Устройство для устранения резонансной вибрации корпуса длинномерной конструкции

 

Использование: в виброзащитной технике, машиностроении, судостроении, станкостроении. Сущность: устройство содержит дополнительные опоры, упруго введенные в зазор между корпусом и рамой по нормали к боковой поверхности корпуса с возможностью изменения места введения и жесткости. Каждая из дополнительных опор выполнена в виде упругой изогнутой пластины, введенной с натягом в зазор между корпусом и рамой и обращенной выпуклой стороной к корпусу, а вогнутой - к раме. С вогнутой стороны пластины на ее расположенных вдоль продольной оси конструкции концах закреплены две прямоугольные фрикционные накладки с различными коэффициентами трения скольжения, размещенные в направляющем пазу, выполненном на раме вдоль продольной оси конструкции. Технический результат - повышение эффективности устранения резонансной вибрации. 3 ил.

Изобретение относится к виброзащитной техникe, машиностроению, судостроению, станкостроению и т.д. и может быть использовано для устранения резонансных вибраций корпусов длинномерных конструкций, эксплуатируемых в условиях циклического нагружения с широким спектром частот возмущающих нагрузок.

Известны устройства для устранения резонансных вибраций корпуса судна, содержащие механизм внецентренного сжатия корпуса судна в продольном направлении и соответственно смещения частот собственных колебаний корпуса судна относительно частот колебаний возмущающих усилий (см. а.с. СССР N 512952, кл. F l6 F 15/00, 1971).

Однако данные устройства характеризуются сложностью конструкции, ограниченными возможностями применения, значительными энергозатратами.

Известно также устройство для устранения резонансной вибрации корпуса длинномерной конструкции, содержащее дополнительные опоры, подведенные по нормали к наружной боковой поверхности корпуса с использованием рабочей среды и регулированием их жесткости (см. а.с. СССР N 1817129, кл. F 16 F 15/16, 1991).

Недостатками данного устройства являются низкая эффективность устранения резонансной вибрации и значительная сложность конструкции вследствие использования исполнительных устройств для изменения давления рабочей среды и регулирования жесткости.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для устранения резонансной вибрации корпуса длинномерной конструкции, содержащее дополнительные опоры, упруго введенные в зазор между корпусом и рамой по нормали к наружной боковой поверхности корпуса с возможностью изменения места введения и жесткости (см. патент РФ N 2020322, кл. F 16 F 15/00, 1994), принятое за прототип.

Недостатками данного устройства являются низкая эффективность устранения резонансной вибрации и значительная сложность конструкции. Последнее объясняется наличием в известном устройстве специальных пневматических опор с заполняемыми газом камерами и подключенными через регулятор к источнику давления. Низкая эффективность устранения резонансной вибрации вытекает из отсутствия в устройстве возможности автоматического ухода от резонанса, то есть адаптации устройства к внешним возмущающим воздействиям. При возникновении резонансного режима необходимо осуществлять перестройку устройства в условиях резонансного режима с одновременной фиксацией его отклика.

Сущность изобретения заключается в обеспечении в предложенном устройстве возможности в случае возникновения резонансной вибрации корпуса автоматического смещения дополнительных опор относительно корпуса с одновременным изменением их жесткости до сдвига частот собственных колебаний корпуса по отношению к возмущающей частоте и соответственно ухода от резонанса.

