Виброгасящее устройство

Предлагаемая полезная модель относится к виброгасящим устройствам в машиностроении и может быть использована для снижения уровня вибраций, возникающих при работе на металлообрабатывающем оборудовании и контрольно-измерительных машинах.
Устройства, аналогичные предлагаемому, известны. К ним относятся, в частности, динамические виброгасители, описанные в книге: Б.П. Бармин Вибрации и режимы резания. – М.: Машиностроение, 1972. Стр. 55. Основными элементами в них являются шток, связанный с колеблющимся объектом, закрепленная перпендикулярно его оси упругая мембрана и соединенный с ней груз. Энергия колебаний объекта в таких виброгасителях гасится за счет того, что сила инерции груза и силы, вызывающей колебания объекта, направлены встречно.
Известные виброгасители довольно просты, однако надежно они работают только в узком диапазоне возмущающих частот.
Отмеченного недостатка лишен динамический виброгаситель, защищенный авторским свидетельством СССР №518589, кл. F16F 15/02. Этот виброгаситель содержит шток-корпус, закрепленный на колеблющемся объекте, соединенную с ним упругую мембрану, груз, связанный со штоком-корпусом через мембрану, электромагнит, установленный неподвижно на штоке над грузом и электрически связанный с ним датчик частоты.
Для использования виброгасителя шток-корпус ввертывают в колеблющийся объект. Под действием вибраций датчик частоты генерирует напряжение, пропорциональное частоте вынужденных колебаний объекта, и подает его на электромагнит. Электромагнит начинает действовать на груз и вместе с ним создает некоторую деформацию мембраны.
Подавая дополнительное напряжение на клемму питания электромагнита и уменьшая этим деформацию мембраны, устанавливают частоту собственных колебаний груза, равную частоте вынужденных колебаний объекта, и тем самым обеспечивают резонанс и наилучшую виброгасящую способность устройства.
Если частота вынужденных колебаний объекта изменится, например, увеличится, изменится (увеличится) так же и сигнал от датчика частоты, электромагнит уменьшит деформацию мембраны (подтянет груз вверх) и соответственно увеличит частоту собственных колебаний груза, сохраняя резонанс. При уменьшении частоты вынужденных колебаний деформация мембраны увеличится (груз несколько опустится), и частота собственных колебаний груза на мембране соответственно уменьшится. Таким образом, обеспечивается равенство вынужденных и собственных частот колебаний и поддержание наилучшей виброгасящей способности прототипа в широком диапазоне возмущающих частот.
Несмотря на достоинства, виброгаситель, однако, имеет и существенный недостаток. Он пригоден только для гашения вертикальных колебаний, поскольку поднастраивается за счет регулирования статической осадки груза. Это не всегда удобно, так как поверхность, на которую устанавливается виброгаситель, может быть по-разному ориентирована в пространстве, и ее вибрации могут быть так же ориентированы не вертикально.
Отмеченного недостатка лишено виброгасящее устройство, защищенное патентом РФ №88086, кл. F16F 15/02 и принятое нами за прототип. Этот виброгаситель содержит устанавливаемый на колеблющемся объекте шток-корпус с упруго закрепленным на нем грузом и датчиком частоты, гидронасос, емкостью с жидкостью, электроуправляемый терморегулятор этой жидкости, кольцевую гидролинию, соединяющую гидронасос и терморегулятор, причем шток-корпус размещенный в емкости с жидкостью, выполнен полым, его полость заполнена вязкой жидкостью, в грузе выполнены гидродросселирующие отверстия, а датчик частоты связан с управляющим входом терморегулятора.
При работе устройства используется такое свойство вязких жидкостей, как зависимость их вязкости от температуры. С увеличением температуры вязкость уменьшается, и наоборот, с уменьшением температуры увеличивается. Вязкость жидкости определяет силу вязкого трения в подвижных элементах устройства и частоту их собственных колебаний. В связи с этим, изменяя температуру вязкой жидкости, а через нее вязкость, можно управлять частотой собственных колебаний устройства.
