RU2668887C1 - Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации - Google Patents

Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации Download PDF

Info

Publication number
RU2668887C1
RU2668887C1 RU2017120619A RU2017120619A RU2668887C1 RU 2668887 C1 RU2668887 C1 RU 2668887C1 RU 2017120619 A RU2017120619 A RU 2017120619A RU 2017120619 A RU2017120619 A RU 2017120619A RU 2668887 C1 RU2668887 C1 RU 2668887C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lever
intermediate body
technical object
mass
oscillations
Prior art date
Application number
RU2017120619A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Викторович Елисеев
Сергей Констиантинович Каргапольцев
Алексей Иванович Орленко
Андрей Владимирович Елисеев
Дык Хуинь Нгуен
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority to RU2017120619A priority Critical patent/RU2668887C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2668887C1 publication Critical patent/RU2668887C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/104Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области машиностроения. Регистрируют колебания основания, промежуточного тела и технического объекта с помощью датчиков. Гасят колебания посредством сервопривода и установки на промежуточном теле пилона с рычагом. Один конец рычага соединяют упругим элементом с промежуточным телом и пилоном с техническим объектом. На другой конец рычага устанавливают массу, соединенную упругими элементами с промежуточным телом и техническим объектом. Устройство содержит датчики регистрации колебаний. Сервопривод и дополнительная масса с рычагом установлены на конце рычага. Достигается улучшение управления динамическим состоянием защиты объекта. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области динамики машин, оборудования и аппаратуры, работающих в условиях интенсивного динамического нагружения. Известны многие способы и средства защиты объектов от силовых и кинематических возмущений, что связано с введением или формированием специальных устройств в виде амортизаторов, демпферов, рессор и специальных устройств с использованием рабочих сред и электромагнитных эффектов.
Динамические гасители колебаний представляют собой достаточно автономную область виброзащитных устройств, полезные функции которых реализуется в том, что внешние силы, действующие на объект, уравновешиваются инерционными силами, возникающими при воздействиях элементов.
Известно изобретение RU 157103 U1, МПК F16F 15/00, опубликовано 20.11.2015, патент на полезную модель "Динамический гаситель колебаний". Полезная модель относится к динамическим гасителям в структуре которых используются рычажные связи, обеспечивающие не только взаимодействие элементов, но и размещение на звеньях механизмов дополнительных масс. Динамический гаситель имеет пневмо-механическую упругую систему, состоящую из рабочей и демпферной камер, обеспечивающих возможность самоперестройки при переходе из режима низкочастотных воздействий к восприятию внешнего возмущения в области высоких частот. Недостатком данного изобретения является отсутствие возможностей влиять на настройку системы к реализациям режимов динамического гашения на основе использования дополнительных масс, которые жестко закреплены на концах звеньев.
Известно изобретение RU 133232 U1, МПК F16F 7/10, опубликовано 10.10.2013, патент на полезную модель "Устройство для гашения колебаний". Устройство для гашения колебаний представляет по своей сути рычажный динамический гаситель колебаний. Эффект динамического гашения колебаний обеспечивается дополнительной массой, закрепленной на рычаге второго рода. Точка вращения рычага опирается на вибрирующую поверхность, что создает необходимое уменьшение колебаний объекта при кинематическом возмущении в области частот динамического гашения. Основной недостаток устройств заключается в узости частотного диапазона динамического гашения колебаний и запирании устройства на высоких частотах.
Известно устройство для гашения колебаний на техническом объекте при действии вибраций основания, представленное авторским свидетельством на изобретение SU 540081 A1, МПК F16F 5/00, опубликовано 25.12.1976 "Двухкаскадное устройство для гашения вибраций". Устройство представляет управляемую систему, в которой технический объект защищается от вибраций упругой пружиной постоянной жесткости и активным элементом в виде гидроцилиндра, золотник которого управляется на основе сигнала, поступающего от датчика динамического состояния объекта. Основной недостаток изобретения заключается в необходимости обеспечения высоких требований к условиям эксплуатации электрогидравлического блока, находящегося под действием внешних возмущений.
