PL228141B1 - Półaktywny wezeł zwłaszcza do tłumienia drgan - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest półaktywny węzeł, obejmujący dwie warstwy nośne elementu konstrukcji oraz sterowalne sprzęgło, który w szczególności może znaleźć zastosowanie w tłumieniu drgań wywołanych obciążeniem udarowym. Półaktywny węzeł, zwłaszcza do tłumienia drgań, charakteryzuje się tym, że na belce (1), składającej się z dwóch przylegających do siebie ślizgowo warstw (2, 3), zainstalowane jest sprzęgło (5) tak, że belka (1) znajduje się pomiędzy płytą (7) sprzęgła (5), a ruchomą zworą (6), zaś pomiędzy zworą (6), a płytą (8) sprzęgło (5) jest wyposażone w środki (9) dociskowe, ponadto pomiędzy płytą (7) sprzęgła (5), a zworą (6) jest aktywator (10), przy czym sprzęgło (5) usytuowane jest korzystnie w miejscu największego względnego przesunięcia warstw (2, 3) tej belki (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest półaktywny węzeł zwłaszcza do tłumienia drgań, obejmujący dwie warstwy nośne elementów konstrukcji oraz sterowalne sprzęgło. Techniki tłumienia drgań wzbudzonych można podzielić na pasywne, aktywne i półaktywne. Pasywne tłumienie drgań sprowadza się głównie do wykorzystania materiałów o silnych cechach tłumiących (np. gumy, elastomery). Bardziej efektywne tłumienie aktywne wymaga wykorzystania aktywatorów wymuszających, zgodnie z przyjętą strategią, siły przeciwdziałające ruchowi obiektu. Związane to jest poborem energii oraz z zagrożeniem niepożądanego wzbudzenia niestabilnych drgań. Techniki półaktywne tłumienia drgań stają się coraz bardziej atrakcyjną opcją, pozwalającą na skuteczne i tanie (z punktu widzenia poboru energii) rozwiązanie problemu.

Znany jest z opublikowanego opisu patentowego DE 19702518 sposób i urządzenie do dwukierunkowego aktywnego wpływania na połączenia w konstrukcjach mechanicznych, poprzez wykorzystanie zjawiska rozpraszania energii, w wyniku zmiany siły nacisku na złącze lub kilka złącz, powodowanych przez czynniki fizyczne na przykład przez piezo-aktywatory lub poprzez wykorzystanie efektu magnetostrykcyjnego. Dane rozwiązanie charakteryzuje się tym, że przejście ze stanu neutralnego do stanu aktywnego połączenia w konstrukcji (włączenie zasilania piezo-aktywatorów lub alternatywnie wywołanie efektu magnetostrykcyjnego) odpowiada przejściu od połączenia bardziej podatnego do połączenia mniej podatnego.

Znany jest też z opisu patentowego CNI 542306 amortyzator cierny posiadający płytę cierną z łukowymi wycięciami, umieszczoną pomiędzy dwoma ramami zestawionymi z czterech ramion połączonych na narożach zawiasowo. W lukowych otworach płyty są umieszczone trzpienie śrub, które osadzone są w ramionach ramy i dociśnięte nakrętką. Pomiędzy nakrętkami a ramionami, na trzpieniach śrub, są piezoelementy, które zwiększają docisk ramion do płyty ciernej. Dane rozwiązanie charakteryzuje się tym, że przejście ze stanu neutralnego do stanu aktywnego amortyzatora ciernego (włączenie zasilania piezo-aktywatorów) zwiększa nacisk ramion do płyty ciernej.

Zgodnie z wynalazkiem na belce, składającej się z dwóch przylegających do siebie ślizgowo warstw, zainstalowane jest sterowalne sprzęgło tak, że belka znajduje się pomiędzy nieruchomą płytą sprzęgła a ruchomą zworą, przy czym sprzęgło usytuowane jest korzystnie w miejscu największego względnego przesunięcia warstw tej belki. Pomiędzy tą płytą sprzęgła a zworą jest aktywator, połączony z urządzeniem sterującym. Aktywator stanowią piezoelementy lub elektromagnes. Pomiędzy zworą a drugą - równoległą do pierwszej - płytą sprzęgła, są środki dociskające zworę do belki, które korzystnie stanowi zespół sprężyn. Według innego wariantu środkami dociskowymi są magnesy trwałe. Belka dwuwarstwowa zaopatrzona jest w obejmy, co zapewnia przyleganie jej współdrgających warstw. Wariantowo warstwy belki połączone są ślizgowo za pośrednictwem wzdłużnych wpustów. Półaktywny węzeł będący przedmiotem wynalazku umożliwia natychmiastowe łączenie i rozłączanie dwóch warstw konstrukcyjnych belki, powodując w ten sposób jakościową zmianę schematu konstrukcyjnego, która polega na zmianie sposobu pracy belki warstwowej z zespolonej obu warstw na niezależną każdej warstwy i odwrotnie. Zakumulowana w konstrukcji energia odkształcenia jest wykorzystywana do przeciwdziałania ruchowi w trakcie drgań konstrukcji. Analizy numeryczne i testy eksperymentalne pokazują dużą skuteczność tej strategii dla procesu tłumienia drgań. Co istotne zwłaszcza z punktu widzen ia niezawodności, przyłożenie zasilania do sprzęgła powoduje upodatnienie węzła zapewniając tym samym jego wyjściową sztywność w pracy bez zasilania.

