RU142137U1

RU142137U1 - DEVICE FOR REGULATING THE ELASTIC DISSIPATIVE PROPERTIES OF THE VIBRATION PROTECTIVE SYSTEM

Info

Publication number: RU142137U1
Application number: RU2014100299/11U
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Елисеев; Анатолий Иванович Артюнин; Евгений Витальевич Каимов; Андрей Владимирович Елисеев
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-06-20

Abstract

Устройство для регулирования упругодиссипативных свойств виброзащитной системы, содержащее упругие элементы, отличающееся тем, что между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малой диагонали установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты.A device for controlling the elastic-dissipative properties of a vibration-protective system, containing elastic elements, characterized in that a lower and upper lever system in the form of a rhombus is installed between the object of protection and the vibration exciter, a main spring and a basic damper are installed along a small diagonal, which are connected at one end to the object of protection and the other end with the pathogen; additional dampers are connected on both sides parallel to the main spring and the base damper, connected by sliding joints and regulated by the control unit when resonant vibrations of the protected object appear.

Description

Устройство относится к области машиностроения и может быть использовано в подвесках транспортных средств, оборудования, различных приборов и аппаратуры, а также в конструкциях кресел человека-оператора.The device relates to the field of engineering and can be used in the suspension of vehicles, equipment, various instruments and equipment, as well as in the construction of human operator chairs.

Изменение динамического состояния различных механических систем в настоящее время связано с введением в структуру виброзащитных колебательных систем различных связей в виде устройств, способных изменять частоты собственных колебаний и режимы динамического гашения, что позволяет обеспечить необходимые свойства виброзащитной системы. Возможности данных подходов определяются элементами конструктивной реализации устройств, способных рассеивать энергию колебаний. В связи с этим актуальным направлением является поиск рациональных решений, основанных на изменении динамического состояния виброзащитных систем.The change in the dynamic state of various mechanical systems is currently associated with the introduction of various bonds in the structure of vibration-protective vibrational systems in the form of devices capable of changing the frequencies of natural vibrations and dynamic damping modes, which allows providing the necessary properties of the vibration-protecting system. The capabilities of these approaches are determined by the elements of the constructive implementation of devices capable of dissipating vibrational energy. In this regard, the current direction is the search for rational solutions based on changes in the dynamic state of vibration protection systems.

Известно устройство для защиты от вибраций [Остроменский П.И., Никифоров И.С, Кинаш Н.Ж., Остроменская В.А. «Виброзащитная подвеска сидения», патент 2156192 C2 RU, ΜΠΚ B60N 2/54, приоритет от 15.07.1996]. Виброзащитная подвеска сиденья, содержащая несущую опору и подвесную опору, между которыми закреплен основной упругий подвес и корректор жесткости - дополнительный упругий подвес с неустойчивым средним положением равновесия, отличающаяся тем, что корректор жесткости выполнен из двух одинаковых, сжатых до овальной формы упругих кольцевых элементов, расположенных друг против друга симметрично относительно продольной оси симметрии сиденья, причем ближайшие участки упругих кольцевых элементов прикреплены шарнирно к одной опоре, а диаметрально противоположные участки кольцевых элементов шарнирно соединены с другой опорой, при этом большие оси симметрии сжатых упругих кольцевых элементов и оси всех их шарнирных соединений с опорами параллельны продольной оси сиденья. Виброзащитная подвеска сиденья, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен из троса. Виброзащитная подвеска сиденья, отличающаяся тем, что каждый упругий кольцевой элемент выполнен в виде бухты, намотанной, например, из пружинной ленты или проволоки с возможностью относительного перемещения витков с трением. Недостатком данного изобретения является наличие неустойчивого среднего положения корректора, что при динамических воздействиях может привести к неустойчивости виброзащитной системы в целом. Также к недостаткам следует отнести невозможность изменять параметры виброзащитной системы в широком диапазоне частот.A device for protection against vibrations [Ostromensky P.I., Nikiforov I.S., Kinash N.Zh., Ostromenskaya V.A. "Vibration protection of the seat", patent 2156192 C2 RU, ΜΠΚ B60N 2/54, priority from 07.15.1996]. Vibration-protective suspension of the seat, containing the bearing support and suspension support, between which the main elastic suspension and the stiffness corrector are fixed - an additional elastic suspension with an unstable average equilibrium position, characterized in that the stiffness corrector is made of two identical elastic ring elements compressed to an oval shape located against each other symmetrically relative to the longitudinal axis of symmetry of the seat, and the nearest sections of the elastic ring elements are pivotally attached to one support, and the diameter oppositely opposite sections of the annular elements are pivotally connected to another support, while the large axis of symmetry of the compressed elastic annular elements and the axes of all their pivot joints with supports are parallel to the longitudinal axis of the seat. Vibro-protective seat suspension, characterized in that each elastic ring element is made of a cable. Vibration protection of the seat, characterized in that each elastic ring element is made in the form of a coil wound, for example, from a spring band or wire with the possibility of relative movement of the coils with friction. The disadvantage of this invention is the presence of an unstable middle position of the corrector, which under dynamic influences can lead to instability of the vibration protection system as a whole. The disadvantages include the inability to change the parameters of the vibration protection system in a wide frequency range.

