Способ демпфирования колебаний и устройство для его осуществления

 

Использование: машиностроение, а именно средства виброзащиты. Сущность изобретения: способ демпфирования колебаний объекта на упругом подвесе заключается в измерении параметров колебаний объекта, в приложении к нему посредством демпфирующего элемента силы в функции колебательной скорости объекта и создании силы, пропорциональной колебательному перемещению объекта в функции этого перемещения . Устройство для осуществления способа демпфирования содержит гидроцилиндр с двумя основными и дополнительной рабочими полостями, сообщенные с каждой соответствующие пневмогидравлические камеры, гидрораспределитель и систему управления , включающую акселерометр, усилительный и интегрирующий блоки. Каждая из двух рабочих линий гидрораспределителя подключена к одной из основных рабочих полостей гидроцилиндра. Между рабочими линиями установлен дроссель. 2 с.п, ф-лы, 2 ил. v Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 16 F 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870548/28 (22) 25.07.90 (46) 23.11,92. Бюл, М 43 (71) Университет Дружбы народов им.Патриса Лумумбы (72) Д,К.Гришин (56) Авторское свидетельство СССР

N 763628, кл. F 16 F 15/02, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N. 901087. кл. В 60 G 25/00, 1980. (54) СПОСОБ ДЕМПФИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: машиностроение, а именно средства виброзащиты. Сущность изобретения: способ демпфирования колебаний объекта на упругом подвесе заключается в измерении параметров колебаний

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам виброзащиты, и может быть использовано в горных, строительных и других машинах

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ демпфирования колебаний объекта . на упругом подвесе, заключающийся в измерении параметров колебаний объекта и приложении к нему посредством демпфирующего элемента силы в функции колебательной скорости объекта, Однако при использовании известного способа максимум силы, приложенной к объекту со стороны демпфирующего, элемента, не уменьшается ниже значения, определяемого произведением амплитуды., БЫ„„1776896 А1 объекта, в приложении к нему посредством демпфирующего элемента силы в функции колебательной скорости объекта и создании силы, и ропорциональной колебательному перемещению объекта в функции этого перемещения. Устройство для осуществления способа демпфирования содержит гидроцилиндр с двумя основными и дополнительной рабочими полостями, сообщенные,с каждой соответствующие пневмогидравлические камеры, гидрораспределитель и систему управления, включающую акселерометр, усилительный и интегрирующий блоки. Каждая из двух рабочих линий гидрораспределителя подключена к одной из основных рабочих полостей гидроцилиндра, Между рабочими линиями установлен дроссель. 2 с.п, ф-лы, 2 ил.

° е ь колебаний объекта на жесткость подвеса.

Известно устройство для демпфирования колебаний, содержащее гидроцилиндр, 0 установленный между основанием и защи- QQ щаемым обьектом, две пневмогидравличе- © ские камеры, каждая из которых сообщена ( с одной иэ рабочих полостей гидроцилиндра, гидрораспределитель, являющийся выходным звеном системы управления, включающей акселерометр, выход которого через усилительный блок связан с обмоткой гидрораспределителя. Однако в известном устройстве не достигается компенсация упругой составляющей усилия, действующего на объект со стороны демпфирующего элемента.

1776896

Цель изобретения — уменьшение усилия демпфирования, действующего на объект со стороны демпфирующего элемента, Указанная цель достигается тем, что, согласно способу демпфирования колебаний объекта на упругом подвесе, заключающемуся в измерении параметров колебаний объекта и приложении к нему посредством демпфирующего элемента силы в функции колебательной скорости объекта, на объекте посредством демпфирующего элемента создают силу, пропорциональную колебательному перемещению обьекта в функции этого перемещения, С этой же целью в устройстве для демпфирования колебаний, содержащем гидроцилиндр, установленный между основанием и защищаемым объектом, две пневмогидравлические камеры, каждая из которых сообщена с одной из рабочих полостей гидроцилиндра, гидрораспределитель, являющийся выходным звеном системы управления, включающей акселерометр. выход которого через усилительный блок связан с обмоткой гидрораспределителя, гидроцилиндр имеет дополнительную рабочую полость, каждая из двух рабочих линий гидрораспределителя подключена к одной из основных рабочих полостей гидроцилиндра, а устройство снабжено интегрирующим блоком, установленным в системе управления между акселерометром и усилительным блоком, дополнительной пневмогидравлической камерой, сообщенной с дополнительной рабочей полостью гидроцилиндра, и дросселем, установленным между рабочими линиями, пропускная способность которого в 15-20 раз меньше пропускной способности рабочих линий гидрораспределителя, На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления предложенного способа демпфирования колебаний; на фиг.2 — схема эквивалентной динамической системы, Устройство содержит гидроцилиндр

