Динамический гаситель колебаний Советский патент 1981 года по МПК E04B1/98 

1

Изобретение относится к области строительных конструкций и может быть использовано Б промышленном и гражданском строительстве, а также при строительстве сооружений транспорта и связи (высотные конструкции башен и мачт, вытяжные трубы, висячие мосты и трубопроводы и т. д.), когда возникает необходимость в уменьшении горизонтальных колебаний объекта.

Для уменьшения вибраций упомянутых объектов часто используются динамические гасители колебаний в виде маятника или подпружиненной массы. Во многих случаях для улучшения характеристик виброгасителя возникает необходимость использовать гасители, имеющие затухание, что дает возможность эффективно гасить случайные колебания, гармонические колебания с нестабильной частотой возмуш,аюшей силы и не требует высокоточной настройки гасителя по частоте.

Известен динамический гаситель колебаний маятникового типа, в котором демпфирование достигается за счет внутреннего трения прядей стального каната при перегибе .

Однако этот эффект часто оказывается недостаточным для создания гасителя с оптимальным затуханием.

Известен также динамический гаситель колебаний соорул ений, представляюш,ий собой шарнирно подвешенную к колеблюшемуся объекту массу со свободно установ5 ленным внутри сердечником. Демпфирование осуществляется за счет трения сердечника о расположенную под ним тормозную площадку . Недостаток известного гасителя обусловлен нестабильностью сухого трения в условиях гололеда, дождя и т. п. Кроме того, в этом гасителе, как и в других известных маятниковых гасителях, восстанавливающая сила при малых амплитудах массы

15 связана с амплитудой линейно, а при больших амплитудах линейная зависимость искажается в сторону уменьшения восстанавливающей силы, что приводит к известным отрицательным последствиям при колебаниях системы с мягкой характеристикой, а именно - к росту динамического коэффициента объекта, что особенно резко сказывается при относительно малой массе маятника.

25 Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является динамический гаситель колебаний, включаюший инерционную массу, соединенную с сооружением, и демпфер в виде емкости, частично за30 полиенной сыпучим наполнителем 3.

Недостатком данного решения является то, что относительное движение частиц сыпучего нанолиителя нроисходит за счет явления вибронеремешивания, которое, как известно, протекает достаточно интенсивно лишь ири высокочастотных колебаниях. При малых частотах колебаний, характерных для области нрименения гасителя, вибронеремешивание засынки может отсутствовать, а вся масса сынучего наполнителя будет двигаться вместе с содержащей ее полостью как одно снлошное тело.

Целью изобретения является повышение эффективности гасителя за счет обеспечения стабильности работы демпфируюш,его устройства в области низких частот.

Это достигается тем, что в динамическом гасителе колебаний, включающем инерционную массу, соединенную с сооружением, и демпфер в виде емкости, частично заполненной наполнителем, емкость выполнена с гибкими стенками.

Для обеспечения интенсивности перемешивания наполнителя за счет формоизменения емкости последняя может быть подвешена к инерционной массе гасителя. При этом формоизменение емкости и, как следствие, перемешивание наполнителя, связанное с возникновением демпфирующих сил, вызывается силами инерции при колебаниях инерционной массы в широком частотном диапазоне (в том числе и в области низких частот, которыми, главным образом, характеризуются опасные колебания строительных конструкций).

С целью повышения эффективности гашения колебаний за счет создания нелинейной восстанавливающей силы с жесткой характеристикой емкость с наполнителем может быть подвешена одним краем к инерционной массе гасителя, а другим краем - к сооружению, за счет чего осуществляется связь между массой гасителя и объектом.

Кроме того, увеличение демпфирующих сил может быть достигнуто путем подвески к емкости с наполнителем дополнительной массы, которая увеличивает интенсивность формоизменения емкости и, как следствие, степень перемешивания сыпучего (жндкого) наполнителя.

Эта же цель может быть достигнута размещением в наполнителе штырей, другие концы которых жестко соединены с инерционной массой или сооружением. В результате наполнитель протекает между штырями, что увеличивает демпфирование.

