Гаситель колебаний с автоматической оптимизацией

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (6I) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 23.06,76(21 ) 2375547/25-28 .с врисоединением заявки Ж (23) Г1риоритет (43) Опубликовано 05.07.78 юллетень JA 25

Союз Советскнх

Соцналнстнчеооа

Республик (0 614267 (51) М. Кл. г 16 F 15/03

1остд&рстоеанма комотет

Свввта Миноетроо ИСР оо делам аэооретееа н открмтк9 (53) УДК 621 567.

° 7 (088.8) (45) Дата опубликования описания 1б. о6.78 (72} Автор изобретения

И. В. Су (7l) Заявите,еь

Каунасский.паантехннчвсний институт нм. Антенаса Снечкуса

1 (54) ГАСИ ПИЬ КОЛЕБАНИЙ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ, ОПТИМИЗАЦИЕЙ

Изобретение относится к активным виброзащитным системам и может быть иснользоваио для уменьшения вредных колебаний разливного рода объектов.

-Известен гаситель колебаний с автоматическим управлением, содержащий упругие элементы, прикрепленные одними концами к колеблющемуся объекту, а другими — через электромеханический динамометр к изолируемому объекту, установленный между колеблющимся и изолируемым объектом . электромеханический вибратор и цепь управления, вход .которой. соединен с динамометром, а выход. с вибратором, (1j.

Недостатком данного гасителя явля..тся то, что он,уменьшает колебания лишь в одной плоскости по одной координате.

Из известных гасителей колебаний с автоматической оптимизацией наиболее близким по технической сущности является гаситель колебаний с автоматической оптимизацией, содержащий массу гасителя, упругие элементы, соединяющие массу гасителя с колеблющимся объектом, датчики положения колеблющегося объекта н массы гасителя, логический блок, блок управления и амортизатор, установленный между колеблющимся объектом и основанием.

В устройстве нет системы, обеспечивающей умен ь щенке колеба ний, происходя шн х по двум координатам, или радиальных колебаний. нри вращении колебательного тела123. . Это уменьшает эффективность автоматнчеса кой оптимизации при сложном движении колеблющегося объекта.

Цель изобретения — повышение эффективности автоматической оптьлизацин.

Указанная цель достигается тем, что масса гасителя выполнена в виде полого магнитопроводного цилиндра, s полость которого помещают колеблющийся объект, гаситель снабжен электромагйитами, симметрично расположенными на внутренней поверхности цилиндра с угловым смещением 90, упругие элементы вы35 полнены кольцевыми, логический блок выпол. нен в виде двух идентичных блоков определения момеитных значений положений, к входам одного нз которых подсоединены выходы дат. чиков положения колеблющегося объекта, а к входам другого — выходы датчиков положения колеблющейся массы, и блока пропорциональности, к входам которого подключены выходы блоков определения моментных значений поло, жений; блок управления выполнен в виде четырех управляемых усилителей, каждый из котоя рых соединен с соответствующим электромаг6142<»

-митом, к управляющим входам первого и третьеrо усилителей подключен выход одного из датчиков положения массы гасителя, а к управляющим входам второго и четвертого угилителей — выход другого датчика положения массы гасителя, четырех блоков выборки, каждый нз которых включает в себя первый и второи ключи, к.основным входам которых подключен выход логического блока, и схему совпадения, входы которой соединены с выходами датчиков положения массы гасителя, а выход подключен к управляющим входам ключей, четырех логических схем ИЛИ, к входам первой из которых подключены выходы второго и первого ключей соответственно первого и третьего блоков выборки, а к входам второй — выходы первого и второго ключей соответственно первого и третьего блоков выборки, к входам третьей — выходы второго и первого ключей соответственно второго и четвертого блоков выборки, выход первой логической схемы ИЛИ подключен к одному из входов третьего и четвертого, а выход второй — к одному из входов первого и второго управляемых усилителей, выход третьей логической схемы ИЛИ вЂ” к другому входу первого и четвертого, а выход четвертой — к ругому входу второго и третьего.управляемых усилителей, а датчик положения колеблющегося объекта и датчик положения массы гасителя установлены с угловым смещением, равным смещению. электромагнитов, и число каждых из них вдвое меньше числа электромагнитов.

