Виброизолирующее напольное покрытие Российский патент 2023 года по МПК B60R13/08 G10K11/16 

Изобретение относится к промышленной звукоизоляции и может быть использовано в области машиностроения и судостроения для защиты от шума и вибрации, в частности, операторов транспортных средств и рабочих в производственных помещениях, в том числе в условиях повышенных статических и динамических нагрузок на напольное покрытие. Виброизолирующее напольное покрытие включает в себя матрицу эластомерного материала, по существу, листообразной или пластинчатой формы, в структуру которого включен армирующий элемент, обладающий звуко- и вибропоглощающими характеристиками и обеспечивающий жесткость всей конструкции.

Известно напольное покрытие листообразной или пластинчатой формы (RU 2566147 C2), состоящее из матрицы эластомерного материала с частицами термопластичного материала обеспечивающее за счет механической обработки и высокой температуры улучшение физико-механических свойств изделия. Также известно напольное покрытие (DE 19848137 B4), содержащее частицы из невулканизованного каучука, для которых обеспечивается гомогенное сцепление в матрице эластомера за счет механической обработки и высокой температуры. Недостатками напольных покрытий (RU 2566147 C2) и (DE 19848137 B4) является малая звукоизолирующая эффективность в области низких частот и малое звукопоглощение, определяемое толщиной пластины.

Известно покрытие пола кабины транспортного средства, содержащее верхний слой эластичного материала, слой волокнистого материала и панель с волнистым поперечным профилем (авт. св. СССР №1361052). Недостатками данного технического решения являются значительные толщина устройства и размеры воздушных полостей, без увеличения которых эффективность в области низких частот не может быть достигнута, кроме того панель является достаточно жесткой, и возможно водопоглощение волокнистым слоем, который подвержен износу в процессе эксплуатации.

В качестве прототипа к заявленному техническому решению выбрано виброшумоизолирующее покрытие, предназначенное для защиты операторов транспортных средств от вредного воздействия вибрации, шума (RU 2091256 C1), включающее в себя: наружный слой из эластомерного материала и расположенную под ним опорную часть, выполненную в виде решетки с пустотелыми ячейками, например, квадратной формы. В прототипе слой эластомерного материала, прикрепленный к решетке, образует над ячейками амортизирующие мембраны, обеспечивающие низкочастотную виброизоляцию, которые дополнены специальными выступами.

Существенными признаками прототипа, общими с признаками предлагаемого технического решения, являются: наличие воздушных полостей (пустот) в опорной части покрытия, использование эластомерных материалов для конструкции покрытия и реализация механизма резонансного поглощения колебательной энергии.

Недостатками конструкции прототипа являются значительные деформации пустотелых ячеек под статической нагрузкой, вследствие этого начальная форма ячеек претерпевает значительные деформации, что негативно отражается на внешней форме покрытия и его виброшумоизолирующих характеристиках. В частности, это относится к изменению верхней поверхности ячеек под нагрузкой, которые (согласно описанию патента) должны обеспечивать низкочастотную виброизоляцию. Поглощение колебательной энергии в данном устройстве осуществляется за счет релаксационных процессов в эластомерном материале, возникающих при сдвиговых деформациях за счет воздушных полостей в конструкции. Улучшение звукоизолирующих и вибропоглощающих характеристик устройства в низкочастотной области напрямую связано с увеличением массогаборитных характеристик конструкции устройства и размеров воздушных полостей, что дополнительно накладывает значительные ограничения на прочность и пьезостабильность под действием внешней нагрузки во время эксплуатации.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение диапазона статических нагрузок, обеспечивающее возможность эксплуатации виброизолирующего напольного покрытия без значительных деформаций, а также повышение эффективности устройства в низкочастотном диапазоне без увеличения массогабаритных характеристик.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство виброизолирующего напольного покрытия пластинчатой формы из эластомерного материала, содержащее воздушные полости для достижения эффективности в низкочастотном диапазоне, добавляется элемент, выполняющий функции армирования воздушной полости под действием внешней статической или динамической нагрузки, но при этом обладающий вибропоглощающими характеристиками. Армирующий элемент размещается в конструкции виброизолирующего напольного покрытия механическим или клеевым способом и состоит из двух частей, изготовленных из жесткого пластика, типоразмеры которых определяются размерами воздушной полости, соединенных между собой эластомерной уплотнительной шайбой с пазом по периметру внутренней поверхности. Тонкая прослойка между двумя частями армирующего элемента заполнена вязкой жидкостью.

