Устройство для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок
Владельцы патента RU 2707682:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (RU)
Изобретение относится к машиностроению. Устройство для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок содержит промежуточную массу, установленную на первых рукавах высокого давления. Рукава смонтированы на основании бетонного короба, заполнены рабочей жидкостью и связаны трубопроводом с параллельно соединенными между собой первым обратным клапаном и первым регулируемым дросселем. Клапан и дроссель соединены с первым гидропневмоаккумулятором. Между стенками короба и промежуточной массой дополнительно установлены вторые и третьи рукава высокого давления, заполненные рабочей жидкостью. Дополнительные рукава соединены трубопроводами через соответствующие обратные клапаны и регулируемые дроссели с гидропневмоаккумуляторами. Между всеми рукавами высокого давления размещены демпфирующие элементы. Все обратные клапаны и все регулируемые дроссели соответственно соединены со всеми вентилями. Вентили соединены с датчиком давления, предохранительным клапаном и фильтром. Фильтр соединен с насосом. Насос связан с баком, заполненным рабочей жидкостью. Гидропневмоаккумуляторы подключены к соответствующим вентилям. Вентили соединены с обратным клапаном, вторым предохранительным клапаном и вторым датчиком давления. К системе управления подключены все элементы и акселерометр, установленный на промежуточную массу. Достигается повышение эффективности гашения прямых и не прямых ударных и вибрационных воздействий. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения для гашения ударных и вибрационных нагрузок, которые воздействуют на основание фундамента.
Известна гидропневматическая подушка [SU 706613 А1, МПК 2F16F9/44, опубл. 30.12.1979], содержащая корпус, размещенные в нем поршень, скрепленный с последним полый шток с компенсационной полостью, сообщенной с надпоршневой и подпоршневой полостями, и закрепленный на корпусе элемент с каналом, соединяющий надпоршневую и подпоршневую полости. Регулируемый предельный клапан установлен в канале. Обратный клапан установлен в отверстии поршня и соединяет компенсационную и подпоршневую полости.
Устройство недостаточно эффективно при изменении уровня воздействующей ударной нагрузки.
Известен гидропневматический амортизатор [RU 2298122 C1, МПК F16F15/023 (2006.01), опубл. 27.04.2007], выбранный в качестве прототипа, содержащий промежуточную массу с упругой связью, установленной на основании и связанной с гасителем колебаний. Упругая связь выполнена из деформированных в радиальном направлении рукавов высокого давления. Промежуточная масса установлена на рукавах высокого давления, которые гидравлически связаны с гасителем колебаний. Гаситель колебаний содержит параллельно соединенные обратный клапан и регулируемый дроссель, которые соединены с гидропневмоаккумулятором.
Это устройство является недостаточно эффективным при наличии косого удара (касательных составляющих ударной нагрузки).
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности гашения прямых и не прямых ударных и вибрационных воздействий.
Устройство для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок, также как в прототипе, содержит промежуточную массу, установленную на первых рукавах высокого давления, смонтированных на основании бетонного короба, заполненных рабочей жидкостью и связанных трубопроводом с параллельно соединенными между собой первым обратным клапаном и первым регулируемым дросселем, которые соединены с первым гидропневмоаккумулятором.
Согласно изобретению между стенками короба и промежуточной массой дополнительно установлены вторые и третьи рукава высокого давления, заполненные рабочей жидкостью, которые трубопроводами соответственно соединены с параллельно соединенными между собой вторым обратным клапаном и вторым регулируемым дросселем, которые соединены со вторым гидропневмоаккумулятором и с параллельно соединенными между собой третьим обратным клапаном и третьим регулируемым дросселем, которые соединены с третьим гидропневмоаккумулятором. Между всеми рукавами высокого давления размещены демпфирующие элементы. Первый, второй и третий обратный клапан и первый, второй и третий регулируемый дроссель соответственно соединены с первым, вторым и третьим вентилями, которые соединены с первым датчиком давления, первым предохранительным клапаном, фильтром, который соединен с насосом, связанным с баком заполненным рабочей жидкостью. Первый, второй и третий гидропневмоаккумуляторы соответственно подключены к четвертому, пятому и шестому вентилю, которые соединены с четвертым обратным клапаном, вторым предохранительным клапаном и вторым датчиком давления. К системе управления подключены вентили, насос, датчики давления, предохранительные клапаны, регулируемые дроссели и акселерометр, установленный на промежуточную массу.