На фиг. I изображен предлагаемый гаситель колебаний, общий вид; на фиг. 2 — разрез А — А фиг. 1 и блок-схема устройства.

Гаситель содержит колеблющийся объект I, массу 2 гасителя, соединенную . с помощью двух кольцевых упругих элементов 3 с подшипником 4 скольжения, который в свою очередь соединен с амортизатором 5, состоящим . нз упругого элемента б и демпфирующего элемента 7. Электромагниты 8 — I l расположены через каждые 90 на внутренней поверхности цилиндрической масс,ч 2 гасителя против часовой стрелки. Датчики.!2 и 13 положения колеблющегося объекта и датчики 14 и 15 положения массы гасителя расположены апалогично, т. е. положение датчика 12 соответствует положению датчика 14, а датчика 13 — датчика 15, кроме того, положение датчиков 12 .и l4 совпадает с положением электромагнита .8:, а датчиков 13 и 15 — электромагнита 9, Датчик 13 разнесен иа 90 против часовой стрелки от датчика 12, а датчик 15 — аналогично от датчика 14. Логический блок 16 состоит из двух идентичных блоков 17 и 18 определения моментного положения, к входам первого из которых подключены выходы датчиков 14 н 15, а к входам второго — выходы датчиков 12 и 13, и блока 19 пропорциональности, входами соединенного с выходами бло ков 17 и 18; Блок 20 управления состоит нз управляемых усилителей 21 — 24, выходами сое диненных: усилитель 21 — с электромагнитом 8, усилитель-22 — с электромагнитом 9, усилитель 23 — с электромагнитом 10, а усн- . литель 24 — с электромагнитом I I. К упр ляемым входам усилителей 21 и 23 подключ:.. выход датчика 14, а к управляемым входам усилителей. 22 и 24 — выход датчика 15.

Блок 20 управления содержит также блоки 25 — 28 выборки. Блок 25 выборки в свою очередь состоит из ключей 29 и 30 и схемы 31 совпадения, блок 26 соответственно — из ключей 32 и 33 и схемы 34 совпадения; блок 27— из ключей 35 и 36 и схемы 37 совпадения, 19 .блок 28 — из ключей 38 и 39 и схемы 40 совпадения. К основным входам ключей 29, 32, 35, 38 и ЗО, 33, 36, 39 подключен выход логического блока 16. К управляющим входам ключей 29 н ЗО подключен выход схемы 31 совпадения, к управляющим входам ключей 32 н 33 — выход схемы 34, к управляющим входам ключей 35 и 36 — выход схемы 37, а к управляющим .входам ключей 38 и 39 — выход схемы 40 совпадения. К входам схем 31, 34, 37 .и .40 совпадения подключены выходы

20 датчиков 14 и 15, Блок 20 управления содержит логические схемы 41 — 44 ИЛИ. К входам схемы 41 ИЛИ. подключены выходы ключей 30 и 35, к входам схемы 42 — выходи ключей 29 и 36, к входам схемы 43 — выходы ключей ЗЗ и 38, а к входам схемы 44 — выходы ключей

32 н 39. Выход схемы 41 подключен к входам усилителей 23 и 24, выход схемы 42 — к . входам усилителей 21 н 22, выход схемы 43— к входам усилителей 21 и 24, а выход схемы

44 — к входам усилителей 22 и 23.

30 Гаситель работает следующим образом.

При вращения колеблющегося объекта 1. без радиальных колебаний масса 2 гасителя йаходится в покое. Напряжение на выходах датчиков 12 — 15 равно нулю. Но при наличии, например, дебаланса объекта 1 он начинает вращаться, совершая радиальные колебания. Эти колебания будут передаваться через упругие элементы 3 на массу 2 гасителя. Упругие элементы 3 могут быть, выполнены в виде резиновых колец или других общеизвестных @ упругих. элементов с одинаковой жесткостью в любом радиальном направлении. Так как мас са 2 гасителя соединена через кольцевой упругий элемент 3 с подшипником 4 скольжения, который в свою очередь через амортизатор 5, 4S состоящий из упругого 6 и демпфирующего 7 элементов, присоединен к основанию 45, на движение массы 2 гасителя влияют только радиальные перемещения объекта I. Таким образом, если колеблющимся объект 1 совершает н. радиальные колебания, масса 2 гасителя тоже будет соверШать радиальчые колебания с фазой, совпадающей с фазой колебаний объекта I при низких частотах и отстающей на д радиеи при больших частотах колебаний.