Технический результат - повышение эффективности устранения резонансной вибрации за счет обеспечения автоматического ухода от резонансного режима и упрощение конструкции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для устранения резонансной вибрации корпуса длинномерной конструкции, содержащем дополнительные опоры, упруго введенные в зазор между корпусом и рамой по нормали к наружной боковой поверхности корпуса с возможностью изменения места введения и жесткости, особенность заключается в том, что каждая из дополнительных опор выполнена в виде упругой изогнутой пластины, введенной с натягом в зазор между корпусом и рамой и обращенной выпуклой стороной к корпусу, а вогнутой - к раме, при этом с вогнутой стороны пластины на ее расположенных вдоль продольной оси конструкции концах закреплены две прямоугольные фрикционные накладки с различными коэффициентами трения скольжения, размещенные в направляющем пазу, выполненном на раме вдоль продольной оси конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображено транспортное средство с корпусом длинномерной конструкции с предлагаемым устройством для устранения резонансной вибрации; на фиг. 2 - схема для пояснения принципа работы устройства; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство для устранения резонансной вибрации корпуса 1 длинномерной конструкции, закрепленного на жестких фиксированных опорах 2, 3, содержит дополнительные опоры 4, упруго введенные в зазор 5 между корпусом 1 и рамой 6 по нормали к наружней боковой поверхности корпуса 1 с возможностью изменения места введения и жесткости, при этом каждая из дополнительных опор 4 выполнена в виде упругой изогнутой пластины, введенной с натягом в зазор 5 между корпусом 1 и рамой 6 и обращенной выпуклой стороной к корпусу 1, а вогнутой - к раме 6, причем с вогнутой стороны пластины 4 на ее расположенных вдоль продольной оси конструкции концах закреплены две прямоугольные фрикционные накладки 7, 8 с различными коэффициентами трения скольжения, размещенные в направляющем пазу 9, выполненном на раме 6 вдоль продольной оси конструкции. На чертежах показана только одна дополнительная опора 4, однако в случаях значительной длины конструкции 1 и необходимости повышения эффективности срыва резонансных режимов число дополнительных опор 4, размещенных в зазоре 5 между фиксированными опорами 2, 3, может быть увеличено до 2-х, 3-х и т.д. Упругая пластина 4 выполнена из кордного прорезиненного полотна, из которого изготавливают автомобильные покрышки, фрикционные накладки 7, 8 со значительным и низким коэффициентами трения выполнены соответственно из резины и стали.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Пусть левая на фиг. 1 накладка 7 имеет значительный коэффициент трения скольжения (выполнена из резины), а правая 8 - минимальный (выполнена из стали). В исходном положении вводят пластину 4 с натягом в зазор 5 в крайнее левое положение, то есть вблизи фиксированной опоры 2 (на фиг.1 показано устройство в статическом состоянии). Рассмотрим поведение опоры 4 при возникновении резонансных поперечных вибраций корпуса 1. Например, в первый полупериод резонансных колебаний корпус 1 идет вниз (см. фиг. 2). При этом происходит сжатие (выпрямление) пластины 4, раздвижение ее концов в стороны. Однако, так как трение на левом конце пластины 4 значительно больше, чем на правом, процесс сжатия происходит ассиметрично, центр кривизны пластины 4 смещается вправо, смещение правого конца пластины 4 вправо значительно превосходит смещение левого конца влево. Более того (см., например, Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Наука, 1967, с. 96-97), если выполнить левую накладку 7 с коэффициентом трения (тангенсом угла трения), превышающим тангенс угла наклона наклонной поверхности пластины 4 к вертикали в исходном состоянии пластины 4 (а в предложенном устройстве так и сделано), то левый конец пластины 4 при движении корпуса 1 вниз вообще останется неподвижным, а правый - смещается вправо. Во второй полупериод резонансных колебаний, когда корпус 1 движется вверх (на чертежах не показано), давление на пластину 4 уменьшается, пластина 4 приобретает свою максимально возможную кривизну и ее концы с накладками 7, 8 несколько смещаются друг к другу. Очевидно, что за полный период колебаний пластина 4 получает результирующее смещение вправо. Таким образом, при возникновении резонансных вибраций опора 4 автоматически смещается вправо, что также автоматически приводит к сдвигу частот собственных колебаний корпуса 1 и уходу от резонанса. После срыва резонансного режима опора 4 сама останавливается в конечном соответствующем моменту срыва резонанса положении. Следует отметить, что при деформации упругой пластины 4 вследствие ее существенной нелинейности происходит изменение жесткости дополнительной опоры 4, ускоряющее процесс срыва резонансного режима. В случае повторного резонанса опора 4 далее смещается вправо и опять срывает резонанс. Опора 4 или опоры (если их несколько) должны сами занять оптимальное положение вдали от резонансных режимов и при эксплуатации только совершать незначительные смещения относительно этого положения. Однако в принципе возможен вариант, когда при испытаниях предлагаемого устройства пластина 4 уйдет в крайнее правое положение, однако и этого смещения окажется недостаточным для срыва какого-либо резонансного режима. В этом случае опора 4 освобождается и опять переводится в крайнее левое положение, но предварительно либо ее жесткостные параметры несколько изменяются в сторону загрубления, либо вводится еще одна дополнительная опора.

Таким образом, предложенное устройство позволяет автоматически срывать возникающие резонансные вибрации, не требует в отличие от устройства-прототипа в случае возникновения резонанса перенастройки колебательной системы за счет варьирования подачи давления, и тем самым резко повышает эффективность устранения вибраций. Кроме того, за счет исключения пневматических опор и исполнительных устройств для изменения давления рабочей среды и жесткости предложенное устройство отличается существенной простотой конструкции. В предложенном устройстве коэффициент трения накладки 7 (тангенс угла трения) f₁ = tgϕ₁ ≈ 0,8 (резина-сталь); для накладки 8 f₂ = tgϕ₂ ≈ 0,15-0,2 (сталь-сталь); угол наклона пластины 4 к вертикали α ≈ 30÷35^o, tgα = 0,58-0,7, то есть выполняется требуемое условие tgϕ₂ ≅ tgα ≅ tgϕ₁.н

Формула изобретения

Устройство для устранения резонансной вибрации корпуса длинномерной конструкции, содержащее дополнительные опоры, упруго введенные в зазор между корпусом и рамой по нормали к наружной боковой поверхности корпуса с возможностью изменения места введения и жесткости, отличающееся тем, что каждая из дополнительных опор выполнена в виде упругой изогнутой пластины, введенной с натягом в зазор между корпусом и рамой и обращенной выпуклой стороной к корпусу, а вогнутой - к раме, при этом с вогнутой стороны пластины на ее расположенных вдоль продольной оси конструкции концах закреплены две прямоугольные фрикционные накладки с различными коэффициентами трения скольжения, размещенные в направляющем пазу, выполненном на раме вдоль продольной оси конструкции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3