Для использования виброгасителя его устанавливают на вибрирующем объекте так, чтобы ось штока-корпуса совпадала с направлением вибрации (это будет горизонтально, вертикально или наклонно, значения не имеет). Под действием вибраций датчик частоты генерирует напряжение, пропорциональное частоте вынужденных колебаний объекта, и через усилитель подает его на электроуправляемый терморегулятор жидкости. Регулятор обеспечивает определенную температуру жидкости в кольцевой гидролинии и емкости (рубашке). (Циркуляцию жидкости его кольцевой гидролинии обеспечивает гидронасос). Определенная температура жидкости в емкости (рубашке) обеспечивает определенную вязкость жидкости в полости штока-корпуса и определенную частоту собственных колебаний устройства. Эту частоту настраивают в резонанс с частотой вибраций объекта, подавая напряжение смещения на клемму через сумматор напряжений, и тем самым обеспечивают наиболее эффективное виброгашение. Если теперь частота вынужденных колебаний (вибраций объекта) возрастает, то по сигналу датчика терморегулятор уменьшает температуру в гидролинии и емкости (рубашке). С уменьшением температуры жидкости в рубашке уменьшается температура и вязкость жидкости в полости корпуса-штока, и частота собственных колебаний груза так же возрастает. Аналогично, уменьшение частоты вынужденных колебаний приводит к уменьшению собственной частоты. В результате устройство, однажды настроенное на резонанс частот, все время будет сохранять такое состояние. Это обеспечивает поддержание наиболее эффективной виброгасящей способности устройства при разных частотах вибраций объекта. При этом работа устройства не зависит от того, вибрации какого направления нужно гасить. Необходимо только установить его так, чтобы ось штока-корпуса совпадала с направлением вибраций.
Вместе с тем, устройство-прототип так же имеет существенный недостаток. В большинстве случаев оно используются в производственных условиях, а, следовательно, температура окружающей среды во время их работы может неоднократно изменяться. В случае изменения (увеличения) температуры окружающей среды, температура корпуса-штока устройства так же изменится (увеличится), вместе с ним изменится (увеличится) и температура жидкости в кольцевой гидролинии (рубашке), изменение температуры которой, в свою очередь, повлечет изменение (увеличение) температуры рабочей жидкости в полости корпуса-штока устройства. Это приведет к изменению (уменьшению) вязкости рабочей жидкости и, как следствие, к изменению (уменьшению) частоты собственных колебаний виброгасителя. В то время как частота вынужденных колебаний колеблющегося объекта останется неизменной, это приведет к тому, что настройка вынужденных колебаний колеблющегося объекта и частота собственных колебаний виброгасителя в резонанс уже перестанет быть таковой, и виброгасящая способность устройства потеряет свою эффективность.
В связи с изложенным, проблемой, решаемой предлагаемым виброгасящим устройством, является повышение надежности его работы за счет возможности виброгасителя сохранять наиболее эффективный режим виброгашения при переменных температурах окружающей среды.
Технически решение поставленной проблемы достигается путем того, что виброгасящее устройство, содержащее устанавливаемый на колеблющемся объекте шток-корпус с упруго закрепленным на нем грузом и датчиком частоты, снабженное гидронасосом, емкостью с жидкостью, электроуправляемым терморегулятором этой жидкости, кольцевой гидролинией, соединяющей гидронасос и терморегулятор, причем шток-корпус, размещенный в емкости с жидкостью, выполнен полым, его полость заполнена вязкой жидкостью, а в грузе выполнены гидродросселирующие отверстия, устройство дополнительно снабжено датчиком температуры окружающей среды и компаратором, прямой вход которого связан с датчиком частоты, инверсный вход связан с датчиком температуры окружающей среды, а выход компаратора связан с управляющим входом терморегулятора.
На фиг. 1 изображено предлагаемое виброгасящее устройство.
