Управляемое виброзащитное устройство

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси(72) Авторы Коробко Евгения Викторовна Колик Валентин Львович Глеб Владимир Константинович Городкин Рафаил Геннадьевич Гончарова Наталья Александровна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси(57) Управляемое виброзащитное устройство, содержащее упругие электроды для восприятия вибровозмущений, подключенные к источнику питания, электрореологическую жидкость, отличающееся тем, что содержит связанный с источником питания датчик, выполненный в виде вибропреобразователя, между электродами расположена диэлектрическая ткань капрон, пропитанная электрореологической жидкостью, а объект защиты прикрепляется к электродам. 6611 1 Изобретение относится к устройствам для гашения механических колебаний и может найти применение для виброзащиты навигационных, оптических приборов, радиотехнического оборудования, установленного на летательных аппаратах, судах морского и речного флота и других транспортных средствах. Известны виброизоляторы типа АП, АЧ 1, относящиеся к пассивным (неуправляемым) устройствам. Им присущи недостатки - низкая эффективность в области низких частот, при вибрации с широким спектром частот, старение резины, недостаточная маслобензостойкость. Известен гидропневматический амортизатор 2, содержащий упругий элемент в виде сильфона, и пневмогидравлический аккумулятор, разделенный эластичной мембраной на полости с сжатым газом и жидкостью, и соединенный с сильфоном посредством трубопровода и вентиля, управляемого механически. Недостатком гидропневматического амортизатора является сложность конструкции, большой вес, ручная настройка системы виброгашения. Устройство 3 представляет аналог активной виброзащиты. Оно содержит две камеры, заполненные электрореологической жидкостью (ЭРЖ), соединенные плоским каналом, верхняя и нижняя пластины которого являются электродами, подключенными к источнику питания. При наложении электрического поля меняется вязкость ЭРЖ, что вызывает изменение жесткости устройства. Недостатками устройства являются сложность и ненадежность, обусловленная возможностью седиментации ЭРЖ с последующей закупоркой канала, нестабильность работы во времени. Известна виброизоляционная опора 4, содержащая опорный болт и корпус с размещенными в нем пористой и жесткой резиной, между которыми расположены металлические пластинки, соединенные с источником питания по схеме конденсатора опору, имеющую резервуар, заполненный магнитным маслом и закрытый крышкой, взаимодействующей с опорным болтом размещенную вокруг резервуара электрическую катушку и,включенное в схему конденсатора и катушки, реле времени. Недостатками виброизоляционной опоры, по нашему мнению, являются сложность конструкции вследствие наличия двух чувствительных и двух управляющих элементов(резиновые шайбы с металлическими пластинами и магнитное масло в резервуаре, на которое воздействует магнитное поле). Известно, что наличие двух регуляторов вызывает взаимные помехи и не обеспечивает четкой работы системы регулирования. Возможность седиментации магнитной жидкости в закрытом объеме приводит к сложностям при использовании. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по техническому решению является способ регулирования упругих характеристик системы путем наложения на жидкость физического поля 5, выбранный нами в качестве прототипа. Устройство представляет собой коаксиально расположенные электроды, попарно подсоединенные к источнику питания, между которыми размещена электрореологическая жидкость. Устройству присущи недостатки наличие трения электродов об элементы конструкции при возвратно-поступательном движении, сложность обеспечения герметичности конструкции, возможность седиментации электрореологической жидкости, необходимость наличия в устройстве специального упругого элемента. Предлагаемое нами управляемое виброзащитное устройство, содержащие упругие электроды для восприятия вибровозмущений, подключенные к источнику питания, электрореологическую жидкость, отличающееся тем, что содержит связанный с источником питания датчик, выполненный в виде вибропреобразователя, между электродами расположена диэлектрическая ткань капрон, пропитанная электрореологической жидкостью, а объект защиты прикрепляется к электродам. Целью предлагаемого изобретения является создание максимально простого конструкторского решения и его осуществления в устройстве виброзащиты, надежном в эксплуатации, с потреблением незначительных энергозатрат. 