  104 Приймемо період коливань, рівний часу подвійного ходу падаючих частин T=tnx, по (2) визначимо кругову частоту =2-1,0=6,28 рад/с; амплітуду першого переміщення шабота вниз А  v ,  0,28 A  0,04 м , жорсткість підшаботної віброі6,28 2 2 4 6 золяції k= m, k=6,28 3,210 =1,2610 Н/м. На основі залежності (7) визначимо відношення площ циліндра і трубопроводу 3,2  10 4  1,26  106 F   105 . f 8  0,66  3,14  2,5 а на основі (8) відношення діаметрів циліндра і трубопроводу D  105  10,25 . d Якщо діаметр трубопроводу прийняти рівним одному дюйму, тобто d=2,54 см, діаметр циліндра буде дорівнювати D=2,54 см·10,25=26 см. Після удару за час, рівний четверті періоду 0,25Т=0,25 с, шабот переміщується на амплітуду коливань А=0,045 м, після чого починається рух шабота вгору відповідно до рівня (9), до наступного удару залишається час, рівний Т-0,25Т=0,75 с, після підстановки в (9) значень фізичних величин 5 61969 визначимо на якій відстані від осі статичної рівноваги буде знаходитись шабот X=0,045(1+6,28·0,75)ехр(-6,28·0,75)=0,0019 м, що відносно до амплітуди першого переміщення шабота вниз складе величину Х=Х/А, Х=0,0019/0,045=0,042 (4,2%). Таке відхилення шабота від осі статичної рівноваги можливо вважати допустимим. Для досягнення відхилення та компенсації похибок в виготовленні циліндрів і визначенні вихідних даних в схемі віброізоляцій передбачено керований дросель за допомогою якого можна збільшувати коефіцієнт згасання коливань. Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 Економічний ефект досягається за рахунок зниження виробничої вібрацій що приводить до збереження здоров'я персоналу ковальських цехів, підвищення надійності та довговічності роботи обладнання та споруд навколишнього середовища. Джерело інформації: 1. Патент ФРН №263321, МПК В21j 13/00. 2. Деклараційний патент України №38111, МПК B21j 13/00. Бюл. №4, 2001. 3. Кин Н. Тонг. Теория механических колебаний. М.: ГНТИ машиностроительной литературы 1963. - 352 с. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601