Устройство для гашения механических колебаний Советский патент 1983 года по МПК F16F15/03 F16F9/02 

00 СП

00

Изобретение относится к средствам для гашеня механических колебаний различного рода объектов в машиностроении, транспортной технике и т. п.

Известно устройство для гашения колебаний объекта, состоящее из двухкамерного пневмоэлемента с перепускными электроклапанами, датчика ускорений, установленного на объекте, и блока управления электроклапаном, который включает в себя фильтр низких частот, подключенный к выходу датчика ускорений, апериодические звенья, соединенные последовательно с фильтром низких частот, усилитель мощности, реле и сумматор, к входам которого через соответствующие реле подключены выходы апериодических звеньев, а к выходу через усилитель мощности - обмотка электроклапана. Путем изменения жесткости пневмоэлемента, осуществляемом при каждой смене знака произведения скорости объекта на его перемещение, создается появление демпфирующих сил и диссипация энергии колебаний. Дссипация энергии колебаний происходит в крайних положениях объекта за счет созданной в течение четверти периода колебаний (при движении объекта от положения статического равновесия) разности химических потенциалов газов, под действием которой происходят необратимые термодинамические процессы перетекания и смещивания газов полостей 1.

Однако известное устройство не обеспечивает эффективного гащения механических колебаний из-за того, что принятая в этом устройстве последовательность и длительность процессов перетекания и смещивания газов между полостями не обеспечивают высокой степени диссипации энергии колебаний. Причиной этого недостатка является, во-первых, малая разность химических потенциалов газов в моменты коммутации полостей; во-вторых, для получения высокого уровня диссипации энергии колебаний требуется быстрое (в идеале - мгновенное) выравнивание химических потенциалов газов полостей, для обеспечения которого необходимы расходные клапаны, обладающие значительным ходом якоря.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гащения механических колебаний, содержащее разделенную перегородкой двухкамерную пневмоподвеску, датчики давления и температуры, установленные в каждой камере пневмоподвески, блок управления разностью химических потенциалов газов и перепускной клапан, расположенный в перегородке между камерами. В качества перепускного клапана используется импульсный электроклапан 2.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает наивысщей эффективности гащения механических

колебаний, вследствие недостаточно высокого быстродействия импульсного электроклапана. Быстродействие можно повысить, увеличивая ток в его подвижной катущке, но

это не целесообразно, так как при этом повыщаются и без того высокие усилия, действующие на якорь и обмотку катущки, приводящие к разбиванию якоря, седла клапана, выкрашиванию уплотнения и к срыву обмотки с подвижной катущки, т. е. к снижению надежности устройства в целом.

Цель изобретения - повышение эффективности гащения колебаний и надежности. Поставленная цель достигается тем, что устройство для гащения механических колебаний, содержащее разделенную перегородкой двухкамерную пневмоподвеску, датчики давления и температуры, установленные в каждой камере пневмоподвески, блок управления разностью химических потенциалов газов и перепускной клапан,расположенный в перегородке между камерами, снабжено источником сжатого газа, двухходовым электроклапаном, соединенным с выходами блока управления, а перепускной клапан выполнен в виде обоймы, закрепленных по ее торцам дисков с окнами, установленной

внутри обоймы и соединенной посредством фланцев с дисками упругой оболочки, сообщаемой через электроклапан поочередно с источником сжатого газа и атмосферой, а окнами дисков совместно с внутренней поверхностью обоймы и наружной поверхностью упругой оболочки образован канал для прохода газа.

Кроме того, внутренняя поверхность обоймы выполнена эквидистантно образующей наружной поверхности упругой оболочки в ее напряженном состоянии, устройство снабжено установленным в оболочке стаканом с прорезями для предотвращения сжатия последней.

На фиг. 1 изображено устройство для Q гащения механических колебаний, продольный разрез, общий вид; на фиг. 2 - схема блока управления разностью химических потенциалов.

