Устройство для гашения колебаний Советский патент 1992 года по МПК F16F15/03 

Изобретение используется в строительстве для гашения колебаний фундаментов, перекрытий, пролетных строений мостов и др,конструкций.

Установленные на фундаменты и перекрытия машины и механизмы вызывают их колебания, часто превышающие допустимые либо по величине перемещений, либо по частоте. Такая же картина иногда наблюдается при воздействии подвижной нагрузки на пролетные строения мостов, ветра на башенные и другие сооружения.

Для ограничения вредных и опасных для конструкций колебаний используют различные гасители колебаний, в том числе и динамические гасители с настройкой их параметров в связи с изменением действующих на объект возмущений. При этом для регулирования жесткости динамического гасителя часто используются электромагниты с собственными источниками энергии и сложные системы слежения за изменением действующих на объект возмущений. Предлагаемое техническое решение направлено на упрощение системы слежения за изменением возмущения, действующего на объект, и устранение обеспечения электромагнита собственным источником питания.

Известны инерционные динамические гасители колебаний с активными элементами, включающие электромагниты в качестве регулятора эквивалентной жесткости динамического гаситэля и различные схемы прикрепления сердечника и корпуса с катушкой к демпфируемому объекту или неподвижному основанию.

Недостатками этих гасителей являются относительная сложность системы слежения за изменением действующих на демпфируемый объект возмущений, что приводит к отказам, необходимость обеспечения гасителя собственным источником энергии.

Наиболее близким техническим решением является устройство для гашения колебаний, включающее размещенный на

сл

с

VI ч со со

00

VJ

демпфируемой конструкции обратный мачт- пик со спиральной пружиной и с массой в виде магнита, перемещающегося при больших перемещениях внутри катушек индуктивности и генерирующего индукционный ток, подаваемый на обмотки возбуждения электромагнитов, упруго подвешенных к демпфируемой конструкции. Возникающее в обмотках возбуждения электромагнита магнитное поле, взаимодействуя с жестко под- вешенным к конструкции сердечником, обеспечивает гашение колебаний конструкции.

Недостатком этого устройства является сложность, необходимость многократного повторения настройки обратного маятника на частоту возмущения.

Целью изобретения является повышение эффективности гашения колебаний.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжено закрепляемыми на объекте двумя вертикальными тягами, длина которых больше длины маятника, и горизонтально расположенным стержнем, соединяющим концы тяг, маятник подве- шен шарнирно на стержне, катушки выполнены в виде закрепленных на стержне колец, оси которых совмещены с осью стержня, а радиус их равен длине маятника.

На фиг.1 показан общий вид предлагав- мого устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

К демпфируемой конструкции 1 на жестких вертикальных снабженных горизонтальным стержнем 2 тягах 3 шарнирно подвешен в виде цилиндрической пружины 4 с магнитом 5 на конце маятник 6. При этом длина вертикальных тяг 3 превышает длину маятника 6 (I).

Между тягами 3 симметрично относи- тельно плоскости колебания (вращения) маятника 6 расположены две катушки 7 выполненные в виде закрепленных на стержне 2 колец, оси которых совмещены с осью стержня 2, а радиус их равен длине (I) мая.т- ника 6. Катушки 7 индуктивности соединены с обмотками 8 возбуждения электромагнитов 9, подвешенных к демпфируемой конструкции 1 посредством упругих элементов 10 и являющихся одновременно и массами ди- намического гасителя. Между электромагнитами 9 помещен сердечник 11, жестко соединенный с демпфируемой конструкцией 1 посредством упругих элементов 10 и являющийся одновременно и массами ди- намического гасителя. Стойки 12 неподвижного крепления секторных катушек 7 индуктивности к неподвижной горизонтальной оси 2 маятника 6 выполнены из диэлектрика.

