Амортизатор с автоматическим управлением Советский патент 1986 года по МПК F16F15/03 G05D19/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к виброизоляцион- ной технике и может использоваться для активного гашения колебаний механизмов ,

Цель изобретения - повышение эф- фоктивности виброгашения.

На чертеже показана функциональная схема амортизатора с автоматическим управлением.

Амортизатор с автоматическим управлением содержит электромеханический динамометр 1, упругий элемент 2 закрепленньй одним концом к колеблющемуся объекту 3, другим - через электромеханические динамометры 1 к .изолируемому объекту 4, установленному на основании 5, предварительные усилители 6, связанные с выходами динамометров 1, аналоговый сумматор 7, входы которого соединены с выходами предварительных усилителей 6, а выход связан с входом блока 8 управления, включающего один нлп несколько следящих полосовых фильтров, а также связан с входом усилителя 9, выход которого связан с третьим свободным входом второго сумматора 10, выход которого через усилитель 11 мощности связан с обмоткой возбуждения электромеханического вибровозбудителя 12, рабочий орган которого крепится к изолируемому объекту 4. Амортизатор с автоматическим управлением также содержит дополнительные упругие элементы 13, одни концы которых прикреплены к корггусу вибровозбудителя 12, другие концы прикреплены к изолируемому объекту 4,датчик 14 виброускорения,установленный на корпусе вибровозбудителя 12, выход датчика 14 виброускорен11я связан через дополнительный предварительный усилитель 15 с входом фильтра 16 верхних частот, выход которого через второй усилитель 17 соединен с вторым свободным входом второго сумматора 10, а через последовательно соединенные интегратор 18, фильтр 19 нижних .частот и усилитель-инвертор 20, выход второго усилителя 17 связан с первым свободным входом второго сумматора 10.

Амортизатор , с автоматически управлением работает следующим образом Колеблющийся объект 3, деформируя упругие элементы 2, создает силовое вибрационное возбуждение изолируемого объекта 4, амплитуду и фазу котог

5

0

5

0

5 .„

0

5

0

55

роге измеряют электромеханические динамометры 1. Усиленные предварительными усилителями 6 выходные сигналы динамометров 1 суммируются в аналоговом сумматоре 7 и подаются на блок 8 управления, состоящий из одного или нескольких следящих полосовых фильтров, в которых производится выделение сигнала, пропорционального подлежащим гашению отдельных составляющих вибрации, которые существенно пр€;вьшают средний уровень спектра вибрации, т.е. при этом производится гашение только тех составляющих вибрационного спектра, которые попадают в полосу прозрачности следящих полосовых фильтров. При изменении частоты вибрационных составляющих, которые существенно превыш,зют средний уровень спектра вибраций, резонансные частоты соответствующих следящих полосовых фильтров также пропорционально изменяются.

Наряду с гашением отдельных составляющих также бывает необходимо обеспечить снижение всего уровня спектра вибрации, лежащего в определенном рабочем диапазоне частот. С этой целью дополнительно установлен второй широкополосный усилитель 9, вход которого связан с выходом аналогового сумматора 7, а выход - с Третьим свободньп- входом второго сумматора 10. Наибольший эффект виброгашения может быть достигнут, если

илы передаваемые на изолируемый объект 4 от вибровозбудителя 12,равны гю величине и противоположны по фазе силг1Мэ передаваемым на изоли- йуемьт объект 4 через упругие элементы 2 (эти силы измеряются динамометрами ). Однако достаточно сложно обеспечить выполнение этих условий. Первой причиной, не позволяющей добиться равенства амплитуд и противоположности фаз указанных сил, является резонанс корпуса виброзозбудите- ля 12 ма упругих элементах 13,вблизи которого характеристики канала управления искажены. Поэтому желательно выбирать упругие элементы 13 более м.яг1 :ими, чтобы удалить резонанс корпуса вибровозбудителя 12 от рабочего диапазона виброзащиты. Резонансная частота подвески электромеханического вибровозбудителя, устанавливаемого на транспортных объектах, выбирается не н.шке 20-25 Гц. Это объясняется тем, что использование упругих

элементов 13 с малой жесткостью (или увеличение массы корпуса возбудителя 12) приводит к большим перемещениям корпуса,его перекосам,заеданию, залипанию и т.п. при наклонах осно- вания 5. (Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при выборе резонансной частоты,равной 20-25 Гц,рабочий диапазон эффективного виброгашения начинается с частот не ниже 40-50 Гц).

