Рассматриваемый класс виброизоляторов, вернее виброудароизоляторов, — это устройства, способные снижать воздействие ударов и вибрации. Они применяются в двух случаях: когда нужно изолировать источник вибрации (двигатель вентилятора, насос, работающий станок или иное оборудование) и когда нужно защитить от вибрации и ударов, например, стойки с РЭА, различные приборы и измерительное оборудование, приборы точной механики и другие защищаемые технические средства.
Первыми нашли применение резинометаллические виброизоляторы — недорогие и доступные. Немного позже появились виброизоляторы, где рабочим элементом была спрессованная металлическая вата из спутанной нержавеющей проволоки, и, наконец, позже появились тросовые цельнометаллические виброизоляторы. Общепринятое устоявшееся на сегодня мнение, которое не так далеко от истины, что резинометаллические виброизоляторы — это доступное и недорогое, но не самое эффективное решение, в то время как тросовые виброизоляторы — это более дорогие, но наиболее совершенные решения. Однако с учетом успехов материаловедения, сделавшего коммерчески доступными ряд материалов, ситуация меняется, а развитие каждого из типов виброизоляторов и появление новых делает приведенное выше утверждение уже не таким верным. Данная публикация посвящена типам виброизоляторов, их сравнению, перспективам развития, применения и современным разработкам. Она является своего рода введением к циклу публикаций, где рассматриваемые вопросы будут разобраны подробнее.
Если говорить о предельных характеристиках трех наиболее распространённых типов виброизоляторов, то они примерно равны между собой, т.е. сейчас принципиально возможно создать виброизолятор любого типа с очень высокими характеристиками. Но массовое их производство подразумевает их умеренную стоимость, а значит, многие принципиально возможные решения не могут быть использованы из-за цены, поэтому относительно верным будет сравнение серийных изделий в таблице ниже, хотя уже сейчас из нее есть исключения.
Тросовые виброизоляторы (с металлическим тросом) – это виброизоляторы, где в качестве упруго-демпфирующего элемента используется стальной трос. Основания виброизоляторов могут иметь различные исполнения: из стали, алюминиевых сплавов, полимерных композитов. Основной объем производимых виброизоляторов рассчитан на диапазон номинальных защищаемых масс от 1 до 120 кг, но виброизоляторы могут изготавливаться и на другие массы, например, на массы в несколько единиц грамм и до 1000 кг статической нагрузки на один виброизолятор. Диапазон рабочих температур для тросовых виброизоляторов, который можно обеспечить, наиболее широк: от -65 до +350 °C без потери характеристик. Однако для обеспечения столь широкого диапазона, когда необходимо сохранить не только целостность виброизолятора, но и обеспечить его работоспособность во всем диапазоне температур с сохранением АЧХ, требуется применение специальных тросовых элементов, оснований из нержавеющей стали и специальной конструкции заделки троса в основание. Однако в подавляющем большинстве случаев столь широкие рабочие температурные диапазоны не требуются, ограничиваясь диапазоном от -65 до +120 °C, что существенно упрощает конструкцию виброизолятора.
Совершенствование тросовых виброизоляторов связано не только с их конструкцией. Наша практика показывает, что все конструктивные решения, касающиеся собственно конструкционной схемы виброизолятора, так или иначе реализованы, причем многие новомодные предложения, такие как виброизоляторы с околонулевой жесткостью, выпускались серийно уже более десяти лет назад. Впрочем, тема виброизоляторов с псевдооколонулевой жесткостью интересна сама по себе, и ей будет посвящена отдельная публикация.
Реальное совершенствование конструкции тросовых виброизоляторов, приводящее к существенному улучшению их АЧХ, массогабаритных и надежностных характеристик, в большей степени возможно за счет оптимизации способов заделки тросовых элементов в сочетании с изменением геометрии их расположения между основаниями виброизолятора. В значительно большей степени развитие тросовых виброизоляторов может обеспечить материаловедение, например, связанное с использованием композитных тросов. При этом композитный трос — это далеко не простейшее сочетание, например, металлического троса (упругодемпфирующая компонента) с полимерным демпфирующим материалом, хотя и такое грамотное сочетание способно дать существенный рост характеристик. Композитный трос может включать элементы искусственных мышечных волокон, систем, реализованных исключительно на свойствах самого материала и способных изменять, например, жесткость и собственную частоту виброудароизолятора в зависимости от воздействий внешней вибрации и ударов, от которых он защищает то или иное изделие.
Виброизоляторы с металлической ватой – их основное преимущество: существенно лучшие характеристики, чем у классических резинометаллических виброизоляторов (но хуже, чем у тросовых), широкие температурные диапазоны эксплуатации (наравне с тросовыми) и при этом относительно невысокая стоимость. Их конструкция достаточно однотипна, а их совершенствование в большей степени связано не с самой конструкцией, а с изменением свойств упругодемпфирующего элемента за счет структуры запутывания проволоки, использования нескольких проволок разных диаметров и композитных составляющих.
Резинометаллические или, в более широком смысле, эластомерно-металлические амортизаторы (виброизоляторы) – их эволюция больше, чем у любых иных типов виброизоляторов, связана с эволюцией используемых материалов, от когда-то простейших резиновых смесей до перспективных эластомеров различной химической природы, способных придать им характеристики на уровне тросовых виброизоляторов.
Что касается совершенствования конструкции, то нам известно за все это время только одно реально работающее усовершенствование, предложенное нами и используемое уже около 17 лет: это виброизоляторы, сочетающие газодинамический демпфер. Множество других изменений конструкции, увы, на практике не жизнеспособны.
Как и было сказано в начале публикации, эта статья является, по сути, лишь введением к циклу публикаций, где будут более подробно рассмотрены многие особенности конструкций амортизаторов (виброизоляторов) и их грамотного применения. Будет уделено время сейсмоударозащитным платформам, включая их новое поколение, развитию систем с псевдооколонулевой жесткостью и рассказано, как удалось преодолеть их главные недостатки в новейшей линейке виброудароизоляторов.
Телеграмм-канал - еще больше публикаций