Известен способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью [Кочетов О.С, Кочетова М.О., Ходакова Т.Д. «Способ виброизоляции и виброизолятор с квазинулевой жесткостью», патент 2298119 C1 RU, МПК F16F 7/08, F16F 9/06, приоритет от 19.09.2005]. Способ виброизоляции, заключающийся в том, что виброизолируемый объект устанавливают на плоские упругие элементы, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью демпфера, при этом плоские упругие элементы выполняют в виде пакета упругих элементов арочного типа, а демпфирование колебаний осуществляют с помощью вязкоупругого демпфера, выполненного в виде упругодемпфирующего кольца, связанного с упругими элементами через втулки и расположенного в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси пакета упругих элементов, за счет радиальной деформации упругих элементов. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, содержащий плоские упругие и демпфирующие элементы, при этом плоские упругие элементы выполнены в виде пакета упругих элементов арочного типа в виде набора чередующихся во взаимно перпендикулярных направлениях плоских пружин, опирающихся на основание, а демпфирующий элемент виброизолятора выполнен в виде упругодемпфирующего кольца из эластомера, расположенного по замкнутому контуру в плоскости, перпендикулярной оси виброизолятора, и взаимодействующего с втулками, которые связаны с опорными участками плоских пружин посредством заклепок, причем упругодемпфирующее кольцо имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, отличающийся тем, что упругодемпфирующее кольцо выполнено полым и имеет в поперечном сечении форму круга, эллипса, треугольника, квадрата, прямоугольника, многоугольника. Виброизолятор с квазинулевой жесткостью, отличающийся тем, что полость упругодемпфирующего кольца заполнена вязкой жидкостью или сжатым до определенного давления воздухом или газом. Недостатками данного изобретения являются: необходимость при гашении колебаний использовать дополнительно демпфер вязкого трения; невозможность настройки устройства в процессе работы на необходимые режимы, в частотности отстраиваться от резонансных частот, осуществлять настройку режимов динамического гашения, получать условия «отрицательной» жесткости.A known method of vibration isolation and vibration isolator with quasi-zero stiffness [Kochetov O.S., Kochetova M.O., Khodakova TD "Method of vibration isolation and vibration isolator with quasi-zero stiffness", patent RU 2298119 C1, IPC F16F 7/08, F16F 9/06, priority from 09/19/2005]. The method of vibration isolation, which consists in the fact that the vibration insulated object is mounted on flat elastic elements, and vibration damping is carried out using a damper, while flat elastic elements are made in the form of a package of elastic elements of arch type, and vibration damping is carried out using a viscoelastic damper made in the form an elastic damping ring connected with elastic elements through the bushings and located in a plane perpendicular to the vertical axis of the package of elastic elements due to the radial oh deformation of the elastic elements. A vibration isolator with quasi-zero stiffness, containing flat elastic and damping elements, while the flat elastic elements are made in the form of a package of elastic elements of arch type in the form of a set of flat springs alternating in mutually perpendicular directions, resting on the base, and the damping element of the vibration isolator is made in the form of an elastic damping ring from an elastomer located in a closed loop in a plane perpendicular to the axis of the vibration absorber, and interacting with bushings that are associated with supporting sections of flat springs by means of rivets, and the elastic-damping ring in the cross section is in the form of a circle, ellipse, triangle, square, rectangle, polygon. A vibration isolator with quasi-zero stiffness, characterized in that the elastic damping ring is hollow and has a cross-section in the form of a circle, ellipse, triangle, square, rectangle, polygon. A vibration isolator with quasi-zero stiffness, characterized in that the cavity of the elastic damping ring is filled with a viscous liquid or compressed to a certain pressure air or gas. The disadvantages of this invention are: the need for damping vibrations to use an additional viscous friction damper; the impossibility of adjusting the device during operation to the necessary modes, in the frequency to tune from resonant frequencies, adjust dynamic quenching modes, and obtain conditions of "negative" stiffness.

