Устройство для регулирования упругодиссипативных свойств виброзащитной системы
Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в подвесках транспортных средств, оборудования, различных приборов и аппаратуры, а также в конструкциях кресел человека-оператора. Предлагаемое устройство обеспечивает регулирование жесткости системы балочного типа, используя введение дополнительных упруго-диссипативных элементов (пружины, демпферы). Цель предлагаемого устройства заключается в предложении формы конструктивно-технической реализации способа изменения упруго-диссипативных свойств виброзащитной системы путем введения дополнительного устройства, свойства которого определяются передаточным отношением подвески, обладающей свойством изменять координаты закрепления демпфера в процессе настройки.
Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в подвесках транспортных средств, оборудования, различных приборов и аппаратуры, а также в конструкциях кресел человека-оператора.
Изменение динамического состояния различных механических систем в настоящее время связано с введением в структуру виброзащитных колебательных систем различных связей в виде устройств, способных изменять частоты собственных колебаний и режимы динамического гашения, что позволяет обеспечить необходимые свойства виброзащитной системы. Возможности данных подходов определяются элементами конструктивной реализации устройств, способных рассеивать энергию колебаний. В связи с этим актуальным направлением является поиск рациональных решений, основанных на изменении динамического состояния виброзащитных систем.
Известно устройство для защиты от вибраций [Остроменский П.И., Никифоров И.С, Кинаш Н.Ж., Остроменская В.А. «Виброзащитная подвеска сидения», патент 2156192 C2 RU, 
B60N 2/54, приоритет от 15.07.1996]. Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору и подвесную опору, между которыми закреплен основной упругий подвес и корректор жесткости - дополнительный упругий подвес с неустойчивым средним положением равновесия, отличающаяся тем, что корректор жесткости выполнен из двух одинаковых, сжатых до овальной формы упругих кольцевых элементов, расположенных друг против друга симметрично относительно продольной оси симметрии сиденья, причем ближайшие участки упругих кольцевых элементов прикреплены шарнирно к одной опоре, а диаметрально противоположные участки кольцевых элементов шарнирно соединены с другой опорой, при этом большие оси симметрии сжатых упругих кольцевых элементов и оси всех их шарнирных соединений с опорами параллельны продольной оси сиденья. Виброзащитная подвеска сиденья, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен из троса. Виброзащитная подвеска сиденья, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен в виде бухты, намотанной, например, из пружинной ленты или проволоки с возможностью относительного перемещения витков с трением. Недостатком данного изобретения является наличие неустойчивого среднего положения корректора, что при динамических воздействиях может привести к неустойчивости виброзащитной системы в целом. Также к недостаткам следует отнести невозможность изменять параметры виброзащитной системы в широком диапазоне частот.
Известен способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью [Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. «Способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью», патент 2298119 C1 RU, МПК F16F 7/08, F16F 9/06, приоритет от 19.09.2005]. Способ виброизоляции, заключающийся в том, что виброизолируемый объект устанавливают на плоские упругие элементы, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью демпфера, при этом плоские упругие элементы выполняют в виде пакета упругих элементов арочного типа, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью вязкоупругого демпфера, выполненного в виде упругодемпфирующего кольца, связанного с упругими элементами через втулки и расположенного в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси пакета упругих элементов, за счет радиальной деформации упругих элементов. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий плоские упругие и демпфирующие элементы, при этом плоские упругие элементы выполнены в виде пакета упругих элементов арочного типа в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин, опирающихся на основание, а демпфирующий элемент виброизолятора выполнен в виде упругодемпфирующего кольца из эластомера, расположенного по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, и взаимодействующего с втулками, которые связаны с опорными участками плоских пружин посредством заклепок, причем упругодемпфирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, отличающийся тем, что упругодемпфирующее кольцо выполнено полым и имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, отличающийся тем, что полость упругодемпфирующего кольца заполнена вязкой жидкостью или сжатым до определенного давления воздухом или газом. Недостатками данного изобретения являются: необходимость при гашении колебаний использовать дополнительно демпфер вязкого трения; невозможность настройки устройства в процессе работы на необходимые режимы, в частотности отстраиваться от резонансных частот, осуществлять настройку режимов динамического гашения, получать условия «отрицательной» жесткости.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести «Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления» [Хоменко А.П., Елисеев СВ., Белокобыльский СВ., Упырь Р.Ю., Трофимов А.Н., Паршута Е.А., Сорин В.В. «Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления», патент 2440523 C2 RU, МПК F16F 15/04, приоритет 20.01.2012]. Способ регулирования жесткости заключается в установке пружины с положительной жесткостью и дополнительного упругого элемента в виде вращающихся масс. Вращение масс вокруг вертикальной оси создает центробежные силы, обеспечивающие изменение суммарной жесткости устройства. Вращение масс создает «отрицательную» жесткость, которая зависит от угловой скорости вращения.
