Виброизолирующая опора Советский патент 1984 года по МПК F16F15/03 F16F9/02 

2.Опора по п. 1, отличающаяся тем, что электромеханическийвибровозбудитель размещен внутри резинокордного баллона.

3.Опора по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что блок управления включает в себя усилитель мощности, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и аналоговый сумматор, один вход которого через фильтр верхних частот соединен с динамометром, другой вход через фильтр нижних частот - с датчиком относительного перемещения, выход через усилитель мощности - с электромеханическим вибровозбудителем, а частоты среза фильтров выбраны выще собственных частот систем и ниже минимальной частоты вибрационного спектра.

4.Опора по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что блок управления снабжен дифференцирующим звеном, включенным между фильтром нижних частот и аналоговым сумматором.

5.Опора по пп. 1, 3 и 4, отличающаяся тем, что электромеханический динамометр предназначен для установки между резинокордным баллоном и изолируемым объектом или между рабочим органом вибровозбудителя и изолирующим объектом.

1. ВИБРОИЗОЛИРУЮШАЯ ОПОРА, содержащая заполненный сжатым газом резинокордный баллон, располагаемый между вибрирующим и изолируемым объектами, и регулятор положения изолируемого объекта со штоком, сообщенный с резинокордным баллоном, отличающаяся тем, что, с целью улучшения виброизолирующи.ч и стабилизирующих свойств, она снабжена электромеханическим вибровозбудителем, корпус и рабочий орган которого предназначены для крепления к вибрирующему и изолируемому объектам, датчиком относительного перемещения вибрирующего объекта, электромеханическим динамометром, блоком управления, с входом которого соединены датчик относительного перемещения и динамометр, а с выходом - э.юктромеханический вибровозбудитель, и двумя упругими элементами, один из которых установлен между штоком регулятора и его корпусом, а другой предназначен для передачи взаимодействия от вибрирующего объекта к штоку регулятора.

Изобретение относится к мащиностроению и может быть использовано для виброизоляции виброактивных механизмов и виброчувствительного оборудования, например, на транспортных средствах. Известна виброизолирующая опора, содержащая опорное устройство, установленное на надувной воздущной камере, связанной через пневматический исполнительный элемент с датчиком давления 1. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является виброизолирующая опора, содержащая заполненный сжатым газом резинокордный баллон, располагаемый между вибрирующим и изолируемым объектами, и регулятор положения изолируемого объекта со штоком , сообщенный с резинокордным баллоном 2. Недостатками известных виброизолирующих опор являются их низкие стабилизирующие и виброизолирующие свойства, которые обуславливаются неустойчивостью пневматической системы установки уровня (системы стабилизации). Объясняется это тем, что с понижением жесткости резинокордного баллона (необходимо для повышения виброизоляции) собственные частоты исходной (без регулятора) системы виброизоляции приближаются к диапазону эффективной работы пневматической системы установки уровня. При этом допустимый коэффициент усиления в системе установки уровня уменьшается, поэтому при заданном значении демпфирования резинокордной подвески и допустимом уровне перемещений амортизируемого объекта при наклонах основания имеется минимально допустимое (с точки зрения выполнения условий устойчивости в системе установки уровня) значение жесткости резинокордного баллона, которое определяет максимально достижимый виброизолирующий эффект. При высоких требованиях к точности стабилизации установленного на опорах объекта виброизолирующая способность известной опоры оказывается незначительной. Кроме того, эффективность виброизоляции в известной опоре снижается из-за механического контакта щтока регулятора положения с виброактивным объектом. Целью изобретения является улучщение виброизолирующих и стабилизирующих свойств опоры. Указанная цель достигается тем, что виброизолирующая опора, содержащая заполненный сжатым газом резинокордный баллон, располагаемый между вибрирующим и изолируемым объектами, и регулятор положения изолируемого объекта со штоком, сообщенный с резинокордным баллоном, снабжена электромеханическим вибровозбудителем, корпус и рабочий орган которого предназначены для крепления к вибрирующему и изолируемому объектам, датчиком относительного перемещения вибрирующего объекта, электромеханическим днамометром, блоком управления, с входом которого соединены датчик относительного перемещения и динамометр, а с выходом - электромеханический вибровозбудитель, и двумя упругими элементами, один из которых установлен между щтоком регулятора и его корпусом, а другой предназначен для передачи взаимодействия от вибрирующего объекта к штоку регулятора. При этом электромеханический вибровозбудитель размещен внутри резинокордного баллона. Кроме того, блок управления включает в себя усилитель мощности, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и аналоговый

сумматор, один вход которого через фильтр верхних частот соединен с динамометром, другой вход через фильтр нижних частот - с датчиком относительного перемещения, выход через усилитель мощности - с электромеханическим вибровозбудителем, а частоты среза фильтров выбраны вьше собственных частот системы и ниже минимальной частоты вибрационного спектра.

Причем блок управления снабжен дифференцирующим звеном, включенным между фильтром нижних частот и аналоговым сумматором.

