УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Динамический гаситель колебаний относится к устройствам снижающим или полностью подавляющим динамические нагрузки, возникающие в механизмах подверженных воздействию вибрации.
Вибрации возникающие при работе различных устройств и механизмов совершающих поступательное или вращательное движение негативно сказываются на надежности работы, как самих механизмов и их элементов так и на механизмах взаимодействующих с ними, а так же на здоровье людей использующих их.
Известен способ виброизоляции [Синев А.В., Рыбак Л.А., Соловьев B.C., Пашков А.И., Карцев С.К., Горобцов А.С., Кочетов О.С. «Способ виброизоляции», патент №2110709 С1, МПК F16F 15/00, B60G 17/00. Приоритет от 10.05.1998]. Способ виброизоляции, заключающийся в том, что на объекте и основании устанавливают акселерометры, а между ними размещают датчик относительного перемещения и активный исполнительный орган с устройством управления, обеспечивающим минимум перемещения объекта. Отличается тем, что устройство управления дополнительно содержит цифровой регулятор, а между объектом и основанием вводят дополнительную упругодемпфированную площадку с расположенным в ней динамометром, исполнительный орган размещают между объектом и этой площадкой. Исполнительный орган выполняют в виде генератора скорости, причем сигналы с акселерометров, датчиков скорости и относительного перемещения и динамометра направляют в цифровой регулятор, выход которого связан с входом исполнительного органа. Устройство управления работает в двух режимах, один из которых связан с использованием инвариантного управления при помощи наблюдателя состояний для случая, когда относительное перемещение объекта не выходит за допустимый уровень и генератор скорости с учетом абсолютной скорости движения дополнительной площадки создает относительную скорость, равную ей по величине и противоположную по направлению. Второй режим связан с использованием пропорционального регулятора с позиционированием уровня для случая, когда относительное перемещение объекта выходит за допустимый уровень перемещений. Задачей изобретения является повышение эффективности виброизоляции на низких частотах путем введения инвариантного управления, обеспечивающего полную остановку в инерциальном пространстве защищаемого объекта. Недостатком данного изобретения является относительная сложность конструкции, а следовательно малая надежность и дороговизна.
Известен гаситель колебаний [Белый Д.М. «Динамический самонастраивающийся гаситель колебаний», патент №2230242 С1, МПК F16F 15/00. Приоритет от 18.10.2002]. Гаситель содержит жестко соединенный с защищаемым объектом стержень, ориентированный вдоль направления колебаний, и прикрепленный перпендикулярно к стержню упругий элемент с установленной на нем с возможностью относительного смещения и фиксации массой. Участок на свободном конце стержня выполнен в виде резьбового вала. Масса выполнена в виде навернутой на вал гайки с шероховатой боковой поверхностью, а на защищаемом объекте по разные стороны от гайки вблизи ее боковой поверхности установлены с возможностью консольного закрепления и снятия две упругие пластины, центр масс одной из которых смещен относительно продольной оси пластины в сторону гайки, а другой - в противоположную от гайки сторону посредством жесткого крепления к соответствующим плоскостям пластин дополнительных масс. Участки обращенных к гайке поверхностей пластин в зоне расположения резьбового вала выполнены шероховатыми. Технический результат - обеспечение полной автоматизации процесса настройки гасителя, упрощение конструкции и расширение ее функциональных возможностей. Недостатком данного изобретения является отсутствие возможности установки дополнительного оборудования на объекте защиты.
К наиболее близкому техническому решению следует отнести динамический гаситель колебаний [полезная модель №49937 U1, МПК F16F 15/00, приоритет от 04.04.2005 Хоменко А.П. и др., «Динамический гаситель колебаний»]. Динамический гаситель колебаний, содержащий дополнительную массу, звенья, кинематические пары, отличающийся тем, что для соединения объекта защиты с основанием используются кинематические 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.
Недостатками данного устройства является наличие трущихся пар, а также наличие симметричной схемы, что усложняет точную настройку динамического гасителя.
Цель предлагаемого устройства отказаться от трущихся пар и упростить схему настройки динамического гашения.
Цель достигается тем, что устройство для гашения колебаний, содержащее опорную пружину, дополнительную массу, звенья, кинематические пары, при этом объект защиты снабжен опорой, в виде звена, жестко закрепленного одним концом на объекте защиты, другим концом звено шарнирно опирается на плечо рычага, имеющего в средней части точку опоры, на другом плече рычага расположена дополнительная масса с возможностью перемещения вдоль оси рычага.
Рычаг расположен горизонтально. Опора объекта защиты, в виде звена, закреплена в средней части объекта защиты. Объект защиты имеет одну степень свободы.
Предлагаемое устройство для гашения колебаний поясняется чертежами:
На Фиг.1. - дана общая схема устройства для гашения колебаний.
На Фиг.2 - представлены амплитудно-частотные характеристики системы при разных соотношениях массы объекта защиты и дополнительной массы.
На Фиг.1. - обозначено: объект защиты 1, основание 2, на котором расположен объект защиты 1, опорная пружина 3, опора объекта защиты в виде звена 4, которое жестко закреплено одним концом с объектом защиты 1, другим концом шарнирно на конец двухплечного рычага 5. В центре двухплечного рычага 5 имеется опора 6. На другом конце двухплечного рычага 5 имеется дополнительная масса 7, имеющая возможность перемещаться вдоль оси рычага 5.
1
2
М - масса объекта защиты 1, m - дополнительная масса 7, k - жесткость пружины 3, l и l - длинны плеч рычага 5.
На Фиг.2 представлены амплитудно-частотные характеристики при следующих условиях:
а - соответствует условию, когда М>m, б - соответствует условию, когда М=m, в - соответствует условию, когда М<m.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В рассматриваемом случае объект защиты 1 имеет одну степень свободы. Колебания основания 2 передаются объекту защиты 1 через упругий элемент 3, кроме того колебания основания 2 передаются также через кинематическую цепь 6, 5 и 4.
Колебание двухплечного рычага 5 вызывает перемещение дополнительной массы 7 на его конце.
От соотношения массы объекта защиты 1 и дополнительной массы 7 зависит скорость гашения колебаний объекта защиты 1.
На фиг.2 приведены кривые: а - при условии М>m, б - при условии М=m, в - при условии М<m.
Обоснование преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом (прилагается).
Данное устройство было изготовлено и проверено на вибростенде в частотном диапазоне 0,5…10 Гц. Результаты показали, что режим динамического гашения, реализуется по характеристике «а» фиг.2. Частота динамического гашения определяется с точностью до 5…6%. Уровень запирания зарезонансной области совпадает с расчетами в приделах 10%. Частоты собственных колебаний определяются в пределах 3…4%