RU2698595C1 - Магнитоэластичный управляемый демпфер - Google Patents
Магнитоэластичный управляемый демпфер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698595C1 RU2698595C1 RU2018137429A RU2018137429A RU2698595C1 RU 2698595 C1 RU2698595 C1 RU 2698595C1 RU 2018137429 A RU2018137429 A RU 2018137429A RU 2018137429 A RU2018137429 A RU 2018137429A RU 2698595 C1 RU2698595 C1 RU 2698595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnets
- magnetoelastic
- damper
- digital
- control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression 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
- F16F15/03—Suppression 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 magnetic or electromagnetic means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/32—Details
- F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения. Магнитоэластичный управляемый демпфер содержит корпус, в полости которого установлен электромагнит в виде соленоида с железным сердечником. Установка электромагнитов выполнена по многослойной схеме. Электромагниты расположены в открытой сверху полости корпуса с возможностью перемещения их при деформации от изменения нагрузки на демпфер и разделенны между собой слоями из эластичного магнитореологического материала. Электромагниты соединены с системой активного управления с учетом определенной последовательности положения полярности магнитов с прямой и обратной связью. Система активного управления включает контрольный вибродатчик, опорные вибродатчики-пъезоакселерометры, управляющие блоки, аналого-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи и компьютер с программным продуктом управления. Достигается расширение диапазона демпфирования. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к защите от колебаний и вибраций и может быть использовано в виброзащитной и приборной технике, в нано и космических технологиях, где необходимо в автоматическом режиме контролировать и поддерживать минимальный уровень вибраций научных и технических объектов, используемых в различных областях техники. Например, в местах максимальных колебаний-пучностях 1-го, 2-го, 3-его тона изгибных колебаний крыла, фюзеляжа самолета, корпуса ракеты.
Известна активная опора, содержащая полый корпус и основание, соленоид, расположенный в полости корпуса, сердечник, расположенный в полости соленоида сопряженный с основанием, а также мембрану из упругого магнитореологического материала, закрепленную по периметру на корпусе с расположением внутренней поверхности с зазором относительно сердечника. Корпус, основание и сердечник изготавливаются из магнитного материала. (Патент РФ на изобретение №2404380 «Управляемая опора», F16F 9/53, 2009 г.).
Недостатком данного устройства является использование мембраны, установленной с заданным зазором относительно корпусов катушек и соленоида. Мембрана перемещается в пределах незначительного зазора -показано на рисунках; мембрана принимает на небольшом радиусе по центру сферическую форму т.е. происходит перемещение опорной детали на незначительное расстояние. В случае возникновения колебаний (вибраций) со значительными амплитудами и ускорениями, т.е. на резонансных режимах отсутствует возможность эффективного гашения таких колебаний.
Предложенное в аналоге активное противофазное гашение в широком и высокочастотном режиме колебаний в магнитоэластичных и резиноподобных материалах эластомерах является затруднительным из-за медленного возвращения в равновесное состояние (по сравнению с металлами) в особенности при высокочастотных режимах колебаний.
Наиболее близким является устройство с управляемой опорой с использованием упругого элемента магнитореологического материала и обладающей возможностью активного позиционирования в автоматическом режиме в противофазе внешним возмущающим колебаниям с минимальным временем переходных процессов с обеспечением активного демпфирования, регулировки и стабилизации ускорения объекта, а также возможности перемещения объекта в заданном направлении с увеличенным диапазоном значений. (Патент РФ на изобретение №2611691. «Активная виброизолирующая платформа на основе магнитореологических эластомеров», F16f 15/05, 2015 г.).
Недостатком данного устройства является его громоздкость: использование соленоидов, сердечников и установки мембран с зазором относительно сердечника; также необходимость создания узлов активной подвески, содержащей массовые корректоры, шарниры «вал-втулка» или упругие шарниры в виде плоской пружины, маятники, несущие цилиндрические пружины с возможностью регулировки их предварительного натяжения, плоские пружины и конические опоры для вывешивания объекта. Кроме того, противофазное гашение требует весьма точной настройки и отслеживания фаз колебаний. Цель, на которую направлено заявляемое изобретение заключается в расширении частотного диапазона демпфирования колебаний, в упрощении и облегчении конструкции устройства.
