Устройство для гашения колебаний

 

Использование: в строительстве для гашения колебаний фундаментов, перекрытий и др. конструкций. Сущность изобретения: устройство содержит маятник с массой в виде магнита, прикрепляемые к объекту сердечник и электромагниты, электрически соединенные с последними две катушки индуктивности. Устройство имеет две вертикальные тяги и соединяющий их концы горизонтальный стержень. Маятник подвешен на стержне. Катушки выполнены в виде закрепленных на стержне колец, оси которых совмещены с осью стержня, а радиус их равен длине маятника 6. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„ЬУ,„„1778Ъ87 К 1

{я)5 Г 16 Г 15/03

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (57) Использование; в строительстве для гашения колебаний фундаментов, перекрытий и др. конструкций. Сущность изобретения: устройство содержит маятник с массой в виде магнита, прикрепляемые к объекту сердечник и электромагниты, электрически соединенные с последними две катушки индуктивности. Устройство имеет две вертикальные тяги и соединяющий их концы горизонтальный стержень. Маятник подве, шен на стержне. Катушки выполнены в виде .закрепленных на стержне колец, оси которых совмещены с осью стержня, а радиус их равен длине маятника 6. 2 ил, (21) 4796930/28 (22) 27.02,90 (46) 30,11.92. Бюл. N. 44 (71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им.M.È.Калинина (72) Н.Г,Бондарь и А,Л.Закора (56) Вибрации в технике. Справочник, т.6, M.: Машиностроение, 1987, с.336, рис.15.

Авторское свидетельство СССР

М 1491984, кл. Е 04 В 1/98, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение используется в строительстве для гашения колебаний фундаментов, перекрытий, пролетных строений мостов и др. конструкций.

Установленные на фундаменты и перекрытия машины и механизмы вызывают их колебания, часто превышающие допустимые либо по величине перемещений, либо по частоте. Такая же картина иногда наблюдается при воздействии подвижной нагрузки на пролетные строения мостов, ветра на башенные и другие сооружения.

Для ограничения вредных и опасных для конструкций колебаний используют различные гасители колебаний, в том числе и динамические гасители с настройкой их параметров в связи с изменением действующих на объект возмущений. При этом для регулирования жесткости динамического гасителя часто используются электромагниты с собственными источниками энергии и сложные системы слежения за изменением действующих на объект возмущений. Предлагаемое техническое решение направлено на упрощение системы слежения за измене- 2 нием возмущения, действующего на объект, и устранение обеспечения электромагнита собственным источником питания.

Известны инерционные динамические гасители колебаний с активными элементами, включающие электромагниты в качестве регулятора эквивалентной жесткости динамического гасителя и различные схемы при- QQ крепления сердечника и корпуса с катушкой к демпфируемому объекту или неподвижному основанию.

Недостатками атих гасителей лаллютсл относительная сложность системы слежения за изменением действующих на демпфируемый объект возмущений, что приводит к отказам, необходимость обеспечения гасителя собственным источником энергии.

Наиболее близким техническим решением является устройство для гашения колебаний, включающее размещенный на

1778307 д "мпфируемой конструкции обратный маятник со спиральной пружиной и с массой в виде магнита, перемещающегося при больших перемещениях внутри ха ушек индукт1вности и генерирующего индукционный ток, подаваемый на обмотки возбуждения электромагнитов, упруго подвешенных кдемпфируемой конструкции, Возникающее в обмотках возбуждения электромагнита магнитное поле, взаимодействуя с жестко подвешенным к конструкции сердечником, обеспечивает гашение колебаний конструкции.

Недостатком этого устройства является сложность, необходимость многократного повторения настройки обратного маятника на частоту возмущения.

Целью изобретения является повышение эффективности гашения колебаний, Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжено закрепляемыми на объекте двумя вертикальными тягами, длина которых больше длины маятника, и горизонтально расположенным стержнем, соединяющим концы тяг, маятник подвешен шарнирно на стержне, катушки выполнены в виде закрепленных на стержне колец, оси которых совмещены с осью стержня, а радиус их равен длине маятника.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

К демпфируемой конструкции 1 на жестких вертикальных снабженных горизонтальным стержнем 2 тягах 3 шарнирно подвешен в виде цилиндрической пружины

4 с магнитом 5 на конце маятник 6. При этом длина вертикальных тяг 3 превышает длину маятника 6 (I).

