МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ДЛИННОМЕРНОЙ КОНСТРУКЦИИ ОТ РЕЗОНАНСНОЙ ВИБРАЦИИ

Описание полезной модели:
Полезная модель относится к машиностроению.
Уровень техники.
Известны конструкции патенты РФ №2020322 и РФ №2106551.
Раскрытие полезной модели.
Наиболее близкой является конструкция, указанная в патенте РФ №2020322 в котором описан способ устранения резонансной вибрации корпуса длинномерной конструкции путем изменения частот собственных поперечных колебаний корпуса, реализуемый за счет использования рабочей среды и регулирования жесткости опоры. Данная конструкция осуществляет генерацию осцилляций за счет изменения давления в рабочей камере опоры, давление в которой регулируется от источника давления, то есть путем изменения объема рабочей среды в рабочей камере. В отличие от патента РФ №2020322 предложенное магнитореологическое устройство активной защиты длинномерной конструкции от резонансной вибрации использует колебательные возмущения, генерируемые посредствам импульсного изменения электромагнитной составляющей давления, являющейся частью полного давления в объеме ферромагнитной жидкости и за счет придания частицам магнетика колебательной траектории движения в вихревых электромагнитных полях. Применение источника постоянного тока приводит к изменению вязкости ферромагнитной жидкости и делает возможным эксплуатацию устройства виброгашения в качестве вязкоупругого демпфера, а комбинация феррожидкостного осциллятора и вязкоупругого демпфирования значительно улучшает рабочие характеристики устройства, расширяет диапазон рабочих частот и позволяет уменьшить воздействие ударных нагрузок.
Управление магнитореологическим устройством активной защиты длинномерной конструкции от резонансной вибрации легко реализуемо не только частотами, совпадающими с гасимыми частотами и фазами, но и частотами, совпадающими с гасимыми частотами, находящимися с ними в противофазе.
В патенте РФ №2106551 рассматривается магнитореологический виброгаситель, содержащий демпфирующую среду и подвижную массу, в отличие от конструкции РФ №2106551, предлагаемая конструкция может осуществлять не только демпфирование, за счет изменения вязкожесткостных свойств рабочей среды, но и способна осуществлять активную виброзащиту и бороться с эффектами резонанса, свойственными длинномерным конструкциям.
Также в отличие от патентов РФ №2020322 и РФ №2106551 разработанная конструкция магнитореологического устройства активной защиты длинномерной конструкции от резонансной вибрации не имеет механических осцилляторов и источников давления, содержащих подвижные механические элементы, следовательно, обладает незначительной инерционностью, меньшим временем переходных процессов и высокой скоростью отработки сигнала управления.
Технический результат:
Применение предложенного магнитореологического устройства активной виброзащиты позволяет расширить диапазон допустимых частот вибрационных возмущающих усилий, обеспечить защиту длинномерных конструкций от резонансных режимов колебаний, упростить конструктивное исполнение систем активной виброзащиты.
Магнитореологическое устройство активной виброзащиты реализует процессы изменения энергий частиц ферромагнитной жидкости и задания частицам радиальной или осевой составляющей скорости за счет генерации внешних электромагнитных полей с требуемыми характеристиками. Это исключает применение механических осцилляторов, следовательно, снижает инерционность системы, уменьшает время переходных процессов, повышает надежность и увеличивает ресурс.
Применение источника постоянного тока позволяет изменять вязкость ферромагнитной жидкости и использовать магнитореологическое устройство активной виброзащиты в качестве вязкоупругого демпфера, что дополнительно расширяет области эксплуатации и режимы работы.
Комбинация феррожидкостного осциллятора и вязкоупругого демпфирования значительно улучшает рабочие характеристики устройства, расширяет диапазон рабочих частот и позволяет уменьшить воздействие ударных нагрузок, сохраняя целостность длинномерной конструкции.
Отсутствие промежуточной трансформации электрического управляющего сигнала значительно облегчает его расчет и повышает энергоэффективность рабочего процесса.
Осуществление полезной модели.
