ВИБРОЗАЩИТНАЯ РУКАВИЦА Российский патент 1998 года по МПК A41D13/08 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты рук от воздействия вибрации, генерируемой виброопасным оборудованием и ручным инструментом, и в основном может быть использовано в лесной и деревообрабатывающей промышленности при работе оператора с бензиномоторными пилами.

Бензиномоторная пила является мощным источником динамических нагрузок, которые в зависимости от режиме работы полностью или частично воспринимаются руками оператора. В связи с этим одной из важнейших задач при создании виброзащитной рукавицы является максимальное снижение уровня вибрации на ладони руки, воспринимающей основной приток вибрационной энергии при работе оператора с пилой.

Сложность решения данной проблемы заключается в том, что в зависимости от режима работы (холостой ход на раскряжевке, раскряжевка, валка леса) на руки оператора воздействуют вибрационные нагрузки в широком диапазоне частот 30-1000 Гц.

В странах Скандинавии (Финляндия, Швеция, Норвегия), где наиболее развита лесная и деревообрабатывающая промышленность, операторами при работе с бензиномоторными пилами широко применяются защитные рукавицы.

Известные защитные рукавицы изготовлены из прочной и мягкой телячьей шкурки и имеют форму, исключающую образование складок (морщин) на поверхности ладони, рассчитаны на защиту от поранений и удобны при захвате мотопилы. Элемент пильной защиты находится в левой рукавице с тыльной стороны. Как следует из описания конструкции рукавицы, они не предназначены для защиты рук оператора от вибрации, а предохраняют их только от механических поражений.

Известна виброзащитная рукавица, относящаяся к средствам индивидуальной защиты рук от воздействия вибрации, генерируемой виброопасным инструментом, в частности рубильными молотками (см. заявку СССР авт.св. 901646, кл. A 41 D 13/08, 1982). В данной конструкции рукавицы виброзащитный вкладыш выполнен в виде ряда параллельных горизонтальных трубок, заполняемых воздухом.

Основными недостатками данной конструкции рукавицы являются: сложность конструктивного оформления надувного виброзащитного вкладыша от механических повреждений, ограниченный диапазон применения рукавицы на рабочих частотах вибрации.

Интересны также рукавицы антивибрационные МВ (ГОСТ 12.4.010-75, ТО 78-349-75), широко используемые в промышленности для защиты рук оператора при работе с пневматическими зубилами, трамбовками, отбойными молотками, сверлами и другими видами ручного инструмента (см. книгу "Средства индивидуальной защиты работающих на производстве", "Каталог-справочник" -М.: Профиздат, 1988, с. 97.).

Они изготовлены из хлопчатобумажных тканей. Ладанная часть рукавиц усилена накладкой из текстина и амортизационной прокладкой из поролона. Использование в качестве виброзащитного вкладыша поролон позволяет существенно упростить конструкцию рукавиц и сделать из более надежными в работе. Поролон представляет собой пенополиуретан с открытыми, сообщающимися между собой газовыми ячейками (порами).

Гашение вибрации осуществляется в самом вкладыше за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупорного материала вкладыша-поролона. Поскольку основной объем вкладыша занимает сообщающиеся между собой газовые ячейки (поры), то самой полимерной основы (ее массы) недостаточно для эффективного гашения вибрации. Как отмечается в книге Брайниной М.Л., Климовой Л. П. и др. "Средства индивидуальной защиты рук" (М.:Профиздат, 1990, с. 22), выпускаемые промышленностью антивибрационные рукавицы (ГОСТ 12.4.010-75, ТО 78-349-75) с поролоновой прокладкой малоэффективны. Эффективное гашение вибрации такими рукавицами осуществляется только на строго определенной резонансной частоте вкладыша, определенной физико-механическими характеристиками матрицы поролона.

Известна также виброзащитная рукавица [1], принятая авторами за прототип.

Она содержит корпус, виброзащитный вкладыш, напалки на большой и указательный пальцы, внутреннюю прокладку.

Виброзащитный вкладыш выполнен из пенополиуретана толщиной 0,05-0,1 от ширины ладонной части корпуса рукавицы и имеет неравномерно распределенные по толщине вкладыша изолированные друг от друга газовые ячейки сферической формы разных диаметров, суммарный объем которых составляет 0,4-0,6 от общего объема вкладыша, при этом виброзащитный вкладыш выполнен по форме выкройки ладонной части корпуса и напалков на большой и указательный пальцы в виде цельной конструкции.

