Устройство для гашения колебаний

Изобретение относится к машиностроению. Устройство содержит упругие элементы и систему динамического гашения колебаний в виде упруго присоединенной массы. Объект защиты содержит настраиваемую систему динамического гашения колебаний. Система динамического гашения содержит пневмобаллон с клапаном, компрессор с трубопроводом и систему управления с датчиками. Пневмобаллон закреплен на опорной плите, перемещающейся в соединении типа «ласточкин хвост» при помощи самотормозящегося винтового устройства. Датчики установлены на объекте защиты и на динамическом гасителе колебаний и передают информацию о состоянии объекта защиты и динамического гасителя в блок обработки информации для принятия решения о включении компрессора и винтового устройства. Достигается динамическое гашение колебаний по двум степеням свободы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Устройство относится к средствам обеспечения безопасности функционирования оборудования и транспортных машин, работающих в условиях внешних вибрационных воздействий, поступающих как со стороны основания, так и со стороны внутренних источников вибрации. Известны конструктивно-технические решения, обеспечивающие режимы динамического гашения.

В описании полезной модели (патент RU №92706 МПК F16F 15/00, 24.06.2009), предложена конструкция, содержащая корпус, гайку-маховик, винт, закрепленный на основании, пружину. Корпус закреплен жестко с объектом защиты, внутри корпуса установлена фрикционная муфта, которая верхним концом соединена с прижимной пружиной, а снизу опирается на диск, соединенный жестко при помощи втулки с гайкой-маховиком, причем винт проходит через все устройство.

Недостатком данной полезной модели, в значительной степени, является то, что не принимается в расчет связность колебаний между движениями по различным координатам, которая является различной в разных системах обобщенных координат.

В другом патенте на полезную модель (№95771, МПК F16F 15/00, от 29.12.2009) предложено устройство для гашения колебаний, состоящее из упругих элементов, дополнительной массы. Причем между основанием и объектом защиты установлен параллельно упругому элементу модуль, состоящий из дополнительной массы, соединения гайка - винт, дополнительного упругого элемента, причем гайка размещена на подшипниках на объекте защиты, винт одним концом соединен с гайкой, другим концом жестко закреплен с дополнительной массой, которая опирается на дополнительный упругий элемент, соединенный с основанием.

Недостатком данной полезной модели, в значительной степени, является также отсутствие учета связности колебаний между движениями по различным координатам в различных системах обобщенных координат.

В патенте на полезную модель (№104520, МПК B60N 2/50, от 15.07.2010) предложено устройство для вибрационной защиты, содержащее сиденье оператора, пневматический элемент, систему продвижения воздуха под действием вибрации внутри пневматического элемента, подвеску. Причем подвеска установлена на двух опорах и состоит из четырех рычагов шарнирно соединенных между собой в точках опор, на крайних рычагах с одной стороны располагается пневматический элемент, с другой стороны - дополнительная инерционная масса, рычаги которой расположены между опорами, соединены шарнирно с опорой сиденья.

Недостатком данной полезной модели в значительной степени является недостаточное внимание к вопросам учета связности колебаний между движениями по различным координатам в различных системах обобщенных координат.

За прототип взят патент на полезную модель (№95050, МПК F16F 15/00 от 08.12.2009), в котором предложено устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства, содержащее упругие элементы, Г-образные рычаги. Причем объект защиты, имеющий две степени свободы, опирается обоими концами на упругие элементы, соединенные с основанием, а верхними концами закреплен на Г-образные рычаги, которые, в свою очередь, одним плечом опираются на упругие элементы, соединенные с основанием, а два других плеча соединены между собой пружиной. Объект защиты шарнирно закреплен верхними концами на Г-образных рычагах, упругие элементы расположены относительно объекта защиты симметрично.

Вместе с тем данная полезная модель не обеспечивает гашение колебаний по двум степеням свободы.

Цель предлагаемого изобретения заключается в обеспечении режима динамического гашения колебаний по двум степеням свободы.

Цель достигается тем, что устройство для гашения колебаний, содержащее упругие элементы, систему динамического гашения колебаний в виде упругоприсоединенной массы, отличающееся тем, что объект защиты, подверженный колебаниям по двум степеням свободы, содержит настраиваемую систему динамического гашения колебаний, причем система динамического гашения имеет пневмобаллон с клапаном, закрепленный на опорной плите, перемещающейся в соединении типа «ласточкин хвост» при помощи самотормозящегося винтового устройства, компрессор с трубопроводом, систему управления с датчиками, установленными на объекте защиты и на динамическом гасителе колебаний, дающими информацию о состоянии объекта защиты и динамического гасителя в блок обработки информации для принятия решения о включении компрессора и винтового устройства. При этом необходимое положение точки контакта динамического инерционного гасителя с объектом, обеспечивающее гашения колебаний по двум координатам, выбирается с помощью самотормозящегося винтового устройства.

Предлагаемое устройство поясняется Фиг.1. «Схема устройства для гашения колебаний». На Фиг.1. представлены: 1 - основание, 2, 3 - упругие элементы с жесткостями k1, k2, 4 - объект защиты, 5 - пневмобаллон, 6 - компрессор, 7 - блок обработки информации, 8 - трубопровод, 9 - клапан, 10 - датчик, расположенный на гасителе колебаний, 11 - динамический инерционный гаситель колебаний, 12 - датчик, расположенный на объекте защиты, 13 - источник питания компрессора, 14 - самотормозящееся винтовое устройство, 15 - источник питания самотормозящегося винтового устройства, 16 - винт, 17 - опорная плита пневмобаллона, перемещающаяся в соединении типа «ласточкин хвост», 18 - датчик-блок обработки информации самотормозящегося винтового устройства.

