Динамический гаситель колебаний

Устройство относится к области виброзащиты и предназначено для гашения колебаний различных объектов подверженных действию поступательных вибраций и может быть использовано на объектах, располагающихся на подвижном основании (например, на транспортных средствах).

Целью предлагаемой модели является обеспечение безрезонансного режима работы при любом значении частоты возмущающей силы, и повышение надежности работы гасителя с использованием более простой конструкции.

Цель достигается тем, что динамический гаситель содержит объект защиты, упругие элементы и датчик вибраций, дополнительную массу, элементы, ограничивающие перемещения 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.

Устройство относится к области виброзащиты и предназначено для гашения колебаний различных объектов подверженных действию поступательных вибраций и может быть использовано на объектах, располагающихся на подвижном основании (например, на транспортных средствах).

Во многих областях современной техники весьма часто возникают колебательные движения различных механических систем. Из-за вибраций увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, снижается несущая способность деталей, инициируются трещины, возникают усталостные разрушения. Поэтому особое значение приобретают методы и средства уменьшения вибраций.

Известна конструкция гасителя [1]. Гаситель содержит опоры, предназначенные для крепления к объекту и основанию, тяги шарнирно связанные с опорами и связанные попарно друг с другом промежуточными шарнирами. Гаситель также снабжен закреплёнными на тягах упорами, винтовыми домкратами, установленными на одной из опор и воздействующими на упор, и дополнительным упругим элементом, соединяющим опоры.

Данное устройство достаточно простое в изготовлении, и в месте с тем не обеспечивает надёжное гашение.

Известен простейший динамический гаситель Фрама [2]. При устройстве такого динамического гасителя колебаний используют возможность возникновения антирезонанса. Виброизолируемый объект моделируется сосредоточенной массой m, прикрепленной к основанию линейной пружиной с жесткостью k. В случае, когда частота внешнего возмущения стремится к частоте собственных колебаний виброизолируемого объекта, колебания объекта существенно возрастают. Для их уменьшения к

нему присоединяется динамический гаситель имеющий сосредоточенную массу m _г и пружину с жесткостью k_г. Это позволяет добиться динамического гашения колебаний при определенной частоте внешнего возмущения за счет подбора параметров m _г и k_г, однако в предложенной системе сохраняется возможность возникновения режима резонанса при изменении частоты внешнего возмущения, что во многом ограничивает сферу применения данного гасителя.

Известно также двухкаскадное устройство для гашения вибраций [3].

Двухкаскадное устройство для гашения вибраций, содержащее промежуточную раму, упругие элементы, связанные с основанием и рамой, а другие с рамой и колеблющимся объектом, установленный на промежуточной раме силовой механизм, датчик ускорения, устанавливаемый на объекте и взаимодействующий с распределительным механизмом.

Устройство снабжено стопорным механизмом, установленным параллельно упругим элементам, расположенным между промежуточной рамой и основанием. Механизм выполнен в виде цилиндра, жестко связанного с основанием, двух расположенных в нём и отжимаемых один от другого поршней со стопорящими штоками и жестко соединённых с промежуточными рамой стоек с отверстиями, с которыми взаимодействуют штоки, а полость цилиндра расположенная между двумя поршнями, связана посредством трубопровода с распределительным механизмом и блоком изменения структуры, воздействующим через распределительный механизм в зависимости от частоты колебаний на силовой и стопорный механизмы. Данное устройство обеспечивает надежное гашение вибраций при изменении частоты внешнего возмущения, однако слишком громоздкое и сложное в исполнении.

Целью предлагаемой модели является обеспечение безрезонансного режима работы при любом значении частоты возмущающей силы, и повышение надежности работы гасителя с использованием более простой конструкции. Цель достигается тем, что динамический гаситель содержит

объект защиты, упругие элементы и датчик вибраций, дополнительную массу, элементы, ограничивающие перемещения 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.

где

- частота внешнего возмущения,

F ₀ - амплитуда вынуждающей силы,

М - масса защищаемого объекта,

m - масса дополнительного груза,

c ₁ - коэффициент жесткости упругого элемента,

c ₂ - коэффициент жесткости упругого элемента.

Конструкция гасителя колебаний поясняется на фиг.1 «Динамический гаситель колебаний», и на фиг.2 «Графики амплитудно-частотных характеристик». Динамический гаситель колебаний состоит из объекта защиты 7, дополнительной массы 2, упругих элементов 3 и 4, трехшарнирных кинематических цепей 5 ограничивающих перемещение дополнительной массы 2, исполнительного устройства 6, тяг 7, датчика вибраций 8. На фиг.3 показана принципиальная схема работы электронного устройства управления.

Устройство работает следующим образом: при действии кинематического возмущения, электронное устройство управления 6 обрабатывает сигнал с датчика вибраций 8, при работе системы на заранее заданной частоте обеспечивается динамическое гашение колебаний защищаемого объекта 1 за счет колебаний дополнительной массы 2, однако возможны случаи, когда частота внешнего возбуждения может изменяться.

На основе данных с датчика вибраций 8, при приближении частоты внешнего возмущения к частоте резонанса, электронное устройство управления подает сигнал зафиксировать тяги 7 - тем самым происходит замена системы с двумя степенями свободы, системой с одной степенью свободы с массой М+m. Это качественно меняет динамические свойства системы и позволяет выйти из области частот, при которых в двухмассовой системе возникает режим резонанса. При возвращении частоты внешнего возмущения в область (реализации дг) происходит операция, обратная описанной - подается сигнал освободить тяги 7 и в системе становится вновь две степени свободы.

Преимущество данной системы виброизоляции состоит в возможности безрезонансной работы системы при изменяемой частоте возмущающего воздействия, а также возможность обеспечения режима динамического гашения колебаний при сравнительно простой конструкции.

Список литературы:

1. Авторское свидетельство СССР №1257320, F 16 F 15/06, приоритет 15.09.86, Е.И.Михайличенко, Б.В.Плескач «Амортизатор».

2. Елисеев С.В. Механические системы с дополнительными связями. Новосибирск. - Наука. СО РАН. - 1990 г., стр.58.

3. Авторское свидетельство СССР №540081, F 16 F 15/06, приоритет 25.12.76, С.В.Елисеев, В.В.Ольков, А.И.Перелыгин, А.А.Засядко «Двухкаскадное устройство для гашения вибраций».

Динамический гаситель колебаний, содержащий упругие элементы и датчик ускорения, отличающийся тем, что в схему введены дополнительная масса, 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

где - частота внешнего возмущения, 1/с;

F ₀ - амплитуда вынуждающей силы, м;

М - масса защищаемого объекта, кг;

m - масса дополнительного груза, кг;

c₁ - коэффициент жесткости упругого элемента, соединяющего объект защиты с основанием, Н/м;

c ₂ - коэффициент жесткости упругого элемента, соединяющего объект защиты с дополнительной массой, Н/м.