Кроме того, электромеханический динамометр предназначен для установки между резинокордным баллоном и изолируемым объектом или между рабочим органом вибровозбудителя и изолируемым объектом.

На фиг. 1 изображена виброизолирующая опора, продольный разрез, в которой электромеханическая система компенсации вибрационных сил на основании работает по принципу компенсации возмущений; на фиг. 2 - вариант виброизолирующей опоры, продольный разрез, в которой реализован принцип управления по отклонению.

Виброизолирующая опора содержит резинокордный баллон 1, расположенный между вибрирующим 2 и изолируемым 3 объектами, регулятор 4 положения изолируемого объекта 3, связанный с резинокордным баллоном 1, электромеханический вибровозбудитель 5, корпус 6 и рабочий орган 7 которого жестко крепятся соответственно к вибрирующему 2 и изолируемому 3 объектам, датчик 8 относительного перемещения вибрирующего объекта 2, электромеханический динамометр 9, установленный .между нижним опорным фланцем 10 резинокордного баллона 1 и изолируемым объектом 3, блок 11 управления, к входу которого подключены датчик 8 относительного перемещения и электромеханический динамометр 9 а к выходу - электромеханический вибровозбудитель 5.

В качестве регулятора 4 положения вибрирующего объекта 2 используется золотник 12, корпус 13 которого устанавливается на изолируемом объекте 3, а шток 14 через упругие элементы 15 и 16 скрепляется с вибрирующим объектом 2 и корпусом 13 золотника 12, причем жесткости упругих элементов 15 и 16 выбираются так, чтобы первая частот свободных колебаний штока 14 была в 1,5-2 раза выше максимальной частоты поворотных движений изолируемого объекта 3.

Блок 11 управления содержит усилитель 17 мощности, фильтр 18 нижних частот, фильтр 19 верхних частот, аналоговый сумматор 20, один вход которого через фильтр 19 верхних частот соединен с электромеханическим динамометром 9, другой вход

через фильтр 18 нижних частот - с датчиком 8 относительного перемещения вибрирующего объекта 2, а выход через усилитель 17 мощности подключен к электромеханическому вибровозбудителю 5, причем частоты среза фильтров 18 и 19 выбраны выще собственных частот системы виброизоляции и ниже максимальной частоты вибрационного спектра. Шток 14 регулятора 4 положения вибрирующего объекта 2 имеет порщень 21, который взаимодействует с входным 22 и выходным 23 отверстиями корпуса 13, с которыми соединены соответственно трубопроводы 24 и 25. Корпус 13 сообщен также со стравливающей магистралью 26 и напорной магистралью 27.

В варианте виброизолирующей опоры (фнг. 2) электромеханический вибровозбудитель 5 расположен внутри пневматического резинокордного баллона 1, а рабочий орган 7 вибровозбудителя 5 взаимодействует с изолируемым объектом 3 через электромеханический динамометр 9. При этом в электромеханической системе виброкомпенсации реализуется известный в теории систем автоматического управления принцип управления по отклонению.

Предлагаемая виброизолирующая опора работает следующим образом.

Вибрирующий объект 2, деформируя пневматический резинокордный баллон 1, вызывает силовое вибрационное возбуждение изолируемого объекта 3, амплитуду и фазу которого измеряют с помощью электромеханического динамометра 9. Выходной сигнал динамометра 9 корректируется и усиливается в блоке 11 управления и подается на вибровозбудитель 5. Параметры фильтра верхних частот (ФВЧ) 19 блока 11 управления выбираются так, что частота его среза в несколько раз превышает максимальную собственную частоту исходной (без управления) системы виброизоляции. При этом устойчивость электромеханической системы управления оказывается высокой и в ней удается вибрать коэффициент усиления, равный 1, при котором обеспечивается полная компенсация на изолируемом объекте 3 вибрационных сил, передаваемых через резинокордный баллон 1. Выбор таких параметров фильтра высоких частот при заданных перемещениях вибрирующего объекта 2 возможен благодаря наличию в комбинированной опоре пневматического резинокордного баллона 1 с регулятором 4 положения. Эффективно действующая система стабилизации позволяет при заданных требованиях к перемещению объекта 2, вызванных наклонами основания изолируемого объекта 3, выбрать более мягкие пневматические резинокордные баллоны 1 и тем самым расширить диапазон частот, расположеиный между максимальной собственной частотой исходной системы виброизоляции и вибрационной составляющей с минимальной частотой до несколько октав. Располагая частоту среза фильтра верхних частот приблизительно в середине этого диапазона частот, удается одновременно обеспечить устойчивость электромеханической системы управления и отсутствие заметных амплитудно- и фазо-частотных искажений канала управления (датчики, блок управления, вибровозбудитель). При этом обеспечивается эффективная автоматическая компенсация всех вибрационных сил,передаваемых на изолируемый объект 3 через пневматический резинокордный баллон 1. Выбор более мягкого резинокордного баллона 1 позволяет сун;ественно снизить величину передаваемым им вибрационных сил и тем самым улучшить массогабаритные и энергетические показатели виброизолирующей опоры.

