ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам виброзащитной техники и может использоваться в системах виброзащиты транспортных средств, в частности, в подвесках сидений тракторов, дорожных и сельскохозяйственных машин для защиты человека-оператора от действия случайных колебаний.
Известен динамический гаситель, предназначенный для снижения интенсивности колебаний объекта, соединенного несущим упругим элементом с основанием, содержащий осциллятор, выполненный в виде массы, связанной с объектом упругим элементом, блок управления, первый датчик скорости, установленный на объекте и подключенный к первому входу блока управления, и исполнительный орган, электрически связанный с выходом блока управления (см. патент РФ на п.м. №48604, МПК F16F 15/00, опубл. 2005 г.).
Недостатком данного динамического гасителя является то, что компенсационное воздействие формируется без использования информации о компонентах состояния основания. Исполнительный орган, который установлен между объектом и осциллятором, блокирует осциллятор относительно объекта и выключает из работы динамический гаситель на первой и второй резонансных частотах системы, т.е. тогда, когда частота вынужденных колебаний основания совпадает с одной из собственных частот колебаний системы. Поскольку масса объекта на много превышает массу осциллятора, то интенсивность колебаний объекта совместно с осциллятором на первой резонансной частоте уменьшается незначительно. Кроме того, компенсационное воздействие формируется только под действием восстанавливающей силы упругого элемента, т.е. без учета диссипативной силы. Это не позволяет обеспечить необходимое максимальное значение компенсационного воздействия на интервалах движения, где смещение объекта относительно основания мало.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является динамический гаситель, предназначенный для снижения интенсивности колебаний объекта, соединенного несущим упругим элементом с основанием, содержащий осциллятор, выполненный в виде массы, связанной с объектом упругим элементом, блок управления, первый датчик скорости, установленный на объекте и подключенный к первому входу блока управления, второй датчик скорости, установленный на основании и подключенный ко второму входу блока управления, и исполнительный орган, выполненный в виде гидравлического цилиндра с поршнем и штоком, над- и подпоршневые полости гидравлического цилиндра соединены первым каналом со встроенным электроклапаном, электрически связанным с выходом блока управления, и вторым каналом со встроенным дросселем (см. патент РФ №2374520, МПК F16F 15/027, опубл. 2008 г.).
Недостатком данного динамического гасителя является то, что информация о параметрах колебательного процесса осциллятора отсутствует, а развиваемая гидравлическим демпфером диссипативная сила не оказывает непосредственное воздействие на его колебания. Вследствие этого, длительность переходных процессов колебаний динамического гасителя до установления синхронных колебаний осциллятора и защищаемого объекта существенно увеличивается и, как правило, в несколько раз превышает период колебаний кинематического возмущения. В случае резонанса амплитуды колебаний осциллятора резко возрастают, что может привести к нежелательным ударным взаимодействиям массы осциллятора с основанием. Кроме того, отсутствие направляющей в осцилляторе не позволяет установить динамический гаситель в наклонном положении или горизонтально.
Все это ухудшает качественные показатели данного динамического гасителя как устройства виброзащитной техники.
Задача полезной модели состоит в повышении эффективности виброзащиты объекта за счет уменьшения длительности переходных процессов.
Для этого динамический гаситель, предназначенный для снижения интенсивности колебаний объекта, соединенного несущим упругим элементом с основанием, содержащий осциллятор, выполненный в виде массы, связанной с объектом упругим элементом, блок управления, первый датчик скорости, установленный на объекте и подключенный к первому входу блока управления, второй датчик скорости, установленный на основании и подключенный ко второму входу блока управления, и исполнительный орган, выполненный в виде гидравлического цилиндра с поршнем и штоком, над- и подпоршневые полости гидравлического цилиндра соединены первым каналом со встроенным электроклапаном, электрически связанным с выходом блока управления, и вторым каналом со встроенным дросселем, дополнительно снабжен третьим датчиком скорости, установленным на массе осциллятора и подключенным к третьему входу блока управления, гидравлический цилиндр жестко закреплен на основании, а шток и масса осциллятора соединены шарнирно, образуя упругодемпфирующее звено, расположенное параллельно несущему упругому элементу.
На фиг.1 изображен общий вид динамического гасителя, установленного в системе виброзащиты: объект - несущий упругий элемент - основание; на фиг.2 показаны графики колебаний объекта и основания (переходный и установившийся режимы) при кинематическом возмущении, а также график компенсационного воздействия.
Динамический гаситель сдержит осциллятор 1, исполнительный орган 2, блок управления 3, датчики скорости 4, 5, 6 и кронштейны 7, 8.
Осциллятор 1 выполнен в виде массы 9, соединенной упругим элементом 10 с кронштейном 7.
Исполнительный орган 2 выполнен в виде гидравлического цилиндра 11 с поршнем 12 и штоком 13. Над- и подпоршневые полости гидравлического цилиндра 11 соединены каналами 14 и 15. В канал 14 встроен электроклапаном 16, а в канал 15 встроен дроссель 17. Гидравлический цилиндр 11 жестко закреплен на кронштейне 8, а шток 13 и масса осциллятора 9 соединены шарнирно.
Датчик скорости 4 установлен на кронштейне 7 и подключен к первому входу блока управления 3. Датчик скорости 5 установлен на кронштейне 8 и подключен ко второму входу блока управления 3. Датчик скорости 6 установлен на массе 9 и подключен к третьему входу блока управления 3. Электроклапан 16 электрически связан с выходом блоком управления 3.
