ДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2001 года по МПК F16F15/02 

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний при действии динамических нагрузок.

Известно антивибрационное устройство, содержащее хомут, закрепленный на трубе, и демпфирующий элемент в виде полой обоймы и расположенного внутри нее маятника в виде ролика [1].

Основным недостатком указанного технического решения является узкий диапазон гасимых частот, а также отсутствие автоматической настройки на частоту возмущающего воздействия, что приводит к сужению области применения гасителя.

Известен также динамический гаситель колебаний, включающий вращающийся вал и расположенные на нем маятники [2].

Основным недостатком такого гасителя является также узкий диапазон гасимых частот и невозможность автоматической следящей настройки гасителя на частоту возмущающего воздействия при постоянной средней угловой скорости вращения вала гасителя, что приводит к снижению эффективности гашения колебаний и сужению области применения гасителя.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является динамический гаситель колебаний с автоматической настройкой на частоту возмущающей силы, включающий массу гасителя, приводное устройство для ее вращения и промежуточный элемент, связывающий массу с приводным устройством [3].

Основным недостатком выбранного прототипа является узкий диапазон гасимых частот и невозможность автоматической следящей настройки гасителя на частоту возмущающего воздействия при постоянной средней угловой скорости вращения вала гасителя, что приводит к снижению эффективности гашения колебаний и сужению области применения гасителя.

Целью изобретения является значительное расширение диапазона гасимых частот и обеспечение автоматической следящей настройки гасителя на частоту возмущающего воздействия при постоянной средней угловой скорости вращения вала гасителя.

Поставленная цель достигается тем, что в динамическом гасителе колебаний с автоматической следящей настройкой на частоту возмущающего воздействия содержится масса гасителя в виде маятников одного из известных типов [4, 5] с осями их качания, приводное устройство с валом для ее вращения и промежуточные элементы, связывающие массу с валом, причем промежуточные элементы выполнены, например, в виде рычагов, кинематически связанных одной стороной с валом, а другой - с осями качания маятников с возможностью автоматической следящей настройки гасителя посредством системы управления путем изменения расстояния от оси вращения вала гасителя до осей качания маятников.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с выбранным прототипом и другими известными аналогами в данной области техники показывает, что заявленный динамический гаситель колебаний с автоматической следящей настройкой на частоту возмущающего воздействия отличается тем, что промежуточные элементы выполнены, например, в виде рычагов, кинематически связанных одной стороной с валом, а другой - с осями качания маятников с возможностью автоматической следящей настройки гасителя посредством системы управления путем изменения расстояния от оси вращения вала гасителя до осей качания маятников.

Таким образом, заявленный динамический гаситель колебаний соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с выбранным прототипом, но и с другими выявленными аналогами в данной области техники позволяет сделать вывод о том, что предложенный динамический гаситель колебаний выполнен на изобретательском уровне.

Предложено также дополнительное усовершенствование предлагаемого основного технического решения, целью которого является обеспечение повышения надежности работы динамического гасителя.

Дополнительное техническое усовершенствование выражается в том, что динамический гаситель дополнительно содержит связанные с маятниками и приводимые в действие системой управления тормоза- фиксаторы с возможностью прекращения ими колебаний маятников в случае выхода защищаемого объекта на определенные, предварительно заданные, опасные для последнего режимы работы.

Изобретение схематически поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен динамический гаситель продольных колебаний с использованием простых (физических) маятников; на фиг. 2 изображен динамический гаситель продольных колебаний с роликовыми маятниками; на фиг. 3 изображен динамический гаситель продольных колебаний с простыми (физическими) маятниками и тормозами-фиксаторами; на фиг. 4 изображен динамический гаситель продольных колебаний с роликовыми маятниками и тормозами-фиксаторами.

Динамический гаситель колебаний (см. фиг. 1) включает вращающийся вал 1 с приводным устройством 2, размещенные на защищаемом от вибраций объекте 3, простые (физические) маятники 4 с длиной подвеса l, промежуточные элементы, осуществляющие кинематическую связь между валом и осями качания маятников, выполненные, например, в виде рычагов 5, и систему программного управления с обратной связью для изменения расстояния ρ от оси вращения вала гасителя до осей качания маятников, выполненную, например, как показано на чертеже и включающую тяги 6, муфту 7, рычаг 8, сервопривод со штоком 9, управляемый электронным блоком 10 с датчиками параметров колебаний 11.

Гаситель (см. фиг. 2) содержит вместо простых (физических) маятников роликовые маятники 12, размещенные в корпусах 13.

Гаситель (см. фиг. 3) содержит тормоза-фиксаторы 14, расположенные на рычагах 5 и связанные с простыми (физическими) маятниками, а гаситель (см. фиг. 4) содержит такие же тормоза-фиксаторы 14, но расположенные на корпусах 13.

При работе предложенного динамического гасителя для обеспечения надежного гашения колебаний защищаемого объекта во всем диапазоне изменения частоты ω колебаний защищаемого объекта необходимым условием является обеспечение синхронности изменения частоты ω и частоты собственных колебаний маятников ω_o, определяемой для рассматриваемой схемы (см. фиг. 1, 3) из выражения, взятого из источника информации [5]
,
где Ω - средняя угловая скорость вращения вала гасителя;
ρ - расстояние от оси вращения вала гасителя до осей качания маятников;
l - длина подвеса маятника.

Вышеуказанное условие обеспечивается путем изменения расстояния ρ при постоянной средней угловой скорости вращения вала гасителя Ω следующим образом.