Для определения моментных значений радиальных колебаний объекта I и массы 2 гаснтеля на них установлены датчики 12, 13 и

14, 15 соответственно. Кроме того, датчик 12 относительно датчика 13 и датчик 14 относительно датчика 15 расположены под углом радиан. Поэтому если при радиальных коле6!4207 баниях выходные сигналы датчиков !2 и !4 являются напряжениями, пропорциональнымн

z и х, соответственно, а датчики 13 н 15— у и у> соответственно, то величины моментных значений радиальных колебаний могут быть вычислены: для колеблющегося объекта

Z= x+у, (>) для массы гасителя

Z, = /х +у . >2>

Если уравнения (1), (2) представить в виде

Z - sign y x+ (3!

Z> —— signy х, + у„, (41

Z u Z> будут определять величину и условный знак направления радиальных колебаний колеблющегося объекта 1 и массы гасителя.

В блоках !7 и 18 логического блока 16 сигналы х, у и х„у>, поступающие с датчиков

12, 13 и 14, 15 соответственно, преобразуются с помощью общеизвестных устройств, осуществляющих возведение в квадрат, суммирование, извлечение корня, формирования функции знака и умножения, в сигналы Z и Z>, которые являются пропорциональными моментами значения радиальных колебаний колеблющегося объекта 1 и массы гасителя. Их знаки положителъны. если отклонения колеблющегося объекта 1 и массы гасителя происходят по всем радиальным направлениям полуплоскости у.:О, и отрицательны, если у<0. Сигналы.с выходов блоков 17 и 18 поступают на входы блока 19 пропорциональности, который общеизвестными принципами вычисляет разность фаз между колебаниями тел 1 и 2. Полученный линейно возрастающий сигнал положительной полярности, если разность фаз между радиальными колебаниями колеблющегося объекта 1 и массы гасителя превышает

90 (и линейно уменьшающийся сигнал отрицательной полярности, если разность фаз меньше 90 ), умножается на сигнал, равный разностй моментных значений (Z — Z>) (см. уравнения (3,4). Таким образом, на выходе логического блока 16 получается сигнал, пропорциональный К (Z> Z), где К вЂ” коэффициент, . линейно зависящий от отклонения разности фаэ между моментами значения радиальных колебаний Z u Z> соответственно.тел 1 -и 2 от 90 . Сигнал с выхода логического-блока 16 поступает на входы управляемых усилителей

21 — 24 блока 20 управления; а выходные сигналы усилителей влияют соответственно на электромагниты 8 — l l таким образом, чтобы их результирующая сила совпадала по направлению с моментными перемещениями массы гасителя и имела величину, пропорциональную выходному сигналу логического блока 6. Итак, радиальные колебания массы гасителя могут быть описанй дифференциальным уравнением вида гпЕ> + с(7,— Z) + h(Z> — Z) = О, (5) где m — масса 2 гасителя; с, h — коэффициенты жесткости и демнЬИУЪГ\ЗВЯИИО нпаъчт fxv ьтваъаас аэе т

L 7 >, Z — моментные ускоре»не, скорость и .перемещения радиального колебания массы гасителя соответственно;

Z, Z — моментная скорость и перемещение радиальных колебаний колебательного тел а соответственно.

Прн наличии влияния упомянутой дополнительной силы электромагнитов уравнение (5). будет иметь следующий вид .

mZ> + (с+ k) (Z Z) + h(Z> — Z) = 0,(б) где +K, если сила, пропорциональная — Z), препятствует движению н — К, если помогает движению.

Очевидно, чтобы направление силы, создаваемой электромагнитами, совпадало с радиальными направлениями колебаний массы 2 гасителя, величина сигнала, постунаюгцего на различные электромагниты с отдельного уси- лителя 21 или 22, 23, 24, должна распределяться пропорционально снгналу с датчика 15 .10 для электромагнитов 9 и !1 и с датчика 14— для электромагнитов 8 и 10. Для этого на управляемые входы усилителей 22 н 24 подключен выход датчика 15 н на управляемые входы усилителей 21 и 23 — выход датчика 14. Регулирование коэффициентов усиления усили25 телей 21 и 24 происходит таким образом, чтобы направление силы, создаваемой электромагнитами, совпадало с радиальным направлением колебаний массы гасителя, но ее величина была пропорциональной выходному сигналу логического блока 16.

