ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ
DYNAMIC OSCILLATIONS DAMPER

Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам динамического гашения вибраций различных объектов, и может быть использовано для ослабления передачи усилия от виброактивного элемента на корпус в низкочастотной области.
Известен динамический гаситель колебаний по авторскому свидетельству СССР №1527429 A1, F16F 7/10, опубл. 07.12.1989, содержащий упруго подвешенную массу гасителя в виде жидкости, размещенной между двумя диафрагмами и колеблющейся в противофазе.
Недостатком такого гасителя является значительная величина упругоподвешенной массы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является динамический гаситель колебаний по патенту РФ №2236617, МПК F16F 7/10, опубл. 20.09.2004, содержащий корпус, внутренний объем с жидкостью, упругие элементы в виде мембран, закрывающих внутренний объем с жидкостью, кроме того, в середину корпуса встроена неподвижная перегородка с соединительным каналом между двумя образующимися камерами.
Однако, в этом устройстве амплитуда перемещения жидкости будет равна амплитуде колебаний виброактивного элемента, которая имеет малую величину и, следовательно, величина компенсирующего инерционного усилия будет также малой, а настройка соответствует только одной частоте, близкой к собственной частоте колебаний динамического гасителя. Изменение частоты настройки невозможно.
Техническим результатом изобретения является увеличение инерционной силы, компенсирующей в противофазе усилие, развиваемое виброактивным элементом на частотах в дорезонансной области колебаний.
Указанный технический результат достигается тем, что в динамическом гасителе колебаний, содержащем корпус, устанавливаемый через пружины на виброактивный элемент внутри которого расположена инерционная масса в виде рабочей жидкости, согласно заявляемому изобретению, рабочая жидкость заключена в резинокордную оболочку и сообщена с входными отверстиями инерционных трубок, выходные отверстия которых сообщены с полостью, снабженной мембраной, для компенсации объема вытесняемой жидкости при перемещении опорной поверхности динамического гасителя колебаний и, кроме того, динамический гаситель колебаний содержит силовой привод, установленный с возможностью взаимодействия с рабочей жидкостью, и акселерометр, устанавливаемый на виброактивный элемент и последовательно соединенный с перестраиваемым фильтром, фазовращателем и усилителем, выход которого соединен с силовым приводом.
В качестве силового привода могут быть использованы электромагнитные или пневматические, или гидравлические устройства.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема динамического гасителя колебаний с электромагнитным приводом.
Динамический гаситель колебаний содержит статор электромагнитного привода поступательного движения 1, резинокордную оболочку 2 (РКО И-09), блок инерционных трубок 3, полость с мембраной 4 для компенсации объема вытесняемой жидкости при перемещении опорной поверхности динамического гасителя колебаний, ротор электромагнитного привода 5, рабочую жидкость 6, заключенную в резинокордную оболочку 2, пружины 15, корпус 16 виброактивный элемент 7, вывешенный на упруго-диссипативных элементах - упругом подвесе 8 и демпфере 9, на основании 10.
Кроме того, динамический гаситель колебаний содержит последовательно соединенные акселерометр 11, перестраиваемый фильтр 12, фазовращатель 13 и усилитель 14, выход которого соединен со статором 1 силового привода.
Динамический гаситель колебаний работает следующим образом.
В качестве инерционной массы, ускоренное движение которой в противофазе с колебаниями виброактивного элемента создает инерционное компенсирующее усилие, использована приведенная масса в динамическом гасителе колебаний. Магнитоэлектрический привод приводит в колебательное движение с заданной частотой и амплитудой рабочую жидкость 6 в динамическом гасителе колебаний и корпус 16. В качестве привода могут быть использованы также пневматические и гидравлические устройства. Сигнал акселерометра 11, установленного на колеблющемся виброактивном элементе, поступает на перестраиваемый фильтр 12, который выделяет сигнал необходимой частоты из спектра колебаний вибрирующего элемента, затем сигнал поступает на фазовращатель 13, обеспечивающий подачу сигнала в противофазе, после чего на усилитель 14, а с него - на управляющие обмотки (статор 1) магнитоэлектрического привода.
Частота колебаний силового привода изменяется в зависимости от изменения частоты колебаний виброактивного элемента.
Максимальная амплитуда колебаний ротора 5 может многократно превышать амплитуду колебаний виброактивного элемента, что обеспечивает достаточное компенсирующее усилие.
Так как приведенная масса проявляется только в динамике и имеет очень малую статическую величину, применение заявляемой конструкции динамического гасителя колебаний возможно для судовых систем при наличии качки и вибрационных ускорений, не совпадающих по направлению с движением силового привода.
При действии на опору периодического усилия рабочая жидкость в динамическом гасителе колебаний и, следовательно, в инерционных трубках будет совершать возвратно-поступательное движение. Мембрана 4 служит для компенсации объема вытесняемой жидкости при перемещении ротора 5 по отношению к виброактивному элементу 7. Жидкость в отверстиях блока инерционных трубок 3 будет иметь скорость большую, чем скорость ротора 5. Вследствие этого на виброактивный элемент 7 будет действовать дополнительная инерционная нагрузка с приведенной массой, на 2-3 порядка превышающая массу жидкости в инерционных трубках.
пр
Приведенная масса m в заявляемом динамическом гасителе колебаний определяется по выражению:
ж
где m - масса жидкости в объеме, ограниченном резинокордной оболочкой;
Т
m - масса жидкости в инерционных трубках;
А - площадь поршневого действия при перемещении ротора 5 (условная площадь, равная отношению объема вытесняемой жидкости 6 в полость с мембраной 4 к величине перемещения ротора 5);
S - площадь инерционных трубок.
Если для примера принять, что диаметр d и длина  инерционной трубки d=10 мм, =100 мм, диаметр условного поршня D=100 мм, жидкость - вода, то величина приведенной массы составит 78,5 кг.
-1
В этом случае на частоте 3 Гц и ходе ротора исполнительного привода 10 мм компенсирующее усилие составит 278,6 Н (без учета масс подвижных частей). Можно видеть, что при использовании РКО с большим диаметром условного поршня, например, при D=2⋅10 м приведенная масса (при d=0,01 м) составит 1256 кг. При этом усилие привода должно быть не менее величины компенсирующего усилия.
1
Таким образом, масса m, создающая инерционную нагрузку будет определяться суммой:
где m' - масса подвижных частей магнитоэлектрического привода и крышки РКО.
Таким образом, заявляемый динамический гаситель колебаний обеспечивает увеличение инерционной силы, компенсирующей в противофазе усилие, развиваемое виброактивным элементом, в том числе на резонансной частоте и в низкочастотной дорезонансной области, что особенно важно в системах виброизоляции судовых механизмов