Сущность изобретения поясняется чертежом:

Фиг.1 – Эскиз виброизолирующего напольного покрытия в разрезе

Фиг.2 – Армирующий элемент с уплотнительной шайбой

Фиг.3 – Виброизолирующее напольное покрытие с вырезом в районе установки армирующих элементов в воздушные полости

Верхняя пластина виброизолирующего напольного покрытия 1 и герметизирующая пластина 2 изготовлены из одного типа эластомерного материала. В верхней пластине виброизолирующего напольного покрытия 1 выполнены технологические выемки цилиндрической формы под армирующие элементы и выступы 8 на наружной поверхности. Пластины 1 и 2 склеены между собой, так что внутри образуется полость, в которой размещен армирующий элемент. Армирующий элемент состоит из верхней и нижней частей 3, 4, которые относительно друг друга фиксируются с зазором 6 с помощью уплотнительной шайбы 5. Зазор 6 между верхней и нижней частями 3, 4 армирующего элемента заполнен вязкой жидкостью, например, трансформаторным маслом. Конструкция армирующего элемента обеспечивает плотный контакт с верхней и нижней поверхностями воздушной полости в виброизолирующем напольном покрытии. Между боковой поверхностью полости в виброизолирующем напольном покрытии и армирующим элементом присутствует воздушный зазор 7.

Армирующий элемент в разрезе показан на Фиг.2. Конструкционно верхний и нижний элемент 3, 4 имеют специальные пазы для фиксированной установки уплотнительной шайбы 5, которые обеспечивают герметичность зазора от протекания вязкой жидкости внутри армирующего элемента в процессе эксплуатации. За счет упругости уплотнительной шайбы 5 при воздействии вибрации верхний и нижний элемент 3, 4 испытывают малые смещения относительно друг друга, что приводит к возникновению диссипативных сил в узком зазоре 6, заполненном вязкой жидкостью. На Фиг. 3 показана конструкция виброизолирующего напольного покрытия с вырезом, показывающим установленные армирующие элементы в воздушные полости цилиндрической формы.

Отдельные конструктивные элементы устройства могут быть выполнены следующим образом: верхняя пластина виброизолирующего напольного покрытия 1 и герметизирующая пластина 4 изготавливаются из одного типа эластомерного материала, обладающего при этом низким уровнем выбросов, пожаробезопасностью. Предпочтительные материалы для матрицы напольного покрытия включают нитрилбутадиеновый каучук (НБК), стиролбутадиеновый каучук (СБК), бутадиеновый каучук (БК), этиленпропилендиеновый мономерный каучук (ЭПДМ), натуральный каучук (НК) и изопреновый каучук (ИК). Также могут быть использованы полиуретановые материалы, используемые в технологии наливных полов.

Верхняя и нижняя части 3,4 армирующего элемента изготавливаются из жесткого пластика, исключающего деформации контактных поверхностей больше чем толщина граничного акустического слоя (для вязкой жидкости примерно 0,1 мм) при воздействии внешнего давления на напольное покрытие. В случае больших статических нагрузок на элемент кромка частей 3,4, может быть технологически заменена на более толстую. Уплотнительная шайба 5 изготавливается методом заливки из полиуретана. Ее назначением является обеспечение герметичности жидкости в полости, стабильность ширины зазора при внешней нагрузке и выполнение роли упругого элемента между верхней и нижней катушками армирующего элемента. Вязкая жидкость 6 (трансформаторное масло) заливается в зазор методом шприцевания через технологический канал, который после этого также герметизируется. Толщина зазора между частями 3,4 армирующего элемента составляет 0,8-1,2 мм. Собранные армирующие элементы помещаются в полости пластины виброизолирующего напольного покрытия 1 и закрываются герметизирующей пластиной 2, методом склейки или вулканизации, в зависимости от используемого эластомера. Выступы 8 на наружной поверхности пластины виброизолирующего напольного покрытия 1 предназначены для обеспечения более надежного контакта и снижения вероятного проскальзывания в процессе эксплуатации.