Гашение вибрации осуществляется в самом вкладыше за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупорного материала вкладыша и за счет совершения работы деформирования оболочек внутренних газовых ячеек при воздействии вибрационной нагрузки. Таким образом, в данной конструкции рукавицы совмещается два механизма рассеивания вибрационной энергии, поступающей на рукоятки управления пилы. Неравномерно распределенные по толщине вкладыша изолированные друг от друга газовые ячейки имеют разные диаметры, которые определяют их разные соответствующие резонансные частоты. В результате этого обеспечивается эффективное снижение уровня вибрации в рукавицах в широком диапазоне частот.

Основным недостатком данной конструкции рукавицы является то, что ее эффективность существенно зависит от внутренней структуры материала вкладыша, а именно соотношения суммарного объема газовых ячеек V_г к общему объему вкладыша V_в, в соответствии с изобретением во вкладыше данной рукавицы суммарный объем газовых ячеек должен строго составлять 0,4-0,6 от общего объема вкладыша.

При суммарном объеме газовых ячеек V_г менее 0,4 от общего объема вкладыша V_в резко падают вибропоглощающие свойства рукавицы, так как малое количество газовых ячеек приводит к снижению величины рассеивания вибрационной энергии за счет работы деформирования их оболочек от воздействия вибрационных нагрузок. В этом случае вибропоглощение осуществляется только за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупорного материала вкладыша. При суммарном объеме газовых ячеек более 0,6 от общего объема вкладыша рукоятки существенно ухудшаются вязкоупругие свойства полимерной основы (матрицы) рукоятки. Уменьшение вязкостных свойств матрицы полимерного материала рукоятки связано с общим уменьшением ее массы при V_г 0,6 V_в, в результате чего происходит снижение величины рассеивания вибрационной энергии за счет внутреннего трения в матрице полимерного материала вкладыша.

Добиться строгого соотношения объема газовых ячеек и матрицы пенополиуретанового вкладыша на практике исключительно трудно. Каждый раз при заливке виброизолирующих вкладышей требуется изготавливать передовой образец и исследовать его на газонаполненность. Это существенно осложняет технологию изготовления рукавицы, что недопустимо в условиях их массового производства.

Кроме того, и эта известная рукавица не обеспечивает эффективного гашения вибрации в широком интервале частот при больших нагрузках.

Задачей изобретения является создание виброзащитной рукавицы, обеспечивающей наиболее эффективную защиту руки оператора от вибрации в широком интервале частот (30-1000 Гц) при больших нагрузках (усилие нажатия на рукоятку управления инструментов до 150 м).

Указанная задача решена за счет того, что в виброзащитной рукавице, включающей корпус в виде тыльной и ладонной частей, напалок на большой палец, внутреннюю подкладку и виброзащитный вкладыш из пенополиуретана, расположенный между корпусом и внутренней подкладкой со стороны ладонной части, выполненный по форме выкройки ладонной части корпуса и напалка на большой палец в виде цельной конструкции и имеющий неравномерно распределенные по толщине изолированные друг от друга газовые ячейки сферической формы разных диаметров, вкладыш выполнен толщиной 0,025-0,050 от длины ладонной части корпуса и имеет на наружных поверхностях открытые газовые ячейки.

На фиг. 1 представлен общий вид рукавицы; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид вкладыша; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3.

Виброзащитная рукавица включает корпус 1 в виде тыльной и ладонной частей, виброзащитный вкладыш 2 из пенополиуретана, напалок 3 на большой палец и внутреннюю подкладку 4.

Вкладыш 2 расположен между корпусом 1 и внутренней подкладкой 4 со стороны ладонной части, выполнен по форме выкройки ладонной части корпуса 1 и напалка 3 на большой палец в виде цельной конструкции и имеет неравномерно распределенные по толщине, изолированные друг от друга газовые ячейки 5 сферической формы разных диаметров. Вкладыш выполнен толщиной = 0,025 - 0,050 от длины ладонной части корпуса и имеет на наружных поверхностях открытые газовые ячейки 6.