1, установленный между основанием 2 и защищаемым объектом 3. Пневмогидравлические камеры 4, 5 сообщаются соответственно с рабочими полостями 6, 7 гидроцилиндра, а дополнительная пневмогидравлическая камера 8 сообщается с дополнительной рабочей полостью 9. Рабочие линии 10, 11 гидрораспределителя 12 подключены к полостям 6, 9 гидроцилиндра, а между указанными линиями установлен дроссель 13. Линия 14 является напорной, линия 15 — сливной. Поршень 16 отделяет друг от друга рабочие полости 6 и 9. Плунжерная часть штока 17 размещена в полости 7. Система управления включает в себя

55 акселерометр 18, выход которого через интегрирующий и усилительный блоки 19, 20 связан с обмоткой управления гидрораспределителя 12.

Функционально устройство делится на

3 части, Полость 7 с размещенной в ней плунжерной частью штока 17, а также пневмогидравлическая камера 5 образую упругий подвес объекта 3. Поршень 16, рабочие полости 6, 9 и подключенные к ним пневмогидравлические камеры 4, 8 составляют демпфирующий элемент. Остальные узлы предназначены для формирования силового воздействия на объект посредством демпфирующего элемента, Устройство работает следующим образом. При отсутствии колебаний сигналы на выходе акселерометра 18 и выходах блоков

19, 20 отсутствуют, обмотка гидрораспределителя 12 не возбуждена, и золотник гидрораспределителя 12 находится в среднем положении О, когда рабочие линии 10, 11 заперты. Под действием веса объекта 3 шток 17 занимает положение статического равновесия, определяемое степенью сжатия газа в пневмогидравлической камере 5.

При этом вся внешняя статическая нагрузка на шток 17 уравновешивается давлением жидкости, действующей на плунжерную часть штока, находящуюся вполости 7,,поскольку дроссель 13 малого сечения обеспечивает практическое равенство давлений в полостях 6, 9 при медленном изменении статической нагрузки, благодаря чему силы. действующие на поршень 16 с разных сторон, при отсутствии колебаний равны (под медленным изменением нагрузки в данном случае подразумевается изменение, протекающее за время, в10и более раз превышающее период колебаний объекта), При колебаниях объекта 3, вызванных, например, силовым воздействием F, на выходе акселерометра 18 появляется электрический сигнал х, поступающий через усилительный блок 20 на обмотку гидрораспределителя 12. Нап ример, и ри движении объекта 3 вверх полярность поступающего на обмотку гидрораспределителя управля4I ющего сигнала х такова, что гидрораспределитель 12 занимает положение t, когда жидкость подается через линию 10 в полость 6, а из полости 9 через линию 11 сливается. В результате давление в пневмогидравлической камере 4 и рабочей полости

6 возрастает, а в пневмогидравлической камере 8 и рабочей полости 9 уменьшается. На поршне 16 создается усилие, препятствующее колебательному движению обьекта 3 вверх. Аналогичным образом при движении объекта вниз гидрораспределитель 12 зани1776896 мает положение II. жидкость подается через линию 11 в полость 9, а из полости 6 через линию 10 сливается. В результате на поршне 16 создается усилие, препятствующее колебательному движению объекта 3 вниз, Дросселирующий гидрораспределитель 12 обеспечивает пропорциональность расхода жидкости в линиях 10, 11 величине управляющего электрического сигнала. Количество жидкости, наполняющей через линии 10, 11 пневмогидравлические камеры 4.

8,пропорционально как расходу, так и времени, и, следовательно, оно пропорционально интегралу от управляющего электрического сигнала х, являющегося аналогом колебательного ускорения, т.е. оно в конечном счете пропорционально колебательной скорости х объекта 3. Изменение наполнения пневмогидравлических камер 4, 8 при колебаниях объекта 3 приводит к соответствующему изменению давлений в рабочих полостях 6, 9 и появлению на поршне 16демпфирующей сильк пропорциональной и противоположно направленной колебательной скорости объекта 3, что, как известно из теории колебаний, является необходимым условием демпфирования.

Относительное перемещение штока 17 и гидроцилиндра 1 при колебаниях приводит к изменению объемов рабочих полостей

6, 9 гидроцилиндра 1 и сообщающихся с ними газовых полостей пневмогидравлических камер 4, 8. В результате возникает разность давлений в рабочих полостях 6. 9 гидроцилиндра 1, что эквивалентно возникновению на поршне 16 дополнительного усилия. В известном устройстве это приводит к увеличению усилия демпфирования, действующего на объект со стороны демпфирующего элемента.