2 6611 1 Изобретение иллюстрируется фиг. 1-4. На фиг. 1 представлена схема управляемого виброзащитного устройства. На фиг. 2 изображена дистанционная прокладка. На фиг. 3 показана ячейка до деформации (фиг. 3 а), после деформации (фиг. 3 б). На фиг. 4 показана графическая зависимость относительных амплитуд вибросмещения от частоты возбуждения и напряженности электрического поля для балки длиной 95 мм. Зажимное устройство (1) предназначено для крепления электродов (2) и передачи на них вибровозмущений. Электроды (2) изготовлены из упругого токопроводящего материала,например стали, бронзы, плакированного текстолита и др. Геометрию и размеры электродов выбирают исходя из конкретной характеристики объекта защиты массы, габаритов,технических характеристик и условий эксплуатации. Диэлектрическая ткань (3), размещенная между электродами, изготовлена из диэлектрического материала капрона и пропитана адаптивным демпфирующем материалом, например электрореологической жидкостью (40 -й суспензией диатомита в трансформаторном масле). Ячейка (4), образованная поверхностью электродов (нижнего и верхнего) и волокном диэлектрической ткани капрона, заполнена ЭРЖ. Дистанционная прокладка (5) окантовывает периметр электродов, формируя зазор между ними и обеспечивает герметичность пакета. Она изготовлена из эластичного диэлектрического материала, например, фторопласта. Датчики (6) укреплены на объекте виброзащиты (9). Проводники (7) и (10) электрически связывают источник питания (8) с электродами и датчиками. В качестве датчиков используются пьезоэлектрические вибропреобразователи типа -117-02, КД-33 или инерционные типа Д 21-А. Принцип действия устройства основан на способности ЭРЖ под воздействием электрического поля обратимо изменять свои вязкоупругие характеристики. Устройство работает следующим образом колебания объекта, вызванные возмущающей силой любого происхождения, воспринимаются электродами, и устройство вибрирует с частотой возбуждения, а амплитуды перемещения, скорости, ускорения зависят от силы возбуждения и жесткости системы виброзащиты. Электроды при этом испытывают деформацию изгиба,как упругий элемент, а продольный сдвиг, сопровождающийся возникновением касательных напряжений , воспринимается силами внутреннего трения, определяющими вязкоупругие характеристики демпфера вязкого трения. На фиг. 3 представлена ячейка (4),сформированная поверхностями электродов и волокнами диэлектрической ткани капрона,и заполненная ЭРЖ. На фиг. 3 изображена ячейка до (а) и после (б) деформации. Под воздействием электрического поля поляризованные частицы твердой фазы выстраиваются в мостики, образуя каркас, жестко связанный с электродами. Величина сил сцепления определяется составом ЭРЖ и напряженностью электрического поля - Е (В/мм). При колебанияхобъекта защиты, датчик, укрепленный на нем, выдает соответствующий электрический сигнал на источник питания, который создает на электродах разность потен циалов -(В), формируя электрическое поле с напряженностью -В / мм , гдевеличина зазора между электродами. Полная жесткость устройства складывается из жесткости упругих электродов и ЭРЖ, расположенной между ними. Прокладка (4) из диэлектрической ткани капрона предотвращает седиментацию ЭРЖ и возможный электрический пробой между электродами. Проведенные авторами эксперименты подтверждают работоспосбность и эффективность устройства. На фиг. 4 представлена полученная эксперимен тально зависимость относительной амплитуды вибросмещения объекта виброзащиты 0 от частоты возбужденияГц для разных значений электрического поля - Е, где А 0 вибросмещение при отсутствии электрического поля, а Ат - вибросмещения при текущих значениях электрического поля. 3 6611 1 Эксперимент проведен при следующих условиях электроды выполнены из плакированного текстолита, длина электродов 95 мм, ширина В 30 мм, толщина 1 мм, зазор между электродами 0,2 мм. Эксперимент проведен на вибрационном электродинамическом стенде ВЭДС-10. Ре зонансный режим определен по максимальному значению отношения 0 . Для данных условий он равен 12,4 Гц. Кривые 1-5 представляют собой зависимость относительной амплитуды вибросмещения для различных напряженностей электрического поля. Из анализа приведенных зависимостей можно заключить, что 1. Для Е 0 В/мм относительная величина вибросмещения постоянна и равна 1 по исследуемому спектру частоты возбуждения. 2. При напряженности электрического поля Е 7500 В/мм, отношение 03,5 , т.е. коэффициент эффективности виброзащиты возрос в 3,5 раза. Приведенные данные свидетельствуют о работоспособности и эффективности предлагаемого управляемого (активного) виброзащитного устройства, которое обеспечивает надежность и точность работы объекта защиты в условиях вибрации и особенно на резонансных режимах. Источники информации 1. Челомей В.М. Вибрации в технике Справочник. Т. 6. - С. 200. 2. А.с.239808, 1969. 3. Патент ФРГ 3336965, 1985. 4. А.с.485253, 1975. 5. А. с.1116242, 1984. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.