Решение, на которое направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении диапазона демпфирования не путем противофазного гашения колебаний или вибраций, а с помощью изменения упруго-жесткостных характеристик опоры, для смещения или увода резонансных колебаний в область низких или высоких частот относительно рабочих частотных режимов виброгасимого объекта.
Сущность изобретения заключается в создании отдельной опоры или системы связанных в автоматическом режиме опор с активной виброизоляцией, позволяющей по измеренным вибрациям (например, виброускорениям) на демпфируемом изделии, с помощью обратной связи производить в моменты их роста изменение или перестройку упруго-жесткостных параметров опоры, создавая автоматический увод от возрастающих вибраций и возникающих резонансных режимов на рабочих частотах машины (изделия).
Устройство демпфера для активного гашения колебаний, содержащего одну опору показано на фиг. 1;
На фиг. 2 - схема многоопорного демпфера;
На фиг. 3 показано сечение А-А для расположения на опорном основании;
На фиг. 4 для расположения системы из трех опор. Магнитоэластичный управляемый демпфер содержит закрепленный на основании 1 корпус 2, в полости которого установлены электромагниты прямой и обратной полярности соответственно 3 и 4, выполненные в виде соленоида с железным сердечником (на фиг.1 не показан). В данной конструкции использована многослойная схема установки двух и более электромагнитов, расположенных в открытой сверху полости корпуса 2 с возможностью перемещения их при деформации от изменения нагрузки на демпфер и разделенных между собой слоями из эластичного магнитореологического материала опоры 6, при этом электромагниты соединены с системой активного управления с учетом определенной последовательности положения полярности магнитов с прямой и обратной связью, включающую в себя контрольный вибродатчик 7, опорный вибродатчик 8, аналого-цифровые преобразователи 9 и 10, цифро-аналоговые преобразователи 12 и 13 и компьютер с программным продуктом управления 11. Количество и последовательность расположения магнитореологических материалов и электромагнитов зависит от заданных условий нагрузочных деформаций. Кроме того, магнитоэластичный управляемый демпфер может быть выполнен в виде двух и более опор, установленных на опорное основание или фундамент.
Устройство содержит демпфируемое изделие 5 (в качестве примера на фиг. 1 показан электромотор. Нижний торец электромагнита 3 прямой полярности закреплен в корпусе 2, а верхний торец прикреплен к нижнему торцу опоры 6. Нижний торец электромагнита 4 обратной полярности прикреплен к верхнему торцу опоры 6. Электромагнит 4 с установленным на нем демпфируемым изделием 5 и магнитоуправляемая эластичная опора 6 установлены в корпусе 2 свозможностью свободного перемещения в направлении демпфирования колебаний объекта. Корпус 2 закреплен на основании 1. Устройство включает в себя активное управление магнитоуправляемой эластичной опоры 6 с обратной связью. Оно содержит вибродатчик опорного сигнала (например, пъезоакселерометр) 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9 и 10, компьютер 11, цифро-аналоговый преобразователи (ЦАП) 12 и 13.
Устройство автоматического демпфирования работает следующим образом. Контрольный сигнал с вибродатчика 7 поступает в АЦП 10 и далее в компьютер 11. Сигнал с вибродатчика 8 поступает в АЦП 9 и далее в компьютер 11. В компьютере 11 происходит сравнение сигналов, поступивших с датчика 7 и датчика 8. После сравнительного анализа и обработки сигналов, при превышении допустимого порогового значения вибрации на контролируемом изделии 5, компьютер 11 подает управляющий сигнал на блоки ЦАП 12 или 13 для создания магнитных полей соответственно в электромагнитах 3 и 4. Электромагнит прямой полярности 3 в зависимости от подаваемой силы тока создает магнитный поток заданной силы на магнитоуправляемой опоре 6. Магнитоуправляемая эластичная опора деформируется вследствие диполь-дипольного взаимодействия мельчайших частиц материала наполнителя мягкой полимерной матрицы; частицы материала стягиваются и образуют непрерывные более плотные структуры в виде более жестких цепочек. Вследствие этого модуль упругости опоры 6 в зависимости от силы магнитного потока может многократно увеличиваться; жесткость опоры 6 соответственно увеличивается и, следовательно, растет резонансная частота демпфера. Электромагнит обратной полярности 4 создает встречное магнитное поле по отношению к магнитному полю, создаваемому электромагнитом 3. Демпферная опора 6 деформируется путем растяжения. Образованные непрерывные структуры материала в виде жестких цепочек растягиваются (разрываются), перераспределяются и становятся менее плотными вследствие этого модуль упругости и соответственно, жесткость опоры 6 уменьшается и, следовательно, резонансная частота демпфера уменьшается. Сигналы на управление электромагнитами задаются программой, установленной в компьютере 11 в соответствии с разработанными техническими условиями.