Между тягами 3 симметрично относительно плоскости колебания (вращения) маятника 6 расположены две катушки 7. выполненные в виде закрепленных на стержне 2 колец, оси которых совмещены с осью стержня 2, а радиус их равен длине (() маятника 6. Катушки 7 индуктивности соединены с обмотками 8 возбуждения электромагнитов 9, подвешенных к демпфируемой конструкции 1 посредством упругих элементов 10 и являющихся одновременно и массами динамического гасителя. Между электромагнитами 9 помещен сердечник 11, жестко соединенный с демпфируемой конструкцией 1 посредством упругих элементов 10 и являющийся одновременно и массами динамическогоо гасителя. Стойки 12 неподвижного крепления секторных катушек 7 индуктивности к неподвижной горизонтальной оси 2 маятника 6 выполнены из диэлектрика.

Согласно известным результатам исследования flpw отношении частоты возмущающей силы в к частоте колебаний маятника меньше 0,6 и более 2 и г = 1- - 0,25 маи M ятник не колеблется. Происходят только продольные колебания пружины с амплитудой 2. Вслучае,,когда е = 0,25, а отношение частоты собственных колебаний маятника () к частоте колебаний пружины (— ) рав1 M

10 -=в,=

M " где сол — частота колебаний пружины.

Затем из соотношения

40 (оо= 2 им = 2 —, g

Т определяется длина маятника I, где Q — ускорение силы тяжести; в — частота колебаний маятника.

В случае выполнения этих условий колебания конструкции с опасной частотой во вызывают вращение маятника 6 вокруг стержня 2, а магнит 5 перемещается между катушками 7 индуктивности, в которых генерируется индуктивный ток, подаваемый на обмотки 8 возбуждения электромагнитов 9.

При этом в обмотках 8 возбуждения электромагнитов 9, подвешенных к демпфируемой конструкции 1 посредством упругих элементов 10, возникает электромагнитное поле.

Помещенный между электромагнитами

9 и жестко соединенный с демпфируемой

55 няется 0,5 (Я при соотношениях частоты возбуждения к частоте колебаний пружины маятника 0,6 — 1 маятник начинает колебаться, При этом, в случае отношения частоты . возбуждения к частоте колебаний пружины маятника равном 1, возникает резонанс, который можно квалифицировать как потерю устойчивости колебаний, т.к, маятник вращается вокруг точки подвешивания, совершая большое число оборотов, При этом Т =

I+2

= 1, т.е. пружина.не деформируется.

На использовании этого свойства маятника и осуществлен принцип действия предлагаемого устройства.

Устройство работает следующим образом

Для гашения опасных колебаний конструкции на возмущающую частоту во настраивается частота колебаний пружины путем подбора массы (M) магнита 5 и жесткости (К) пружины 4

1778387 конструкцией 1 сердечник 11 взаимодействует с электромагнитным полем электромагнитов 9. Возникающие при этом силы препятствуют перемещению электромагнитов 9, т.е. осуществляют гашение колебаний конструкции 1. При этом. как и в прототипе, для гашения колебаний нет необходимости вводить в систему энергию извне и исключается зависимость работы устройства от ее поступления.

B предлагаемом техническом решении вместо обратного маятника в качестве управляющего механизма использован маятник на цилиндрической пружине.

В предложенном решении используется свойство маятника на цилиндрической пружине, которое при резонансе проявляется в переходе от вертикальных колебаний пружины к вращению маятника вокруг точки (оси) подвешивания, Это свойство впервые обнаружено и исследовано авторами.

Важным свойством маятника, используемого в решении, является недеформируемость пружины при резонансном вращении маятника вокруг точки (оси) подвешивания.

Настройка маятника на цилиндрической пружине гораздо проще, чем многократная иттерационная настройка обратного маятника, использованного в прототипе в качестве управляющего механизма.

Использование предложенного решения значительно упрощает настройку управляющего механизма на резонанс. упрощает конструкцию всего устройства для гашения колебаний и, следовательно. повышает его надежность.

5 Экономическая эффективность устройства заключается в повышении надежности гашения колебаний демпфируемой конструкции и в экономии электроэнергии, используемой в классических гасителях

10 колебаний.

Формула изобретения

Усгройство для гашения колебаний, со15 держащее маятник с массой в виде магнита, жестко прикрепляемый к объекту сердечник, предназначенные для взаимодействия с ним электромагниты, упруго подвешиваемые к объекту, и две катушки индуктивно20 сти, расположенные по разные стороны маятника и электрически соединенные с обмотками возбуждения электромагнитов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности гашения коле25 баний, оно снабжено закрепляемыми на объекте двумя вертикальными тягами, длина которых больше длины маятника, и горизонтально расположенным стержнем, соединяющим концы тяг, маятник подве30 шен шарнирно на стержне, катушки выполнены в виде закрепленных на стержне колец, оси которых совмещень с осью стержня, а радиус их равен,цлине маятника.

1778387

Составитель А. Закора

Техред М.Моргентал Корректор И,Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4175 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5