Адаптивный виброгаситель

В заявке предлагается адаптивный виброгаситель, содержащий связываемый с колеблющимся объектом шток-корпус, установленный внутри штока-корпуса датчик частоты и груз. Отличительной особенностью виброгасителя является то, что он снабжен сильфонами, плотно соединенными со штоком-корпусом и грузом, электроуправляемым редуктором давления жидкости, связанные с датчиком частоты, причем полости сильфонов заполнены жидкостью и соединены с регулятором давления.

Предлагаемая полезная модель относится к виброгасящим устройствам в машиностроении и может быть использована для снижения уровня вибраций, возникающих при работе на металлообрабатывающем оборудовании и контрольно-измерительных машинах.

Виброгасители, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, в частности, динамические виброгасители, описанные в книге: Б.П.Бармин Вибрации и режимы резания. - М.: Машиностроение, 1972. Стр.55. Основными элементами в них являются шток, связанный с колеблющимся объектом, закрепленная перпендикулярно его оси упругая мембрана и соединенный с ней груз. Энергия колебаний объекта в таких виброгасителях гасится за счет того, что сила инерции груза и силы, вызывающей колебания объекта, направлены встречно.

Известные виброгасители довольно просты, однако надежно они работают только в узком диапазоне возмущающих частот.

Отмеченного недостатка лишен адаптивный виброгаситель, защищенный авторским свидетельством СССР 518589, кл. F16F 15/02, принятый нами за прототип. Этот виброгаситель содержит шток-корпус, закрепленный на колеблющемся объекте, соединенную с ним упругую мембрану, груз, связанный со штоком-корпусом через мембрану, электромагнит, установленный неподвижно на штоке над грузом, и электрически связанный с ним датчик частоты.

Для использования виброгасителя шток-корпус ввертывают в колеблющийся объект. Под действием вибраций датчик частоты генерирует напряжение, пропорциональное частоте вынужденных колебаний объекта, и подает его на электромагнит. Электромагнит начинает действовать на груз и вместе с ним создает некоторую деформацию мембраны.

Подавая дополнительное напряжение на клемму питания электромагнита и этим уменьшая деформацию мембраны, устанавливают частоту собственных колебаний груза, равную частоте вынужденных колебаний объекта, и тем самым обеспечивают резонанс и наилучшую виброгасящую способность устройства.

Если частота вынужденных колебаний объекта изменится, например, увеличится, изменится (увеличится) также и сигнал от датчика частоты, электромагнит уменьшит деформацию мембраны (подтянет груз вверх) и соответственно увеличит частоту собственных колебаний груза, сохраняя резонанс. При уменьшении частоты вынужденных колебаний деформация мембраны увеличится (груз несколько опустится), и частота собственных колебаний груза на мембране соответственно уменьшится. Таким образом обеспечивается равенство вынужденных и собственных частот колебаний и поддержание наилучшей виброгасящей способности прототипа в широком диапазоне возмущающих частот.

Несмотря на достоинства, виброгаситель-прототип, однако, имеет и существенный недостаток. Он пригоден только для гашения вертикальных колебаний, поскольку поднастраивается за счет регулирования статической осадки груза. Это не всегда удобно, так как поверхность, на которую устанавливается виброгаситель, может быть по-разному ориентирована в пространстве, и ее вибрации могут быть также ориентированы не вертикально.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего возможность снижения уровня вибрации при ориентации оси виброгасителя в любых направлениях.

Достигается решение задачи тем, что адаптивный виброгаситель, содержащий закрепляемый на колеблющемся объекте шток-корпус, установленный на штоке-корпусе датчик частоты и груз, дополнительно снабжен сильфонами, соединенными со штоком-корпусом и грузом, электроуправляемым регулятором давления жидкости, связанным с датчиком частоты, причем полости сильфонов заполнены жидкостью и соединены с регулятором давления.

На рис.1 изображен предлагаемый виброгаситель, а на рис.2 - графики, обосновывающие его работоспособность, показывающие зависимость модуля объемной упругости минерального масла от давления.

Адаптивный виброгаситель содержит шток-корпус 1, устанавливаемый на колеблющемся объекте 2, закрепленные на штоке-корпусе датчик частоты 3 и груз 4, усилитель 5 сигнала датчика 3, электроуправляемый регулятор давления жидкости 6. Установка груза 4 в штоке-корпусе 1 осуществлена с помощью сильфонов 7. Сильфоны 7 с одной стороны жестко связаны со штоком-корпусом 1, а с другой стороны с грузом 4. Полости сильфонов 7 заполнены жидкостью (минеральным маслом) и соединены с регулятором давления 6. Давление в них может изменяться при помощи регулятора 6, управляющий вход которого через усилитель 5 соединен с датчиком частоты 3.

Работа виброгасителя основана на зависимостях, иллюстрируемых графиками, приведенными на рис.2. Графики наглядно показывают, как при увеличении давления минерального масла АМГ-10 увеличивается его модуль объемной упругости. Это увеличение оказывается разным в зависимости от V-отношения объема нерастворенного газа в жидкости к объему жидкости. Но оно всегда есть. Поэтому, заполнив сильфоны 7 минеральным маслом с определенным V, можно путем изменения давления жидкости в сильфонах, управлять их жесткостью. Это и положено в основу работы виброгасителя.

При установившейся частоте вынужденных колебаний штока-корпуса 1 виброгасителя, закрепляемого на вибрирующем объекте 2, груз 4 колеблется на сильфонах 7 с собственной частотой, близкой к частоте вынужденных колебаний (колебаний объекта). Под действием вибраций датчик частоты 3 выдает определенный сигнал, который, проходя через усилитель 5 и электроуправляемый регулятор давления жидкости 6, обеспечивает определенное давление жидкости в сильфонах 7.

Сильфоны под действием этого давления приобретают определенную жесткость. Если частота вынужденных колебаний возрастает, то по сигналу датчика 3 регулятор 6 увеличит давление жидкости в сильфонах 7. Это приведет к увеличению их жесткости. Аналогично, уменьшение частоты вынужденных колебаний приводит к уменьшению жесткости. Так как уменьшение или увеличение жесткости системы приводит к соответствующему уменьшению или увеличению частоты ее собственных колебаний, то виброгаситель, однажды настроенный на резонанс частот, все время будет сохранять такое состояние. Это обеспечивает поддержание его наилучшей виброгасящей способности. Происходить это будет независимо от того, в каком (вертикальном, горизонтальном или наклонном) положении работает виброгаситель. Нужно только, чтобы его шток-корпус был расположен соосно с направлением гасимых колебаний.

Адаптивный виброгаситель, содержащий устанавливаемый на колеблющемся объекте шток-корпус, закрепленные на штоке-корпусе датчик частоты и груз, отличающийся тем, что он снабжен сильфонами, соединенными со штоком-корпусом и грузом, электроуправляемым регулятором давления жидкости, связанным с датчиком частоты, причем полости сильфонов заполнены жидкостью и соединены с регулятором давления.