Вариант исполнения заявленного устройства демпфера для активного гашения колебаний, содержащего две опоры показан на фиг.2. Устройство содержит демпируемое изделие 1 (например, многослойная композитная пластина), контрольный вибродатчик 2, вибродатчики опорного сигнала 3 и 4 (например, пъезоакселерометры), аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, компьютер 7, цифро-аналоговые преобразователи 8 и 9, электромагниты прямой полярности 10 и 11, электромагниты обратной полярности 12 и 13, магнитоуправляемые эластичные опоры 14 и 15, корпуса 16 и 17, контрольный датчик 18, опорное основание, (фундамент) 19, корпус 20. Демпфируемое изделие 1 может быть объединено с корпусом 20. На фиг. 3 показано сечение А-А для расположения на опорном основании (фундаменте) системы активного гашения колебаний, состоящей из двух опор. Устройство автоматического демпфирования колебаний может содержать более двух опор. На фиг. 4 показано сечение в этой же плоскости для расположения системы активного гашения колебаний, состоящей из трех опор. В этом варианте устройство позволяет демпфировать колебания в различных пространственных, угловых направлениях. Устройство автоматического демпфирования колебаний на двух опорах работает следующим образом. Опорные сигналы с вибродатчиков 3 и 4 передаются соответственно в АЦП 5 и 6. Сигнал с контрольного датчика 2 также поступает в АЦП 5 и 6. Переданные с АЦП 5 и 6 в компьютер 7 сигналы сравниваются и обрабатываются по заданной программе. Контрольный датчик 18 может встраиваться в данную схему обработки данных как датчик дополнительных сигналов на опорном основании 19. В соответствии с анализом полученных и обработанных сигналов с компьютера 7 после прохождения через ЦАП 8 и 9 подаются команды на управление электромагнитами 10, 11, 12 и 13.
Устройство позволяет с помощью регулировки упруго-жесткостных характеристик магнитоуправляемых опор 14 и 15 уводить демпфируемое изделие от резонансных частот, возникающих на рабочих режимах эксплуатации изделия 1. Смещение или увод резонансных частот может осуществляться в область более высоких частот - f2 или в область более низких частот - f3 относительно рабочей частоты - f1; показано на рис. 5. Увеличение жесткости опор 14 и 15 позволяет отстраивать или уходить от резонансной частоты в системе в более высокочастотную область колебаний демпфирования. Для устранения резонанса на рабочих частотах в системе и увода работы системы, с помощью настройки демпфера в высокочастотную область с компьютера 7 цифровые сигналы подаются на блоки ЦАП 8 и 9 и далее сигналы подаются на включение электромагнитов прямой полярности 10 и 11. Магнитоуправляемые опоры 14 и 15 приобретают большую жесткость, вследствие этого частота колебаний в системе возрастает. Уменьшение жесткости опор 14 и 15 позволяет уводить систему от возникающей резонансной частоты в низкочастотную область колебаний демпфирования. Для отстройки от резонансной частоты в системе и увода работы демпфера в низкочастотную область с компьютера 7 цифровые сигналы подаются на блоки ЦАП 8 и 9 и затем подаются сигналы на включение электромагнитов обратной полярности 12 и 13. Магнитоуправляемые опоры 14 и 15 изменяют жесткость на меньшие значения, частота колебаний в системе снижается. Многофункциональность устройства может быть расширена при использовании магнитоуправляемых опор в соответствии с заданными техническими условиями с необходимым количеством опор. Принцип работы устройства с 3-мя и большим количеством опор аналогичен описанному выше. Многофункциональность устройства расширяется при его установках и использовании в корпусах тонкостенных в том числе пространственных и протяженных конструкциях подверженных воздействию резонансных колебаний.
