Способ виброзащиты и устройство для его осуществления
Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам защиты от вибраций различных объектов. Целью изобретения является повышение эффективности виброзащиты за счет перераспределения по диапазону рабочих частот энергии вибрационных сил, действующих на объект. При наличии в рабочих обмотках 9 управляемых динамических гасителей 7 периодических составляющих тока приемоугольной или синусоидальной формы происходит периодическое изменение жесткости упругой подвески реактивных частей гасителей, что сопровождается синхронным изменением частот их настройки и фазовой манипуляцией или модуляцией воздействия на защищаемый объект. Значения фазовой манипуляции или модуляции изменяют относительно их среднего значения по периодическому или случайному закону. Вибрационная сила, действующая на объект, превращается в последовательность импульсов меньшей интенсивности, спектр которых не содержит составляющей с частотой исходной вибрации виброактивного объекта. Колебания защищаемого объекта имеют тот же спектральный состав, что и возбуждающая эти колебания последовательность фазоманипулированных или фазомодулированных импульсов силы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 F 16 F 15/03
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4382!!3/25-28 (22) 18.02.88 (46) 07.11.90. Бюл. № 41 (71) Институт машиноведения им. А. А. Благонравова (72) В. Г. Елезов, М. Д. Генкин, Л. Б. Былинин, С. В. Власов и В. JYi. Рябой (53) 62! .941.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 983346, кл. F 10 F 15/00, 1982.
Вибрации в технике. — М.: Машиностроение, 1981, т. 6,.с. 180, рис. 9. (54) СПОСОБ ВИБРОЗАЩИТЪ| И УСТPOACTBO ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам защиты от вибраций различных объектов. Целью изобретения является повышение эффективности виброзащиты за счет перераспределения по диапазону рабочих частот энергии вибрационных сил, действующих на объект.
При наличии в рабочих обмотках 9 управ„„SU„„1605050 А I ляемых динамических гасителей 7 периодических составляющих тока прямоугольной или синусоидальной формы происходит периодическое изменение жесткости упругой подвески реактивных частей гасителей, что сопровождается синхронным изменением час тот их настройки и фазовой манипуляцией или модуляцией воздействий на защищаемый объект. Значения фазовой манипуляции или модуляции изменяют относ ител ьно их среднего значения, по периодическому или случайному закону. Вибрационная сила, действующая на объект, превращается в последовательность импульсов меньшей интенсивности, спектр которых не содержит составляющей с частотой исходной вибрации виброактивного объекта. Колебания защищаемого объек- 3 та имеют тот же спектральный состав, что и возбуждающая эти колебания последовательность фазоманипулированных или уев фазомодулированных импульсов силы. 2 с. н
2 з.п. ф-лы, 3 ил. ю
1605050
15
25
40
Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам защиты от вибраций различных объектов.
Целью изобретения является повышение эффективности виброзащиты, достигаемое перераспределением по диапазону рабочих частот энергии вибрационных сил, действующих на объект.
На фиг. 1 изображена схема устройства, реализующего способ виброзащиты; на фиг. 2 — амплитудно-частотная характеристика устройства; на фиг. 3 — фазочастотная характеристика устройства.
Способ виброзащиты заключается в том, что осуществляют фазовую манипуляцию или модуляцию вибрационных сил, действующих на защищаемый объект, изменяют среднее значение периода и глубины фазовой манипуляции или модуляции из условия обеспечения минимальной амплитуды вибрационных, сил на частоте колебаний виброактивного объекта и перераспределяют энергию вибрационных сил путем изменения периода фазовой манипуляции или модуляции относительно среднего значения по периодическому или случайному закону.
Устройство, реализующее способ виброзащиты, содержит устанавливаемую между виброактивным 1 и защищаемым 2 объектами опору, включающую один или два последовательно соединенных виброизолятора 3, регулятор 4 фазы, встроенный в опору или устанавливаемый между виброактивным объектом 1 и обращенным к нему торцом опоры, и формирователь 5 регулирующих воздействий, выход которого соединен с регулятором 4 фазы.
Регулятор 4 фазы содержит один или ряд параллельно установленных упругих элементов 6 и соединенные с ними два управляемых динамических гасителя 7 колебаний с частотой настройки, выбираемой для одного из них при отсутствии регулирующих воздействий меньшей, а у другого большей рабочей частоты колебаний.
Управляемый динамический гаситель 7 колебаний содержит цилиндрический магнитный сердечник 8, в кольцевом пазу которого размещена рабочая обмотка 9, кольцевой якорь 10, закрепленный внешней стороной на концах упругих элементов 6, и неравножесткий упругий элемент 11.