Общее управление электромагнитами про. исходит следующим обраэщн.

Схемы 31, 34, 37 н 40 совпадения открыва ются и выдают сигналы на выходах только при совпадении на входах + +, + вЂ,, — + напряжений соответственно, ключи 29, 32, 35 и 38 пропускают при наличии управляющих сигналов положительные сигналы напряжений, а ключи 30, 33, 36 и 39 пропускают поступающие на вход отрицательные сигналы напряжения, инвентируют и являются закрытыми при отсутствии сигналов на управляющих входах.

Если выходные напряжения датчиков 14 и 15 положительны, открывается схема 31 совпадения н выходным сигналом открывает ключи 29 и 30. Если с выхода блока 16 сигнал по4 ложительный, пропускает ключ 29 и сигнал с выхода блока 16 через схему 42 ИЛИ поступает на входы управляемых усилителей 21 н 22, сигналы с выходов которых поступают на входы электромагнитов 8 и 9 соответственно.. Tax р квк коэффициент усиления усилителя 21 про порционален выходному сигналу датчика 14, а усилителя .22 — сигналу датчика 15, величина силы действия притягивающих электромагнитов направлена точна против направления

И движения массы 2 гасителя и препятствует движению массы. Поэтому (по уравнению (6) увеличивается коэффициент жесткости квяэи между телами и 2 и разность фаэ между нх колебаниями уменьшается и приближается к

90 . Выходное напряжение блока lб уменьшяЮ

614267 рующая сила электромагнитов 8 и 9. Аналогично при отклонении упомянутой разности фаз в сторону меньше 90, напряжение на выходе блока 16 отрицательное н его пропускает ключ

30. Сигнал с выхода ключа 30 через схему 4!

ИЛИ поступает на вход усилителей 23 и 24, а сигнал с их выходов — на входы электромагнитов i0 и 11 соответственно. Иапряжение результирующей силы электромагнитов 10 и 1! совпадает с перемещением массы 2 га. сителя, и из уравнения (6) следует, что уменьшается жесткость связи между об.ьектом 1 и массой 2, что способствует увеличению разности фаз до 90 . При этом выходное напряжение блока 16 увеличивается (оставаясь етрицательным), как и результирующая сила электромагнитов 10 и 11.

Аналогично работают блоки 26 — 28 выборки и другие пары электромагнитов.

Если ьа выходе датчика 15 сигнал положительный, а на выходе датчика 14 отрицательный, открывается схема 34 совпадения. Если на выходе блока 16 сигнал положительный, пропускает ключ 32 и через схему 44 ИЛИ и усилители 22 и 23 влияет на электромагниты 9 и 10 соответственно, которые способствуют увеличению коэффициента жесткости (см, уравнение (6). Если на выходе блока 16 сигнал отрицательный, пропускает ключ 33 и через схему 43 ИЛИ н усилители 21 и 24 влияет на электромагниты 8 и l l соответственно, которые способствуют уменьшению коэффициента жесткости.

Если на выходах датчиков 14 и 15 сигналы отрицательные, открывается схема 37 совпадения. Бслн на выходе блока 16 сигнал положительный, нрбпускает ключ 35 и через схему 41 ИЛИ и усилители 21 и 24 влияет на электромагниты 10 н 11 соответственно, которые способствуют увеличению коэффициента жесткости. Если на выходе блока 16 сигнал отрицательный, пропускает ключ 36 и через схему 42 ИЛИ и усилители 21 и 27 влияет на электромагниты 8 я 9 соответственно, которь-е способствуют уменьшению коэффициента жесткости.

Если на выходе датчика 15 сигнал отрицательныи, а на выходе. да гчика 14 — — положительный, открывается схема 40 совпадения.

