УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ОБЪЕКТА ЗАЩИТЫ
DEVICE FOR DYNAMIC DAMPING OF VIBRATIONS AT PROTECTED ITEM

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в подвесках транспортных средств, оборудования, различных приборов и аппаратуры, а также в конструкциях кресел человека-оператора.
Изменение динамического состояния различных механических систем в настоящее время связано с введением в структуру виброзащитных колебательных систем различных связей в виде устройств, способных изменять частоты собственных колебаний и режимов динамического гашения, что позволяет обеспечивать необходимые свойства виброзащитных систем. Возможности выбора необходимых параметров ограничиваются элементами конструктивной реализации устройств, способных изменять свойства системы. В связи с этим актуальным направлением является поиск новых конструктивных решений, основанных на новых способах изменения динамического состояния виброзащитной системы.
Известно устройство для защиты от вибраций [Остроменский П.И., Никифоров И.С., Кинаш Н.Ж., Остроменская В.А. «Виброзащитная подвеска сиденья», патент RU 2156192 С2, МПК B60N2/54, приоритет от 15.07.1996]. Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору и подвесную опору, между которыми закреплен основной упругий подвес и корректор жесткости - дополнительный упругий подвес с неустойчивым средним положением равновесия, отличающаяся тем, что корректор жесткости выполнен из двух одинаковых, сжатых до овальной формы упругих кольцевых элементов, расположенных друг против друга симметрично относительно продольной оси симметрии сиденья, причем ближайшие участки упругих кольцевых элементов прикреплены шарнирно к одной опоре, а диаметрально противоположные участки кольцевых элементов шарнирно соединены с другой опорой, при этом большие оси симметрии сжатых упругих кольцевых элементов и оси всех их шарнирных соединений с опорами параллельны продольной оси сиденья. Виброзащитная подвеска сиденья по п. 1, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен из троса. Виброзащитная подвеска сиденья по п.1, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен в виде бухты, намотанной, например, из пружинной ленты или проволоки с возможностью относительного перемещения витков с трением.
Недостатком данного изобретения является наличие неустойчивого среднего положения корректора, что при динамических воздействиях может привести к неустойчивости виброзащитной системы в целом. Так же к недостаткам следует отнести невозможность изменять параметры виброзащитной системы в широком диапазоне частот.
Известен способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью [Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходаков Т.Д. «Способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью», патент RU 2298119 C1, МПК F16F7/08, F16F9/06, приоритет от 19.09.2005]. Способ виброизоляции, заключающийся в том, что виброизолирумый объект устанавливают на плоские упругие элементы, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью демпфера, при этом плоские упругие элементы выполняют в виде пакета элементов арочного типа, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью вязкоупругого демпфера, выполненного в виде упругодемпфирующего кольца, связанного с упругими элементами через втулки и расположенного в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси пакета упругих элементов, за счет радикальной деформации других элементов. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий плоские упругие и демпфирующие элементы, при этом плоские упругие элементы выполнены в виде пакета упругих элементов арочного типа в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин, опирающихся на основание, а демпфирующий     элемент     виброизолятора     выполнен     в     виде упругодемпфирующего кольца из эластомера, расположенного по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, и взаимодействующего со втулками, которые связаны с опорными участками плоских пружин посредством заклепок, причем упругодемпфирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью по п. 2, отличающийся тем, что упругодемпфирующее кольцо выполнено полым и имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью по п.2, отличающийся тем, что полость упругодемпфирующего кольца заполнена вязкой жидкостью или сжатым до определенного давления воздухом или газом.
Недостатками данного изобретения являются: необходимость при гашении колебаний использовать дополнительный демпфер вязкого трения; невозможность настройки устройства в процессе работы на необходимых режимах, В частности отстраиваться от резонансных частот, осуществлять настройку режимов динамического гашения, получать условия «отрицательной» жесткости.
За прототип взят «Амортизатор» (описание изобретения авторское свидетельство № 1805243, MПK F16F13/00, опубликовано 30.03.1993).
Сущность изобретения: амортизатор содержит шарнирный ромб-четырехзвенник, скоба шарнирно закреплена снаружи по малой диагонали ромба на одном из шарниров.
Наружная пружина установлена в скобе, один конец пружины закреплен на шарнире ромба, противоположном шарниру, на котором установлена скоба, а другой конец пружины поджат винтом в скобе.