Предложенное изобретение позволяет повысить эффективность гашения прямых и не прямых ударных и вибрационных воздействий за счет использования дополнительных рукавов высокого давления и системы управления, связанной с конструктивными элементами устройства.
На фиг. 1 представлена схема устройства для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок.
На фиг. 2 показано расположение рукавов высокого давления относительно промежуточной массы.
Устройство для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок содержит промежуточную массу 1 установленную на рукавах высокого давления 2, которые смонтированы на основании бетонного короба 3. Между стенками короба 3 и промежуточной массой 1 установлены рукава высокого давления 4 и 5. Между рукавами высокого давления 2, 4 и 5 размещены демпфирующие элементы 6. Все рукава высокого давления заполнены рабочей жидкостью. Рукава высокого давления 2 соединены трубопроводом 7 с параллельно соединенными обратным клапаном 8 и регулируемым дросселем 9, которые соединены с вентилем 10 и с гидропневмоаккумулятором 11. Вентиль 10 соединен с датчиком давления 12, предохранительным клапаном 13, фильтром 14, который соединен с насосом 15, связанным с баком 16, который наполнен рабочей жидкостью.
Гидропневмоаккумулятор 11 подключен к вентилю 17, который соединен с обратным клапаном 18, предохранительным клапаном 19 и датчиком давления 20.
Вентили 21 и 22 подключены к датчику давления 12, предохранительному клапану 13, фильтру 14. Вентили 21 и 22 соответственно подключены к трубопроводу 23 и 24 и к рукавам высокого давления 4 и 5. Трубопроводы 23 и 24 соответственно соединены с гидропневмоаккумуляторами 25 и 26 и с параллельно соединенными обратными клапанами 27 и 28 и регулируемыми дросселями 29 и 30, которые подсоединены к рукавам высокого давления 4 и 5. Гидропневмоаккумуляторы 25 и 26 соответственно подключены к вентилями 31 и 32, которые соединены с обратным клапаном 18, предохранительным клапаном 19 и датчиком давления 20.
К системе управления 33 подключены: вентили 10, 17, 21, 22, 31, 32, насос 15, датчики давления 12, 20, предохранительный клапан 13, 19, регулируемые дроссели 9, 29, 30 и акселерометр 34, установленный на промежуточную массу 1.
В качестве демпфирующих элементов 6 могут быть использованы виброизоляторы типа АКСС [Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т./Ред. совет: В41 В.Н. Челомей (пред.). – М.: Машиностроение, 1981. – Т.6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К.В. Фролова. 1981. - С. 206].
В качестве системы управления 33 (СУ) может быть использован компьютер с программным обеспечением, источник питания, блоки ввода-вывода данных.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы в зависимости от предполагаемых импульсов силы F(t), F1(t) и угла α воздействия на промежуточную массу 1, поочередно настраивают давление в рукавах высокого давления 2, 4 и 5, которое может быть не одинаковым, путем открытия/закрытия вентилей 10, 21 и 22; при этом насос 15 подает рабочую жидкость под давлением из бака 16 на фильтр 14, а предохранительный клапан 13 служит для того, настроить давление жидкости до нужного значения, а индикацию (контроль) давления осуществляют по датчику давления 12.
В то же время, в зависимости от средних давлений рабочей жидкости в рукавах высокого давления 2, 4 и 5, поочередно настраивают давление газа в гидропневмоаккумуляторах 11, 25 и 26, которое может быть не одинаковым, путем открытия/закрытия вентилей 17, 31 и 32; при этом газ поступает через обратный клапан 18, предохранительный клапан 19 служит для того, чтобы настроить давление газа до требуемого значения, а индикацию (контроль) давления осуществляют по датчику давления 20.
При воздействии импульса силы F(t) на промежуточную массу 1 рукава высокого давления 2, смонтированные в бетонном коробе 3 деформируются на величину перемещения Δх1 в радиальном направлении. Площадь деформации рукавов высокого давления 2 увеличивается. Рабочая жидкость из рукавов высокого давления 2 по трубопроводу 7, обратному клапану 8 и регулируемому дросселю 9 поступает в гидропневмоаккумулятор 11. Величина перемещения Δх1 увеличивается до тех пор, пока величина амплитудного значения импульса силы F(t) не станет меньше или равна усилию со стороны рукавов высокого давления 2, сдеформированной в радиальном направлении.