Wynalazek jest pokazany w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematycznie fragment dwuwarstwowej belki ze sprzęgłem, fig. 2 węzeł w stanie spoczynku, fig. 3 węzeł w stanie ugięcia zaciśniętej przez sprzęgło belki, fig. 4 węzeł w stanie ugięcia bez chwilowego nacisku na belkę, fig. 5 węzeł w stanie maksymalnego ugięcia i zaciśniętym sprzęgle, fig. 6 schemat belki przytwierdzonej jednym końcem, fig. 7 schemat belki podpartej na dwóch końcach, fig. 8 węzeł z magnesem trwałym, a fig. 9 przekrój poprzeczny belki z wpustami.

Jak pokazano na rysunku belka 1 zestawiona jest z dwóch przylegających warstw 2 i 3, które połączone są ślizgowo obejmami 4. Na belce 1, w miejscu największego względnego przesunięcia warstw zainstalowane jest sprzęgło 5, posiadające ruchomą zworę 6 usytuowaną między nieruchomymi

PL 228 141 B1 płytami 7 i 8. Jedna z płyt 7 oraz zwora 6 obejmuje obie warstwy 2 i 3 belki 1. Pomiędzy zworą 6 a drugą płytą 8 sprzęgła 5 są spiralne sprężyny 9, pełniące funkcję środków dociskających zworę 6 do belki 1. Pomiędzy zworą 6 a płytą 7 jest aktywator 10 w postaci stosu piezoelektryków. Alternatywnie, jak to pokazano na fig. 9, w celu zapewnienia przylegania warstw 2 i 3 belki 1, warstwy 2 i 3 są połączone ślizgowo za pośrednictwem podłużnych wpustów 11. Na fig. 8 przedstawiono sprzęgło 5, w którym środki 9 dociskające stanowią magnesy stałe umieszczone pomiędzy zworą 6 a płytą 8 sprzęgła 5. Alternatywnie aktywator 10 stanowi elektromagnes, który jest połączony ze sterownikiem, nie uwidocznionym na rysunku.

Zadaniem sprzęgła 5 jest lokalne, szybko-sterowalne zespalanie/rozłączanie warstwy 2 i 3 górnej i dolnej belki. Strategia sterowania rozłączaniem/zwieraniem sprzęgła 5 pokazana jest na fig. 2 do fig. 5 gdzie sprzęgło 5 zamontowane jest na belce 1. W chwili czasu odpowiadającej największemu względnemu przesunięciu warstw 2 i 3 w lokalizacji węzła fig. 3, układ sterujący uruchamia aktywator 10, powodujący odsunięcie zwory 6 od belki 1 (fig. 4) i wzajemne przemieszczenie warstw 2 i 3 względem siebie. Natychmiastowe odłączenie aktywatora 10 powoduje zwarcie sprzęgła 5 - jak to pokazano na fig. 5 - konserwując dyslokację, która działa hamująco (tłumiąco) na dalszy przebieg ruchu belki 1 do następnego punktu zwrotnego, w którym ponawiany proces sterowania.

Sprzęgło 5 zespala fragmenty warstw 2 i 3 belki 1 wykorzystując dociskaną przez mechanizm 9 dociskowy warstwę cierną do przenoszenia naprężeń stycznych w pozycji włączonego sprzęgła 5. Aktywator 10 służy do szybkiego uniesienia zwory 6 w celu wyzwolenia dyslokacji na skutek redukcji docisku warstw 2 i 3 wywoływanego przez mechanizm 9 dociskowy w pozycji wyłączonego sprzęgła 5.

Claims (1)

1. Półaktywny węzeł, zwłaszcza do tłumienia drgań, znamienny tym, że na belce (1), składającej się z dwóch przylegających do siebie ślizgowo warstw (2) i (3) zainstalowane jest sprzęgło (5), tak, że belka (1) znajduje się pomiędzy płytą (7) sprzęgła (5) a ruchomą zworą (6), zaś pomiędzy zworą (6) a płytą (8) sprzęgło (5) jest wyposażone w środki (9) dociskowe, a ponadto pomiędzy płytą (7) sprzęgła (5) a zworą (6) jest aktywator (10), przy czym sprzęgło (5) usytuowane jest korzystnie w miejscu największego względnego przesunięcia warstw (2) i (3) tej belki (1), zaś aktywator (10) jest połączony ze sterownikiem.

   Półaktywny węzeł, zwłaszcza do tłumienia drgań, według zastrz. 1, znamienny tym, że belka dwuwarstwowa (1) zaopatrzona jest w obejmy (4), co zapewnia przyleganie jej warstw (2) i (3). Półaktywny węzeł zwłaszcza do tłumienia drgań, według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwy (2) i (3) belki (1) połączone są za pośrednictwem wzdłużnych wpustów (11).

   Półaktywny węzeł zwłaszcza do tłumienia drgań, znamienny tym, że aktywator (10) stanowią elementy piezoelektryczne.

   Półaktywny węzeł zwłaszcza do tłumienia drgań, znamienny tym, że aktywator (10) stanowi elektromagnes.

   Półaktywny węzeł, zwłaszcza do tłumienia drgań, według zastrz. 1, znamienny tym, że środkami (9) dociskowymi są sprężyny.

   Półaktywny węzeł, zwłaszcza do tłumienia drgań, według zastrz. 1, znamienny tym, że środkami (9) dociskowymi są magnesy - stałe.