Согласно известным результатам исследования при отношении частоты возмущающей силы (DO к частоте колебаний маятника

меньше 0,6 и более 2 и к # 0,25 маятник не колеблется. Происходят только продольные колебания пружины с амплитудой Z. В случае, когда Б 0,25, а отношение частоты собственных колебаний маятника

С|) к частоте колебаний пружины ( гт) равняется 0,5 (Ј) при соотношениях частоты возбуждения к частоте колебаний пружины маятника 0,6-1 маятник начинает колебаться, При этом, в случае отношения частоты возбуждения к частоте колебаний пружины маятника равном 1, возникает резонанс, который можно квалифицировать как потерю устойчивости колебаний, т.к. маятник вращается вокруг точки подвешиваний, совершая большое число оборотов. При этом Т

-j- 1, т.е. пружина-не деформируется.

На использовании этого свойства маятника и осуществлен принцип действия предлагаемого устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для гашения опасных колебаний конструкции на возмущающую частоту % настраивается частота колебаний пружины путем подбора массы (М) магнита 5 и жесткости (К) пружины 4

(Оо

«- нгде (On - частота колебаний пружины. Затем из соотношения

2 ОД,

2/IT

I Т

определяется длина маятника I, где g - ускорение силы тяжести; Ум - частота колебаний маятника.

В случае выполнения этих условий колебания конструкции с опасной частотой OJb вызывают вращение маятника 6 вокруг стержня 2, а магнит 5 перемещается между катушками 7 индуктивности, в которых генерируется индуктивный ток, подаваемый на обмотки 8 возбуждения электромагнитов 9. При этом в обмотках 8 возбуждения электромагнитов 9, подвешенных к демпфируемой конструкции 1 посредством упругих элементов 10, возникает электромагнитное поле.

Помещенный между электромагнитами 9 и жестко соединенный с демпфируемой

конструкцией 1 сердечник 11 взаимодействуете электромагнитным полем электромагнитов 9. Возникающие при этом силы препятствуют перемещению электромагнитов 9, т.е. осуществляют гашение колебаний конструкции 1. При этом, как и в прототипе, для гашения колебаний нет необходимости вводить в систему энергию извне и исключается зависимость работы устройства от ее поступления.

В предлагаемом техническом решении вместо обратного маятника в качестве управляющего механизма использован маятник на цилиндрической пружине.

8 предложенном решении использует- ся свойство маятника на цилиндрической пружине, которое при резонансе проявляется в переходе от вертикальных колебаний пружины к вращению маятника вокруг точки (оси) подвешивания. Это свойство впервые обнаружено и исследовано авторами.

Важным свойством маятника, используемого в решении, является недеформируемость пружины при резонансном вращении маятника вокруг точки (оси) под- вешивания.

Настройка маятника на цилиндрической пружине гораздо проще, чем многократная иттерационная настройка обратного маятника, использованного в прототипе в качестве управляющего механизма.

Использование предложенного решения значительно упрощает настройку управляющего механизма на резонанс, упрощает конструкцию всего устройства для гашения колебаний и, следовательно, повышает его надежность.

Экономическая эффективность устройства заключается в повышении надежности гашения колебаний демпфируемой конструкции и в экономии электроэнергии, используемой в классических гасителях колебаний.

Формула изобретения Устройство для гашения колебаний, содержащее маятник с массой в виде магнита, жестко прикрепляемый к объекту сердечник, предназначенные для взаимодействия с ним электромагниты, упруго подвешиваемые к объекту, и две катушки индуктивности, расположенные по разные стороны маятника и электрически соединенные с обмотками возбуждения электромагнитов, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний, оно снабжено закрепляемыми на объекте двумя вертикальными тягами, длина которых больше длины маятника, и горизонтально расположенным стержнем, соединяющим концы гяг, маятник подвешен шарнирно на стержне, катушки выполнены в виде закрепленных на стержне колец, оси которых совмещены с осью стержня, а радиус их равен длине маятника.

Использование: в строительстве для гашения колебаний фундаментов, перекрытий и др. конструкций. Сущность изобретения: устройство содержит маятник с массой в виде магнита, прикрепляемые к объекту сердечник и электромагниты, электрически соединенные с последними две катушки индуктивности. Устройство имеет две вертикальные тяги и соединяющий их концы горизонтальный стержень. Маятник подвешен на стержне. Катушки выполнены в виде закрепленных на стержне колец, оси которых совмещены с осью стержня, а радиус их равен длине маятника 6. 2 ил.

4

V

Фл 1