При воздействии импульса силы F1(t) под углом α появляется касательная составляющая, промежуточная масса 1 дополнительно перемещается по горизонтали и деформирует рукава высокого давления 4 и 5 смонтированные в бетонном коробе 3 на величину перемещения Δх2. Площадь деформации рукавов высокого давления 4 и 5 увеличивается. Жидкость из рукавов высокого давления 4 и 5 по трубопроводам 23 и 24 соответственно, обратным клапанам 27 и 28 и регулируемым дросселям 29 и 30 поступает в гидропневмоаккумуляторы 25 и 26. Величина перемещения Δх2 увеличивается до тех пор, пока величина амплитудного значения воздействующего усилия не станет меньше или равна импульсу силы F1(t) со стороны рукавов высокого давления 4 и 5, сдеформированных в радиальном направлении.
Дополнительно демпфирующие элементы 6, установленные между рукавами высокого давления 2, 4 и 5, в случае превышения допустимых перемещений Δх1 и Δх2 не позволяют разрушиться рукавам высокого давления 2, 4 и 5 и демпфируют сильные колебания.
В дальнейшем импульс силы F(t) снимается, а рабочая жидкость из гидропневмоаккумуляторов 11 под действием среднего давления газа через регулируемый дроссель 9 поступает в рукава высокого давления 2 с меньшей скоростью, компенсируя перемещения Δх1. Энергия воздействия от импульса силы F(t) гасится на регулируемом дросселе 9. При последующих воздействиях импульса силы F(t) процесс повторяется.
В дальнейшем импульс силы F1(t) снимается, а рабочая жидкость из гидропневмоаккумуляторов 11, 25 и 26 под действием среднего давления газа через регулируемые дроссели 9, 29 и 30 поступает в рукава высокого давления 2, 4 и 5 с меньшей скоростью, компенсируя перемещения Δх1 и Δх2. Энергия воздействия от импульса силы F1(t) гасится на регулируемых 9, 29 и 30. При последующих воздействиях импульса силы F1(t) процесс повторяется.
Регулируемая площадь проходного сечения дросселей 9, 29 и 30 и величина давления в гидропневмоаккумуляторах 11, 25 и 26 определяют эффективный диапазон частот работы устройства, так как величина давления определяет жесткость рукавов высокого давления 2, 4 и 5, а площадь дросселей 9, 29 и 30 – темп поглощения энергии устройством.
Настройка площади сечения дросселей 9, 29 и 30 и величины давления в гидропневмоаккумуляторах 11, 25 и 26 осуществляется системой управления 33 по показаниям датчиков давления 12, 20 и акселерометра 34.
Система управления 33 обеспечивает согласованное взаимодействие следующих элементов: вентилей 10, 17, 21, 22, 31, 32, насоса 15, датчиков давления 12, 20, предохранительных клапанов 13, 19, регулируемых дросселей 9, 29, 30 и датчика акселерометра 34.
Использование рукавов высокого давления 2, 4 и 5 с разным внутренним диаметром и разной жесткостью, позволяет применять устройство в широком диапазоне действующих нагрузок, а использование демпфирующих элементов 6 помогает уменьшить износ рукавов высокого давления и продлить срок службы устройства.
Устройство для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок, содержащее промежуточную массу, установленную на первых рукавах высокого давления, смонтированных на основании бетонного короба, заполненных рабочей жидкостью и связанных трубопроводом с параллельно соединенными между собой первым обратным клапаном и первым регулируемым дросселем, которые соединены с первым гидропневмоаккумулятором, отличающееся тем, что между стенками короба и промежуточной массой дополнительно установлены вторые и третьи рукава высокого давления, заполненные рабочей жидкостью, которые трубопроводами соответственно соединены с параллельно соединенными между собой вторым обратным клапаном и вторым регулируемым дросселем, которые соединены со вторым гидропневмоаккумулятором и с параллельно соединенными между собой третьим обратным клапаном и третьим регулируемым дросселем, которые соединены с третьим гидропневмоаккумулятором, между всеми рукавами высокого давления размещены демпфирующие элементы, причем первый, второй и третий обратные клапаны и первый, второй и третий регулируемые дроссели соответственно соединены с первым, вторым и третьим вентилями, которые соединены с первым датчиком давления, первым предохранительным клапаном, фильтром, который соединен с насосом, связанным с баком, заполненным рабочей жидкостью, при этом первый, второй и третий гидропневмоаккумуляторы соответственно подключены к четвертому, пятому и шестому вентилям, которые соединены с четвертым обратным клапаном, вторым предохранительным клапаном и вторым датчиком давления, а к системе управления подключены вентили, насос, датчики давления, предохранительные клапаны, регулируемые дроссели и акселерометр, установленный на промежуточную массу.