Упругие дополнительные устройства представлены в виде отдельных масс, соединенных шарнирно с помощью рычагов с основанием и объектом защиты в возможность создания центробежных инерционных сил вращения, вокруг вертикальной оси.
Виброзащитное устройство для реализации способа предусматривает, что упругие дополнительные устройства представлены в виде отдельных масс, соединенных шарнирно с помощью рычагов с основанием и с объектом защиты с возможностью создания центробежных инерционных сил при вращении из вокруг вертикальной оси.
К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность изменения упруго-диссипативных свойств виброзащитной системы.
Цель предлагаемого устройства заключается в том, чтобы регулировать упруго-диссипативные свойства виброзащитной системы.
Цель достигается тем, что между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малому катету установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты.
На фиг. 1 показана схема виброзащитной системы с обеспечением заданной жесткости.
На фигуре 1 представлены: объект защиты 1; основная пружина 2; рычаги 3; блок управления 4; скользящие соединения 5; базовый демпфер 6; дополнительные демпферы 7; силовые коммуникации 8; основание 9. Введены также следующие обозначения: M - масса объекта защиты; y - обобщенная система координат относительно неподвижного базиса; z - кинематическое возмущение; 
- величина угла между ограничителями хода; k0 - жесткость основного упругого элемента; k1, k 2 - жесткости упругих ограничителей (принято k1 =k2); b1, b2 - коэффициенты вязкого трения настроечных демпферов; D1D2 , D3D4, D5D6, D 7D8 - длины ограничителей хода дополнительных демпферов.
Устройство работает следующим образом: при вибрациях основания 9 возникают вертикальные колебания объекта защиты 1. Эти колебания передаются через систему, содержащую упругие элементы (пружины, демпферы). В заданном режиме колебания гасятся с помощью основной пружины 2 и базового демпфера 6. В случае недостаточной жесткости указанных упругих элементов начинают работать дополнительные демпферы 7. С помощью дополнительных демпферов 7 можно менять жесткость всей системы. Колебания наряду с объектом защиты 1 воспринимает блок управления 4, расположенный на объекте защиты 1. Блок управления 4 запрограммирован на определенную амплитуду и частоту колебаний. В случае выхода за установленные амплитуду и частоту колебаний объекта защиты 1 блок управление воспринимает это отклонение и дает команду дополнительным демпферам 7 сдвинуться в сторону увеличения или уменьшения жесткости устройства посредством силовых коммуникаций 8. Изменения жесткости осуществляется с помощью закрепления на рычагах 3 скользящих соединений 5 с дополнительными демпферами 7. Когда устройство обеспечит гашение колебаний в заданном режиме, дается команда блоком управления 4 снять жесткое закрепление скользящих соединений 5.
Предлагаемое устройство для регулирования упруго-диссипативных свойств виброзащитной системы, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, позволяет изменять свойства системы путем введения упруго-диссипативных элементов, положение которых может изменяться при использовании специальных механизмов перемещения, что обеспечивает возможность изменять приведенное значение коэффициента вязкого трения дополнительных демпферов и соответственно.
По результатам численного эксперимента было установлено, что упруго-диссипативные свойства виброзащитной системы улучшаются при перемещении дополнительных демпферов к точкам D2 , D3, D6, D7, сохраняя объект защиты в состоянии равновесия.
Устройство для регулирования упругодиссипативных свойств виброзащитной системы, содержащее упругие элементы, отличающееся тем, что между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малой диагонали установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты.