Известно изобретение RU 2475658 C2, МПК F16F 7/10, опубликовано 20.02.2013, "Способ регулирования жесткости виброзащитной системы и устройство для его осуществления". Способ предлагает реализацию режима динамического гашения колебаний объекта защиты со стороны опорной поверхности с помощью присоединяемого дополнительного твердого тела, на котором установлены два вращающихся в разные стороны рычага. Каждый рычаг приводится во вращения вокруг своей оси с помощью электродвигателя. Дисбаланс на вращающемся рычаге может менять свое расстояние от оси вращения, что обеспечивается соответствующей системой управления. Недостаток системы заключается в сложности обслуживания и зависимости от параметров подаваемой электроэнергии; изменение скорости вращения двигателя приводит к выходу из режима динамического гашения колебаний. Существенным недостатком является возможность сбоя разности фаз во вращающихся рычажных механизмах.
В качестве прототипа выбирается вышеприведенный способ регулирования и устройство для его осуществления в силу наличия в нем определенных достоинств, которые могут быть развиты, а использованный подход улучшен.
Предлагаемое изобретение предназначено для решения задач управления динамическим состоянием защиты технического объекта. Такого рода задачи характерны для вибрационной защиты прецизионного оборудования, приборов и аппаратуры.
Задача решается следующим образом.
Способ динамического гашения колебаний технического объекта, включающий гашение колебаний, с помощью системы упругих элементов и масс. Регистрируют колебания основания, промежуточного тела и технического объекта с помощью датчиков. Полученную информацию передают в блок управления, после обработки информации проводят гашения колебаний, используя сервопривод и установку на промежуточное тело пилон (опора) с рычагом, один конец рычага соединяют упругим элементом с промежуточным телом и пилоном с техническим объектом. Другой конец рычага устанавливают массу, которую соединяют упругими элементами с промежуточным телом и техническим объектом. На самом конце рычага устанавливают сервопривод с дополнительной массой и рычагом.
Устройство для осуществления способа динамического гашения колебаний технического объекта, состоит из промежуточного тела, дополнительных масс и упругих элементов. На техническом объекте, промежуточном теле и основании устанавливаются датчики регистрации колебаний. На промежуточном теле также имеется пилон (опора) с рычагом, один конец рычага соединен упругим элементом с промежуточным телом и с помощью пилона с техническим объектом. На другом конце рычага имеется масса, соединенная упругим элементом с техническим объектом и промежуточным телом, причем на самом конце рычага установлены сервопривод и дополнительная масса с рычагом.
На фиг. 1 показана схема динамического гашения колебаний технического объекта.
На фиг. 1 обозначены: технический объект 8 в виде твердого тела массой m2 опирается через систему упругих элементов 2, 5, 13, 16 с жесткостями k1, k2, k4 и k3 соответственно на основание 1. Для связи промежуточного тела 3 с рычагом 6 используется пилон (опора) 4. При этом технический объект 8 также соединен пилоном 7 с рычагом 6. Упругий элемент 5 в точке O2 опирается на рычаг 6. Рычаг 6 имеет две точки контактов с пилонами 7 и 4 соответственно в тт. O2, O1. На конце рычага 6 размещается масса 14 (m0); на продолжении рычага 6 расположена также дополнительная масса 17 массой m00, которая может перемещаться относительно т. А рычага 6 с помощью устройства изменения длины плеча сервопривода 15. Управление виброзащитной системой осуществляется блоком управления 11. Блок управления 11 получает информацию о состоянии технического объекта 8, промежуточного тела и основания через датчики 9, 18, 20. Сбор информации и питание сервопривода 15 осуществляется коммуникациями 10, 12, 19, 21.
Способ управления динамическим состоянием технического объекта реализуется при возникновении вибраций основания 1. При вибрациях основания 1 колебания передаются через упругий элемент 2 жесткостью k1 на промежуточное тело 3 массой m1. Промежуточное тело через пружину 5 жесткость k2 в точке O2 передает динамическое усилие техническому объекту защиты 8 через пилон 7. Одновременно на промежуточном теле 3 в точке O1 установлен пилон 4 с рычагом 6.
