ВИБРОИЗОЛЯТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ

Предлагаемое техническое решение относится к виброизолирующим устройствам и может быть использовано в любой области машиностроения и техники в качестве устройства, снижающего уровни вибрации.
Известна виброизолирующая опора, которая содержит цилиндрический корпус, в котором соосно установлены опорный стержень и кольцевая резиновая мембрана, которая со стенками корпуса образует пневматическую демпферную камеру. В верхнем торце корпуса с помощью подшипника, выполненного из трех шариков, установлен соосно с корпусом постоянный кольцевой электромагнит, который является основным узлом электродинамического компенсатора виброизолирующей опоры. В зазоре магнитопровода постоянного кольцевого электромагнита установлена подвижная катушка. Магнитопровод и подвижная катушка центрированы относительно опорного стержня с помощью металлической мембраны. Корпус подвижной катушки связан с опорным стержнем муфтой трения. (Пат. РФ №2222729, опубл. 27.01.2004 г.)
Недостаток этого устройства заключается в том, что электромагнит является вспомогательным виброзащитным элементом, для функционирования которого необходим датчик параметров вибраций (акселерометр), сигнал которого должен обрабатываться сложной системой управления.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является виброзащитное устройство, которое содержит упругий элемент и параллельный ему компенсатор жесткости, выполненный в виде двух встречно включенных электромагнитов с общим якорем. Общее ярмо электромагнитов жестко связано с вибрирующим, а якорь - с защищаемым объектами. Обмотки электромагнитов подключены к источнику питания через регулятор напряжений, выполненный в виде реостатов, движки которых связаны с вибрирующей частью. (Авт. св. СССР №1290021, опубл. 15.02.1987 г.)
Недостатком этого устройства является то, что при изменении относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов, из-за нелинейности тяговых характеристик электромагнитов меняется коэффициент жесткости компенсатора, следовательно, и суммарный коэффициент жесткости виброизолятора в целом, что приводит к изменению виброзащитных свойств последнего. Недостатком также является наличие подвижных ползунковых реостатов, подверженных истиранию в процессе эксплуатации.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в улучшении виброизолирующих свойств устройства путем обеспечения постоянства его коэффициента жесткости, как при постоянных по величине, так и при произвольно меняющихся нагрузках.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом виброизоляторе с электромагнитным компенсатором жесткости, содержащем, расположенные между вибрирующим и защищаемым основаниями упругий элемент и параллельный ему электромагнитный компенсатор жесткости, выполненный в виде двух встречно включенных электромагнитов постоянного тока с общим якорем, катушки которых соединены с источником питания через регулятор напряжения, электромагнитный компенсатор жесткости дополнительно снабжен устройством управления, выполненным в виде датчика относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов и включенного последовательно с ним нелинейного регулятора напряжений, обеспечивающего перераспределение питающего напряжения электромагнитов при изменении относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов для обеспечения постоянного коэффициента жесткости виброизолятора.
Существенными отличиями заявляемого виброизолятора являются:
- электромагнитный компенсатор жесткости снабжен устройством управления, не содержащим трущихся деталей;
- устройство управления выполнено в виде датчика относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов и включенного последовательно с ним регулятора напряжений;
- регулятор напряжения имеет нелинейную характеристику «вход - выход»;
- нелинейный регулятор напряжения выполнен с возможностью перераспределения питающего напряжения электромагнитов при изменении относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов для обеспечения постоянного коэффициента жесткости виброизолятора.
Проведенный патентный поиск показал, что заявляемое техническое решение обладает новизной.
Заявляемый виброизолятор соответствует критерию «промышленная применимость», может найти широкое применение в любой области машиностроения и техники в качестве устройства, снижающего уровни вибрации.
При изменении величины внешнего усилия Р изменяется относительное положение Х вибрирующего и защищаемого объектов, что является входным воздействием устройства управления, в котором изменяется выходной сигнал датчика относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов, являющийся входным воздействием нелинейного регулятора напряжений. Нелинейный регулятор перераспределяет напряжения на катушках электромагнитов таким образом, чтобы при новом положении объектов наклон тяговой характеристики электромагнитного компенсатора жесткости оставался неизменным, что обеспечивает нулевую жесткость всего виброизолятора, и, следовательно, исключает передачу динамических усилий при различных значениях внешнего усилия Р.
На фиг.1 изображена принципиальная схема заявляемого виброизолятора.
Полезная модель виброизолятора включает в себя упругий элемент 18 и параллельный ему электромагнитный компенсатор жесткости. Электромагнитный компенсатор жесткости представляет собой два встречно включенных электромагнита постоянного тока 3 и 4, жестко закрепленных на вибрирующем объекте 1, общий якорь 5 которых жестко связан через шток 10 с защищаемым объектом 2. Необходимое расстояние между электромагнитами выдержано за счет скоб 13, 14, жестко закрепленных между магнитопроводами 11, 12 электромагнитов. Электромагнитный компенсатор жесткости снабжен устройством управления 15, выполненным в виде датчика 16 относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов и нелинейного регулятора напряжений 17. Катушки 7, 9 электромагнитов получают питание от источника 19 через устройство управления 15. Катушки 6, 8 получают питание последовательно с катушками 7, 9 электромагнитов по связям а, б, в, г.
Заявляемый виброизолятор с электромагнитным компенсатором жесткости работает следующим образом.
Виброизолятор с электромагнитным компенсатором жесткости является основным несущим и исполнительным элементом системы виброзащиты и устанавливается между вибрирующим и защищаемым объектами.
При неизменном по величине внешнем усилии Р, действующем между защищаемым и вибрирующим объектами, и вибрациях последнего, суммарная тяговая характеристика электромагнитов имеет по абсолютной величине такой же наклон, что и силовая характеристика упругого элемента 18. Поскольку электромагниты имеют падающую силовую характеристику, суммарная силовая характеристика виброизолятора в пределах размаха колебаний горизонтальна, что исключает передачу на защищаемый объект динамических усилий, вызванных колебаниями вибрирующего объекта.
При изменении статической составляющей усилия Р изменяется относительное положение Х вибрирующего и защищаемого объектов, что приводит к изменению выходного сигнала датчика положения 16, и, следовательно, выходных напряжений нелинейного регулятора 17. Напряжения на катушках электромагнитов перераспределяются таким образом, чтобы при новом положении объектов 1 и 2 наклон тяговой характеристики электромагнитного компенсатора жесткости оставался неизменным, что обеспечивает нулевую жесткость всего виброизолятора при новом значении усилия Р, и, следовательно, исключает передачу динамических усилий при различных значениях внешнего усилия.
По сравнению с прототипом, заявляемый виброизолятор обеспечивает нулевую жесткость при любых значениях нагрузки на вибрирующем объекте, что обеспечивает эффективную виброизоляцию в подвесках, испытывающих постоянно изменяющиеся внешние нагрузки.
Опытная эксплуатация предлагаемого устройства показала высокую работоспособность и эффективность.