RU2189326C2

RU2189326C2 - Vibration-, noise- and heat-isolating coating

Info

Publication number: RU2189326C2
Application number: RU2000115528/28A
Authority: RU
Inventors: А.В. Ионов; В.Ю. Чижов; почников С.А. Шл; С.А. Шляпочников
Original assignee: ГУП "Центральный научно-исследовательский институт им. акад. А.Н.Крылова"
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; industrial acoustics. SUBSTANCE: floor coating for vehicles is combination of two vibroacoustic systems with soft- type deformation characteristics. Second type of flexibly dissipating element is made in form of cylindrical slots forming empty spaces from side of insulating surface by adjoining envelopes of elastomer material in form of arches with angle of opening equal to two tight ones and with axes parallel to each other. Opening of arches is pointed to outer layer made of elastomer material and is covered by shock absorbing diaphragms. Layer of elastomer material has projections pointed to insulated surface and arranged opposite to projections from outer side of coating. EFFECT: improved efficiency of coating within wide range of static loads, reduced vibrations and noises, provision of comfortable conditions for vehicle drivers. 3 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной акустике, а именно к вопросам изоляции вибраций, снижению шума, а также к созданию комфортных условий труда операторов транспортных средств, преимущественно сельскохозяйственных машин, а также на судах и в промышленности. The invention relates to industrial acoustics, in particular to the issues of vibration isolation, noise reduction, as well as to creating comfortable working conditions for vehicle operators, mainly agricultural machines, as well as on ships and in industry.

Известно покрытие пола кабины транспортного средства, содержащее расположенные последовательно друг за другом плотный слой, пористый слой и пленку, прилегающую к вибрирующей поверхности, причем пустоты образованы выступами пленки в сторону вибрирующей поверхности, а пленка выполнена эластичной и в местах прилегания к пористому слою неперфорирована (а. с. СССР 1678668, 1988 г.). It is known to cover the floor of a vehicle cabin containing a dense layer successively arranged one after another, a porous layer and a film adjacent to a vibrating surface, the voids being formed by the protrusions of the film towards the vibrating surface, and the film is made elastic and is not perforated at the points of contact with the porous layer (a .s. USSR 1678668, 1988).

Однако данное техническое решение не позволяет достичь высоких технических результатов, т.к. имеет деформативную характеристику жесткого типа. Его динамическая податливость уменьшается по мере увеличения статической нагрузки на покрытие, обусловленное весом оператора. Поскольку эффективность покрытия связана с его динамической податливостью, антивибрационные качества покрытия снижаются по мере нагружения покрытия в процессе его эксплуатации. However, this technical solution does not allow to achieve high technical results, because has a deformation characteristic of a hard type. Its dynamic compliance decreases as the static load on the coating increases due to the weight of the operator. Since the effectiveness of the coating is associated with its dynamic flexibility, anti-vibration properties of the coating decrease as the coating is loaded during its operation.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту (прототипом) является конструкция покрытия по патенту 2091256 от 25.04.95 г. Это покрытие включает наружный слой из эластомерного материала и расположенную под ним опорную часть, выполненную в виде решетки с пустотелыми ячейками. Слой эластомерного материала, прикрепленный к решетке, образует над ячейками амортизирующие мембраны, имеющие на наружной стороне, по меньшей мере, один выступ. Контуры выступа расположены внутри контура мембраны. В стенках ячеек могут быть выполнены отверстия для принудительной продувки, а под решеткой может быть размещен слой теплоизолирующего материала. Closest to the proposed technical solution in terms of technical nature and the achieved effect (prototype) is the coating design according to patent 2091256 of 04.25.95 g. This coating includes an outer layer of elastomeric material and a support part located below it, made in the form of a lattice with hollow cells. A layer of elastomeric material attached to the grating forms cushioning membranes above the cells having at least one protrusion on the outside. The contours of the protrusion are located inside the contour of the membrane. Openings for forced purging can be made in the cell walls, and a layer of heat-insulating material can be placed under the grate.

Эффективность устройства основана на создании акустической системы с деформационной характеристикой мягкого типа за счет увеличения площади и уменьшения толщины амортизирующих мембран при действии статических усилий через выступ. В этом случае динамическая податливость покрытия, а с ней и его эффективность увеличивается при увеличении статической нагрузки на покрытие, что положительно сказывается на виброакустических качествах покрытия. Кроме того, конструкция позволяет осуществить принудительную продувку покрытия теплоносителем в зимнее время для создания комфортных условий в помещении, где установлено рассматриваемое покрытие. The effectiveness of the device is based on the creation of an acoustic system with a deformation characteristic of a soft type by increasing the area and reducing the thickness of the shock-absorbing membranes under the action of static forces through the protrusion. In this case, the dynamic compliance of the coating, and with it its effectiveness, increases with increasing static load on the coating, which positively affects the vibro-acoustic properties of the coating. In addition, the design allows for forced blowing of the coating with a coolant in winter to create comfortable conditions in the room where the coating in question is installed.