В режиме наилучшего динамического гашения (антирезонанс) фазы колебаний защищаемого от колебаний объекта и маятников гасителя сдвинуты на , выработка управляющего сигнала осуществляется электронным блоком (фазовый дискриминатор), в котором сравниваются показания датчиков абсолютных перемещений объекта и маятников. При сдвиге фаз, отличающемся от , срабатывает реле, включающее сервопривод системы управления в соответствии с необходимым направлением компенсирующей подстройки.

Динамический гаситель колебаний работает следующим образом.

В случае опасности возникновения колебаний защищаемого объекта 3 включается приводное устройство 2 и вращает вал 1 с постоянной средней угловой скоростью Ω, при этом простые физические маятники 4 (см. фиг. 1, 3) или роликовые маятники 12, размещенные в корпусах 13 (см. фиг. 2, 4), под действием центробежной силы и силы тяжести устанавливаются в определенном положении. При возникновении колебаний защищаемого от вибраций объекта маятники начинают колебаться относительно этого положения. Сигналы с датчиков 11 поступают на электронный блок 10, который на основе оценки этих сигналов выдает команду на сервопривод 9, соответствующее управляющее воздействие с которого передается через рычаг 8, муфту 7, тяги 6 на рычаги 5, которые при этом поворачиваются на соответствующий угол, задавая таким образом расстояние ρ в соответствии с частотой колебаний защищаемого объекта.

При установившемся режиме работы положение рычагов 5 и, следовательно, расстояние ρ постоянно и определяется величиной частоты колебаний защищаемого объекта.

При увеличении частоты колебаний защищаемого объекта сигналы с датчиков поступают на электронный блок, который выдает команду на сервопривод, при этом рычаг 8 поворачивается, муфта перемещается вверх, рычаги 5 расходятся, что приводит к увеличению расстояния ρ и, следовательно, согласно [5], повышению собственной частоты колебаний маятников.

При уменьшении частоты колебаний защищаемого объекта аналогичным образом происходит уменьшение расстояния ρ и, следовательно уменьшение собственной частоты колебаний маятников.

Работа динамического гасителя по дополнительному усовершенствованию (см. фиг. 3, 4) отличается от работы гасителя по основному пункту формулы тем, что в случае опасности возникновения резонансных колебаний маятников и защищаемого объекта, на основании сигналов, получаемых от датчиков, электронный блок (фазовый дискриминатор) выдает команду на тормоза-фиксаторы 14, которые блокируют маятники, не допуская их колебаний.

Таким образом, предлагаемое техническое решение с его дополнительным усовершенствованием дает возможность просто и в широком диапазоне осуществлять подстройку параметров гашения в связи с изменением действующих на защищаемый объект возмущений, производить непрерывную настройку в режиме слежения, реализовывать наилучшие законы для компенсирующих реакций при постоянной средней угловой скорости вращения вала динамического гасителя.

Постоянство частоты вращения вала динамического гасителя позволяет использовать для его привода асинхронные электродвигатели, отличающиеся высокой надежностью и низкой стоимостью.

Предлагаемая конструкция, путем соответствующего видоизменения, выражающегося в изменении взаимного пространственного положения осей качения маятников относительно оси вращения вала гасителя может быть использована не только для гашения продольных, но и для гашения крутильных и изгибных колебаний.

Внедрение предлагаемого технического решения позволяет расширить область применения динамических гасителей колебаний, значительно снизить нагрузки на защищаемые объекты, вызванные вибрацией, что приводит в конечном счете к повышению надежности работы последних.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР N 1587264, F 16 F 15/04 от 20.07.84 г.

2. Справочник по динамике сооружений. Под ред. Б.Г. Коренева и др. Стройиздат: 1972, с. 448, рис. 16. 5. (а, б, в, г, д).

3. Авт. свид. СССР N 579476, F 16 F 15/02, публ. бюлл. N 41, 1977 г. (прототип).

4. В. В. Карамышкин. Динамическое гашение колебаний. Ленинград, Машиностроение, 1988 г., с. 100, рис. П. 12.

5. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Т.: Защита от вибрации и ударов/ под ред. К.В. Фролова. М.: Машиностроение, 1981 г., с. 332-337 (с формулой на с. 335, нижний абзац).

Изобретение относится к устройствам гашения колебаний при действии динамических нагрузок. Динамический гаситель колебаний содержит массу гасителя в виде, по крайней мере, 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. Причем промежуточные элементы выполнены в виде рычагов, кинематически связанных одной стороной с валом, а другой - с осями качания маятников. Подобное выполнение динамического гасителя колебаний позволяет расширить диапазон гасимых частот и обеспечить автоматическую следящую настройку гасителя на частоту возмущающего воздействия при постоянной средней угловой скорости вращения вала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Динамический гаситель колебаний, включающий массу гасителя в виде, по крайней мере, двух маятников с осями их качания, приводное устройство с валом для ее вращения и промежуточные элементы, связывающие массу с валом, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона гасимых частот и обеспечения автоматической следящей настройки гасителя на частоту возмущающего воздействия при постоянной средней угловой скорости вращения вала, 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, причем последние выполнены в виде рычагов, кинематически связанных одной стороной с валом, а другой - с осями качания маятников. 2. Динамический гаситель колебаний по п.1, отличающийся тем, что гаситель дополнительно содержит связанные с маятниками и приводимые в действие системой управления тормоза-фиксаторы с возможностью прекращения ими колебаний маятников в случае выхода защищаемого объекта на определенные, предварительно заданные, опасные для последнего, режимы работы.