Описанным виброизолирующим напольным покрытием для защиты от шума и вибрации пользуются следующим образом: на пол, корпусную конструкцию, палубу корабля клеевым или механическим способом устанавливается виброизолирующее напольное покрытие. За счет использования эластомерных материалов в конструкции с воздушными полостями достигается эффект резонансного поглощения колебательной энергии (описание механизма резонансного поглощения приведено в книге А.С. Никифоров «Вибропоглощение на судах», Изд. Л: Судостроение, 1979 г.-184 с., ил.). Виброизолирующее напольное покрытие с воздушными полостями диаметром до 60 мм имеют значения резонансной частоты в диапазоне низких частот 15-20 Гц. Обеспечение надежности и пьезостабильности конструкции виброизолирующего напольного покрытия с полостями обеспечивается за счет использования армирующих элементов, которые имеют собственный механизм поглощения колебательной энергии. Эффект обеспечивается за счет работы диссипативных сил в узком зазоре 5, заполненным вязкой жидкостью при динамическом смещении жестких частей 3,4. Подвижность частей армирующего элемента обеспечивается жесткостью уплотнительной шайбы и наличием воздушного зазора 7. Вследствие возникновения различных мод при колебательном процессе в узком зазоре армирующего элемента возникает вынужденный поток вязкой жидкости с высоким градиентом скорости (градиент скорости возникает в граничном акустическом слое вблизи поверхности в процессе колебаний за счет изменения толщины зазора - коэффициент механических потерь для такого рода систем пропорционален квадрату колебательной скорости вязкой жидкости в узком зазоре.). При этом в граничном акустическом слое создается механизм диссипации акустической энергии (характерная толщина граничного акустического слоя в частотном диапазоне для такого рода устройств на границе раздела сред составляет 0,1-0,5 мм). Данный механизм поглощения колебательной энергии основан на эффектах термовязкостной акустики, которые эффективно могут трансформировать энергию механических колебаний в тепловую энергию.

Диаметр полости, в зависимости от расчетной нагрузки и нижней границы частотного диапазона может составлять от 10 до 60 мм. Нижняя граница размера полости определяется характерам ее возможной деформации под нагрузкой. Для полостей малых размеров армирующие элементы в акустических покрытиях не требуются, полость остается стабильной при больших нагрузках. Увеличение полости позволяет достичь эффекта в низкочастотной области, однако при этом полость, однако большие полости приводят к тому, что покрытие при внешнем воздействии теряет устойчивость и форму. Предложенное решение по использованию армирующих элементов позволяет обеспечить ровную поверхность напольного покрытия до размеров диаметра 60 мм. В пределах этого размера поверхность армирующих катушек 6 и 7 можно считать достаточно жесткими, чтобы не учитывать их собственную деформацию при внешней нагрузке, которая негативно сказывается на величине зазора, заполненного вязкой жидкостью.

Предлагаемые конструкционные изменения можно рассматривать как создание дополнительного колебательного контура с шириной поглощения до 2-4 октав, которые обеспечиваются влиянием вязких сил в тонком слое вязкой жидкости при смещении контактных поверхностей. Резонансные характеристики дополнительного колебательного контура могут быть смещены в низкочастотную область, где прототип не имеет достаточную акустическую эффективность. Смещение резонансных характеристик в низкочастотную область достигается выбором площади контактной поверхности, толщиной зазора, а также характеристиками вязкой жидкости и формой упругого элемента.

Преимущества виброизолирующего напольного покрытия по сравнению с прототипом достигаются за счет введения в конструкцию полостей покрытия дополнительного механизма диссипации колебательной энергии в широком диапазоне частот, за счет физических эффектов поглощения энергии в слое вязкой жидкости в узком зазоре. Дополнительный эффект диссипации колебательной энергии достигается за счет армирующего элемента, который размещается непосредственно в воздушной полости и обеспечивает расширение диапазона допустимых статических нагрузок на поверхность напольного виброизолирующего покрытия.

Изобретение относится к области машиностроения, промышленной звукоизоляции и может быть использовано в области машиностроения и судостроения для защиты от шума и вибрации, в частности, операторов транспортных средств и рабочих в производственных помещениях, в том числе в условиях повышенных статических и динамических нагрузок на напольное покрытие. Виброизолирующее напольное покрытие включает в себя матрицу эластомерного материала, по существу, листообразной или пластинчатой формы, в структуру которого включен армирующий элемент, обладающий звуко- и вибропоглощающими характеристиками и обеспечивающий жесткость всей конструкции. Достигается расширение диапазона статических нагрузок, обеспечивающее возможность эксплуатации виброизолирующего напольного покрытия без значительных деформаций, а также повышение эффективности устройства в низкочастотном диапазоне без увеличения массогабаритных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Виброизолирующее напольное покрытие из эластомерного материала с воздушными полостями, отличающееся тем, что полости выполнены в виде цилиндров, перпендикулярно направленных основной плоскости покрытия, в каждом из которых размещен армирующий элемент, состоящий из двух частей со скошенными внутрь кромками, зафиксированных герметично уплотнительной шайбой из упругого материала и разделенных между собой зазором, заполненным вязкой жидкостью.

2. Виброизолирующее напольное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в обеих частях армирующего элемента выполнен паз для установки уплотнительной шайбы.

3. Виброизолирующее напольное покрытие по п.1, отличающееся тем, что по всей внутренней поверхности уплотнительной шайбы выполнен паз.