Устройство работает следующим образом.
При наличии в обмотках управляемых динамических гасителей 7 только подмагничивающего тока частоты их настройки соответствуют средним значениям, одно из которых ниже, а другое выше рабочей частоты а колебаний виброактивного объекта 1. При этом вибрационная сила fa(roi), действующая на защищаемый объект 2 через виброизолирующую опору, записывается в виде
4() = К.,„ — коэффициент передачи сил устройства виброзащиты (фиг. 1), равный отношению амплитуды силы fz(coi), действующей на защищаемый объект 2, к амплитуде возбуждающей силы fi (<о|). Частотные характеристики модуля и аргумента коэффициента передачи Ку „1/ 1 1силы представлены на фиг. 2 и 3 кривыми 2 и 1 соответственно. По оси абсцисс отложена нормированная по первой собственной частоте eoi устройства виброзащиты текущая частота m Здесь же для сравнения представлены (кривые 2 и 2 ) аналогичные зависимости для устройства виброзащиты, в котором применены обычные виброизоляторы. Установка регуляторов 4 фазы вибрационных сил, передаваемых виброизолирующей опорой на защищаемый объект 2, обеспечивает на частоте вибрации coi/ i и ее окрестности дополнительный виброизолирующий эффект. Величина частоты вибрации (со|/cooi) =5 в расчетном примере, представленном кривыми 1 и 1 на фиг. 2 и 3, выбрана близкой к практически реализуемым значениям отношения а /ао (например, а /2л=50 Гц — оборотная частота роторного механизма, i/2л=10 Гц — первая собственная частота устройства виброзащиты этого механизма) . Исходная вибрационная сила (1) на фиг. 2 изображена в виде спектральной составляющей 3 с частотой (а /со oi) =5. Начальная фаза ро этой гармонической составляющей определяется величиной сдвига фазы, обеспечиваемого в устройстве на частоте coi/в, go=-180 . С учетом (1) вибрационная сила fq(), действующая на защищаемый объект 2, при наличии только подмагничивающего тока в рабочих обмотках 9 динамических гасителей 7 имеет вид 12(<01) = 2 cos (toit Л), где Fq — амплитуда силового воздействия, передаваемого на защищаемый объект 2 устройством виброзащиты. При наличии в рабочих обмотках 9 управляемых динамических гасителей 7 периодических составляющих тока (например, прямоугольной или синусоидальной формы) происходит синхронное периодическое изменение жесткости упругой подвески реактивных частей динамических гасителей 7, что сопровождается синхронным изменением частот их настройки. Последнее приводит к тому, что на фиг. 2 и 3 частотные характеристики, К „, 1 и агдК () плавно (регулирование синусоидальным током) или скачкообразно (регулирование током прямоугольной формы) периодически пере1605050 Формула изобретения 55 мещаются параллельно самим себе в сторону более низких, а затем в сторону более высоких частот. Крайние положения фазочастотной характеристики, соответствующие значениям глубины фазовой манипуляции, равной Л р„= +л/2, отражены на фиг. 3 кривыми 1 f 1 . Перемещение характеристики К (жую ) из крайнего левого положения в крайнее правое положение практически не изменяет амплитуду силы fz(i), что означает отсутствие амплитудной модуляции вибрационной силы fq(mi) при регулировании частот настройки динамических гасителей 7. В то же время соответствуюшее перемещение фазочастотной характеристики (фиг. 3) обеспечивает изменение сдвига фазы силы fq(ui) в пределах от -л/2 до -Зл/2. Если регулирование частоты осушествляется по прямоугольному закону (кривая 6 на фиг. 3), то изменение фазы вибрационной силы 4(а ) имеет характер фазовой манипуляции с глубиной, равной л/2 рад. Это означает, что вибрационная сила fq(coi) превращается в последовательность импульсов с периодом Т„. Спектр таких сил не содержит составляющей с частотой а исходной вибрации, но содержит ряд комбинационных составляющих, частоты которых равны а + +п2л/Т„(п1,2,3,... При этом колебания защищаемого объекта 2 имеют тот же спектральный состав, что и возбуждающая эти колебания последовательность гармонических фазоманипулированных импульсов силы. Это означает, что фазовая манипуляция с индексом Л<р„=к/2 рад обеспечивает полное преобразование энергии одночастотных (со ) колебаний защищаемого объекта 2 в его колебания с частотами со +-и —.