МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к средствам гашения вибраций различных технических объектов и может быть использовано в тепловой и атомной энергетике, судо- и авиастроении, строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности.
Известен магнитореологический виброгаситель (МРВГ), содержащий корпус, демпфирующую среду, размещенные в корпусе подвижную массу, выполненную из магнитомягкого материала, и электромагнитную систему. В качестве демпфирующей среды применена магнитореологическая суспензия (МРС). (Патент RU 2106551, 10.03.1998 г., 6F16F 15/03).
Недостаток этого устройства заключается в его невысокой эффективности виброгашения в широком частотном диапазоне и невозможности виброгашения в области низких частот порядка 10 Гц.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является гаситель колебаний (ГК), содержащий цилиндрический корпус со съемными кольцевыми элементами массы, МРС, размещенную в корпусе, электромагнитную систему с подвижным сердечником, закрепленным внутри корпуса посредством двух плоских пружин и выполненным в виде катушки из магнитомягкого материала, на которой размещена обмотка управления. (Патент RU 2188349, 30.09.1999 г. 6F16F 15/03, 6/00, 9/53).
Недостатком прототипа, является низкая эффективность виброгашения вследствие узкого диапазона регулирования рабочих частот и невозможности подстройки ГК в области высоких частот при изменении массы защищаемого объекта.
Основной технической задачей, заявляемой полезной модели является повышение эффективности виброгашения за счет расширения частотного диапазона виброгашения.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнитореологическом гасителе колебаний (МРГК), содержащем взаимодействующие с защищаемым от вибрации объектом цилиндрический корпус, прикрепленные к нему снаружи съемные кольцевые элементы массы, размещенную внутри корпуса подвижную электромагнитную систему со снабженным управляющей обмоткой сердечником, взаимодействующим через плоские пружины с корпусом гасителя колебаний, и заполняющую зазор между корпусом и электромагнитной системой демпфирующую магнитореологическую суспензию, согласно полезной модели сердечник содержит внутреннюю цилиндрическую немагнитную часть, соединенную с помощью резьбы с наружной частью, выполненной из магнитомягкого материала.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.1), где изображены корпус МРГК 1, съемные элементы массы 2, кольца для фиксации съемных элементов массы 3, пружина 4, внутренняя немагнитная часть подвижного сердечника 5, наружная часть подвижного сердечника 6, обмотка управления 7, магнитореологическая суспензия 8, плоские пружины 9.
МРГК состоит из корпуса 1 со съемными элементами массы 2 и кольцами фиксации 3, который через пружину 4 закреплен на защищаемом объекте. Внутри корпуса закреплен подвижный сердечник, состоящий из двух коаксиальных частей. Внутренняя цилиндрическая немагнитная часть сердечника 5, соединена с помощью резьбы с наружной частью сердечника из магнитомягкого материала 6, на которой размещена обмотка управления 7. В зазоре между корпусом 1 и подвижным сердечником находится магнитореологическая суспензия 8. Подвижный сердечник прикреплен к корпусу плоскими пружинами 9.
Гаситель колебаний работает следующим образом. При подаче сигнала на обмотку управления возникает магнитное поле, магнитный поток пронизывает зазор, в котором находится МРС. Под влиянием магнитного поля частицы МРС образуют "цепочки" вдоль магнитных силовых линий. Вязкость МРС возрастает с увеличением индукции магнитного поля в зазоре.
При колебаниях подвижного сердечника, магнитный поток определяется величиной сигнала, подаваемого на обмотку катушки управления. При этом изменяются диссипативно - жесткостные свойства МРС, что приводит к изменению частотных характеристик МРГК.
Для управления частотными характеристиками МРГК применяется МРС из карбонильного железа с размером частиц от 10 до 100 мкм.
Для МРС имеют место два вида демпфирования: вязкое и гистерезисное.
Коэффициент потерь, характеризующий вязкие свойства МРС, определяется соотношением
2
где R - внешний радиус канала движения МРС,
1
R - внутренний радиус канала движения МРС,
ρ - плотность МРС,
λ - длина волны при работе на некоторой фиксированной частоте,
ω - частота внешнего возмущения,
m - масса виброизолируемого объекта.
Для каждой частоты коэффициент потерь имеет свое значение. Так как этот коэффициент пропорционален частоте ω, то вязкое демпфирование МРС на высоких частотах более эффективно, чем на низких.
В гистерезисном демпфировании МРС можно выделить линейную составляющую (эллиптический гистерезис) и нелинейную
(неэллиптический гистерезис). При гистерезисном демпфировании существует следующая зависимость между напряжением и деформацией:
Где α,β - эмпирические коэффициенты,
σ - нормальное напряжение в МРС,
Е - модуль упругости МРС,
ε - относительная деформация МРС.
В случае эллиптического гистерезиса зависимость между напряжением и деформацией выражается соотношением
где j - мнимая единица.
1
2
Коэффициенты Е и E выражаются формулами:
Соотношения (3-5) отражают такую особенность МРС, что в случае гистерезисного трения зависимость между напряжением и деформацией имеет комплексный характер. В случае нелинейного гистерезиса модуль упругости будет являться нелинейной функцией частоты.
Массу корпуса МРГК можно изменять, удаляя съемные элементы. Тем самым можно проводить настройку МРГК в области низких частот в зависимости от массы защищаемого объекта. Массу подвижного сердечника можно изменять, меняя материал его внутренней части. Тем самым можно проводить настройку МРГК в области высоких частот в зависимости от массы защищаемого объекта.
Таким образом, в случае применения внутренней немагнитной части сердечника эффективность виброгашения можно повысить путем выбора оптимального диапазона рабочих частот гасителя.