Устройство содержит двухкамерную пневмоподвеску, состоящую из несущей камеры 1, вспомогательной камеры 2, разделенных перегородкой 3, на которой жестко укреплена обойма 4, на верхнем и нижнем торцах которой установлены диски 5 и 6 со сквозными окнами. К дискам 5 и б при помощи фланцев 7 и 8 прикреплена упругая 0 оболочка 9, образующая герметичную полость, внутри которой установлен стакан 10 с прорезями. Внутренняя поверхность обоймы 4, выполненная эквидистантно образующей оболочки 9 в ее напряженном состоянии и совместно с наружной поверхностью оболочки 9 и окнами в дисках 5 и 6, образует канал 11 для прохода газа. Внутренняя герметичная полость оболочки соединена посредством трубопроводов 12 и 13 со сдвоенным двухходовым электроклапаном 14 и через него с источником 15 сжатого газа, а посредством трубопроводов 12 и 16 - с электроклапаном 14 н через него и выхлопной патрубок 17 - с атмосферой. Двухходовой электроклапан 14 установлен вне камер 1 и 2 пневмоподвески, в каждую из которых установлены по одному датчики давления 18 и 19 и датчики температуры 20 и 21, подключенные к входу блока 22 управления разностью химических потенциалов газов в камерах 1 и 2, выходы которого подключены к обмоткам подвижных катушек 23 и 24 электроклапана 14. Обмотки 25 и 26 возбуждения электроклапана 14 подключены к источнику постоянного напряжения (не показан). Блок 22 управления разностью химических потенциалов газов полостей cocTOMt из логарифматоров 27-30, одни входы которых подключены к датчикам давления 18 и 19, а другие входы - к датчикам 20 и 21 температуры. Выходы логарифматоров 27 и 28 непосредственно, а выходы логарифматоров 29 и 30 через умножители 31 и 32 соединены с соответствующими сумматорами 33 и 34, выходы которых через последовательную цепь, состоящую из компараторов 35, формирователя 36 импульсов, подключены к ключевому усилителю 37 мощности, причем компаратор 35 и формирователь 36 импульсов соединены как непосредственной линией 38, так и через дифференцирующее звено 39. Устройство для гащения колебаний работает следующим образом. Сигналы с датчиков давления 18 и 19 и с датчиков температуры 20 и 21 поступают на логарифматоры 27-30, с выходов которых сигналы, пропорциональные логарифмам давления и температуры газов каждой из полостей подаются на сумматоры 33 и 34, причем сигналы пропорциональные логарифмам температуры предварительно умножаются на постоянное число, зависящее от состава газа. Полученные на выходах сумматоров 33 и 34 сигналы, пропорциональные химическим потенциалам газов, отнесенным к их абсолютным температурам, подаются на компаратор 35, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный разности химических потенциалов газов в камерах 1 и 2. Этот сигнал непосредственно через линию 38 и через дифференцирующее звено 39, с помощью которого получают скорость изменения сигнала, поступает на формирователь 36 импульсов, который в положениях объекта 40, соответствующих наибольшей разности отношений химических потенциалов газов к их абсолютным температурам и при отрицательном знаке скорости этой разности, выдает импульс напряжения на обмотку подвижной катушки 24, возвратно-поступательное перемеш.ение которой вызывает кратковременное сообщение полости оболочки 9 через трубопроводы 12 и 16, электроклапан 14 с выхлопным патрубком 17 и выброс содержащегося в ней газа в атмосферу. Под действием внутренних напряжений оболочка 9, сжимаясь в радиальном направлении отходит от профилированной поверхности обоймы 4 и образует канал 11 для прохода газа из камеры I в камеру 2. Происходит перетекание газа между этими камерами, смещивание, приводящее к производству энтропии в подвеске и, следовательно, к диссипации энергии колебаний объекта 40. После выравнивания химическ1 х потенциалов газов камеры 1 и 2 и прекращения диссипации энергии колебаний, блок 22 выдает импульс напряжения на обмотку подвижной катушки 23 электроклапана 14, возвратно-поступательное перемещение которой вызывает кратковременное сообщение герметичной полости оболочки 9 через трубопроводы 12 и 13, электроклапан 14 с источником 15 сжатого газа и наполнение этой полости сжатым газом. Под действием давления газа материал оболочки 9 быстро перемещается в радиальном направлении, и наружная поверхность ее плотно прилегает к профилированной поверхности обоймы 4 и перекрывает канал 11 для прохода газа. Камеры 2 и 1 быстро разъединяются, и при дальнейшем движении объекта 40 энергия колебаний создает разность химических потенциалов газов, которая является основной движущей силой диссипации энергии. В моменты времени, соответствукзщие положительному знаку скорости разности отношений химических потенциалов к абсолютным температурам, работа устройства осу-, ществляется- аналогично, только перетекание газа происходит из камеры 2 в.