Способ гашения колебаний

 

l (1В,!с ° . 1! . - 1ъаМФ

П ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советск и к

Социалистическик

Республик

О (i i>796555

*.с \

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. санд-ву— (22)Заявлено 01.06.78 (2I) 2621029/25-28 (5 I ) M. Кд.

F 16 F 15/02 с при соеди нен не и заявки J%—

Гавударстввкаьй квинтет (23) П риорнтет— дв делан кзвбретеикй и аткритий

Опубликовано 15.01.81. Бюллетень М 2

Дата опубликования описания 17.01.81 (53) УДК 621«569а .1 (088.8) .

С. В. Иносов, Ю. В. Чудутов, В. В. Гужовский, И. И. Попроцкий и В. И. Слепян (72) Авторы изобретения

Государственный научно-исследовательский и проектный институт угольной промышленности (УкрНИИпроект) (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к гашению колебаний в конструкциях и уменьшению H&» уравновешенных сил и может быть исполь эовано дпя подавления колебаний конструкций, имекацих большую массу, например роторной стрелы экскаватора.

Известен способ гашения колебаний, заключающийся в том, что дополнительную массу упруго соединяют с объектом. При правильном выборе величины упругости удается полностью подавить колебания на частоте основного резонанса обьектa(1), Недостатком этого способа является узкий частотный диапазон.

Наиболее близким к предлагаемому

15 по технической сущности и достигаемому результату является способ гашения колелебанийв заключающийся в том, что измеряют колебания объекта и периодически соединяютдопопнительнуюмассусколеблю- ® щимся объектом в моменты перемены знака ускорения объекта и отсоединяют после выравнивания скоростей объекта и дополнительной массы. В результате такого

2 взаимодействия дополнительная масса приобретает скорость обьекта и сохраняет ее в течение полупериода до следуютпего соединения, когда скорость объекта изменяет знак. При каждом взаимодействии (дважды за период колебаний) дополнительная масса передает объекту тормоэн и импульс силы, равный 2,УО М, где

- максимальная скорость объекта

- величина дополнительной массы f2).

Недостатком этого способа является принципиальная невозможность увеличения эффективности гашения, . т.е. увеличения тормозного импульса беэ увеличения до-. полнительной массы.

Uemü иэобретепия «повышение эффек,тивности гашения колебаний.

Указанная цель достигается тем, что дополнительную массу соединяют с основ ной с помсщью упругого элемента, а отсоединение дополнительной массы осуществляют в моменты перемены знака напряжения упругого элемента, 7 96555

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что измеряют колебания объекта и периодически соединяют дополнительную массу с колеблющимся объектом; в моменты перемены знака ускорения объекта, при этом дополнительную массу соединяют с помощью упругого элемента, а отсоединяют в моменты перемены знаЭ ка напряжения упругого элемента.

На фиг,1 приведено устройство, поясня- 10 юшее данный способ на фиг.2 и 3 - ди1 намические характеристики системы, Способ реализуется следующим образом.

На объект демпфирования 1, условно показанный в виде одномассоьой системы с массой М и жесткостью С установлена с возможностью горизонтального перемещения дополнительная масса 2 и тормозной механизм 3, выполненный, например, в виде гидроцилиндра 4, полости которого соединены электроуправляемым краном 5. Шток тормозного механизма 3 соединен с дополнительной массой 2 упругим элементом 6. ,На обьект демпфирования установлен датчик 7 ускорений, например, акселерометр.

На упругий элемент 6 установлен датчик

8 силы, например, тензорезистор. Выходные сигналы датчиков 7 и 8 подают на вход регулятора 9. Выход регулятора подключен к управляющему входу крана 5.

Под действием внешнего возмущения объект демпфирования совершает горизонтальные колебания. Большую часть перисьда колебаний шток гидроцилиндра 4 свободно перемешается относительно объекта

1 вместе с дополнительной массой 2. В момент перемены знака ускорения объекта

1 (измеряемого датчиком 7 регулятор 9 включает тормозной механизм 3 (перекрывает кран 5). При этом шток тормозного механизма 3 становится неподвижным относительно объекта 1. Дополнительная масса 2, движущаяся встречно объекту 1, начинает взаимодействовать с объектом через упругий элемент 6. Сила взаимодействия изменяется во времени по закону синуса. B момент перемены знака напряжения упругого элемента 6, т.е, силы взаимодействия (измеряемой датчиком 8) регулятор отключает тормоз- 50 ное устройство 2 (открывает кран 5).