Промежуточное тело 3 передает колебание через упругий элемент 16 жесткостью k3 масса 14 массой m0, установленному на конце рычага 6 (точка А). От рычага 6 динамические усилия через упругий элемент 13 жесткостью k4 и пилон 7 создают воздействия, определяющие динамическое состояние технического объекта 8. Дополнительным фактором, влияющим на распределении сил, является дополнительная масса 17 массой m00.
В целом технический объект с присоединенными элементами образует механическую колебательную систему с двумя степенями свободы, в которой кинематическое внешнее воздействие вызывает движение элементов системы, которые связаны между собой и при определенных условиях обеспечивают параметры движения по отдельным точкам в режимах динамического гашения колебаний.
Такой режим обеспечивает система управления перемещением дополнительной массы m00. Необходимый режим работы достигает в режиме самонастройки на основе использования информации от датчиков динамического состояния технического объекта и датчиков изменения вибраций основания и промежуточного тела.
В приложении дано теоретическое обоснование реализации и эффективности работы предлагаемого способа динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Теоретическое обоснование
На Рис. 1 рассматривается механическая колебательная система с двумя степенями свободы как расчетная схема виброзащитной системы, состоящей из объекта защиты массой m2, промежуточного инерционного устройства с массой m1. Объекта защиты m2 и промежуточное устройство m1 соединяются между собой с помощью рычага, который имеет вращательные кинематические пары с пилонами, установленными соответственно на объекте защиты и промежуточной массе m1, как показано на Рис. 1.
Figure 00000001
Объект защиты упруго опирается на промежуточное устройство m1 и рычаг (m0) с помощью упругих элементов с жесткостями k2, k3, k4. Промежуточное устройство m1 подпружинено по отношению к основанию упругим элементом с жесткостью k1. Движение системы описывается в координатах y1, y2, y'0. Плечи рычажного механизма обозначены как l1, l2, l0 (l1=АВ, l2=ВА1, l01А2). Устройство виброзащитной системы предполагает наличие двух сосредоточенных масс mо и m00. Первая масса используется для предварительной настройки в предполагаемом диапазоне внешних воздействий со стороны основания или опорной поверхности. Вторая масса m00 имеет возможность изменять свое положение относительно точки A1 путем изменения длины плеча l0, что достигается с помощью сервопривода, управляемого специальной системой, реализующей алгоритм обработки информации о динамическом состоянии элементов рассматриваемой системы.
По-существу, установление настроечной массы m00, является введением в систему дополнительной инерционной связи. Ниже представлены детали системы на основе методов структурного математического моделирования [1÷3].
1. Введение дополнительной инерционной связи т0о изменяет выражения для кинетической энергии системы
Figure 00000002
С учетом особенностей сложения переносного и относительных движений получим для координаты
Figure 00000003
соотношение:
Figure 00000004
принимаем
Figure 00000005
, где
Figure 00000006
.
Таким образом выражение для кинетической энергии системы опеределяется:
Figure 00000007
Выражение для потенциальной энергии в данном случае:
Figure 00000008
Коэффициенты уравнений движения системы с учетом т0о в координатах
Figure 00000009
,
Figure 00000010
приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Коэффициенты уравнений движения при введении дополнительной массы m00 в координатах
Figure 00000009
,
Figure 00000010
Figure 00000011
2. Запишем передаточные функции системы при введении дополнительной массы m00
Figure 00000012
Figure 00000013
где
Figure 00000014
- характеристическое частотное уравнение при введенной дополнительной массе m00.
3. Система с дополнительной массой m00 при кинематическом возмущении z(f) имеет режимы динамического гашения колебаний по координатам
Figure 00000015
,
Figure 00000016
соответственно
Figure 00000017
Figure 00000018
Передаточная функция межпарциальной связи имеет вид:
Figure 00000019
При i=0, i0=0 выражение (28) приводится к виду
Figure 00000020
На Рис. 2 приведены амплитудно-частотные характеристики для модельной задачи.
