УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ТЕЛЕЖКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок и может быть использована в тележках транспортных средств.
При движении транспортного средства по неоднородной поверхности (преодолении препятствий) возникают колебательные движения, которые передаются от одной опоры к другой. Вследствие возникновения вибраций увеличиваются динамические нагрузки на элементы креплений, конструкции кузова транспортного средства, что приводит к ослаблению соединений, уменьшению ресурса работы, снижению надежности и негативному воздействию на человека-оператора.
Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №48604, МПК F16F 15/00, приоритет 28.12.2004]. Динамический гаситель колебаний содержит объект защиты, упругие элементы и датчики вибраций, дополнительную массу, элементы, ограничивающие перемещение дополнительной массы, а также электронное устройство управления, превращающее систему с двумя степенями свободы в систему с одной степенью свободы и обратно, при прохождении системой частот, определяемых из равенства амплитудно-частотных характеристик одномассовой и двухмассовой систем. Недостатком данного устройства является тот факт, что оно обеспечивает гашение вибраций только при определенных параметрах системы, также к недостаткам можно отнести сложность конструктивного исполнения большого количества кинематических пар, что неизбежно приводит к износу шарниров с последующим появлением люфтов и связанных с этим ударных взаимодействий.
Известен динамический гаситель колебаний [Хоменко А.П. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №49937, МПК F16F 15/00, приоритет 04.04.2005]. Гаситель колебаний содержит дополнительную массу, звенья и кинематические пары. Объект защиты соединен с основанием посредством кинематической цепи из 2-х звеньев и 3-х кинематических пар, причем звенья связаны между собой с помощью кинематических пар, каждая из которых выполнена либо во вращательном, либо в поступательном исполнении. Основным недостатком данного изобретения является достаточная сложность в изготовлении элементов сопряжения кинематических пар (подшипников скольжения), а также наличие одной частоты динамического гашения, что уменьшает область эффективной работы динамического гасителя.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести динамический гаситель колебаний [Упырь Р.Ю. и др. «Динамический гаситель колебаний», полезная модель №82802, МПК F16F 15/00, приоритет 22.12.2008]. Динамический гаситель колебаний содержит пружину, рычажную систему из Г-образных рычагов, упругость, которая реализуется двумя пружинами, разнесенными по сторонам, которые одним концом закреплены с основанием, другим с Г-образными рычагами, которые соединены между собой соединяющей пружиной, к Г-образным рычагам подвешен объект защиты, имеющий одну степень свободы. Динамический гаситель колебаний обеспечивает гашения колебаний на двух частотах.
Недостатками данного изобретения являются: сложность выбора параметров для обеспечения статической устойчивости системы в целом; отсутствие возможности использовать динамический гаситель для системы балочной структуры (система становится неустойчивой).
Предлагаемая полезная модель обеспечивает гашение колебаний системы балочного типа (простейшая модель тележки транспортного средства) используя простейшую конструкцию на основе Г-образных рычажных связей, что позволяет исключить не только вертикальные, но и угловые перемещения.
Устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства, содержащее упругие элементы, Г-образные рычаги, отличающееся тем, что объект защиты, имеющий две степени свободы, опирается обоими концами на упругие элементы, соединенные с основанием, а верхними концами закреплен на Г-образные рычаги, которые, в свою очередь, одним плечом опираются на упругие элементы, соединенные с основанием, а два других плеча соединены между собой пружиной; объект защиты шарнирно закреплен верхними концами на Г-образных рычагах; упругие элементы, на которые опирается объект защиты и Г-образные рычаги расположены относительно оси объекта защиты симметрично.
Настройка устройства для гашения колебаний тележки транспортного средства осуществляется путем изменения жесткостей пружин и длин плеч Г-образных рычагов.
1
2
1
2
10
20
30
1
2
10
20
30
1
2
1
2
10
20
1
2
1
2
На фиг.1. Изображено устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства вместе с объектом защиты. На фиг.2 показаны амплитудно-частотные характеристики. На фиг.1 показан объект защиты 1, пружины 2, 3 на которых расположен объект защиты, пружины 4, 5, 6 устройства для гашения колебаний тележки транспортного средства, Г-образные рычаги 7, 8, основание 9, 10. На фиг.1 введены следующие обозначения: y, y - обобщенные координаты перемещения объекта защиты; φ,φ - угловые обобщенные координаты перемещения Г-образных рычагов; l,l,l - длины плеч Г-образных рычагов; k,k - жесткости пружин, соединяющих объект защиты с основанием; k,k - жесткость пружины, соединяющей Г-образные рычаги с основанием; k - жесткость пружины, соединяющей Г-образные рычаги; m,m - массы Г-образны рычагов; M,J - массоинерционные параметры объекта защиты; J,J- моменты инерции Г-образных рычагов; y,y - обобщенные координаты перемещения Г-образных рычагов; z,z - смещение основания; m,m - массы Г-образных рычагов.