Однако известное устройство имеет малый диапазон рабочих статических нагрузок, определяемый деформацией амортизирующих мембран, в результате оно, например, эффективно при сидячем положении оператора, но становится малоэффективно, если оператор находится в вертикальном положении, при котором статические нагрузки на покрытие возрастают и начинает работать опорная часть конструкции, имеющая деформативную характеристику жесткого типа. However, the known device has a small range of working static loads, determined by the deformation of the shock-absorbing membranes, as a result it, for example, is effective when the operator is seated, but becomes ineffective if the operator is in a vertical position, in which the static loads on the coating increase and the supporting part starts to work designs having a deformative characteristic of a rigid type.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих статических нагрузок, обеспечивающее его эффективную работу при любом положении оператора транспортного средства, а также упрощение конструкции покрытия и более рациональное использование теплоносителя для создания комфортных условий работы оператора. The objective of the present invention is to expand the range of working static loads, ensuring its effective operation in any position of the vehicle operator, as well as simplifying the design of the coating and more rational use of coolant to create comfortable working conditions for the operator.

Поставленная цель достигается созданием конструкции с двумя типами упругодиссипативных элементов, обладающими деформативными характеристиками мягкого типа. Действительно, второй (дополнительный) тип упругодиссипативного элемента выполнен в виде цилиндрических пазов, образующих пустоты со стороны изолируемой поверхности, формируемых примыкающими друг к другу оболочками из эластомерного материла в виде арок с углом раскрыва, равным двум прямым, и с параллельными друг другу осями. Раскрыв арок обращен в сторону наружного слоя из эластомерного материала и закрывается амортизирующими мембранами. При этом слой эластомерного материала снабжен выступами, обращенными к изолируемой поверхности и расположенными напротив выступов с наружной стороны покрытия. Выступы могут образовывать сетку квадратов, причем отношение суммарной толщины выступов к радиусу цилиндрических пазов лежит в пределах от 0.2 до 0.7. The goal is achieved by creating a design with two types of elastic-dissipative elements with deformative characteristics of the soft type. Indeed, the second (additional) type of elasto-dissipative element is made in the form of cylindrical grooves that form voids on the side of the insulated surface, formed by adjacent shells of elastomeric material in the form of arches with an aperture angle equal to two straight lines and with axes parallel to each other. Opening arches facing the outer layer of elastomeric material and closes with shock-absorbing membranes. The layer of elastomeric material is provided with protrusions facing the insulated surface and located opposite the protrusions on the outside of the coating. The protrusions can form a grid of squares, and the ratio of the total thickness of the protrusions to the radius of the cylindrical grooves ranges from 0.2 to 0.7.

Такое новое техническое решение, обусловленное всей новой совокупностью отличительных признаков, позволяет повысить эффективность виброшумотеплоизолирующего покрытия в широком диапазоне статических нагрузок и улучшить комфортность условий работы оператора экономичным образом, чего не наблюдается в известных аналогичных условиях. Such a new technical solution, due to the whole new set of distinctive features, allows to increase the efficiency of the vibration-noise-heat-insulating coating in a wide range of static loads and to improve the comfort of the operator’s working conditions in an economical way, which is not observed in similar conditions.

В патентной и научно-технической информации авторы не обнаружили предлагаемую совокупность существенных отличительных признаков. Неизвестно им также применение отдельных признаков в другой совокупности признаков. Поэтому предлагаемое техническое решение можно считать новым. In the patent and scientific and technical information, the authors did not find the proposed combination of significant distinguishing features. They are also not aware of the use of individual features in another set of features. Therefore, the proposed technical solution can be considered new.

Предлагаемое техническое решение можно признать обладающим изобретательским уровнем, так как оно логически не следует из известных уравнений. The proposed technical solution can be recognized as having an inventive step, since it logically does not follow from the known equations.