B предложенном устройстве выходной сигнал х акселерометра 18 преобразуется в интегрирующем блоке 19 в сигнал х и после усилительного блока 20 направляется на обмотку управления гидрораспределителя 12, Благодаря вышеотмеченному интегрирующему свойству на поршне 16 создается усилие, пропорциональное интегралу от х, т,е. пропорциональное перемещению х объекта

3. Это усилие компенсирует укаэанное усилие, создаваемое разностью давлений в пневмогидравлических камерах 4, 8, уменьшая |ем самым как нагруженность самого демпфирующего элемента, так и усилие. действующее на объект со стороны демпфирующего элемента.

На фиг.2 обозначено: х — колебательное перемещение объекта: rn - масса обьекта;

cj — жесткость упругого подвеса; сг -- жестmx + (1 — а) cx + а с(х + u) = О, (1) С2 где с=с +сг;а=

С1

15 При демпфировании в функции колебательной скорости объекта (2) u =kx, 20 где 1 — коэффициент пропорциональности.

С учетом (2) уравнение (1) в стандартной форме имеет вид бЮ 7 а х+ а6 х+2пх = О, (3) 25 оР =- 2 и = а и4 k =

30 k=— д лв,а д — заданный декремент колебаний.

Третий член уравнения (1) представляет собой усилие, действующее на объект со стороны демпфирующего элемента;

Q = ас(х+ u) = а с(х+ kx) (4) 40 Максимальное значение (модуль) данного усилия:!

Р» I =ас

= Qc Ixl где х I — амплитуда перемещения объекта;

I x l =- в, I x — амплитуда его скорости.

Уравнение колебаний объекта при демпфировэнии по предложенному способу: ах+ сх+ ас(х+ u)-0, (6) где для удобства сопоставимости результатов принято с1= с; с2= ас кость демпфирующего элемента; u — деформация демпфирующего элемента, осуществляемая для создания демпфирующего воздействия. В устройстве на фиг,1 этой де5 формации соответствует изменение объема газовых камер 4, 8 при подаче жидкости по рабочим линиям 10, 11. Уравнение свободных колебаний объекта с учетом демпфирующего воздействия:

1776896

u =kx — х, (7) С учетом (7) третий член уравнения (6). представляющий собой усилие, действующее на обьект со стороны демпфирующего элемента, получает вид: Fj = а скх, а его максимальное значение:

IF I =с — jxl д

3 Л (8) Сравнение (5) и (8) показывает, что например, при а = - 1; д = 1I Fg I /! Fp 1= 3,3 т,е, использование предложенного способа и устройства для его осуществления позволяет в данном примере уменьшить усилие, действующее на объект со стороны демпфирующего элемента, в 3,3 раза при сохранении заданной степени демпфирования, Дополнительным положительным эффектом является также соответствующее ! уменьшение давлейия в гидросистеме и повышение надежности устройства.

При этом эффективная жесткость подвеса, а следовательно, и собственная частота колебаний объекта в сравниваемых случаях одинакова.

Жесткость с определяется как отношение приращения усилия на штоке 17 к приращению его перемещения за счет сжимаемости газа в пневмогидравлической полости 5, а жесткость с,— как приращение усилия на том же штоке к приращению его перемещения за счет сжимаемости газа в пневмогидравлических полостях 4, 8.

При создании на объекте посредством демпфирующего элемента силы, пропорциональной колебательному перемещению объекта в функции этого перемещения, выражение (2) принимает вид.

Формула изобретения

1. Способ демпфирования колебаний объекта на упругом подвесе, заключающийся в измерении параметров колебаний объ5 екта и приложении к нему посредством демпфирующего. элемента силы в функции колебательной скорости объекта, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения усилия демпфирования, действующего на

10 объект со стороны демпфирующего элемента. на объекте посредством демпфирующего элемента создают силу, пропорциональную колебательному перемещению объекта в функции этого перемещения.

15 2. Устройство для демпфирования колебаний, содержащее гидроцилиндр, устанавливаемый между основанием и защищаемым обьектом, две пневмогидравлические камеры, каждая из которых со20 общена с одной из рабочих полостей гидроцилиндра, гидрораспределитель, являющийся выходным звеном системы управления, включающей акселерометр, выход которого через усилительный блок

25 связан с обмоткой гидрораспределителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что гидроцилиндр имеет дополнительную рабочую полость, каждая из двух рабочих линий гидрораспределителя подключена к одной из

30 основных рабочих полостей гидроцилиндра, а устройство снабжено интегрирующим блоком, установленным в системе управления между акселерометром и усилительным блоком, дополнительной пнев35 могидравлической камерой, сообщенной с дополнительной рабочей полостью гидроцилиндра и дросселем, установленным между рабочими линиями, пропуская способность которого в 10-20 раз меньше

40 пропускной способности рабочих линий гидрораспределителя.

1776896

Составитель Д. Гришин

Техред M.Moðãåíòýë Корректор Н. Тупица

Редактор Т, Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 4111 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5