Claims (3)
1. Магнитоэластичный управляемый демпфер, содержащий закрепленный на основании корпус, в полости которого установлен электромагнит в виде соленоида с железным сердечником, отличающийся тем, что в нем применена многослойная схема установки двух и более электромагнитов, расположенных в открытой сверху полости корпуса с возможностью перемещения их при деформации от изменения нагрузки на демпфер и разделенных между собой слоями из эластичного магнитореологического материала, при этом электромагниты соединены с системой активного управления с учетом определенной последовательности положения полярности магнитов с прямой и обратной связью, включающей в себя контрольный вибродатчик, опорные вибродатчики-пъезоакселерометры, управляющие блоки, аналого-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи и компьютер с программным продуктом управления.
2. Магнитоэластичный управляемый демпфер по п. 1, отличающийся тем, что в нем количество и последовательность расположения магнитореологических материалов и электромагнитов зависит от заданных условий нагрузочных деформаций.
3. Магнитоэластичный управляемый демпфер по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде двух и более опор, установленных на опорное основание или фундамент.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137429A RU2698595C1 (ru) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Магнитоэластичный управляемый демпфер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137429A RU2698595C1 (ru) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Магнитоэластичный управляемый демпфер |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2698595C1 true RU2698595C1 (ru) | 2019-08-28 |
Family
ID=67851374
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018137429A RU2698595C1 (ru) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | Магнитоэластичный управляемый демпфер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698595C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5018606A (en) * | 1990-01-10 | 1991-05-28 | Lord Corporation | Electrophoretic fluid damper |
US5170866A (en) * | 1991-04-01 | 1992-12-15 | Motorola, Inc | Motion-damping device using electrorheological fluid |
RU2084721C1 (ru) * | 1994-12-15 | 1997-07-20 | Владимир Владимирович Войкин | Гидравлический амортизатор |
RU2232316C2 (ru) * | 2002-02-20 | 2004-07-10 | ЗАО "Плаза Плюс" | Магнитореологический амортизатор |
-
2018
- 2018-10-24 RU RU2018137429A patent/RU2698595C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5018606A (en) * | 1990-01-10 | 1991-05-28 | Lord Corporation | Electrophoretic fluid damper |
US5170866A (en) * | 1991-04-01 | 1992-12-15 | Motorola, Inc | Motion-damping device using electrorheological fluid |
RU2084721C1 (ru) * | 1994-12-15 | 1997-07-20 | Владимир Владимирович Войкин | Гидравлический амортизатор |
RU2232316C2 (ru) * | 2002-02-20 | 2004-07-10 | ЗАО "Плаза Плюс" | Магнитореологический амортизатор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6317822B2 (ja) | 一自由度磁力防振装置 | |
JP3614755B2 (ja) | 全方向振動絶縁システム | |
US8279031B2 (en) | Multi-level magnetic system for isolation of vibration | |
CN104179868B (zh) | 主被动一体式电磁隔振装置 | |
JP2009014204A (ja) | 負荷の振動絶縁支持の装置および方法 | |
JP2017110809A (ja) | 垂直方向に有効な空気ばねを備えた防振装置 | |
US20130233998A1 (en) | Device for the purpose of influencing the transfer of vibration between two units | |
CN104747652A (zh) | 一种采用螺旋弹簧与磁性弹簧并联的准零刚度隔振器 | |
RU172016U1 (ru) | Многокоординатная активная виброизолирующая платформа | |
WO2009139628A1 (en) | A vibration sensor and a system to isolate vibrations | |
US20140091887A1 (en) | Method for isolation of vibration | |
RU2698595C1 (ru) | Магнитоэластичный управляемый демпфер | |
KR101064732B1 (ko) | 다축제어형 하이브리드 능동마운트 | |
KR100870108B1 (ko) | 보이스코일모터를 사용한 능동수동제진기 | |
JP6871645B1 (ja) | 精密機器搭載用除振装置 | |
CN105156577B (zh) | 一种采用倾斜磁体产生负刚度的超阻尼隔振器 | |
JPH05231469A (ja) | 防振支持装置 | |
US20240035537A1 (en) | Improvements in and relating to vibration control systems | |
RU2611691C1 (ru) | Активная виброизолирующая платформа на основе магнитореологических эластомеров | |
JPH09112628A (ja) | 磁気浮上除振装置 | |
JP2001050334A (ja) | アクティブ型除振装置 | |
JPH05164186A (ja) | 能動的動吸振器 | |
CN108412946A (zh) | 刚度及阻尼可调的半主动隔振系统 | |
NL2004415C2 (en) | Active vibration isolation system, arrangement and method. | |
WO1993008414A1 (en) | Vibration damper |