Устройство обеспечивает гашение колебаний по координатам у и φ для объекта защиты 4 со стороны основания 1. Объект защиты 4 опирается на упругие элементы 2 и 3 с коэффициентами жесткости k₁ и k₂. Предлагаемое устройство имеет компрессор 6 с источником питания 13, который обеспечивает поддержание определенного давления в пневмобаллоне 5, соответствующее жесткости k₃, что позволяет регулировать приведенную упругость между объектом защиты и динамическим инерционным гасителем колебаний. Трубопровод 8 соединяет компрессор с пневмобаллонном, имеющим клапан для сброса давления 9. Устройство, принципиальная схема которого показана на Фиг.1, имеет систему датчиков 10, 12, 17. Блок 7 предназначен для обработки информации о динамическом состоянии объекта защиты 4 и выдачи сигнала компрессору, создающему давление в пневмобаллоне 5. Пневмобаллон закреплен на опорной плите 17, перемещающейся в соединении типа «ласточкин хвост» с помощью самотормозящегося винтового устройства 14, содержащего винт 16. Датчик-блок обработки информации 18 отвечает за перемещение точки контакта динамического гасителя с объектом.

Устройство работает следующим образом. При возникновении периодических возмущений со стороны основания объект защиты 4 приходит в движение, информация о состоянии, получаемая от датчиков 10, 12 поступает в блок обработки информации 7, разность усредненных значений сравнивается с заданным уровнем. Если разность средних значений сигналов от объекта и от основания положительна, то блок 7 включает компрессор и изменяет давление в пневмобаллоне 5 до уровня, при котором сигнал от датчика 12 начинает уменьшаться и принимает нулевое значение. При большом давлении избыток сбрасывается через клапан 9. Особенность устройства заключается в том, что при малых силах внешнего сопротивления при приложении динамического гасителя к центру тяжести объекта защиты при выполнении определенных соотношений между координатами жесткости k₃, k₁ и k₂ с учетом параметров 1₁ и 1₂ (расстояние центра тяжести т. О до точек присоединения пружин k₁ и k₂). В этом случае режим динамического гашения происходит одновременно по координатам у и φ.

Сущность работы устройства можно пояснить, используя математическую модель системы. Для расчетной схемы на Фиг.1 можно записать выражение для кинетической и потенциальной энергии, полагая что при малых колебаниях пневмобаллон обеспечивает работу в режиме линейной пружины с жесткостью k₃, тогда

Приняты обозначения: Т - кинетическая энергия, y₁, y₂, y₃; y, φ, y₃ - системы обобщенных координат; М, I - масса и момент инерции объекта защиты; m₃ - масса динамического гасителя; k₁, k₂, k₃ - жесткости упругих элементов; l₁ и l₂ - расстояния от центра тяжести (т.А) до концов балки; z₁ и z₂ - внешние возмущения в виде моногармонических колебаний основания.

Потенциальная энергия П системы (Фиг.1) может быть записана в виде

где y₁a+y₂b, φ=c(y₂-y₁),

y₁=y-l₁φ, y₂=y+l₂φ.

Система дифференциальных уравнений движения системы в координатах у, φ и у₃ примет вид

Используя (3)÷(5) можно найти, что частота динамического гашения колебаний в целом будет определяться частотным уравнением гасителя колебаний, для чего определяется передаточная функция системы:

где р=jω (j=√-1), z₁=z₂=z.

В общем случае в системе возможно в соответствии с (6) существование двух режимов динамического гашения на частотах

При условии, что режим динамического гашения колебаний происходит по двум координатам.

Отметим, что предложенная конструкция изученная при помощи построения математической модели, имеет режимы динамического гашения колебаний объекта по двум координатам одновременно.

Таким образом, установка динамического гасителя колебаний при выборе соотношений между жесткостями пружин k₁, k₂, k₃ и координатами установки гасителя 1₁, 1₂ могут обеспечить специфический режим динамического гашения одновременно по двум координатам: у и φ. Для получения такого режима динамического гашения должен быть предусмотрен механизм настройки, позволяющий производить автоматический поиск соотношения параметров 1₁ и 1₂, то есть точка В (Фиг.1), которая соответствует точке присоединения массоинерционного гасителя. Такой механизм предлагается в виде опорной плиты, приводимой в действие при помощи самотормозящегося винтового механизма.

1. Устройство для гашения колебаний, содержащее упругие элементы, систему динамического гашения колебаний в виде упруго присоединенной массы, отличающееся тем, что объект защиты, подверженный колебаниям по двум степеням свободы, содержит настраиваемую систему динамического гашения колебаний, причем система динамического гашения имеет пневмобаллон с клапаном, закрепленный на опорной плите, перемещающейся в соединении типа «ласточкин хвост» при помощи самотормозящегося винтового устройства, компрессор с трубопроводом, систему управления с датчиками, установленными на объекте защиты и на динамическом гасителе колебаний, дающими информацию о состоянии объекта защиты и динамического гасителя в блок обработки информации для принятия решения о включении компрессора и винтового устройства.

2. Устройство для гашения колебаний по п.1, отличающееся тем, что необходимое положение точки контакта динамического инерционного гасителя с объектом, обеспечивающее гашения колебаний по двум координатам, выбирается с помощью самотормозящегося винтового устройства.