К наиболее близкому техническому решению следует отнести «Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления» [Хоменко А.П., Елисеев СВ., Белокобыльский СВ., Упырь Р.Ю., Трофимов А.Н., Паршута Е.А., Сорин В.В. «Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления», патент 2440523 C2 RU, МПК F16F 15/04, приоритет 20.01.2012]. Способ регулирования жесткости заключается в установке пружины с положительной жесткостью и дополнительного упругого элемента в виде вращающихся масс. Вращение масс вокруг вертикальной оси создает центробежные силы, обеспечивающие изменение суммарной жесткости устройства. Вращение масс создает «отрицательную» жесткость, которая зависит от угловой скорости вращения.The closest technical solution should include "The method of regulating the rigidity of the vibration protection system and a device for its implementation" [Khomenko AP, Eliseev SV., Belokobylsky SV., Upyr R.Yu., Trofimov AN, Parshuta EA ., Sorin V.V. “A method for controlling the rigidity of a vibration-protective system and a device for its implementation”, patent 2440523 C2 RU, IPC F16F 15/04, priority 01.20.2012]. The method of controlling stiffness is to install a spring with positive stiffness and an additional elastic element in the form of rotating masses. The rotation of the masses around the vertical axis creates centrifugal forces, providing a change in the total rigidity of the device. The rotation of the masses creates a "negative" stiffness, which depends on the angular velocity of rotation.

Упругие дополнительные устройства представлены в виде отдельных масс, соединенных шарнирно с помощью рычагов с основанием и объектом защиты в возможность создания центробежных инерционных сил вращения, вокруг вертикальной оси.Elastic additional devices are presented in the form of separate masses pivotally connected by means of levers with a base and an object of protection to create centrifugal inertial forces of rotation around a vertical axis.

Виброзащитное устройство для реализации способа предусматривает, что упругие дополнительные устройства представлены в виде отдельных масс, соединенных шарнирно с помощью рычагов с основанием и с объектом защиты с возможностью создания центробежных инерционных сил при вращении из вокруг вертикальной оси.The vibration-protective device for implementing the method provides that the elastic additional devices are presented in the form of separate masses pivotally connected by means of levers with a base and with an object of protection with the possibility of creating centrifugal inertial forces when rotating from around a vertical axis.

К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность изменения упруго-диссипативных свойств виброзащитной системы.The disadvantages of this device include the impossibility of changing the elastic-dissipative properties of the vibration protection system.

Цель предлагаемого устройства заключается в том, чтобы регулировать упруго-диссипативные свойства виброзащитной системы.The purpose of the proposed device is to regulate the elastic-dissipative properties of the vibration protection system.

Цель достигается тем, что между объектом защиты и возбудителем колебаний установлена система нижних и верхних рычагов в виде ромба, по малому катету установлены основная пружина и базовый демпфер, которые соединены одним концом с объектом защиты и другим концом с возбудителем колебаний; параллельно основной пружине и базовому демпферу установлены по обе стороны дополнительные демпферы, связанные скользящими соединениями и регулируемые блоком управления при появлении резонансных колебаний объекта защиты.The goal is achieved in that a system of lower and upper levers in the form of a rhombus is installed between the object of protection and the vibration exciter, the main spring and the base damper are installed along the small leg, which are connected at one end to the object of protection and the other end to the oscillator; additional dampers are connected on both sides parallel to the main spring and the base damper, connected by sliding joints and regulated by the control unit when resonant vibrations of the protected object appear.

На фиг. 1 показана схема виброзащитной системы с обеспечением заданной жесткости.In FIG. 1 shows a diagram of a vibration protection system with a given stiffness.

На фигуре 1 представлены: объект защиты 1; основная пружина 2; рычаги 3; блок управления 4; скользящие соединения 5; базовый демпфер 6; дополнительные демпферы 7; силовые коммуникации 8; основание 9. Введены также следующие обозначения: M - масса объекта защиты; y - обобщенная система координат относительно неподвижного базиса; z - кинематическое возмущение; α - величина угла между ограничителями хода; k₀ - жесткость основного упругого элемента; k₁, k₂ - жесткости упругих ограничителей (принято k₁=k₂); b₁, b₂ - коэффициенты вязкого трения настроечных демпферов; D₁D₂, D₃D₄, D₅D₆, D₇D₈ - длины ограничителей хода дополнительных демпферов.The figure 1 presents: object of protection 1; main spring 2; levers 3; control unit 4; sliding joints 5; base damper 6; additional dampers 7; power communications 8; base 9. The following designations are also introduced: M - mass of the object of protection; y is a generalized coordinate system with respect to a fixed basis; z is the kinematic perturbation; α is the angle between the stroke limiters; k ₀ is the stiffness of the main elastic element; k ₁ , k ₂ - stiffness of the elastic limiters (accepted k ₁ = k ₂ ); b ₁ , b ₂ - coefficients of viscous friction of tuning dampers; D ₁ D ₂ , D ₃ D ₄ , D ₅ D ₆ , D ₇ D ₈ are the lengths of the travel stops of the additional dampers.

