ВИБРОИЗОЛЯТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ

Предлагаемое техническое решение относится к средствам защиты от вибрации и может быть использовано в любой области машиностроения и техники в качестве устройства, снижающего уровни вибрации.
Известно устройство виброизолирующая опора (патент РФ №2222729, опубликован 27.01.2004 г.), содержащее 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.
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 технической сущности к заявляемому является устройство виброизолятор с электромагнитным компенсатором жесткости (патент РФ №97783, опубликован 20.09.2010 г.), содержащее 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 устройство управления, выполненное в виде датчика относительного положения вибрирующего и защищаемого объектов и включенного последовательно с ним нелинейного регулятора напряжений.
Недостатком этого устройства является то, что при действии на него усилий в направлениях, перпендикулярных рабочей оси виброизолятора, происходит смещение общего якоря электромагнитов относительно ярма, что приводит к искажению тяговых характеристик электромагнитов, и, как следствие, к ухудшению виброзащитных свойств устройства в целом.
Задачей заявляемого изобретения является улучшение виброизолирующих свойств устройства путем уменьшения поперечных смещений общего якоря электромагнитов.
Поставленная задача решается тем, 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 нелинейное устройство управления, согласно изобретению, электромагнитный компенсатор жесткости дополнительно снабжен консольно закрепленными на его корпусе рессорами, поджимающими своими свободными концами общий якорь электромагнитов и препятствующими смещению общего якоря в направлениях, перпендикулярных оси его рабочих перемещений.
Существенными отличиями заявляемого виброизолятора с электромагнитным компенсатором жесткости являются:
- электромагнитный компенсатор жесткости снабжен рессорами, один конец каждой из которых консольно закреплен на корпусе компенсатора;
- незакрепленные концы рессор поджаты к общему якорю электромагнитов компенсатора жесткости без возможности проскальзывания;
- рессоры крепятся на корпусе компенсатора жесткости через немагнитные проставки.
При действии на виброизолятор усилий, направленных перпендикулярно оси рабочих перемещений элементов компенсатора жесткости, рессоры, закрепленные на корпусе компенсатора вокруг общего якоря электромагнитов, деформируются. Возникающие при этом силы упругости деформируемых рессор стремятся удержать якорь на оси его рабочих перемещений, чем обеспечивается стабильность тяговых характеристик электромагнитного компенсатора жесткости, а, следовательно, и всего виброизолятора в целом. Для исключения возникновения сил трения между рессорами и якорем компенсатора, испытывающим в процессе работы колебания в направлении оси рабочих перемещений, рессоры поджимаются к якорю без возможности относительного проскальзывания якоря и рессор. Для исключения искажений тяговых характеристик электромагнитов за счет замыкания магнитного потока через закрепленные на корпусе компенсатора жесткости упругие рессоры, последние крепятся через немагнитные проставки.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства виброизолятор с электромагнитным компенсатором жесткости.
Устройство виброизолятор с электромагнитным компенсатором жесткости содержит установленный между защищаемым 1 и вибрирующим 2 объектами упругий элемент 3 и параллельный ему электромагнитный компенсатор жесткости, выполненный в виде двух встречно включенных электромагнитов, объединенных в корпусе 4, и общего якоря электромагнитов, жестко связанного через шток 5 с защищаемым объектом. Электромагнитный компенсатор жесткости снабжен рессорами 6, один конец каждой из которых консольно закреплен на корпусе компенсатора. Рессоры крепятся на корпусе компенсатора жесткости через немагнитные проставки 7.
Устройство работает следующим образом.
При действии на виброизолятор усилий в направлении его рабочей оси OY суммарная тяговая характеристика электромагнитов компенсатора жесткости имеет падающий вид, причем угол наклона этой характеристики по абсолютной величине равен углу наклона силовой характеристики упругого элемента 3. Этим обеспечивается участок с нулевым коэффициентом жесткости на силовой характеристике виброизолятора, что исключает передачу вибраций от вибрирующего объекта 2 защищаемому объекту 1. Постоянство угла наклона силовой характеристики компенсатора жесткости при изменении статических усилий в направлении оси OY обеспечивается нелинейным устройством управления НУУ, отслеживающим относительное положение х вибрирующего и защищаемого объектов, и изменяющим напряжения на катушках электромагнитов при изменении этого положения.
При действии на виброизолятор усилий в направлении оси ОХ, закрепленные на корпусе 4 компенсатора жесткости рессоры 6, расположенные вокруг штока 5, связывающего общий якорь электромагнитов с защищаемым объектом 1, удерживают якорь в зоне его рабочих перемещений, поскольку векторы сил упругости рессор лежат в плоскости, перпендикулярной оси рабочих перемещений общего якоря электромагнитов, а их равнодействующая в исходном состоянии равна нулю. Этим исключается искажение тяговых характеристик электромагнитов, а, следовательно, и силовой характеристики виброизолятора в целом, что обеспечивает качественную виброзащиту при действии в подвеске усилий, перпендикулярных оси рабочих перемещений виброизолятора.
Для исключения возникновения в подвеске сил трения, ухудшающих виброзащитные свойства виброизолятора, незакрепленные концы рессор 6 поджаты к штоку 5 виброизолятора без возможности проскальзывания. Для исключения замыкания магнитного потока электромагнитов компенсатора жесткости через упругие рессоры, последние крепятся на корпусе компенсатора через немагнитные проставки 7.
По сравнению с прототипом, заявляемое устройство обеспечивает исключение поперечных смещений якоря электромагнитного компенсатора жесткости относительно ярма электромагнитов, что обеспечивает стабильность силовых характеристик виброизолятора при действии на него усилий, действующих в плоскости, перпендикулярной оси его рабочих перемещений.
Заявляемый виброизолятор соответствует критерию «промышленная применимость», может найти широкое применение в любой области машиностроения и техники в качестве устройства, снижающего уровни вибрации.
Опытная эксплуатация предлагаемого устройства показала его высокую работоспособность и эффективность.