ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок.
Известен динамический гаситель колебаний (С.В.Елисеев и др. «Динамика механических систем с дополнительными связями» Из-во «Наука» Сибирское отделение, Новосибирск 1990 г., стр.58).
Сущность данного гасителя колебаний заключается в том, что режим динамического гашения колебаний не зависит от инерционных параметров объекта защиты и реализуется при наличии лишь одной степени свободы. Управляемые динамические гасители могут быть предварительно настроены на рабочую частоту. Известно, что возмущение может изменять частоту с течением времени, поэтому вопрос поведения гасителя при перестройке его на другую частоту в процессе работы, предложенный автором представляет интерес. Основным недостатком указанного технического решения является его достаточная сложность и инерционность действия.
Известно также техническое устройство для защиты различных объектов от ударных нагрузок (авт. Свидетельство СССР №769146 МПК F 16 F 15/06, приоритет 09.12.1978 г). Устройство, содержащее опоры для крепления к объекту и основанию тяги шарнирно соединенные с опорами и связанные попарно друг с другом промежуточными шарнирами.
С целью увеличения эффективности, амортизатор снабжен упругими элементами, соединяющими промежуточные шарниры с опорой основания.
К недостатку данного устройства прежде всего необходимо отнести то, что оно предназначено для защиты различных объектов от ударных нагрузок, но не для гашения колебаний.
Наиболее близким техническим решением, следует отнести динамический гаситель колебаний (патент РФ №2176042 F 16 F 15/02, приоритет 17.12.1999 г). Гаситель включает массу гасителя в виде, двух маятников с осями их качания, приводное устройство с валом для ее вращения и промежуточные элементы, связывающие массу с валом, гаситель снабжен системой управления, включающей: датчики параметров колебаний защищаемого объекта, электронный блок, анализирующий сигналы датчиков, сервопривод, управляемый электронным блоком, рычаг, муфту и тяги, передающие управляющее воздействие от сервопривода на промежуточные элементы, которые выполнены в виде рычагов, кинематически связанных одной стороной с валом, а другой - с осями качания маятников.
Основным недостатком выбранного прототипа является сложность конструкции.
Задача данной полезной модели заключается в том, чтобы обеспечить гашение колебаний, используя простейшие дополнительные связи.
Динамический гаситель колебаний, содержащий дополнительную массу, звенья, кинематические пары отличающийся тем, что 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, а режим динамического гашения реализуется на частоте, определяемой из соотношения:
где
- приведенная масса системы,
- приведенная жесткость,
m - вес дополнительной массы,
k - коэффициент упругости пружины,
1
l - длина звена,
1
2
φ и φ - начальные углы установки,
3
φ - внешний угол пересечения звеньев.
1
2
На рисунке представлена схема механической системы, содержащей динамический гаситель колебаний. На фиг.1 показан объект защиты 1, дополнительные массы 2, упругий элемент 3, кинематические пары 4, 5, 6, звенья 7 и 8, находящиеся под углом π-(φ+φ) друг к другу, основание 9. Причем кинематические пары 4, 5, 6 могут быть выполнены во вращательном или поступательном исполнении.
Динамический гаситель колебаний действует следующим образом.
В рассматриваемом случае объект защиты 1 имеет одну степень свободы. Колебания основания 9 передаются объекту защиты 7 через упругий элемент 3. Кроме того колебания основания 9 и колебания объекта защиты 7 передаются также кинематической цепи звеньев 7 и 5, а это в свою очередь вызывает перемещение дополнительных масс 2. Таким образом, за счет действия инерционных сил, возникающих при перемещении дополнительных масс, при определенном соотношении параметров, как видно из формулы (1), будет осуществляться режим динамического гашения колебаний.
1
2
Надежная работа динамического гасителя, а также отсутствие эффекта замыкания в кинематических парах, обеспечивается при углах установки φ, φ звеньев, лежащих в диапазоне от 20 до 70°.
1
2
Динамический гаситель колебаний предварительно настраивается на рабочую частоту ω, путем подбора параметров, описывающих дополнительные связи (начальных углов установки φ, φ, соотношения длин звеньев 7 и 8, дополнительных масс 2). Изменение указанных
параметров дает возможность более гибкого и точного управления динамическим гашением системы, используя простейшие виды дополнительных связей.
Для рассмотрения динамических свойств механической системы, состоящей из объекта защиты и динамического гасителя колебаний, было получено дифференциальное уравнение, описывающее движение данной системы при кинематическом возмущении:
где х - обобщенная координата перемещения объекта защиты,
ξ - кинематическое возмущение,
1
2
a, a - приведенные инерционные параметры системы,
1
2
k, k - приведенные параметры жесткости.
Из формулы (2) следует, что для механической системы без трения, на определенной частоте (1) реализуется независимый от массы объекта защиты режим динамического гашения, а данная система может служить фильтром вибрации этой частоты при защите объекта с разными инерционными характеристиками.
Варьируя типом кинематических пар, можно рассматривать 6 модификаций динамического гасителя колебаний: ВВВ, ВПВ, ПВП, ВВП, ППВ, ППП (В - вращательная кинематическая пара, П - поступательная кинематическая пара). Применение предлагаемых устройств расширяет диапазон гасимых частот. Также существенно изменяет динамические свойства системы: снижает частоту собственных колебаний, реализует режим динамического гашения. Эксперимент показал, что данная конструкция динамического гасителя колебаний, по сравнению с прототипом, значительно проще и обеспечивает гашение в широком диапазоне частот. Использование такого динамического гасителя наиболее эффективно при точной настройке, когда частота внешнего воздействия совпадает с частотой антирезонанса.