PL206258B1

PL206258B1 - Vibration isolator

Info

Publication number: PL206258B1
Application number: PL363412A
Authority: PL
Inventors: Mariusz Giergiel; Anna Sapińska-Wcisło
Original assignee: Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszicaakademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2010-07-30
Also published as: PL363412A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wibroizolator, znajdujący zastosowanie jako podparcie sprężyste dla elementów drgających zwłaszcza maszyn wibracyjnych z masami nie wyważonymi dla zabezpieczenia podłoża przed niepożądanymi drganiami szczególnie w czasie ich rozruchu i wybiegu.The subject of the invention is a vibro-isolator, used as an elastic support for vibrating elements, especially vibrating machines with unbalanced masses, to protect the ground against undesirable vibrations, especially during their start-up and run-down.

Do elastycznego posadowienia maszyn wirnikowych, a także maszyn wibracyjnych z masami niewyważonymi stosowane są wibroizolatory w postaci sprężyn lub gumowo-metalowe, które charakteryzuje stała częstotliwość drgań własnych, a więc prawie stała sztywność. Podczas wybiegu lub rozruchu tych maszyn, kiedy trwają one stosunkowo długo, w czasie przechodzenia obrotów ich wirnika przez strefę rezonansu urządzenia do amortyzacji może dojść do znacznego wzrostu poziomu drgań i sił dynamicznych przenoszonych na podłoże. Jest to szczególnie niebezpieczne, gdyż może spowodować w konsekwencji np. zrzucenie nadawy z sita, a nawet uszkodzenie fundamentu, na którym posadowiona jest maszyna wibracyjna. Dlatego też dla zminimalizowania poziomu drgań maszyny i sił dynamicznych przenoszonych na podłoże, stosowane są urządzenia do amortyzacji, które pracują w strefie pozarezonansowej w dynamicznych stanach pracy maszyny.For flexible foundation of rotating machines, as well as vibrating machines with unbalanced masses, vibration isolators in the form of springs or rubber-metal are used, which are characterized by a constant natural frequency, and therefore almost constant stiffness. During the coast-down or start-up of these machines, when they last a relatively long time, during the passage of the rotations of their rotor through the resonance zone of the shock-absorbing device, a significant increase in the level of vibrations and dynamic forces transmitted to the ground may occur. It is particularly dangerous as it may result in, for example, dropping the feed from the sieve, and even damage to the foundation on which the vibrating machine is placed. Therefore, in order to minimize the level of machine vibrations and the dynamic forces transmitted to the ground, shock-absorbing devices are used that operate in the non-resonant zone in dynamic operating states of the machine.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 152 153 urządzenie do amortyzacji maszyn wirnikowych charakteryzujących się długim czasem rozbiegu lub wybiegu W urządzeniu tym, maszyna wirnikowa jest ustawiona na sztywnej ramie nośnej podpartej korzystnie w czterech lub sześciu punktach na zespołach sprężyn tworzących tak zwane układy zeroczęstotliwościowe, które umożliwiają osiągnięcia częstości drgań własnych równej zero. Punkty podparcia ramy nośnej rozmieszczone po tej samej stronie osi wirnika maszyny połączone są prostowodowymi mechanizmami dźwigniowymi. W każdym z zespołów sprężyn, sprężyna główna ustawiona jest pionowo pomiędzy ramą nośn ą a podłoż em. Sprężyny kompensacyjne każ dego z układów zeroczęstotliwościowych osadzone są na zamocowanych pomiędzy ramą i podłożem wahaczach, które w położeniu równowagi statycznej ustawione są pod pewnym kątem do poziomu. Jeden koniec każdej ze sprężyn kompensacyjnych połączony jest sztywno z wahaczem, drugi koniec połączony jest z tłoczyskiem siłownika hydraulicznego. Cylinder siłownika hydraulicznego zamocowany jest do podłoża, dzięki czemu możliwe jest napinanie sprężyn kompensacyjnych zmienną siłą. Wraz ze zmianą wartości siły napinającej sprężyny kompensacyjnej zmienia się sztywność zespołu sprężyn, a tym samym częstość drgań własnych urządzenia. Kiedy sprężyny kompensacyjne nie są napięte, sztywność urządzenia do amortyzacji równa jest sumie sztywności sprężyn głównych. Im większa jest wartość siły napinającej sprężyny kompensacyjnej, tym mniejsza jest sztywność całego zespołu sprężyn. Zmiana wartości siły napinającej sprężyny kompensacyjnej jest zsynchronizowana ze zmianą prędkości obrotowej wirnika maszyny podczas rozruchu lub wybiegu. W ten sposób, dzięki zmianie sztywności ominięta zostaje strefa rezonansu urządzenia do amortyzacji. I tak, gdy zarówno rozruch jak i wybieg trwają długo, czyli od kilkudziesięciu sekund do kilku minut, wówczas siłowniki napinające sprężyny kompensacyjne są włączone podczas rozruchu, a wyłączone podczas wybiegu Podczas rozruchu następuje prawie skokowa zmiana sztywności urządzenia od wartości większej do mniejszej, natomiast podczas wybiegu zmiana ta zachodzi w kierunku odwrotnym - od wartości mniejszej do większejA device for damping rotating machines characterized by a long run-up or coast-down time is known from Polish Patent No. 152 153. In this device, the rotor machine is placed on a rigid support frame supported preferably at four or six points on sets of springs forming so-called zero-frequency systems, which make it possible to achieve the natural frequency equal to zero. The support points of the supporting frame, located on the same side of the machine rotor axis, are connected by straight lever mechanisms. In each of the spring assemblies, the main spring is vertical between the support frame and the ground. The compensation springs of each zero-frequency system are mounted on rockers mounted between the frame and the ground, which in the position of static equilibrium are set at a certain angle to the horizontal. One end of each of the compensation springs is rigidly connected to the rocker arm, the other end is connected to the piston rod of the hydraulic cylinder. The cylinder of the hydraulic cylinder is fixed to the ground, thanks to which it is possible to tension the compensation springs with a variable force. Along with the change in the value of the tension force of the compensation spring, the stiffness of the spring assembly changes, and thus the natural frequency of the device. When the compensation springs are not under tension, the stiffness of the damping device is equal to the sum of the stiffnesses of the main springs. The greater the value of the tension force of the compensation spring, the lower the stiffness of the entire spring assembly. The change in the value of the tensioning force of the compensation spring is synchronized with the change in the rotational speed of the machine rotor during starting or coasting. In this way, by changing the stiffness, the resonance zone of the cushioning device is bypassed. And so, when both the start-up and coast-down take a long time, i.e. from several seconds to several minutes, then the actuators that charge the compensation springs are turned on during start-up, and turned off during coast-down. after coasting, the change takes place in the opposite direction - from the lower to the greater value

