Магнитореологический гаситель вертикальных колебаний
В заявке предлагается магнитореологический виброгаситель, предназначенный для ликвидации вертикальных колебаний груза на подвеске подъемного крана. Виброгаситель содержит датчик массы поднимаемого груза, датчик длины подъемного каната и блок вычисления частоты вынужденных колебаний груза на канате. В соответствии с этой частотой виброгаситель управляет напряжением электромагнита, управляющего вязкостью магнитореологической суспензии, заполняющей полость виброгасителя, и эффективно ликвидирует колебания.
Предлагаемая полезная модель относится к средствам гашения механических колебаний и может быть использована для гашения вертикальных колебаний объекта транспортирования при эксплуатации подъемно-транспортных машин типа кранов с крюковой подвеской, закрепленной на канате.
В настоящее время магнитореологические гасители механических колебаний, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относится, например, «Магнитореологический виброгаситель», защищенный патентом РФ 
2106551, кл. F16F 15/03. Он содержит корпус, заполненный демпфирующей средой, в качестве которой применена магнитореологическая суспензия. В корпусе размещена также подвижная масса (груз) и электромагнитная система. Подвижная масса установлена относительно полюсных наконечников магнитопровода системы с зазорами, а магнитореологическая суспензия размещена в зазорах. При эксплуатации виброгасителя его устанавливают на колеблющемся объекте и, в соответствии с частотой колебаний объекта, настраивают. Для этого на электромагнитную систему подают определенное напряжение, оно создает определенное магнитное поле, а магнитореологическая суспензия в созданном магнитном поле приобретает определенную вязкость. Вязкость создает определенную виброгасящую способность устройства, обеспечивающую гашение колебаний объекта на данной частоте.
Существуют и другие виброгасители-аналоги, в частности, «Гаситель колебаний», защищенный патентом РФ 2188349, кл. F16F 15/03. Он содержит корпус, магнитореологическую суспензию и размещенную в корпусе электромагнитную систему с подвижным сердечником. Сердечник выполнен в виде катушки, на которой размещена обмотка управления, и закреплен внутри корпуса на двух плоских пружинах. Щеки катушки образуют кольцевые зазоры, в которых размещена суспензия, а на внешней поверхности корпуса, посредством фиксаторов, закреплены съемные кольцевые грузы. При использовании виброгасителя, его устанавливают на колеблющемся объекте на упругом основании и, в соответствии с частотой колебаний объекта, настраивают. Для этого на катушку подают определенное напряжение, в результате чего суспензия приобретает определенную вязкость. Вместе с этим, снимая или добавляя определенное число съемных грузов с внешней поверхности корпуса виброгасителя, регулируют его массу. Эти две совместные операции дают возможность подобрать необходимую виброгасящую способность устройства и, так же как и в предыдущем случае, обеспечивают гашение колебаний на данной частоте.
Описанные устройства, будучи правильно настроенными, обладают высокой виброгасящей способностью на данной частоте. Однако, они не перенастраиваются автоматически при изменении частоты колебаний объекта, на котором они устанавливаются. Этого недостатка лишен магнитореологический гаситель колебаний, описанный в статье А.М.Кабакова, А.И.Пабата и А.Н.Орлова «Защита машиниста крана от вибраций», опубликованной в журнале «Безопасность труда в промышленности, 1977, 5, стр.26». Указанный гаситель колебаний принят нами за прототип. Он позволяет гасить вертикальные колебания крюковой подвески подъемно-транспортной машины типа крана и содержит корпус, установленный на крюковой подвеске машины, электромагнит и магнитореологическую суспензию, размещенные внутри корпуса, груз (цельный или составной), размещенный в суспензии и вне ее и прикрепленный к корпусу посредством пружин, вибродатчик и блок управления, закрепленные на корпусе гасителя. Выход вибродатчика соединен со входом блока управления, а выход блока управления соединен с электромагнитом. При использовании виброгасителя его устанавливают на крюковой подвеске крана и с помощью блока управления настраивают на определенную среднюю частоту в диапазоне возможных частот колебаний подвески (он, обычно, соответствует 5-15 Гц). При подъеме или опускании объекта транспортирования его, после перемещения на нужную высоту, фиксируют тормозом (это обусловлено правилами эксплуатации грузоподъемных машин). При торможении возникают вертикальные колебания подвески с объектом транспортирования и вибродатчик выдает сигнал, соответствующий частоте этих колебаний. Сигнал поступает на блок управления, а тот, в свою очередь, корректирует напряжение, подаваемое на электромагнит. Последний изменяет вязкость магнитореологической суспензии и корректирует виброгасящую способность гасителя колебаний. Если частота колебаний подвески с объектом выше средней, то эта способность увеличивается, если ниже, то уменьшается. Таким образом, виброгаситель-прототип перенастраивается автоматически и обеспечивает эффективное гашение колебаний не только на частоте, на которую заранее настроен, но и в диапазоне других частот.