Промышленная применимость настоящего изобретения доказана материалами заявки и особенно оценкой эффективности устройства и чертежами. Поэтому данное изобретение, по мнению авторов, патентоспособно. The industrial applicability of the present invention is proved by the application materials and especially the evaluation of the effectiveness of the device and the drawings. Therefore, this invention, according to the authors, is patentable.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где показаны: на фиг.1 - схематическое изображение предлагаемого покрытия, разрез; на фиг.2 - деформативная характеристика виброакустического элемента мягкого типа; на фиг.3 - идеализированная характеристика динамической податливости предлагаемого покрытия в широком диапазоне осадок. The invention is illustrated by illustrations, which show: in Fig.1 is a schematic illustration of the proposed coating, section; figure 2 - deformation characteristic of the vibroacoustic element of a soft type; figure 3 is an idealized characteristic of the dynamic compliance of the proposed coating in a wide range of sediments.

Предлагаемое покрытие (фиг.1) представляет собой плоский наружный слой из эластомерного материала 1, расположенную под ним опорную часть, образованную оболочками 2, контактирующими с вибрирующей поверхностью 3 с пустотами, выполненными в виде цилиндрических пазов 4. Оболочки 2 представляют собой арки внутреннего радиуса R из эластомерного материала с углом раскрытия, равным двум прямым углам, и с параллельными осями. Раскрыв арок 2 обращен в сторону наружного слоя 1 и закрывается амортизирующими мембранами 5. Мембраны 5 снабжены снаружи 6 и изнутри 7 конструкции выступами толщиной h₁ и h₂ соответственно, контуры которых расположены внутри контуров мембран. Указанные выступы могут образовывать сетку квадратов, причем отношение суммарной толщины выступов h₁+h₂ радиусу арки R составляет от 0.2 до 0.7.The proposed coating (figure 1) is a flat outer layer of elastomeric material 1, the supporting part located under it, formed by shells 2 in contact with the vibrating surface 3 with voids made in the form of cylindrical grooves 4. Shells 2 are arches of inner radius R from an elastomeric material with an opening angle equal to two right angles, and with parallel axes. The opening of the arches 2 faces the outer layer 1 and is closed by shock-absorbing membranes 5. The membranes 5 are provided on the outside 6 and from the inside 7 with protrusions of thickness h ₁ and h _2, respectively, the contours of which are located inside the contours of the membranes. These protrusions can form a grid of squares, and the ratio of the total thickness of the protrusions h ₁ + h _{2 the} radius of the arch R is from 0.2 to 0.7.

Устройство работает следующим образом. Эффективность по вибро- и шумоизоляции зависит от динамической податливости покрытия С при действии рабочих статических нагрузок Р

где Δx - приращение перемещения (осадки) точки на поверхности покрытия при приращении давления Δp. Чем больше С, тем больший эффект, начиная с более низких частот, обеспечивает покрытие. В данном случае виброакустическая система может быть представлена как совокупность двух подсистем: амортизирующей мембраны 5 с выступом 6 толщиной h₁, укрепленная по периметру на опорной части 2 (первая подсистема), и опорная часть, образованная оболочкой 2 с выступом 7, контактирующая с одной стороны с наружным слоем эластомерного материала 1, а с другой - с вибрирующей поверхностью 3 (вторая подсистема). Наибольший изолирующий эффект в виброакустической системе достигается при ее деформативной характеристике мягкого типа, то есть, когда Δx из формулы (1) растет быстрее чем Δp при увеличении Р. Геометрически соотношение (1) можно трактовать как
C~ctgα, (2)
где, как видно из фиг.2, α - угол между касательной к деформативной характеристике и горизонтальной осью. Из фиг.2 и формулы (2) следует, что участок деформативной кривой 8 АВС наиболее благоприятен для использования в изолирующей конструкции. Легко видеть, что обе подсистемы покрытия в определенных условиях обладают мягкой деформативной характеристикой подобно арочной панели и тонкостенной трубе (В.Т. Ляпунов и др. Резиновые виброизоляторы. Судостроение, Л., 1988 г., стр. 49-50). При соответствующем выборе их жесткостей суммарное перемещение поверхностей покрытия равно Δ = Δ₁+Δ₂, где Δ₁, Δ₂ - перемещение (осадка) рассматриваемых подсистем. В результате обеспечивается максимальная податливость как на участке