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 161 424 aktywny wibroizolator składający się z tłoczyska zakończonego tłokiem, na którym z jednej strony spoczywa chroniony przedmiot. Tłoczysko drugostronnie umieszczone jest w cylindrze wypełnionym cieczą magnetyczną i współpracuje ze sprężyną przenoszącą głównie obciążenia statyczne. Wokół cylindra umieszczone jest uzwojenie elektryczne. Uzwojenie to tworzy zmienne pole elektromagnetyczne działające na ciecz magnetyczną znajdującą się w cylindrze. Na chronionym przedmiocie zamocowany jest czujnik przetwarzający drgania mechaniczne na impulsy elektryczne według założonych algorytmów dostosowanych do zakresu występujących drgań. Czujnik ten połączony jest ze wzmacniaczem zasilającym uzwojenie elektryczne. Tłok, który jest zakończeniem tłoczyska, ma postać dysku z przelotowymi otworami dla cieczy magnetycznej, w której jest umieszczony. Ciecz magnetyczna, w której umieszczone jest tłoczysko z tł okiem, pod wpł ywem zmiennego pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie zmienia swoją gęstość w zależności od wielkości drgań chronionego przedmiotu. Zmiana gęstości tej cieczy aktywnie wytłumia ruchy tłoka z tłoczyskiem, a tym samym drgania chronionego przedmiotu.Also known from the Polish patent specification No. 161 424 is an active vibro-isolator consisting of a piston rod with a piston on which the protected object rests on one side. The piston rod is placed on the other side in a cylinder filled with a magnetic liquid and cooperates with a spring which mainly transfers static loads. There is an electric winding around the cylinder. This winding creates an alternating electromagnetic field that acts on the magnetic fluid in the cylinder. A sensor is mounted on the protected object, which converts mechanical vibrations into electrical impulses according to the assumed algorithms adapted to the range of the vibrations. This sensor is connected to the amplifier which powers the electric winding. The piston, which is the end of the piston rod, is in the form of a disk with through holes for the magnetic fluid in which it is placed. The magnetic fluid, in which the piston rod with its eye is placed, under the influence of the alternating electromagnetic field generated by the winding, changes its density depending on the magnitude of the vibrations of the protected object. The change in the density of this liquid actively dampens the movements of the piston with the piston rod, and thus the vibrations of the protected object.