Кронштейн 7 закреплен на объекте 18, а кронштейн 8 - на основании 19. Объект 18 соединен с основанием 19 посредством несущего упругого элемента 20. Осциллятор 1 и исполнительный орган 2 образуют упруго-демпфирующее звено, расположенное параллельно несущему упругому элементу 20.
0
0
В положении статического равновесия объекта 18 на несущем упругом элементе 20, поршень 12 находится в средней части гидравлического цилиндра 11. При этом z=x=0 и, соответственно, компенсационное воздействие Q=0 (здесь: Q=(z-x)·C, где C - жесткость упругого элемента 10).
1
1
Датчик скорости 4 преобразует колебания кронштейна 7 в электрический сигнал u, который пропорционален скорости объекта 18 . Сигнал u подается на первый вход блока управления 3.
2
2
Датчик скорости 5 преобразует колебания кронштейна 8 в электрический сигнал u, который пропорционален скорости основания 19 . Сигнал u подается на второй вход блока управления 3.
3
3
Датчик скорости 6 преобразует колебания массы 9 осциллятора 1 в электрический сигнал u, который пропорционален скорости массы 9 . Сигнал u подается на третий вход блока управления 3.
1
2
3
При помощи блока управления 3 сигналы u, u и u сравниваются по знаку и величине. Полученная информация в виде сигнала
подается с выхода блока управления 3 на электроклапан 16.
Переходный режим колебаний ограничен интервалами a…d. На интервалах переходного режима колебаний b…d относительная скорость массы 9 и основания 19 положительна , а на интервалах a…b и d…f их относительная скорость отрицательна .
На интервале a…b скорость объект 18 , а относительная скорость , поэтому блок управления 3 формирует сигнал u=0, под действием которого электроклапан 16 обесточен и открывает канал 14. Рабочая жидкость гидравлического цилиндра 11 свободно перетекает из его подпоршневой полости в надпоршневую полость по каналу 14. Как следствие, исполнительный орган 2 выключен из работы. При этом упругий элемент 10 не деформируется и компенсационное воздействие Q=0.
0
На интервале b…c скорость объект 18 , а относительная скорость . Поэтому блок управления 3 формирует сигнал u=u, под воздействием которого электроклапан 16 перекрывает канал 14 и включает в работу исполнительный орган 2. Рабочая жидкость гидравлического цилиндра 11 выдавливается из его надпоршневой полости в подпоршневую полость по каналу 15. При этом дроссель 17, встроенный в канал 15, формирует диссипативную силу, которая передается через поршень 12 и шток 13 на массу 9. Под воздействием диссипативной силы скорость  массы 9 уменьшается, расстояние между объектом 18 и массой 9 увеличивается, упругий элемент 10 растягивается и создает компенсационное воздействие Q, направленное против движения объекта 18, т.е. скорость объекта 18 уменьшается.
На интервале c…d скорость объект 18 , а относительная скорость , поэтому блок управления 3 формирует сигнал u=0, под действием которого электроклапан 16 обесточен и открывает канал 14. Рабочая жидкость гидравлического цилиндра 11 свободно перетекает из его надпоршневой полости в подпоршневую полость по каналу 14. Как следствие, исполнительный орган 2 выключен из работы. При этом упругий элемент 10 не деформируется и компенсационное воздействие Q=0.
0
На интервале d…e (при установившихся колебаниях) скорость объект 18 , а относительная скорость . Поэтому блок управления 3 формирует сигнал u=u, под воздействием которого электроклапан 16 перекрывает канал 14 и включает в работу исполнительный орган 2. Рабочая жидкость гидравлического цилиндра 11 выдавливается из его надпоршневой полости в подпоршневую полость по каналу 15. При этом дроссель 17, встроенный в канал 15, формирует диссипативную силу, которая передается через поршень 12 и шток 13 на массу 9. Под воздействием диссипативной силы скорость  массы 9 уменьшается, расстояние между объектом 18 и массой 9 уменьшается, упругий элемент 10 сжимается и создает компенсационное воздействие Q, направленное против движения объекта 18, т.е. скорость объекта 18 уменьшается.
На интервале e…f (при установившихся колебаниях) скорость объект 18 , а относительная скорость , поэтому блок управления 3 формирует сигнал u=0, под воздействием которого электроклапан 16 обесточен и открывает канал 14. Рабочая жидкость гидравлического цилиндра 11 свободно перетекает из его подпоршневой полости в надпоршневую полость по каналу 14. Как следствие, исполнительный орган 2 выключен из работы. При этом упругий элемент 10 не деформируется и компенсационное воздействие Q=0.
При дальнейшем движении объекта 18 и основания 19 описанная последовательность работы динамического гасителя повторяется.
Приведенный алгоритм работы исполнительного органа 2 совместно с осциллятором 1, при наличии информации о компонентах состояния системы виброзащиты - скоростей объекта 18, массы 9 осциллятора 1 и основания 19, обеспечивает формирование динамическим гасителем прерывистого компенсационного воздействия, которое реализуется упругим элементом 10 под воздействием исполнительного органа 2. Поскольку неблагоприятные ситуации, когда восстанавливаемая сила упругого элемента 10 увеличивала бы скорость объекта 18, исключаются, то данное компенсационное воздействие является оптимальным и повышает эффективность виброзащиты, существенно уменьшая длительность переходных процессов, которая не превышает основного периода кинематического возмущения.