На фиг. 1 показан динамический гаситель, нерабочее состояние; на фиг. 2 - то же, отклоненное состояние нри колебаниях; на фиг. 3 и 4 - конструктивные варианты выполнения динамического гасителя.

Динамический гаситель колебаний включает ииеоционную массу 1, подвешенную на

тягах 2 к сооружению 3, например к башне. К массе 1 подвешена емкость с гибкими стенками 4, например, из износостойкой технической ткани или проволочной сетки, частично заполненная, например, сыпучим или жидким наполнителем 5 (песком, стальными шариками, мелкофракцноиньш гравием, техническим маслом, либо другой вязкой жидкостью и т. п.). Снизу к емкости 4 нодвешена дополнительная жесткая масса 6, а сверху установлена нредохраняющая от атмосферных воздействий крышка 7.

В наполнитель погружены штыри 8, жестко соединенные другим концом с массой 1.

В конструктивном варианте устройства, ноказанном на фиг. 3, емкость с гибкими стенками 9 прикреплена одним концом к массе 1 гасителя, а другим концом - к сооружению 3. Роль крышки здесь вынолняет сооружение 3. Штыри 10, погруженные в наполнитель, прикреплены жестко к сооружению 3.

В другом варианте (см. фиг. 4) отсутствует маятник: инерционная масса 1 связана с соорул ением 3 подвижно-упруго посредством пружин 11 и катков 12.

При возбуждении колебаний сооружения 3 гаситель начинает двигаться в противофазе и силы инерции нанолнителя 5, масс 1 и 6 заставляют емкость 4 изменить свою нервоначальную конфигурацию (см. фиг. 2), что приводит к интенсивному перемешиванию сыпучего наполнителя. При этом за счет трения между частицами наполнителя, трения частиц наполнителя о стенки емкости 4 и штыри 8 и 10, а также за счет соударения частиц или за счет вязкого течения (в случае жидкого нанолнителя) происходит отбор энергии и демпфируются колебания.

При колебаниях инерционной массы 1 в гасителе (см. фиг. 3) формоизменение емкости с гибкими стенками 9, играющей роль нелинейно-упругой связи между массой 1 и сооружением 3, создает дополнительную восстанавливающую силу. При этом емкость работающая по схеме гибкой нити, обладает жесткой характеристикой, т. е. восстанавливающая сила нарастает быстрее, чем амнлитуда отклонения массы 1.

Декремент затухания можно регулировать в широком диапазоне за счет выбора величин массы 6, числа, профиля (например, в виде решеток) н взаимного расположения штырей 8 и 10 и, наконец, выбором материала наполнителя 5.

Период собственных колебаний гасителя задается длиной тяг - подвесок 2 или жесткостью нружины 11.

Предварительная экспериментальная проверка работы гасителя показала, что декремент затухания может быть задан во всем

диапазоне, обеспечивающем выбор оптимальных параметров гасителя.

Формула изобретения

1.Динамический гаситель колебаний, включающий инерционную массу, соединенную с сооружением, и демпфирующее устройство в виде емкости, частично заполненной наполнителем, отличаю,щийся тем, что, с целью повышения эффективности гасителя за счет обеспечения стабильности работы демпфирующего устройства в области низких частот, емкость выполнена с гибкими стенками.

2.Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения демпфирующих сил за счет интенсификации перемещивания наполнителя, емкость подвешена к инерционной массе.

3.Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний за счет создания нелинейной восстанавливающей силы, емкость подвещена одним краем к инерционной массе, а другим - к сооружению.

4.Гаситель по п.п. 1-3, отличающийся тем, что, с целью увеличения демпфирующих сил за счет интенсификации формоизменения емкости, к емкости подвешена дополнительная масса.

5.Гаситель по п. п. 1-4, отличающ и и с я тем, что в наполнителе размещены щтыри, жестко соединенные другим концом с инерционной массой или сооружением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 386180, кл. F 16F 15/28, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 591562, кл. Е 04В 1/98, 1976.

3.Патент ФРГ № 1269220, кл. 21с6, опублик. 1969.