Wibroizolator, według wynalazku, zawierający sprężyny osadzone pomiędzy podłożem a drgającym elementem maszyny wibracyjnej charakteryzuje się tym, że obydwa końce sprężyn są wyposażone w styki elektryczne, przy czym sprężyny wykonane są z materiału elektroprzewodzącego o zmieniających się parametrach mechanicznych w zależności od temperatury i równocześnie są poPL 205 258 B1 łączone z elementami wykonanymi z materiału elektroizolacyjnego do mocowania ich odpowiednio z podłożem i elementem drgającym maszyny wibracyjnej, a do styków elektrycznych podłączony jest blok zasilająco-sterujący, do którego przyłączony jest znany czujnik obrotów wału silnika napędzającego element drgający maszyny wibracyjnej.The vibration isolator according to the invention, containing springs embedded between the ground and the vibrating element of the vibrating machine, is characterized in that both ends of the springs are equipped with electrical contacts, the springs being made of an electrically conductive material with varying mechanical parameters depending on the temperature and at the same time 205 258 B1 connected with elements made of electrically insulating material for fixing them to the ground and the vibration element of the vibration machine, respectively, and the electric contacts are connected to a power-control block to which a known motor shaft rotation sensor driving the vibrating element of the vibration machine is connected.

W innej wersji wynalazku, wibroizolator jako styki elektryczne zawiera korzystnie szyny połączone rozłącznie odpowiednio z podłożem i elementem drgającym maszyny wibracyjnej, zaś pomiędzy podłożem i elementem drgającym maszyny wibracyjnej a szynami, z którymi połączone są końce sprężyn, usytuowana jest podkładka elektroizolacyjna.In another version of the invention, the vibration isolator preferably comprises rails detachably connected to the ground and the vibrating element of the vibrating machine, respectively, and between the ground and the vibrating element of the vibrating machine and the rails to which the ends of the springs are connected, an electro-insulating pad is arranged.

Wibroizolator, według wynalazku, jest prosty w konstrukcji i działaniu oraz pozbawiony wielu elementów mechanicznych. Ponadto pozwala na osiągnięcie korzystnego obniżenia poziomu drgań maszyny oraz obniżenie obciążeń dynamicznych fundamentów w nieustalonych stanach pracy maszyny wibracyjnej dzięki uzależnieniu parametrów mechanicznych jego sprężyn od prędkości obrotowej wału tej maszyny i uzyskaniu płynnie zmieniającej się charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej w czasie jej rozruchu i hamowania.The vibration isolator according to the invention is simple in structure and operation and devoid of many mechanical elements. In addition, it allows to achieve a favorable reduction of the vibration level of the machine and to reduce the dynamic loads on the foundations in the transient operating states of the vibrating machine thanks to the dependence of the mechanical parameters of its springs on the rotational speed of the shaft of this machine and obtaining a smoothly changing amplitude-frequency characteristic during its start-up and braking.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie wibroizolator w zastosowaniu z maszyną wibracyjną z masami niewyważonymi, fig. 2a - wibroizolator w przekroju osiowym, fig. 2b - inną wersję wibroizolatora połączonego z maszyną wibracyjną .The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows schematically a vibro-isolator in use with a vibration machine with unbalanced masses, Fig. 2a - a vibro-isolator in an axial section, Fig. 2b - another version of a vibro-isolator connected to a vibration machine.

Wibroizolator, według wynalazku, zawiera spiralne sprężyny 1 osadzone pomiędzy podłożem 2 a drgającym elementem 3 maszyny wibracyjnej. Obydwa końce sprężyn 1 są wyposażone w styki elektryczne 4, przy czym sprężyny 1 wykonane są z materiału elektroprzewodzącego o zmieniającym się module Younga w zależności od temperatury, korzystnie ze stopu nikiel-tytan o nazwie NITINOL. Końcówki sprężyn 1 są równocześnie połączone z elementami 5 do mocowania ich odpowiednio z podłożem 2 i elementem drgającym 3 maszyny wibracyjnej w postaci uchwytów oczkowych wykonanych z materiału elektroizolacyjnego. Natomiast styki elektryczne 4 są połączone z blokiem zasilającosterującym 6, do którego podłączony jest znany czujnik obrotów 7 wału 8 silnika elektrycznego 9 napędzającego element drgający 3 maszyny wibracyjnej.The vibration isolator according to the invention comprises helical springs 1 sandwiched between the substrate 2 and the vibrating element 3 of the vibration machine. Both ends of the springs 1 are provided with electric contacts 4, the springs 1 being made of an electrically conductive material with a Young's modulus changing depending on the temperature, preferably of a nickel-titanium alloy called NITINOL. The ends of the springs 1 are simultaneously connected to the means 5 for fixing them respectively to the substrate 2 and the vibrating element 3 of the vibration machine in the form of eye holders made of electrically insulating material. On the other hand, the electric contacts 4 are connected to the control power unit 6 to which the known rotation sensor 7 of the shaft 8 of the electric motor 9 is connected, driving the vibrating element 3 of the vibration machine.