Д вЂ”, л=1,2,...oo Период фазовой манипуляции Т„выбирается из условия его многократного (обычно на порядок) превышения над временем установления колебаний защищаемого объекта, которое зависит прежде всего от диссипативных свойств упругой подвески динамических гасителей и от величины их расстройки относительно частоты а исходной вибрации. Среднюю величину Т„, выбирают по минимуму составляюшей колебаний зашищаемого объекта 2 с частотой coi. Для снижения амплитуды комбинационных составляющих период манипуляции Т„изменяют около среднего значения по периодическому или случайному закону. Величина изменения ЛТ„ этого периода обычно не превышает 20— 50Уо от Тм Йзменение периода манипуляции Т, сопровождается снижением уровня комбинационных составляющих. Характер преобразованного спектра колебаний зашищаемого объекта при этом показан на фиг. 2 кривой 5. Из сравнения амплитуды исходной (без манипуляции) вибрационной силы (кривая 3) с уровнем колебаний защищаемого объекта при фазовой манипуляции (кривая 5 на фиг. 2) видно, что устройство виброзащиты, в котором применен способ виброзащиты, обладает повышенной эффективностью по сравнению с системами виброизоляции, выполненными на основе обычных виброизоляторов. Процессы преобразования спектра колебаний защищаемого объекта 2 при использовании фазовой модуляции аналогичны рассмотренным с той разницей, что при фазовой модуляции оптимальная (с точки зрения минимальной величины составляющей с частотой исходной вибрации (оl) глубина выше, чем при манипуляции, и составляет Лср =2,41 рад, что приводит к необходимости применения динамических гасителей с большей величиной массы реактивных частей и неравножестких упругих элементов с меньшим коэффициентом затухания. Применение фазовой модуляции позволяет осуществить перераспределение колебательной энергии в более широкой полосе частот, так как ввиду плавного изменения частот настройки динамических гасителей удается выбрать меньший период регулирующего (модулируюшего) воздействия, что приводит к расширению частотного спектра вибрационной силы, действующей на защишаемый объект 2, и, как следствие, к расширению спектра его колебаний. Таким образом, благодаря тому, что устройство виброзашиты снабжено системой регулирования фазы вибрационных сил, передаваемых виброизолирующей опорой на защищаемый объект, обеспечивается преобразование амплитудно-частотных спектров вибрационных сил с одновременным снижением амплитуды наиболее интенсивных спектральных составляющих, что приводит к снижению уровня вибровозбуждения защищаемого объекта, т. е. обеспечивается его виброзащита. 1. Способ виброзащиты, заключающийся в том, что энергию колебаний вибрационных сил, действующих на защищаемый объект, перераспределяют по диапазону рабочих частот, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности виброзащиты, осуществляют фазовую манипуляцию или модуляцию вибрационных сил, изменяют среднее значение периода и глубины фазовой манипуляции или модуляции из условия обеспечения минимальной амплитуды вибрационных сил на частоте колебаний виброактивного объекта, а перераспределение энергии вибрационных сил производят путем изменения периода фазовой манипуляции или модуляции относительно 1605050 Фиг. 2 среднего значения по периодическому или случайному закону. 2. Устройство для виброзащиты, содержащее устанавливаемую между виброактивными и виброзащищаемым объектами виб- 5 роизолирующую опору, включающую один или два последовательно соединенных виброизолятора, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности виброзащиты, оно снабжено системой регулирования фаз вибрационных сил, включающей регулятор фазы, встроенный в опору между виброизоляторами или устанавливаемый между виброактивным объектом и обращенным к нему торцом опоры, и формирователь регулирующих воздействий, выход которого 15 соединен с регулятором фазы. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что регулятор фазы выполнен в виде одного или ряда параллельно установленных упругих элементов и соединенных с ними двух управляемых динамиеских гасителей колебаний с частотой настройки, выбираемой для одного из них при отсутствии регулирующих воздействий меньшей, а у другого большей рабочей частоты колебаний. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что управляемый динамический гаситель выпонен в виде цилиндрического магнитного сердечника, в кольцевом пазу которого размещена рабочая обмотка, установленного концентрично магнитному сердечнику с зазором кольцевого якоря, закрепленного внешней стороной на концах упругих элементов, и неравножесткого упругого элемента, помещенного между сердечником и якорем. 1605050 Составитель A. Андреев Редактор И. Горная Техред А. Кравчук Корректоп 4.. 1ончакова Заказ 3444 Тираж 535 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения .. ii: ткрь:тпнм прп ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35. Рау нская наб., д. 4 5 Г1роизводственно-издательский комбинат «Пат нт», г. УУжго1кiл, i ë. (а гарина. 101