камеру 1. Длительность промежутка времени Т между началами импульсов напряжения подбирается экспериментально. Для предотвращения сжатия оболочки 9, которое возможно при отсутствии давления в ее полости, служит стакан 10 с прорезями для прохода газа. Использование предлагаемого устройства для гашения механических колебаний обеспечивает повыщение плавности хода и средней скорости движения транспортных средств, уменьшение динамических нагрузок, передаваемых на сооружения при ударных воздействиях, например землетрясениях, что позволяет делать эти сооружения менее материалоемкими и с меньшими коэффициентами запаса прочности, повышение надежности систем амортизации, так как применение предлагаемого устройства позволяет отказаться от применения гидроамортизаторов, выход из строя которых происходит наиболее часто. Повышению надежности способствует также использование в предлагаемом устройстве таких долговечных элементов как упругая синтетическая оболочка и электродинамический клапан с малым ходом. Применение в качестве перепускного клапана упругой синтетической оболочки совместно с профилированной обоймой позволяет существенно повысить быстродействие клапана при больших сечениях проходного канала и, тем самым, снизив потери разности химических потенциалов газов, увеличить диссипацию энергии колебаний объекта. Повышение быстродействия достигается за счет значительно меньшей приведенной Массы части упругой синтетической оболочки, участвующей в радиальном перемещении при подаче з нее (или сбросе из нее) газа повышенного давления по сравнению с массой подвижных частей электроклапана. Вследствие того, что профил ь внутренней поверхности контактируемой части обоймы выполнен эквидистантно образующей оболочки в ее напряженном состоянии (под давлением), она обладает минимумом потенциальной энергии и, таким образом, отсутствуют затраты энергии на дополнительные деформации оболочки. Малый объем герметичной полости оболочки и наличие в ней стакана с прорезями уменьшающего этот объем, применение источника сжатого газа повышенного давления позволяют практически мгновенно переместить материал оболочки в радиальном направлении и, тем самым, перекрыть или, наоборот, открыть канал для прохода газа, причем сечение канала может быть значительным. Вследствие малого объема герметичной полости оболочки, сдвоенный электроклапан, подающий или выпускающ,ий газ, имеет малый ход (0,8- 1 мм), малую массу подвижных частей и, следовательно, высокое быстродействие. г.

-СЕ

LE

(pu.f

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, содержащее разделенную перегородкой двухкамерную пневмоподвеску, датчики давления и температуры, установленные в каждой камере пневмоподвески, блок управления разностью химических потенциалов газов и перепускной клапан, расположенный в перегородке между камерами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний и надежности, оно снабжено источником сжатого газа, двухходовым электроклапаном, соединенным с выходами блока управления, а перепускной клапан выполнен в виде обоймы, закрепленных по ее торцам дисков с окнами, установленной внутри обоймы и соединенной посредством фланцев с дисками упругой оболочки, сообш.аемой через электроклапан поочередно с источником сжатого газа и атмосферой, и окнами дисков совместно с внутренней поверхностью обоймы и наружной поверхностью упругой оболочки образован канал для прохода газа. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность обоймы выполнена эквидистантно образующей наружной поверхности упругой оболочки в ее напряi женном состоянии. 2. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся (Л тем, что оно снабжено установленным в оболочке стаканом с прорезями для предотвращения сжатия последней.