W innej wersji wynalazku, wibroizolator zawiera styki elektryczne w postaci korzystnie szyn 10, które są połączone rozłącznie odpowiednio z podłożem 2 i elementem drgającym 3 maszyny wibracyjnej. Pomiędzy szynami 10 a podłożem 2 i elementem drgającym 3 maszyny wibracyjnej usytuowana jest podkładka elektroizolacyjna 11. Końce sprężyn 1 połączone są rozłącznie z szynami 10.In another version of the invention, the vibro-isolator comprises electrical contacts in the form of rails 10, which are detachably connected to the substrate 2 and the vibrating element 3 of the vibration machine, respectively. Between the rails 10 and the ground 2 and the vibrating element 3 of the vibrating machine, there is an electro-insulating pad 11. The ends of the springs 1 are detachably connected to the rails 10.

Wibroizolator, według wynalazku, zastosowano jako podparcie elementu drgającego 3 maszyny wibracyjnej z masami 12 niewyważonymi, napędzanego za pomocą trójfazowego silnika elektrycznego 9. Zmiana wartości prądu zasilającego spiralne sprężyny 1 wibroizolatora powoduje odpowiednio zmianę ich temperatury, która wywołuje zmianę wartości modułu Younga, a więc proporcjonalną zmianę ich sztywności, co w konsekwencji powoduje eliminację drgań przenoszonych na podłoże. Uzależnienie zmian wartości prądu płynącego przez sprężyny 1 od kontrolowanej przez czujnik obrotów 7 prędkości obrotowej wału 8 maszyny wibracyjnej pozwala prowadzić rozruch i hamowanie maszyny ze zmieniającą się płynnie charakterystyką amplitudowo-częstotliwościową wibroizolatora poza obszarem jego rezonansu. W czasie rozruchu lub hamowania maszyny wibracyjnej poprzez regulację prądu płynącego w sprężynach 1 przesuwa się punkt rezonansu wibroizolatora w kierunku mniejszych lub większych wartości częstotliwości od jego częstotliwości nominalnych, przy których prowadzona jest praca maszyny w stanie ustalonym.The vibro-isolator, according to the invention, was used to support the vibrating element 3 of a vibrating machine with 12 unbalanced masses, driven by a three-phase electric motor 9. Changing the value of the current supplying the spiral springs 1 of the vibro-isolator causes a corresponding change in their temperature, which causes a change in the value of Young's modulus, i.e. proportional change of their stiffness, which in turn causes the elimination of vibrations transmitted to the ground. The dependence of changes in the value of the current flowing through the springs 1 on the rotational speed of the shaft 8 of the vibrating machine controlled by the rotation sensor 7 allows to start and brake the machine with a smoothly changing amplitude-frequency characteristic of the vibration isolator outside its resonance area. During the start-up or braking of the vibration machine, by regulating the current flowing in the springs 1, the vibration isolator resonance point shifts towards lower or higher frequency values than its nominal frequencies at which the machine operates in steady state.

Claims

Patent claims

1. Vibration isolator containing springs embedded between the ground and a vibrating element of a vibrating machine, characterized in that both ends of the springs (1) are equipped with electrical contacts (4), and the springs (1) are made of an electrically conductive material with varying mechanical parameters in depending on temperature and at the same time they are connected with elements (5) made of electro-insulating material for fixing them to the ground (2) and the vibrating element (3) of the vibration machine, respectively, and the power supply and control block (6) is connected to the electrical contacts (4) connected to the known rotation sensor (7) of the shaft (8) of the motor (9) driving the vibration element (3) of the vibration machine.

PL 205 258 B1

2. The vibro-isolator according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that it preferably comprises rails (10) detachably connected to the ground (2) and the vibrating element (3) of the vibrating machine, respectively, and between the ground (2) and the vibrating element (3) of the vibrating machine and the rails (10). ) to which the ends of the springs (1) are connected, an electro-insulating washer (11) is located.