Введение дополнительной обратной связи, включающей датчик 14 виброускорения, дополнительный предварительный усилитель 15, фильтр 16 верх них частот, второй усилитель 17, с выхода которого сигналы подаются на второй свободный вход сумматора 10 эквивалентно увеличению массы корпуса вибровозбудителя 12, т.е. умень- шению резонансной частоты подвески вибровозбудителя 12. Для того, чтобы наклоны основания 5 не приводили к большим перемещениям корпуса вибровозбудителя 12 (что ведет в свою оче редь к перекосам и залипанию корпуса), в канал дополнительной обратной связи введен фильтр 16 верхних частот. При этом дополнительная обратная связь на низких частотах не действует и, следовательно, низкочастотные возмущения основания не приводят к выходу вибровозбудителя 12 из строя, т.е. уменьшая резонансную частоту подвески вибровозбудител в рабочем диапазоне частот (что уменьшает искажение в каналах управления и увеличивает запас устойчивости) , сохраняют достаточно высокой статическая жесткость дополнительных упругих элементов 13 (что исключает перекосы, залипание и т.п.).

Другой причиной, не позволяющей обеспечить равенства амплитуд и противоположности фаз сил, передаваемых вибровозбудителем 12,. и сил, измеряемых динамометрами 1 (т.е. сил, передаваемых на основание 5 через упругие элементы 2), является неустойчивость (самовозбуждение) основного канала управления, включаницего электромеханические динамометры 1, предварительные усилители 6, сумматор 7, блок 8 управления, усилитель 9,второй

j ю

J5 20 25 д

5

0

5

0

сумматор 10, усилитель 11 мощности и вибровозбудитель 12. Известно,что увеличение коэффициента демпфирования в дополнительных упругих элементах 13 приводит к увеличению устойчивости основного канала управления. Вторая дополнительная обратная связь, включающая датчик 14 виброускорения, дополнительный предварительный усилитель 15, фильтр 16 верхних частот, интегратор. 18, фильтр 19 нижних частот, усилитель-интвертор 20 и сумматор 10, формирует и подает на вход усилителя 11 мощности сигнал, пропорциональный скорости смещения корпуса вибровозбудителя 12. Вторая дополнительная обратная связь обеспечивает введение искусственного демпфирования, что эквивалентно увеличению затухания в дополнительных упругих элементах 13. Увеличение коэффициентов естественного демпфирования в дополнительных упругих элементах 13 является сложной задачей, которую в рамках заданных габаритов вибровозбудителей можно решить с помощью второй дополнительной обратной связи. Но при этом следует учесть,что введение искусственного демпфирования колебаний корпуса вибровозбудителя 12 ухудшает виброзащиту на частотах, превышающих частоту резонанса корпуса вибровозбудителя 12. Поэтому желательно, чтобы вторая дополнительная обратная связь на этих частотах не действова.па. С этой целью введен фильтр 19 нижних частот, параметры которого выбирают так, чтобы дополнительная обратная связь действовала только вблизи резонанса подвески вибровозбудителя 12 и не ухудшала частотных характеристик канала управления в рабочем диапазоне частот.

Таким образом, введение широкополосного усилителя, установленного параллельно следящим полосовым фильтрам, а также введение дополнительных каналов управления по ускорению и скорости подвижной массы вибровозбудителя увеличивает эффективность виброгашения в узких полосах и одновременно позволяет достаточно эффек- .тивно гасить вибрации в широкой по- ,юсе частот.

Редактор Н. Данкулич

Составитель М. Левина

Техред В.Кадар Корректор Е. Сирохман

Заказ 2437/35 Тираж 880 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,4