Магнитореологическое устройство активной защиты длинномерной конструкции от резонансной вибрации, содержащее рабочую среду и осциллятор: Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, использует осциллятор, в качестве которого, с целью повышения эффективности устранения резонансной вибрации, применяется объем ферромагнитной жидкости 1, помещенный во внешнее электромагнитное поле, создаваемое катушкой, индуцирующей вихревые поля. Колебательные возмущения генерируются посредствам импульсного изменения электромагнитной составляющей давления, являющейся частью полного давления в объеме ферромагнитной жидкости и за счет придания частицам магнетика колебательной траектории движения в вихревых электромагнитных полях. Частота собственных колебаний длинномерной конструкции возрастает, приводя к сдвигу частот собственных колебаний длинномерной конструкции по отношению к возмущающей частоте, и достигая ухода от резонанса, частота увеличивается, а амплитуда колебаний уменьшается. Для гашения вибрации применима генерация колебаний феррожидкостного осциллятора, совпадающих с гасимыми частотами, но находящихся с ними в противофазе. Объем ферромагнитной жидкости располагается в полости, созданной коаксиалыю расположенными цилиндрическим корпусом 2 и полым поршнем 3, погруженным в ферромагнитную жидкость. Устройство выполнено из немагнитных материалов. Корпус установлен на нижней присоединительной плите 4, а поршень закреплен на верхней присоединительной плите 5. Герметизированная катушка индуктивности Родина 6, генерирующая управляющие электромагнитные поля интегрирована во внутрь поршня. Катушка индуктивности Марко Родина питается от генератора электрических сигналов. Управление рабочими параметрами магнитореологического устройства активной виброзащиты длинномерной конструкции осуществляется посредствам изменения частотно-фазовых и вольт-амперных характеристик управляющего электрического сигнала. Подача на катушку индуктивности постоянного тока приводит к изменению вязкости ферромагнитной жидкости и делает возможным эксплуатацию устройства виброгашения в качестве вязкоупругого демпфера. Применение комбинации феррожидкостного осциллятора и вязкоупругого демпфирования значительно улучшает рабочие характеристики устройства, расширяет диапазон рабочих частот и позволяет уменьшить воздействие ударных нагрузок.
Возможна комбинация герметизированной катушки индуктивности Марко Родина, генерирующей управляющие электромагнитные поля, интегрированной во внутрь поршня и кольцевой катушки индуктивности, установленной на корпус или герметизированной и интегрированной в корпус. На кольцевую катушку индуктивности подается постоянный ток, что моделирует вязкостные характеристики ферромагнитной жидкости, позволяя не только бороться с резонансными эффектами, но и с выраженными ударными нагрузками в рабочем режиме вязкоупругого демпфера. Комбинированное управление при установке катушки индуктивности на корпус требует выполнения корпуса из магнитопроводящего материала.
Устройство работает следующим образом.
Устранение резонансной вибрации длинномерной конструкции заключается в приближении частоты колебаний возмущающих сил, создаваемых ферромагнитным осциллятором, к частотам собственных колебаний длинномерной конструкции низших тонов. Колебательные возмущения генерируются посредствам импульсного изменения электромагнитной составляющей давления, являющейся частью полного давления в объеме ферромагнитной жидкости и придания частицам магнетика колебательных траекторий движения в вихревых электромагнитных полях. Вихревые электромагнитные поля вызывают вращение и движение магнитных частиц, что происходит за счет изменения кинетической энергии частиц магнетика во внешних электромагнитных полях, ориентации частиц и приданию частицам радиальной или осевой составляющей скорости. Это создает механические вибрации. Частицы ферромагнетика, находящиеся в вихревых электромагнитных полях, генерируемых катушкой индуктивности Марко Родина, приобретают импульсную колебательную (поступательно-вращательно-возвратную) траекторию движения. Встречные электромагнитные поля, индуцируемые катушкой Родина, взаимодействуют, формируя траектории движения частиц магнетика. Катушка индуктивности Марко Родина питается от генератора электрических сигналов, управление рабочими параметрами магнитореологического устройства активной виброзашиты длинномерной конструкции осуществляется посредствам изменения частотно-фазовых и вольт-амперных характеристик управляющего электрического сигнала. Частота собственных колебаний длинномерной конструкции возрастает, приводя к сдвигу частот собственных колебаний длинномерной конструкции по отношению к возмущающей частоте, и достигая ухода от резонанса. Частота увеличивается, а амплитуда колебаний уменьшается. Для гашения вибрации применима генерация колебаний, совпадающих с гасимыми частотами, но находящихся с ними в противофазе. Подача на катушку индуктивности постоянного тока приводит к повышению вязкости ферромагнитной жидкости и делает возможным эксплуатацию устройства виброгашения в качестве вязкоупругого демпфера. В соответствии с данными датчиков, регистрирующих вибрационное воздействие, контроллером задается сигнал управления с требуемыми частотно-фазовыми и вольт-амперными характеристиками.
Перечень последовательностей:
Ссылочные обозначения Фиг. 1
1 - объем ферромагнитной жидкости,
2 - цилиндрический корпус,
3 - поршень,
4 - нижняя присоединительная плита,
5 - верхняя присоединительная плита,
6 - герметизированная катушка индуктивности Родина.
Ссылочные обозначения Фиг. 2
1 - объем ферромагнитной жидкости,
2 - цилиндрический корпус,
3 - поршень,
4 - нижняя присоединительная плита,
5 - верхняя присоединительная плита,
6 - герметизированная катушка индуктивности Родина,
7 - кольцевая катушка индуктивности.
Ссылочные обозначения Фиг. 3
1 - объем ферромагнитной жидкости,
2 - цилиндрический корпус,
3 - поршень,
4 - нижняя присоединительная плита,
5 - верхняя присоединительная плита,
6 - герметизированная катушка индуктивности Родина,
7 - герметизированная кольцевая катушка индуктивности.