(первая подсистема, кривая 9), так и на участке

(вторая подсистема, кривая 10), (фиг. 3). Таким образом, за счет введения второй подсистемы существенно расширяется (примерно вдвое) диапазон перемещения поверхности предлагаемого покрытия (кривая 11), а следовательно, и восприятия статических нагрузок, при котором динамические свойства покрытия сохраняются высокими. При этом обеспечивается эффективность по виброшумоизоляции согласно оценкам 10 - 20 дБ.The device operates as follows. The effectiveness of vibration and noise insulation depends on the dynamic compliance of the coating C under the action of static working loads P

where Δx is the increment of displacement (precipitation) of a point on the surface of the coating with a pressure increment Δp. The more C, the greater the effect, starting from lower frequencies, provides coverage. In this case, the vibro-acoustic system can be represented as a combination of two subsystems: a shock-absorbing membrane 5 with a protrusion 6 of thickness h ₁ , fixed around the perimeter on the support part 2 (the first subsystem), and the support part formed by the shell 2 with the protrusion 7, contacting on one side with the outer layer of elastomeric material 1, and on the other with a vibrating surface 3 (second subsystem). The greatest insulating effect in a vibroacoustic system is achieved when its deformative characteristic is of a soft type, that is, when Δx from formula (1) grows faster than Δp with increasing R. Geometrically, relation (1) can be interpreted as
C ~ ctgα, (2)
where, as can be seen from figure 2, α is the angle between the tangent to the deformation characteristic and the horizontal axis. From figure 2 and formula (2) it follows that the section of the deformation curve 8 ABC is most favorable for use in an insulating structure. It is easy to see that under certain conditions both subsystems of the coating have a soft deformation characteristic similar to an arched panel and a thin-walled pipe (V.T. Lyapunov et al. Rubber vibration isolators. Shipbuilding, L., 1988, pp. 49-50). With an appropriate choice of their stiffnesses, the total displacement of the coating surfaces is Δ = Δ ₁ + Δ ₂ , where Δ ₁ , Δ ₂ is the displacement (draft) of the considered subsystems. The result is maximum compliance on site

(first subsystem, curve 9), and in the area

(second subsystem, curve 10), (Fig. 3). Thus, due to the introduction of the second subsystem, the range of movement of the surface of the proposed coating (curve 11), and, consequently, the perception of static loads, at which the dynamic properties of the coating are kept high, is significantly expanded (approximately twice). This ensures the effectiveness of vibration isolation according to estimates of 10 - 20 dB.

Наличие цилиндрических пазов в эластомерном материале позволяет осуществить принудительную продувку покрытия, например, теплоносителем без необходимости размещения под покрытием слоя теплоизолирующего материала, как это предлагается в прототипе для создания комфортных условий в кабине оператора. The presence of cylindrical grooves in the elastomeric material allows for forced blowing of the coating, for example, with a coolant without the need to place a layer of heat-insulating material under the coating, as is proposed in the prototype to create comfortable conditions in the operator's cab.

Соотношение между суммарной толщиной выступов h₁+h₂(h₁≅h₂) и радиусом цилиндрических пазов R объясняется следующим. Уменьшение отношения против указанного приводит к потери эффективности первой подсистемы конструкции за счет ограничения величины осадки, а следовательно, к снижению общей эффективности. Увеличение отношения сверх названного значения приводит к потере эффективности второй подсистемы также за счет ограничения осадки и, следовательно, снижению общей эффективности.The relationship between the total thickness of the protrusions h ₁ + h ₂ (h ₁ ≅h ₂ ) and the radius of the cylindrical grooves R is explained as follows. The decrease in the ratio against the specified leads to a loss of efficiency of the first subsystem of the structure due to the limitation of precipitation, and therefore, to a decrease in overall efficiency. An increase in the ratio above the mentioned value leads to a loss in the efficiency of the second subsystem also due to the limitation of precipitation and, consequently, a decrease in the overall efficiency.

Claims

1. Vibration-noise-insulating coating comprising a dense outer layer of elastomeric material, a support portion located beneath it with voids formed by an elastomeric material structure in contact with the insulated surface, the layer of said material being attached to the support portion to form flexible membranes formed on the outside of the layer with protrusions, the contours of which are located inside the contours of the membranes, characterized in that the voids from the side of the insulated surface are made in the form of cylindrical their grooves formed by adjacent to each other shells of elastomeric material in the form of arches with an opening angle equal to two right angles and with parallel axes, with the opening of the arches facing the outer layer of elastomeric material and closed by the mentioned membranes, and the layer of elastomeric material additionally equipped with protrusions facing the insulated surface and located opposite the protrusions on the outside of the coating.

2. The coating according to claim 1, characterized in that the ratio of the total thickness of the protrusions to the radius of the cylindrical grooves ranges from 0.2 to 0.7.