Figure 00000021
Амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) представляют собой отношение амплитуды колебаний на объекте защиты m2 (координата y2) к внешнему воздействию в виде смешения или амплитуда вибраций основания z(t). Если отношение амплитуд колебаний меньше единицы, то наблюдается снижение внешних возмущений. Кривая 2 соответствует условию
Figure 00000022
.
Такая кривая отражает частные свойства системы, т.(1) соответствует частоте собственных колебаний для этого случая. Линия уровня виброзащиты (кривая 0) отражает ограничения на параметры снижения амплитуды колебаний объекта. Пересечение кривой 0 и АЧХ определяет диапазон частот, при котором возможно снижения действия вибраций. Вырожденный случай очевидно нерационален для работы оборудования.
Режим динамического гашения колебаний для случая, представляемого кривой 1, реализуется на частоте, соответствующей т.(10) на оси абсцисс. Система эффективно работает в режиме уменьшения колебаний на объекте правее т.(10). Если ориентироваться на предельные нормы снижения вибрации до 0.3 (кривые 0), то режим эффективной виброзащиты начинается с т.(11). Кривая 1 построена при значении настроечного параметра m00=2 кг. Если настроечный параметр m00=10 кг (кривая 3), то частота динамического гашения определяется положением т.(9) на оси абсцисс. В этом случае частота динамического гашения находится между частотами собственных колебаний (тт.(2) и (4)). Частотный диапазон эффективной защиты начинается с т.(3), которая продолжается до т.(3'), затем режим приемлемого рабочего состояния начинается с т.(6). Точка т.(6) находится значительно левее, чем т.(10). Таким образом величина m00 как настроечный параметр существенным образом увеличивает диапазон частот эффективной защиты.
Промежуточное значение настроечного параметра дают соответствующие коррекции величины частотного диапазона эффективной защиты. Важным обстоятельством является то факт, что увеличение m00 или эквивалентное увеличение передаточного отношения i0, приводят к формированию частотного диапазона, в рамках которого будет соблюдаться условие поддержания коэффициента снижения амплитуды внешних воздействий.
Система управления обеспечивает поднастройку параметров динамического состояния в расширенном частотном диапазоне за счет сдвига частот динамического гашения колебаний в сторону более низких значений частот.
При построении алгоритма управления динамическим состоянием частота динамического гашения по координате y2 (то есть положение объекта) является предварительным ориентиром, поскольку диапазон эффективной защиты будет зависеть от крутизны наклона линий АЧХ. В качестве рабочего диапазона выбирается частота, определяемая положением точки пересечения АЧХ при соответствующем значении m00 и линии уровня уменьшения амплитуд колебаний. На Рис. 2 приведены данные характеризующие свойства системы при промежуточных значениях m00, информация о параметрах системы приводится в подрисуночной надписи.
Использованная литература
1. Елисеев С.В., Резник Ю.Н., Хоменко А.П. и др. Динамический синтез в обобщенных задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов. Иркутск: ИГУ, 2008. 523 с.
2. Елисеев С.В., Резник Ю.И., Хоменко А.П. Мехатронные подходы в динамике механических колебательных систем. - Новосибирск: Наука, 2011. - 384 с.
3. Елисеев С.В., Артюнин А.И. Прикладная теория колебаний в задачах динамики линейных механических систем. Новосибирск: Наука, 2016. 459 с.

Claims (2)

1. Способ динамического гашения колебаний технического объекта, включающий гашение колебаний, используя систему упругих элементов и масс, отличающийся тем, что регистрируют колебания основания, промежуточного тела и технического объекта с помощью датчиков и передают информацию в блок управления, после обработки информации проводят гашения колебаний, используя сервопривод и установку на промежуточное тело пилона (опоры) с рычагом, причем один конец рычага соединяют упругим элементом с промежуточным телом и пилоном с техническим объектом, на другой конец рычага устанавливают массу, которую соединяют упругими элементами с промежуточным телом и техническим объектом, кроме того, на самом конце рычага устанавливают сервопривод с дополнительной массой и рычагом.
