Устройство для гашения колебаний

Предлагаемая полезная модель обеспечивает эффективное гашение колебаний в области низких частот внешнего воздействия, используя простейшую конструкцию на основе пружин, массы и устройства с преобразованием относительного движения (на примере устройства «винт-гайка»). Устройство для гашения колебаний, состоящее из упругих элементов, дополнительной массы, отличающееся тем, что между основанием и объектом защиты установлен параллельно упругому элементу модуль, состоящий из дополнительной массы, соединения «гайка-винт», дополнительного упругого элемента, причем гайка размещена на подшипниках на объекте защиты, винт одним концом соединен с гайкой, другим концом жестко закреплен с дополнительной массой, которая опирается на дополнительный упругий элемент, соединенный с основанием. Использование предлагаемой полезной модели позволяет получить режим работы виброзащитной системы, при котором амплитудно-частотная характеристика начинается из нуля, и в частотном интервале от нуля до частоты собственных колебаний позволяет снизить амплитуду колебаний.

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок и может быть использована в тележках транспортных средств, для защиты оборудования, распложенного на подвижном основании.

Вибрации, возникающие при работе оборудования или вследствие движения транспортного средства по неоднородной поверхности, негативно воздействуют на элементы конструкций, места креплений и приводят к снижению надежности оборудования. Эти негативные воздействия особенно сильно проявляются при низкочастотной вибрации.

Известно устройство для гашения колебаний [Бугаев С.В. и др. «Устройство для гашения колебаний транспортного средства», патент 2336183 С1, МПК B60G 11/26, F16F 5/00, F16F 9/06, приоритет 04.05.2007]. Устройство для гашения колебаний транспортного средства содержит амортизатор, имеющий шток с поршнем, разделяющим его внутреннюю часть на верхнюю и нижнюю полости. В амортизаторе дополнительно выполнены два канала. Верхний канал соединяет верхнюю полость амортизатора с магистралью, которая соединена с первым электромагнитным клапаном, и с магистралью, соединенной с блоком управления и с золотником через канал, выполненный в корпусе золотника. Первый электромагнитный клапан соединен с магистралью, которая соединена с золотником через канал, выполненный в корпусе золотника. Нижний канал соединяет нижнюю полость амортизатора с магистралью, которая соединена со вторым электромагнитным клапаном, и с магистралью, соединенной с блоком управления и с золотником через канал, выполненный в корпусе золотника. Второй электромагнитный клапан соединен с магистралью, которая соединена с золотником через канал, выполненный в корпусе золотника. Золотник имеет плунжер, находящийся в среднем положении за счет пружин, и подвижный электромагнит, приводимый в движение блоком управления. Имеется магистраль, соединяющая два канала, выполненные в корпусе золотника, с входом в гидромотор. Также имеется магистраль, соединяющая два канала, выполненные в корпусе золотника, с выходом гидромотора. Гидромотор является приводом внешнего оборудования. Настоящее изобретение направлено на гашение колебаний в подвеске путем использования энергии колебаний для привода оборудования транспортного средства и, тем самым, на снижение расхода топлива и нагрева амортизаторной жидкости и увеличение свободной силы тяги при движении транспортного средства по неровностям. Недостатком данного изобретения является сложность конструкции исполнительных механизмов, что приводит к снижению надежности и возможности изменения настроечных параметров в необходимом интервале частот, в связи с использованием энергии колебаний для питания оборудования.

Известен гаситель колебаний [Белый Д.М. «Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний», патент 2230242 С1, МПК F16F 15/00, приоритет от 18.10.2002]. Гаситель содержит жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой. Участок на свободном конце стержня выполнен в виде резьбового вала. Масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой боковой поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой - в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс. Участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми. Технический результат - обеспечение полной автоматизации процесса настройки гасителя, упрощение конструкции и расширение ее функциональных возможностей. Недостатком данного изобретения является отсутствие возможности установки дополнительного оборудования на объекте защиты и использования в подвесках транспортных средств.

К наиболее близкому техническому решению следует отнести устройство для гашения колебаний [Хоменко А.П. и др. «Устройство для гашения колебаний», полезная модель 84487, МПК F16F 15/00, приоритет от 24.02.2009]. Устройство для гашения колебаний содержит как минимум две пружины, каждая пружина одним концом закреплена на объекте защиты, другим концом соединена с основанием, на одной из пружин размещена дополнительная масса, причем жесткость этой пружины зависит от частоты внешнего воздействия. Недостатком данного изобретения является наличие зоны неэффективной работы в области низких частот внешнего воздействия.

Предлагаемая полезная модель обеспечивает эффективное гашение колебаний в области низких частот внешнего воздействия, используя простейшую конструкцию на основе пружин, массы и устройства с преобразованием относительного движения (на примере устройства «винт-гайка»).