Если на .выходе блока 16 сигнал положительный, пропускает ключ 38 и через схему 43

ИЛИ и усилителя 21 н 24 влияет на электромагнитыы 8 и 1 1 соответственно, . которые способствуют увеличению ьоэффициента жесткости. Если на выходе блока 16 сигнал отрицательный, пропускает ключ 39 «через схему

44 ИЛИ н усилители 22 и 23 влияет на электромагниты 8 и 9 соответственно, которые способствуют уменьшению коэффициента жесткости, Выше описана работа устройства в случае если Z — Z в уравнении (6) положительного знака. Аналогично будет работать устройство при изменении знака разности Z — Z на отрицательный (что имеет место при работе устройства, где знаки чередуются в цикле колебаний). Только в этом случае прн упомянутой разности фазы между колебаниями объекта l и массы 2 больше 90 на выходе блока l6 будет сигнал отрицательной полярности и соответствующие электромагниты будут работать, как показано выше, увеличивая жесткость, а при разности фаз меньше 90 сигнал на выходе блока 16 будет положительным, жесткость будет уменьшаться соответствующими электромагнитами, как показано выше.

Таким образом, коэффициент жесткости изменяется непрерывно при любых радиальных колебаниях колебательного тела 1 и осуществляется оптимальный режим гашения этих колебаний.

1З Предложенный гаситель колебаний с автоматнческой оптимизацией, который легко реализуется для любых систем с колебанцями по двум координатам, увеличивает эффективность автоматической оптимизации. Применение вышеизложенного изменения жесткости делает устройство довольно компактным и износоустойчивым.

Формула изобретения

Гаситель колебаний с автоматической оптимизациеи, содержащий массу гасителя, упругие элементы, соединяющие массу гасителя с колеблющимся объектом, датчики положения. колеблющегося объекта и массы гасителя, логический блок,,блок управления и амортизатор, устанавливаемый между колеблющимся объектом и основанием, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности автоматической оптимизации, масса гасителя выполнена в виде полого магнитопроводного цилиндра, в полость которого помещают колеблющийся объект, гаситель снабжен электромагнитами, симметрично расположенными на внутренней поверхности цилиндра с угловым смещением

40 90, упругие элементы выполнены кольцевыми, логический блок выполнен в «виде двух идентичных блоков определения моментных значений положений, к входам одного из которых подсоединены выходы датчиков положения колеблющегося объекта, а к входам другого — выходы датчиков положения колеблющейся массы, и блока пропорциональности, к входам .. которого подключены выходы блоков определения моментных значений положений, .блок управления выполнен в виде четырех управляемых усилителей, каждый нз которых соединен . с соответствующим электромагцнтом, к управляющим входам первого и третьего усилителей цодклйчен выход одного из датчиков положения массы гасителя, а к управляющим входам второго и четвертого усилителей — выход другого да чика положения массы гасителя, четырех блоков выборки, каждый из которых включает в себя первый и второй ключи, к основным входам которых подключен выход логического блока, и схему совпадения, входы

@ которой соединены с выходами датчиков поло6I4267

1 ! ! ! ! !

Составитель А. Мащкин

Техред О. Луговая Корректор И. Гокснч

Тираж 1 198 Подписное

Редактор А. Мурадяъ

Заказ 3670 32

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров ССс P оо делам изобретений и отк рытий

113035, Москва, Ж-35, Рау яская наб. д. 4/5

Филиал ППП «Патента, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жения массы гасителя, а выход подключен к управляющим входам ключей, четырех логических схем ИЛИ, к входам первой из которых подключены выходы второго и первого ключей соответственно первого и третьего блоков выборки, а к входам второй — выходы первого и второго ключей соответственно первого и третьего блоков выборки, к входам третьей— выходы второго и первого ключей соответственно второго и четвертого блоков выборки, выход первой логической схемы ИЛИ подключен N к одному из входов третьего и четвертого, а выход второй — к одному из входов первого и второгв управляемых усилителей, выход третьей логической схемы ИЛИ-к другому входу первого и четвертого, а выход четвертой-к другому входу второго и третьего управляемых усилителей, датчики положении колеблющегося обьекта и датчики положения массы гасителя установлены с угловым смещением, равным смещению электромагнитов, и число каждых из них вдвое меньше числа электромагнитов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР,% 259568, кл. F !6 F I5/03, !968.

2. Патент США № 348395!, кл. !88 — 1, I 968.