Несмотря на достоинства, прототип не лишен и недостатков. Он довольно сложен по конструкции, а потому не всегда надежен в эксплуатации. Вызвано это, прежде всего тем, что в нем использован вибродатчик. Датчик дает сигнал довольно сложного спектра. Для того, чтобы надежно управлять электромагнитом, избежать неоправданных потерь энергии в нем, из сигнала нужно выделить основную гармонику. Это требует применения в блоке управления системы частотных фильтров и соответствующих виброусилителей. Если это октавные фильтры (как это обычно принято при виброизмерениях), то их требуется восемь, и, соответственно, нужно восемь усилителей. Вместе с тем, применение сложного блока управления можно избежать, если отказаться от использования вибродатчика. Это позволит упростить блок управления и гаситель колебаний в целом. В результате повысится и надежность устройства. Это и является задачей разработки предлагаемой полезной модели. А именно, задачей является упрощение конструкции и повышение надежности магнитореологического гасителя колебаний при использовании его в процессе эксплуатации подъемно-транспортных машин типа кранов. Технический эффект, достигаемый при этом, должен выразиться в увеличении вероятности безотказной работы виброгасителя.
Достижение решения задачи и технического эффекта обеспечивается тем, что современные краны, как правило, снабжены датчиками длины каната, на котором закреплена крюковая подвеска (датчиками высоты подъема транспортируемого объекта) и датчиками массы объекта (широко применяются, например, устройства фирмы Топау - электроник и др.). Такие датчики позволяют повысить безопасность эксплуатации кранов в соответствии с требованиями Ростехнадзора, автоматизировать учет и нормирование подъемно-транспортных работ и пр. Конструктивно же решение задачи и технический эффект достигаются тем, что магнитореологический гаситель вертикальных колебаний содержит корпус, установленный на крюковой подвеске подъемно-транспортной машины, электромагнит и магнитореологическую суспензию, размещенные внутри корпуса, груз, размещенный в суспензии и вне ее и прикрепленный к корпусу посредством пружин, и блок управления и отличается тем, что он снабжен датчиком массы объекта транспортирования, датчиком длины каната, на котором закреплена крюковая подвеска, а блок управления выполнен в виде первого и второго усилителей с регулируемыми коэффициентами усиления, задатчика напряжения, сумматора напряжений и компаратора, причем датчик массы соединен с входом первого усилителя, датчик длины каната соединен с входом второго усилителя, выход первого усилителя соединен с первым входом сумматора, выход второго усилителя - со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с шиной ввода в компаратор вычитаемого, выход задатчика - с шиной ввода в компаратор уменьшаемого, а выход компаратора подключен к электромагниту.