Устройство работает следующим образом: при вибрациях основания 9 возникают вертикальные колебания объекта защиты 1. Эти колебания передаются через систему, содержащую упругие элементы (пружины, демпферы). В заданном режиме колебания гасятся с помощью основной пружины 2 и базового демпфера 6. В случае недостаточной жесткости указанных упругих элементов начинают работать дополнительные демпферы 7. С помощью дополнительных демпферов 7 можно менять жесткость всей системы. Колебания наряду с объектом защиты 1 воспринимает блок управления 4, расположенный на объекте защиты 1. Блок управления 4 запрограммирован на определенную амплитуду и частоту колебаний. В случае выхода за установленные амплитуду и частоту колебаний объекта защиты 1 блок управление воспринимает это отклонение и дает команду дополнительным демпферам 7 сдвинуться в сторону увеличения или уменьшения жесткости устройства посредством силовых коммуникаций 8. Изменения жесткости осуществляется с помощью закрепления на рычагах 3 скользящих соединений 5 с дополнительными демпферами 7. Когда устройство обеспечит гашение колебаний в заданном режиме, дается команда блоком управления 4 снять жесткое закрепление скользящих соединений 5.The device operates as follows: with vibrations of the base 9, vertical vibrations of the object of protection 1 arise. These vibrations are transmitted through a system containing elastic elements (springs, dampers). In a given mode, the vibrations are damped using the main spring 2 and the base damper 6. In the case of insufficient stiffness of these elastic elements, additional dampers 7 start working. With the help of additional dampers 7, the stiffness of the entire system can be changed. Oscillations along with the object of protection 1 perceives the control unit 4 located on the object of protection 1. The control unit 4 is programmed for a specific amplitude and frequency of oscillation. In case of exceeding the set amplitude and frequency of oscillations of the protection object 1, the control unit perceives this deviation and gives the command to additional dampers 7 to move towards increasing or decreasing the stiffness of the device by means of power communications 8. The stiffness is changed by attaching the sliding joints 5 with additional levers 3 with additional dampers 7. When the device provides damping in a given mode, a command is given by the control unit 4 to remove the rigid fastening of the sliding joint 5.

Предлагаемое устройство для регулирования упруго-диссипативных свойств виброзащитной системы, по сравнению с известными виброзащитными системами для объекта защиты, позволяет изменять свойства системы путем введения упруго-диссипативных элементов, положение которых может изменяться при использовании специальных механизмов перемещения, что обеспечивает возможность изменять приведенное значение коэффициента вязкого трения дополнительных демпферов и соответственно.The proposed device for controlling the elastic-dissipative properties of the vibration-protective system, compared with the known vibration-protective systems for the object of protection, allows you to change the properties of the system by introducing elastic-dissipative elements, the position of which can be changed using special movement mechanisms, which makes it possible to change the reduced value of the viscous coefficient friction of additional dampers and respectively.

По результатам численного эксперимента было установлено, что упруго-диссипативные свойства виброзащитной системы улучшаются при перемещении дополнительных демпферов к точкам D₂, D₃, D₆, D₇, сохраняя объект защиты в состоянии равновесия.According to the results of a numerical experiment, it was found that the elastic-dissipative properties of the vibration protection system improve when additional dampers are moved to points D ₂ , D ₃ , D ₆ , D ₇ , while maintaining the object of protection in equilibrium.

Claims

A device for controlling the elastic-dissipative properties of a vibration-protective system, containing elastic elements, characterized in that a lower and upper lever system in the form of a rhombus is installed between the object of protection and the vibration exciter, a main spring and a basic damper are installed along a small diagonal, which are connected at one end to the object of protection and the other end with the pathogen; additional dampers are connected on both sides parallel to the main spring and the base damper, connected by sliding joints and regulated by the control unit when resonant vibrations of the protected object appear.