Для повыщения точности измерения вибрационных сил жесткость резинокордного баллона 1 по рабочей оси опоры должна в несколько раз превыщать ее поперечную жесткость. Если это условие не выполняется, то последовательно с баллоном включается упругий элемент, жесткость которого по рабочей оси опоры в несколько раз превышает жесткость баллона по этой оси, а в поперечных направлениях меньше соответствующей жесткости резинокордного баллона.

Наличие в виброизолирующей опоре регулятора 4 уровня, кроме того, повышает надежность работы электромеханической системы управления, так как при этом существенно уменьшается изменение рабочих зазоров вибровозбудителя 5, и, как следствие, изменение эффективности электромеханической системы управления при наклонах изолируемого объекта 3.

Система стабилизации вибрирующего объекта 2, включающая пневматический резинокордный баллон I, соединенный с ним регулятор 4 положения, работает следующим образом.

При горизонтальном положении основания поджатием упругих элементов 15 и 16 обеспечивают такое положение поршня 21, что его верхняя кромка совпадает с верхним краем входного отверстия 22 корпуса 13, а нижняя кромка - с нижним краем выходного отверстия 23. Оба трубопровода 24 и 25 при этом перекрыты, а давление в пневматическом резинокордном баллоне 1 не изменяется. Положение установленного на Биброизолирующей опоре вибрирующего объекта 2 остается неизменным.

При наклоне изолируемого объекта 3 весовая нагрузка на пневматический баллон 1 снижается, а его деформация уменьшается. Расстояние между вибрирующим 2 и изолируемым 3 объектами при этом увеличивается, а щток 11 под действием упругой силы упругого элемента 16 перемещается вверх, открывая выходное отверстие 23 корпуса 13, связанное с помощью трубопровода 25 с пневматическим баллоном 1. При этом часть воздуха баллона 1 поступает в стравливающую магистраль 26, а давление в резинокордном баллоне I начинает падать. Этот процесс сопровождается увеличением статической деформации резинокордного баллона 1 и перемещением вибрирующего объекта 2 к основанию изолируемого объекта 3. Шток 14, упруго связанный с вибрирующим объектом 2, также перемещается вниз, прикрывая вы.ходное

отверстие 23. В т:рт момент, когда вибрирующий объект 2 возвратится в прежнее положение относительно основания изолируемого объекта 3, поршень 21 полностью перекроет выходное отверстие 23 и процесс управления положение.м объекта 2 на это.м

заканчивается.

При уменьшении угла наклона основания весовая нагрузка на баллон 1 увеличивается, что сопровождается увеличением

5 его деформации и перемещением вибрирующего объекта 2 в сторону изолируемого объекта 3. При этом расстояние между ни.ми уменьшается и шток 14 под действием упругого элемента 15 перемещается вниз, открывая входное отверстие 22 корпуса 13.

0 Воздух из напорной магистрали 27 через трубопровод 24 поступает в резинокордный баллон 1, который возвращает вибрирующий объект 2 в прежнее положение.

Для устранения управления с целью увеличения демпфирования в диапазоне

5 вибрации в схеме управления включен фильтр 18 нижних частот, частота среза которого выбрана выше собственных частот системы виброизоляции и ниже минимальной частоты вибрационного спектра. При

0 этом демпфирующее действие электромеханической системы управления не снижает виброизоляции, но повыщает эффективность работы пневматической системы стабилизации. Необходимость применения крупногабаритных демпфирующих камер при этом

отпадает.

Аналогичным образом работает виброизолирующая опора, изображенная на. фиг. 2. Отличительной особенностью этого варианта опоры является то, что в ней

электромеханический динамометр измеряет не силу, передаваемую пневматическим резинокордным баллоном 1, а результат сложения этой силы с компенсирующей силой, развиваемой вибровозбудителем 5. В результате этого в электромеханической

5 системе виброкомпенсации реализуется известный в теории автоматических систем управления принцип управления по отклонению. Этот режим работы системы компенсации характеризуется меньшей зависимостью виброизолирующего эффекта (эффекта компенсации) от нестабильности коэффициентов передачи входящих в нее элементов (датчика), усилительных и корректирующих звеньев, вибровозбудителя). Однако электромеханическая система управления, работающая по этому принципу, более склонна к самовозбуждению, чем при работе по принципу компенсации возмущений.

Размещение вибровозбудителя внутри резинокордного баллона (фиг. 2) может быть полезным с точки зрения снижения габаритов опоры и защищенности вибровозбудителя от влаги, пыли и т.д.

Таким образом, благодаря тому, что пневматическая виброизолирующая опора снабжена электромеханической системой управления, обеспечивающей увеличение демпфирования и компенсацию передаваемых ею вибрационных сил на изолируемом объекте, эффективность каждой из подсистем увеличивается, а общий виброизолирующий и стабилизирующий эффекты многократно превыщают суммарный эффект от применения обеих систем без их функциональной связи.