Схема предлагаемого виброгасителя показана на рисунке. Виброгаситель имеет корпус 1, установленный на крюковой подвеске 2 подъемно-транспортной машины. Внутри корпуса 1 размещены электромагнит 3 и магнитореологическая суспензия 4. Имеется также груз 5, прикрепленный к корпусу 1 посредством пружин, выполненных в виде упругих стержней 6. Груз 5 (он может быть изготовлен в виде цельного кольца или отдельных частей с дросселирующими отверстиями) размещается в суспензии 4. При необходимости он может быть составным, таким, что его часть 7 может быть размещена вне корпуса 1 на наконечниках стержней 6 и установлена на резьбе. Стержни 6 также являются частью груза 5. Помимо перечисленного, виброгаситель включает в себя датчик 8 массы объекта транспортирования, датчик 9 длины каната, на котором закреплена крюковая подвеска 2, первый 10 и второй 11 усилители с регулируемыми коэффициентами усиления, задатчик напряжении 12 и сумматор напряжений 13 и компаратор 14. Датчик массы 8 соединен с входом усилителя 10, датчик длины каната 9 соединен с входом усилителя 11, выход усилителя 10 соединен с первым входом сумматора 13, выход усилителя 11 соединен со вторым входом сумматора 13, выход сумматора 13 соединен с шиной ввода в компаратор 14 вычитаемого сигнала, выход задатчика 12 соединен с шиной ввода в компаратор 14 уменьшаемого сигнала, а выход компаратора 14 подключен к электромагниту 3.
Работа виброгасителя основана на экспериментально установленной зависимости
f=A-BM-CL=A-(BM+CL),
где М - масса объекта транспортирования, L - длина каната, на котором закреплена крюковая подвеска. А, В, С - константы, характеризующие упругие свойства каната, f - частота вынужденных колебаний объекта транспортирования и подвески на канате длины L.
Перед использованием виброгасителя его вначале настраивают. Для этого, ориентируясь на объект транспортирования некоторой средней массы М, перемещаемой краном на высоте, соответствующей средней длине каната L, в зависимости от марки примененного каната выбирают значения констант А, В, С. С помощью задатчика 12 в компаратор вводят напряжение, соответствующее А, затем коэффициенты усиления усилителей 10 и 11 принимают равными, соответственно, В и С и настраивают усилитель на эти коэффициенты. Далее устанавливают на крановой подвеске объект средней массы М, поднимают его на высоту, соответствующую средней длине каната L и тормозят. Возникают вертикальные колебания. Повторяя это несколько раз, регулируют положение грузов 7 так, чтобы колебания затухали как можно быстрее. Виброгаситель настроен. Теперь его можно эксплуатировать не перенастраивая при транспортировке любых грузов (перенастройка потребуется только при замене каната).
При дальнейшей эксплуатации происходит автоматическое определение массы М и длины L, также автоматическое определение величин ВМ и CL, частоты f и ее отображение на выходе блока суммирования 13. Это напряжение подается на электромагнит 3, он, в свою очередь, создает магнитное поле, заставляющее магнитореологическую суспензию приобрести вязкость, при которой демпфирующая способность виброгасителя будет близка к частоте колебаний объекта транспортирования. В результате, колебания объекта быстро затухнут. Это будет осуществлено без использования датчика частоты колебаний объекта, причем с применением более простого блока управления, чем в прототипе. Это будет способствовать повышению надежности магнитореологического виброгасителя. Повышению надежности будет способствовать также и то, что датчик длины L и массы М нет необходимости устанавливать на крюковой подвеске, где они легко могут быть повреждены. Они могут быть установлены в кабине крана, в то время как датчик частоты должен быть установлен обязательно на крюковой подвеске. Таким образом, предлагаемый виброгаситель создает технический эффект, выражающийся в увеличении вероятности безотказной работы. Как показывают расчеты, это увеличение, в зависимости от условий эксплуатации виброгасителя, может составлять от трех до пяти раз.
Магнитореологический гаситель вертикальных колебаний, содержащий корпус, установленный на крюковой подвеске подъемно-транспортной машины, электромагнит и магнитореологическую суспензию, размещенные внутри корпуса, груз, размещенный в суспензии и вне ее и прикрепленный к корпусу посредством пружин, и блок управления, отличающийся тем, что он снабжен датчиком массы объекта транспортирования, датчиком длины каната, на котором закреплена крюковая подвеска, а блок управления выполнен в виде первого и второго усилителей с регулируемыми коэффициентами усиления, задатчика напряжения, сумматора напряжений и компаратора, причем датчик массы соединен с входом первого усилителя, датчик длины каната соединен с входом второго усилителя, выход первого усилителя соединен с первым входом сумматора, выход второго усилителя - со вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с шиной ввода в компаратор вычитаемого, выход задатчика - с шиной ввода в компаратор уменьшаемого, а выход компаратора подключен к электромагниту.