1
2
c
1дин
2дин
1
c
с
На фиг.2 пунктирной линией показаны классические амплитудно-частотные характеристики, сплошной линией показаны характеристики предлагаемой полезной модели. Графики, приведенные на фиг.2 показывают, что в работе системы возможен частный интервал, в котором из-за реализаций режимов динамического гашения создаются условия для уменьшения угловых колебаний. На фиг.2 изображены: а) - амплитудно-частотная характеристика y(ω); б) - амплитудно-частотная характеристика y(ω); в) - амплитудно-частотная характеристика y(ω); г) - амплитудно-частотная характеристика φ(ω). Величина частотного интервала определяется положением точек ω и ω (фиг.2, а, б, в, г). При внешнем возмущении z будет наблюдаться только один режим динамического гашения на графике б (фиг.2). В система обобщенных координат y, φ (y - вертикальное смещение центра тяжести, φ - угол поворота объекта относительно центра тяжести) наблюдается та же самая картина, однако смещается влево по отношению к графику а (фиг.2). График г на фиг.2 показывает, что при режиме динамического гашения по условию (8) объект колеблется параллельно самому себе и амплитудно-частотная характеристика φ(ω) представляет прямую линию паралллеьно оси абссцис. Кривая, изображенная на графике г (фиг.2) пунктирной линией, соответствует обычной форме амплитудно-частотной характеристики.
1
2
В рассматриваемом случае объект защиты 1 может совершать колебания в обобщенных координатах y, y. Колебания основания 9, 10 передаются объекту защиты 1 через пружины 2, 3, пружины 4, 6 и Г-образные рычаги 7, 8, что вызывает угловые и вертикальные перемещения объекта защиты и Г-образных рычагов и взаимодействие через пружину 5.
Для определения режимов работы предлагаемой полезной модели, на которых обеспечивается гашение вертикальных и угловых перемещений, составим дифференциальные уравнения движения кинематическом возмущении:
1
2
где y,y- обобщенные координаты перемещения объекта защиты;
1
2
φ,φ - обобщенные координаты перемещения Г-образных рычагов;
10
20
30
l,l,l - длины плеч Г-образных рычагов;
1
2
k,k - жесткости пружин, соединяющих объект защиты с основанием;
10
20
k,k - жесткость пружины, соединяющей Г-образные рычаги с основанием;
30
k - жесткость пружины, соединяющей Г-образные рычаги;
1
2
m,m - массы Г-образные рычагов;
М,J - массоинерционные параметры объекта защиты;
- соотношения геометрических параметров объекта защиты.
Для упрощения, введем необходимые соотношения:
Для построения передаточных функций системы, из которых определяются режимы динамического гашения, используем преобразования Лапласа к системе дифференциальных уравнений (1) с учетом (2), и получим передаточные функции (3), (4), определяемые соотношениями:
где
является характеристическим частотным уравнением системы (1).
Из формул (3) и (4) следует, что для механической колебательной системы без трения на определенных частотах отсутствуют угловые перемещения по одной из обобщенных координат; реализуются независимые друг от друга режимы динамического гашения колебаний, определяемые выражениями (6), (7):
2
1) по координате y-
1
2) по координате y -
3) при равенстве выражений (6) и (7) возникает режим, «совместного» динамического гашения, соответствующий случаю, когда амплитуда колебаний по обеим координатам становится равной нулю, происходящий на частоте:
Варьируя длинами плеч Г-образных рычагов и значениями жесткостей пружин можно изменять частоты динамического гашения.
1
2
с
Система обобщенных координат y и y связано с системой координат φ, y следующими соотношениями (9):
1
2
2
1
1
2
с
Для интересующего нас эффекта φ=0 при кинематическом возмущении z=z, необходимо z=0 выполнение условия y=y, что возможно на частоте, определяемой из выражения (8). Если в систему вводится предлагаемой устройство для гашения колебании тележки транспортного средства, то в отличии от классических представлений (фиг.2, пунктирная линия), режим динамического гашения будет ну только по координате y, но и по координате y. При «совместном» режиме динамического гашения на амплитудночастотной характеристика по φ будет прямая линия, совпадающая с осью абсцисс (по у будет один режим динамического гашения).
Для апробации предложенного устройства для гашения колебаний тележки транспортного средства было проведено моделирование для случаев, определяемых соотношениями (6÷8), при которых были получены амплитудно-частотные характеристики, приведенные на фиг.2.
Предлагаемое устройство для гашения колебаний тележки транспортного средства, по сравнению с известными виброзащитными системами, для объекта защиты, имеющего две степени свободы, позволяет, по сравнению с прототипом, улучшить виброзащитные свойства через организацию дополнительных режимов динамического гашения.
Использование такого устройства для гашения колебаний тележки транспортного средства в задачах виброзащиты транспортных средств, позволяет исключить, при определенных скоростях, угловые колебания, которые приводят к «раскачиванию» транспортного средства.