Благодаря этому указанное взаимодействие имеет характер упругого удара.

На фиг.2 приведены осциллограммы изменения во времени скорости %„движения дополнительной массы 2 относительно объекта 1 и силы взаимодействия F дополнительной массы 2 с обьектом 1 °

Величина относительной скорости дополнительной массы 2 до взаимодействия обозначена 4" В момент 4,о осушествпя= ется упругое сцепление дополнительной массы 2 с объектом 1. При этом кинетическая энергия дополнительной массы начинается переходить в потенциальную энергию упругой деформации. Предлагаемый процесс сопровождается уменьшением относительной скорости дополнительной массы

j ф и увеличением силы упругого взаимодействия F к моменту Ф, относительная

1 J скорость дополнительной массы уменьшается до нуля, а сила взаимодействия Г достигает максимума. Далее начинается обратный процесс, Потенциальная энергия переходит в кинетическую, что сопровождается уменьшением силы взаимодействия и увеличением, но уже с обратным знаком, относительной скорости 9 . К моменту 1 сила взаимодействия Г переходит через нуль, а скорость достигает макси-! мального значения % . В этот же момент

Ь дополнительная масса отсоединяется от объекта и продолжает движение по инерI ции со скоростью Ж . Процесс взаимодействия заканчивается. В предлагаемом проз цессе отношение — VJ> 1Яо называемое

0 коэффициентом восстановления скорости, равно единице.

В режиме вынужденных колебаний взаимодействие дополнительной массы и обь екта происходит дважды за период, в мрменты перемены знака ускорения объекта (т.е. при максимальной скорости объекта).

Благодаря упругому характеру взаимодействия абсолютная скорость 9I дополнительной массы после каждого взаимодействия увеличивается за счет энергии, отбираемой у колеблющегося объекта. По мере увеличения скорости движения дополнительной массы эффективность гашения или величина тормозного импульса возрастает, а скорость движения обьекта убывает. В установившемся режиме колебаний скорость движения дополнительной массы может значительно превышать скорость объекта. При этом величина тормозного импульса, равная

29В, значительно возрастает по сравне— нию с известными решениями.

На фиг.3 приведены осциллограммы изменения во времени абсолютных скоростей движения объекта (U 1 и дополнительной массы (Ф )

Рассмотрим взаимодействие в момент

Абсолютные скорости объекта до и

1 после взаимодействия обозначены, и Ч

Абсолютные скорости донопнитс.ньной массы

5 7 96555 6 до и после взаимодействия обозначены ЧЧ то позволит применить устройства для м» и Ф . Последние связаны известной форму- пфирования колебаний со сравнительно не пой

2 большой присоединенной массой для гашения колебаний объектов больших геометриМЧ +щЩ ческих размеров и масс (например, ротор ная или разгрузочная стрела роторного экскаватора), имеюших ограничение по несуще и способности. где М вЂ” величина массы объекта и — величина дополнительной массы, — коэффициент восстановления.

Подставляя R =1 и используя условие периодичности %2 = -ФО, получаем

Формула изобретения

%I =-Ч

М

Таким образом, в отличие от известно- 1 го в предпагаемом способе величина скорости дополнительной массы ФО не ограничена величиной максимальной скорости объекта Yp, a превышает последнюю в М / 1и . раз. При этом величина тормозного импуль. са, передаваемого объекту при каждом взаимодеNcTBHH и равная 2 %pe& увеличивается в М/M раз по сравнению,c прототипом, Так как обычно величина дополнительной массы И значительно меньше массы объ- ц екта М, эффективность гашения колебаний объекта может быть значительно увеличена. Предлагаемый способ обеспечивает повышение эффективности гашения колебаний без увеличения дополнительной массы, Способ гашения колебаний, закпючак щийся в том, что измеряют колебания объ» екта и периодически соединяют дополнительную массу с объектом в моменты перемены знака ускорения Ьбъекта, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с цепью повышения эффективности гашения колебаний дополнительную массу соединяют с основной с помошью упругого элемента, а отсоедине ние дополнительной массы осутцествляют в моменты перемены Знака напряжения уп«

pyroro элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. М., Физматгиз, 1967, с, 209-215.

2. Авторское свидетельство СССР

М 462040, кл, F 16 F 15/02, 1972

{ прототип) .

796555

Составитель О. Мальцев

Редактор Ю. Ковач Техред A.ßàáèíeö Корректор Н. Степ °

Заказ 9748/52 Тираж 1017 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж,35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г.Ужгоррд, ул. Проектная, 4