При пилении основной поток вибрационной энергии идет от пильного аппарата мотопилы и передается через опорную раму на рукоятки управления.

Работа рукавицы осуществляется следующим образом.

При работе оператор в рукавицах берется за рукоятку мотопилы с определенным усилием (до 150Н) для удержания и управления мотопилой, в результате чего происходит деформация вкладыша рукавицы.

Гашение вибрации осуществляется в самом вкладыше за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупорного материала вкладыша и за счет совершения работы деформирования оболочек внутренних газовых ячеек при воздействии вибрационной нагрузки. Неравномерно распределенные по толщине вкладыша изолированные друг от друга газовые ячейки имеют разные диаметры, которые определяют их разные соответствующие резонансные частоты. В результате этого обеспечивается эффективное снижение уровня вибрации в рукавицах в широком диапазоне частот. Таким образом, как и в прототипе, в предложенной конструкции рукавицы сохранены эти два типа механизмов рассеивания вибрационной энергии, но при этом добавляется еще два механизма борьбы с вибрацией.

При наличии открытых газовых ячеек на наружной (к рукоятке управления виброинструментом) и внутренней (к ладони оператора) поверхностях вкладыша от воздействия вибрации инструмента образуются N-волны, хорошо известные в теории аэроупругости (см, например, книгу Фершинг Г. "Основы аэроупругости" -М.: Машиностроение. 1984).

На основе многочисленных экспериментальных данных (пиление на стенде в режимах холостой ход, раскряжевка и валка с замером уровней вибрации на ладонях рук оператора) было установлено, что при толщине вкладыша, равной 0,025-0,05 от длины ладонной части корпуса N-волны на наружной и внутренней поверхностях вкладыша находятся в противофазе и взаимопоглощают друг другу. Выход толщины вкладыша за пределы заявленных соотношений приводит к сдвигу фаз N-волн на поверхностях вкладыша и он становится хорошим проводником вибрационной энергии от рукоятки управления виброинструмента.

Наличие открытых газовых ячеек на поверхностях вкладыша дополнительно обеспечивает виброизоляцию между рукой оператора и рукояткой управления виброинструмента.

Таким образом, в предложенной конструкции рукавицы совмещаются четыре механизма рассеивания вибрационной энергии:
- за счет внутреннего трения в полимерной основе вкладыша;
- за счет адиабатической сжимаемости внутренних газовых ячеек вкладыша;
- за счет противорезонансного эффекта вибрационных перемещений внутренней и наружных поверхностей вкладыша (N-волны);
- за счет виброизоляции вкладыша от рукоятки управления виброинструмента.

В настоящее время проведены стендовые и натурные испытания предложенных виброзащитных рукавиц. Достигнуто трехкратное гашение вибрации (до 10 дБ) на рукавицах в октавных полосах рабочих частот 31; 5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.

Изобретение может быть использовано в легкой и деревообрабатывающей промышлености для работы операторов с бензиномоторными пилами. Виброзащитная рукавица включает корпус в виде ладонной и тыльной частей, напалок на большой палец, внутреннюю подкладку и виброзащитный вкладыш из пенополиуретана. Вкладыш выполнен по форме выкройки ладонной части корпуса и напалка на большой палец в виде цельной конструкции и имеет неравномерно распределенные по толщине изолированные друг от друга газовые ячейки сферетической формы разных диаметров. Толщина вкладыша 0,025-0,050 от длины ладонной части корпуса. Вкладыш имеет на наружных поверхностях открытые газовые ячейки. Виброзащитная рукавица обеспечивает наиболее эффективную защиту руки оператора от вибрации в широком интервале частот при больших нагрузках. 4 ил.

Виброзащитная рукавица, включающая корпус в виде тыльной и ладонной частей, напалок на большой палец, внутреннюю подкладку и виброзащитный вкладыш из пенополиуретана, расположенный между корпусом и внутренней подкладкой со стороны ладонной части, выполненный по форме выкройки ладонной части корпуса и напалка на большой палец в виде цельной конструкции и имеющий неравномерно распределенные по толщине, изолированные друг от друга газовые ячейки сферической формы разных диаметров, отличающаяся тем, что вкладыш выполнен толщиной 0,025 - 0,050 от длины ладонной части корпуса и имеет на наружных поверхностях открытые газовые ячейки.