Другая пружина размещена и закреплена внутри ромба по его большой диагонали. Жесткость внутренней пружины равна или больше удвоенной жесткости внутренней пружины.
Данное устройство предназначено как основная часть амортизатора или сейсмозащитного устройства и предназначено для гашения колебаний с небольшой частотой колебаний и для крупных объектов из-за большой жесткости.
Цель предлагаемого устройства для гашения колебаний объектов разными частотными колебаниями и чувствительным к небольшим колебаниям.
Цель достигается тем, что устанавливают два дополнительных рычага и дополнительный упругий элемент. Каждый дополнительный рычаг одним концом шарнирно соединен с центром объекта защиты, другие концы дополнительных рычагов соединены с разных концов с дополнительным упругим элементом, обеспечивающим настраивание устройства на режим динамического гашения при изменении внешних вибраций.
В качестве дополнительного упругого элемента может быть пружина с меняющейся жесткостью в зависимости от величины внешних вибраций, может быть также и пневмобаллон с давлением в зависимости от величины внешних колебаний.
3
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема устройства для регулирования состояния виброзащитной системы; фиг.2 - график зависимости частот динамического гашения от величины коэффициента жесткости k.
Устройство для регулирования состояния виброзащитной системы (фиг.1) содержит: объект защиты - 1; опорные пружины - 2, 3; дополнительный упругий элемент - 4, рычаги - 5, 6; основание - 7; дополнительные рычаги с шарниром - 8, 9.
Опорные пружины 2 и 3 размещены по краям объекта защиты 1. Рычаги 5 и 6 упираются в основание 7 в местах начала опорных пружин. Вторые концы рычагов 5 и 6 сходятся в центре объекта защиты 1.
Из того же центра защиты 1 выходят дополнительные рычаги 8 и 9, шарниром соединенные между собой и центром объекта защиты 2. Другими концами они закрепляются по разные стороны упругого элемента 4 с передаточной функцией усилий.
1
2
Устройство работает следующим образом. При возмущении основания 1 объект защиты 2 приходит в движение, определяемое координатами y и у, при неравномерном колебании по у и φ.
Основание 1 идет вниз, опорные пружины 2 и 3 растягиваются и передают объекту защиты 2 движение вниз. При этом объект защиты 1 передает усилие на дополнительные рычаги 8 и 9, которые передают усилия упругому элементу 4. При этом происходит дополнительное гашение амплитуды колебаний объекта защиты 1.
Основание 1 идет вверх, опорные пружины 2 и 3 сжимаются, объект защиты 2 идет вверх, дополнительные рычаги 8 и 9 расходятся и передают усилия дополнительному упругому элементу 4. При этом происходит дополнительное гашение амплитуды колебаний объекта защиты. Дополнительный упругий элемент 4 может быть представлен в виде пружины с переменной жесткостью либо в виде пневмобаллона с переменным давлением.
Меняя жесткость пружины или давление в пневмобаллоне, можно регулировать состояние виброзащитной системы.
3
3
1
2
1
2
Варьируя и массоинерционными параметрами и жесткостью дополнительного упругого элемента 4, можно изменять диапазоны частот динамического гашения. На фиг. 2 показано, что частоты динамического гашения находятся в прямолинейной зависимости от величины коэффициента жесткости k. Приведенная жесткость виброзащитной системы по сравнению с исходной будет возрастать, а графики зависимости при k=0 имеют значения k и k, соответствующие переходным значениям упругости подвески по координатам y и у. Что касается зависимости частоты развязки колебаний по парциальным системам, то график на фиг. 2 начинает с нулевого значения.
1
2
1
2
3
Настройка динамического гасителя колебаний осуществляется путем предварительного выбора параметров жесткости по координатам y и у, то есть параметров k и k, которые могут быть выбраны меньших значений (в 1,5 раза), чем обычно применяемые на практике; жесткость пневматической пружины k задается в соответствии с предполагаемой внешней нагрузкой и отслеживается системой датчиков. Интенсивность воздухообмена или скорость перехода системы из одного состояния в другое регулируется дросселем.
Использование такого динамического гасителя колебаний в задачах виброзащиты приборов, установленных на подвижном основании, наиболее эффективно при точной настройке, когда частота внешнего воздействия совпадает с частотой антирезонанса.
Предлагаемое устройство исследовалось методами вычислительного моделирования и обладает возможностями реализации режимов динамического гашения и развязки колебаний при гармонических колебаниях основания.