Устройство для гашения колебаний, состоящее из упругих элементов, дополнительной массы, отличающееся тем, что между основанием и объектом защиты установлен параллельно упругому элементу модуль, состоящий из дополнительной массы, соединения «гайка-винт», дополнительного упругого элемента, причем гайка размещена на подшипниках на объекте защиты, винт одним концом соединен с гайкой, другим концом жестко закреплен с дополнительной массой, которая опирается на дополнительный упругий элемент, соединенный с основанием.

На фиг.1 представлено устройство для гашения колебаний вместе с объектом защиты. На фиг.2 показаны амплитудно-частотные характеристики. На фиг.1 обозначено: объект защиты 1; упругий элемент 2; 3 - гайка на подшипниках; 4 - дополнительный упругий элемент; 5 - дополнительная масса, 6 - модуль; 7 - основание; 8 - винт.

На фиг.1 введены следующие обозначения: y₁ , y₂ - обобщенные координаты массы m₁, и m₂ соответственно; k₁, k₂ - жесткости упругих элементов 2 и 4; Lp² приведенные массоинерционные характеристики устройства с преобразованием движения.

На фиг.2 показаны амплитудно-частотные характеристики прототипа пунктирной линией, сплошной линией показаны характеристики предлагаемой полезной модели. На фиг.2 сплошной линией, параллельной оси абсцисс обозначена область зоны эффективного гашения колебаний и введены следующие обозначения: _1соб, _2соб - первая и вторая частоты собственных колебаний; _дин - частота динамического гашения. Амплитудно-частотная характеристика прототипа начинается выше нулевой отметки, что не позволяет получить эффективную работу устройства в области низких частот. Из графика видно, что амплитудно-частотная характеристика предлагаемой полезной модели начинается из нуля, что обеспечивает эффективную работы в области низких частот.

Устройство для гашения колебаний работаем следующим образом. Под действием переменной внешней силы Р объект защиты 1 приводится в колебательное движение. Колебательные движения объекта защиты приводит в движение встроенную на подшипниках гайку модуля 6. Гайка модуля 6 при колебании объекта защиты 1 вверх начинает вращаться в одну сторону, при движении вниз - в другую сторону.

Вращение гайки модуля 6 через винт модуля 6 либо приподнимает дополнительный груз 5, либо затем опускает, причем при поднимании дополнительного груза дополнительный упругий элемент растягивается, что также приводит к гашению колебаний, при опускании дополнительного груза 5 дополнительный упругий элемент 4 сжимается и тем самым также гасит колебания. Для апробации предложенной полезной модели было проведено моделирование при различных физических параметрах элементов колебательной системы (см. приложение к описанию). Предлагаемое устройство для гашения колебаний по сравнению с прототипом имеет существенные преимущества (фиг.2), т.к. амплитудно-частотная характеристика начинается из начала координат и в области низких частот не превышает зоны эффективной работы виброзащитной системы, по сравнению с существующими аналогами, амплитудно-частотная характеристика которых берет свое начало выше нулевой линии значения амплитуд колебаний и не обеспечивает минимальные значения амплитуд колебаний в области низких частот.

Использование предлагаемой полезной модели позволяет получить режим работы виброзащитной системы, при котором амплитудно-частотная характеристика начинается с нулевого значения амплитуды колебаний. Работа такой виброзащитной системы обеспечивает эффективное гашение колебаний в области низких частот, то есть в частотном интервале от 0 до соответствующей отметки вблизи низкой частоты собственных колебаний.

Приложение к описанию заявки

Обоснование существенных преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с прототипа

В рассматриваемом случае объект защиты массой m совершает колебания с обобщенной координатой y₂ . Внешняя сила приложена к массе m₁; m₁ совершает колебания с обобщенной координатой y₁. Для определения режимов эффективной работы предлагаемой полезной модели составим уравнения движения, используя уравнение Лагранжа второго рода, которые позволяют получить выражение для амплитудно-частотной характеристики предлагаемой виброзащитной системы. Не детализируя процесс составления уравнений, используем преобразования Лапласа и получим выражение для передаточной функции виброзащитной системы, которая используется для построения амплитудно-частотных характеристик:

Принципиальные отличия в свойствах системы проявляются в возможности получения зоны эффективной виброзащиты на участке 0-_1соб (фиг.2). Чтобы ее найти, решим уравнение (1).

Примем, что m₁=m₂=m, k₁=k₃=k, тогда

или

где

Физический смысл А()_огр заключается в том, что А'()_огр определяет необходимый уровень эффективности вибрационной защиты.

Если принять, что А'()_огр=ak, то границы частотного интервала могут быть определены

При a=1

При выборе m=L, можно получить, что нижняя граница будет находиться левее нижней частоты собственных колебаний _1соб.

Устройство для гашения колебаний, состоящее из упругих элементов, дополнительной массы, отличающееся тем, что между основанием и объектом защиты установлен параллельно упругому элементу модуль, состоящий из дополнительной массы, соединения гайка - винт, дополнительного упругого элемента, причем гайка размещена на подшипниках на объекте защиты, винт одним концом соединен с гайкой, другим концом жестко закреплен с дополнительной массой, которая опирается на дополнительный упругий элемент, соединенный с основанием.