Виброгасящее устройство содержит устанавливаемый на колеблющемся объекте 1 шток-корпус 2 с упруго закрепленным на нем грузом 3 при помощи спиральных пружин 4 и датчиком частоты 5. Виброгаситель так же снабжен гидронасосом 6, емкостью с жидкостью 7, электроуправляемым терморегулятором 8 этой жидкости, кольцевой гидролинией 9, соединяющей гидронасос и терморегулятор. Причем шток-корпус 2, размещенный в емкости с жидкостью 7, образующей терморубашку, выполнен полым, его полость 10 заполнена вязкой жидкостью, а в грузе 3 выполнены гидродросселирующие отверстия 11. Устройство снабжено датчиком температуры окружающей среды 12 и компаратором 13, прямой вход которого связан с датчиком частоты 5, инверсный вход связан с датчиком температуры окружающей среды 12, а выход компаратора 13 связан с управляющим входом терморегулятора 8.
В случае необходимости между датчиком температуры окружающей среды 12 и компаратором 13 может быть установлен дополнительный усилитель (на фиг. 1 не показан).
При использовании устройства его устанавливают на вибрирующем объекте 1 так, чтобы ось штока-корпуса 2 совпадала с направлением вибрации. Под действием вибраций датчик частоты 5 генерирует напряжение, пропорциональное частоте вынужденных колебаний объекта, и через усилитель 14 и компаратор 15, подает его на электроуправляемый терморегулятор жидкости 8. Регулятор обеспечивает определенную температуру жидкости в кольцевой гидролинии 9 и емкости (рубашке) 7. Циркуляцию жидкости его кольцевой гидролинии обеспечивает гидронасос 6. Определенная температура жидкости в емкости (рубашке) 7 обеспечивает определенную вязкость жидкости в полости штока- корпуса 2 и определенную частоту собственных колебаний устройства. Эту частоту настраивают в резонанс с частотой вынужденных вибраций объекта 1, подавая напряжение смещения на клемму А через сумматор напряжений 15, и тем самым обеспечивают наиболее эффективное виброгашение. Если теперь частота вынужденных колебаний (вибраций объекта 1) возрастает, то по сигналу датчика 5 терморегулятор 8 уменьшает температуру в гидролинии и емкости (рубашке) 7. С уменьшением температуры жидкости в рубашке уменьшается температура и вязкость жидкости в полости корпуса-штока 2, и частота собственных колебаний груза 3 так же возрастает. Аналогично, уменьшение частоты вынужденных колебаний приводит к уменьшению собственной частоты. В случае если температура окружающей среды изменится, напряжение на выходе термодатчика 12 так же изменится пропорционально изменению температуры окружающей среды. В результате, изменится и сигнал на выходе компаратора 13, и терморегулятор 8 произведет корректировку температуры жидкости в емкости (рубашке) 7 с учетом воздействия на нее температуры окружающей среды. Если теперь температурный режим вокруг устройства изменится (увеличится), напряжение на выходе термодатчика 12, связанном с инверсным входом компаратора 13, так же увеличится пропорционально увеличению температуры, сигнал на выходе последнего изменится обратно пропорционально (уменьшится) изменению сигнала на инверсном входе, по сигналу от компаратора терморегулятор 8 уменьшит температуру жидкости в кольцевой гидролинии 9 и емкости (рубашке) 7, это приведет к увеличению вязкости жидкости в полости 10 корпуса-штока 2. Но, так как до этого следовало увеличение температуры окружающей среды, а вместе с ним и температуры устройства, это должно было привести к уменьшению вязкости жидкости в полости корпуса-штока 2 устройства. Теперь же суммарная температура этой жидкости, от которой зависит частота собственных колебаний виброгасителя, останется неизменной. А значит, настройка частоты собственных колебаний виброгасителя в резонанс с частотой вынужденных колебаний колеблющегося объекта сохранится, и дальнейшее виброгашение будет производиться без потери эффективности. Аналогично происходит и при уменьшении температуры окружающей среды.
В результате устройство, однажды настроенное на резонанс частот, во время всей его работы будет сохранять такое состояние, вне зависимости от изменения температуры окружающей среды. Это обеспечивает поддержание наиболее эффективной виброгасящей способности.