Устройство для гашения колебаний

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок и может быть использована в тележках транспортных средств. Предлагаемая полезная модель обеспечивает гашение колебаний системы балочного типа (простейшая модель тележки транспортного средства) используя конструкцию на основе шарнирно-рычажных механизмов и устройства для преобразования движения. Цель достигается тем, что в устройстве для гашения колебаний тележки транспортного средства, содержащее два шарнирно-рычажных механизма, устройство для преобразования движения, отличающееся тем, что в процессе изменения положения объекта защиты балочного типа, имеющем две степени свободы и установленном на упругих опорах (в частности, на пружинах), расположенных по сторонам, продольные относительные смещения преобразуются в возвратно-вращательные движения элементов винтового механизма, при этом реализуется 4 режима динамического гашения по каждой из обобщенных координат.

Устройство для гашения колебаний может быть использовано в тележках транспортных средств.

При движении транспортного средства по неоднородной поверхности (преодолении препятствий) возникают колебательные движения, которые передаются от одной опоры к другой. Вследствие возникновения вибраций увеличиваются динамические нагрузки на элементы креплений, конструкции кузова и тележки транспортного средства, что приводит к ослаблению соединений, уменьшению ресурса работы, снижению надежности и негативному воздействию на человека-оператора.

Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель 48604, МПК F16F 15/00, приоритет 28.12.2004]. Динамический гаситель колебаний содержит объект защиты, упругие элементы и датчики вибраций, дополнительную массу, элементы, ограничивающие перемещение дополнительной массы, а также электронное устройство управления, превращающее систему с двумя степенями свободы в систему с одной степенью свободы и обратно, при прохождении системой частот, определяемых из равенства амплитудно-частотных характеристик одномассовой и двухмассовой систем. Недостатком данного устройства является тот факт, что оно обеспечивает гашение вибраций только при определенных параметрах системы, также к недостаткам можно отнести сложность конструктивного исполнения большого количества кинематических пар, что неизбежно приводит к износу шарниров с последующим появлением люфтов и связанных с этим ударных взаимодействий.

Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель 49937, МПК F16F 15/00, приоритет 04.04.2005]. Гаситель колебаний содержит дополнительную массу, звенья и кинематические пары. Объект защиты соединен с основанием посредством кинематической цепи из 2-х звеньев и 3-х кинематических пар, причем звенья связаны между собой с помощью кинематических пар, каждая из которых выполнена либо во вращательном, либо в поступательном исполнении. Основным недостатком данного изобретения является достаточная сложность в изготовлении элементов сопряжения кинематических пар (подшипников скольжения), а также наличие одной частоты динамического гашения, что уменьшает область эффективной работы динамического гасителя.

За прототип взят патент на полезную модель (95050, МПК F16F 15/00 от 08.12.2009) «Устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства». В нем 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.

К недостатку прототипа можно отнести то, что данная полезная модель не обеспечивает гашение колебаний объекта с двумя степенями свободы.

Целью данного устройства является обеспечение гашений колебаний объекта с двумя степенями свободы.

Цель достигается тем, что устройство для гашения колебаний, содержащее пружины, шарнирно-рычажные механизмы, отличающееся тем, что объект защиты с двумя степени свободы опирается обоими концами на упругие элементы, соединенные с основанием. Упругие элементы соединены пружиной, обеспечивающим гашение колебаний объекта по двум степеням свободы.

Каждый упругий элемент включает опорную пружину и шарнирно-рычажный механизм, соединенные одним концом между собой в точке опоры объекта с упорным элементом и другим концом в месте соединения с основанием.

Демпфирующий элемент включает винтовой несамотормозящийся механизм и пружину, соединенные в один общий шарнир вместе с шарниром шарнирно-рычажного механизма, обеспечивая гашение колебаний объекта по двум координатам.

Предлагаемое устройство поясняется фиг. 1 «Устройство для гашения колебаний объекта». На фигуре представлены: объект защиты 1; опорные пружины 2; пружина 3; винтовой несамотормозящийся механизм 4; шарнирно-рычажные механизмы 5; основания 6. На фигуре введены следующие обозначения: l₁, l₂ - расстояния до центра тяжести т. О; y₁, y₂, y и - соответственно системы обобщенных координат относительно неподвижного базиса; z₁, z₂ - кинематические возмущения; M, I - соответственно масса и момент инерции объекта защиты (твердого тела); k₁, k₂, - коэффициенты упругих элементов; l₃÷l ₆ - длины звеньев рычажных механизмов.

Устройство работает следующим образом: внешнее возмущение поступает со стороны оснований 6 и возникают вертикальные колебания объекта защиты 1. Колебания представлены двумя системами координат y₁ и y₂. Вертикальные колебания двух точек объекта, а также системой координат: вертикальные смещения центра тяжести и вращательно-колебательные движения вокруг центра тяжести. В зависимости от задач виброзащиты может быть использована та или иная система координат. Внешнее возмущение передается через упругие элементы 2. Кроме того, движения объекта защиты 1 по вертикали связаны между собой через 2 шарнирно-рычажных механизма 5, соединенных, в свою очередь, устройством для преобразования движения 4. Такое устройство обладает массоинерционными свойствами и может влиять на динамические свойства объекта защиты 1 в целом. Конструктивно такое устройство может быть реализовано на основе простых механизмов, например, несамотормозящегося винтового механизма, представляющего собой систему винт-гайка.

Параллельно с устройством для преобразования движения 4 работает пружина 3 с жесткостью . Вместе с устройством для преобразования движения 4 этот элемент позволяет видоизменить межпарциальные связи по координатам y₁ и y₂. В частности, инерционные межпарциальные связи превращаются в упругоинерционные, что создает возможности для создания особых режимов динамического состояния (динамическое гашение, «развязка» колебаний и др.)

Предлагаемое устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, имеющего две степени свободы, позволяет улучшить виброзащитные свойства путем введения устройств для преобразования.

По результатам математического моделирования было установлено по два режима динамического гашения колебаний по каждой координате y₁ и y₂

1. Устройство для гашения колебаний, содержащее пружины, шарнирно-рычажные механизмы, отличающееся тем, что объект защиты с двумя степенями свободы опирается обоими концами на упругие элементы, соединенные с основанием, и упругие элементы соединены демпфирующим элементом, обеспечивающим гашение колебаний объекта с двумя степенями свободы.

2. Устройство для гашения колебаний по п.1, отличающееся тем, что упругие элементы включают опорную пружину и шарнирно-рычажный механизм, имеющие шарнирное соединение в месте опоры объекта защиты и в месте опоры упругого элемента на основание.

3. Устройство для гашения колебаний по п.1, отличающееся тем, что демпфирующий элемент включает винтовой несамотормозящийся механизм и пружину, соединенные в один общий шарнир вместе с шарниром шарнирно-рычажных механизмов, обеспечивая гашение колебаний объекта с двумя степенями свободы.