2. Устройство для осуществления способа динамического гашения колебаний технического объекта, состоящее из промежуточного тела, массы, дополнительной массы и упругих элементов, отличающееся тем, что на техническом объекте, промежуточном теле и основании устанавливают датчики регистрации колебаний, а на промежуточном теле установлен пилон (опора) с рычагом, на одном конце рычаг соединен упругим элементом с промежуточным телом и с помощью пилона - с техническим объектом, на другом конце рычага имеется масса, соединенная с помощью упругих элементов с техническим объектом и промежуточным телом, причем на самом конце рычага установлены сервопривод и дополнительная масса с рычагом.
RU2017120619A 2017-06-13 2017-06-13 Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации RU2668887C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120619A RU2668887C1 (ru) 2017-06-13 2017-06-13 Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120619A RU2668887C1 (ru) 2017-06-13 2017-06-13 Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2668887C1 true RU2668887C1 (ru) 2018-10-04

Family

ID=63798451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017120619A RU2668887C1 (ru) 2017-06-13 2017-06-13 Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2668887C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4793653A (en) * 1986-12-29 1988-12-27 Ikeda Bussan Co., Ltd. Reclining device for automotive seat
RU2282075C1 (ru) * 2005-03-14 2006-08-20 Олег Савельевич Кочетов Пружинный виброизолятор с сухим трением
JP2007247733A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Takanori Sato ダンパーセット
RU2595733C2 (ru) * 2014-11-13 2016-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" ФГБОУ ВО ИрГУПС Способ настройки режимов работы виброзащитной системы и устройство для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4793653A (en) * 1986-12-29 1988-12-27 Ikeda Bussan Co., Ltd. Reclining device for automotive seat
RU2282075C1 (ru) * 2005-03-14 2006-08-20 Олег Савельевич Кочетов Пружинный виброизолятор с сухим трением
JP2007247733A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Takanori Sato ダンパーセット
RU2595733C2 (ru) * 2014-11-13 2016-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" ФГБОУ ВО ИрГУПС Способ настройки режимов работы виброзащитной системы и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5456341A (en) Method and apparatus for actively adjusting and controlling a resonant mass-spring system
Zilletti Feedback control unit with an inerter proof-mass electrodynamic actuator
US8914154B2 (en) Active tuned vibration absorber
JP6643339B2 (ja) 垂直バネ機構を有する適応性のある振り子ダンパ
CN203834722U (zh) 自供电式半主动调谐质量阻尼器
CN105926796A (zh) 压电阻尼智能调谐减振控制装置
US7707787B2 (en) Damping device and method for setting natural frequency of damping body in the damping device
RU2595733C2 (ru) Способ настройки режимов работы виброзащитной системы и устройство для его осуществления
GB2623270A (en) Shock-based damping systems and mechanisms for vibration damping in downhole applications
CN206376390U (zh) 一种三维多频调谐质量阻尼器减震控制装置
CN113565912B (zh) 一种共振频率自适应快速可调的动力吸振结构及方法
Ha et al. Low-energy structures embedded with smart dampers
RU2668887C1 (ru) Способ динамического гашения колебаний технического объекта и устройство для его реализации
EP2032872B1 (en) Arrangement for damping oscillations in an oscillating mass in a paper/board machine environment
CN202338591U (zh) 星载变阻尼减振装置
Long et al. Design of smart machinery installations to reduce transmitted vibrations by adaptive modification of internal forces
JP2001349094A (ja) 同調振り子式制振装置
CN108566032B (zh) 一种电机减震装置
Preumont et al. Hybrid mass damper: a tutorial example
Jalili Semi-Active Suspension Systems
GB2480785A (en) An active tuned vibration absorber
RU2604250C2 (ru) Способ и устройство для динамического гашения колебаний
KR102142154B1 (ko) 제진장치
CN108194573A (zh) 一种多工况自适应隔振系统及其控制方法
RU2689901C2 (ru) Устройство управления вибрационным полем технологической машины

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200614