PL238247B1 - Adaptacyjno-pasywny tłumik drgań wykorzystujący luźny materiał granulowany - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest adaptacyjno-pasywny tłumik drgań wykorzystujący luźny materiał granulowany, przeznaczony do minimalizacji drgań układów w ich niebezpiecznych zakresach pracy, zwłaszcza jako absorber drgań konstrukcji budowlanych.

Z patentu PL 231274 znany jest wieloosiowy adaptacyjny absorber zderzenia zbudowany z rdzenia z materiału granulowanego otoczonego szczelną membraną gumową, w którym zmiana właściwości mechanicznych następuje pod wpływem zmiany podciśnienia wewnątrz rdzenia. Membrana gumowa pozwala na eliminację odkształcenia plastycznego i powrót do stanu równowagi. Takie rozwiązanie pozwala na adaptacyjne sterowanie odpowiedzią układu na wymuszenie impulsowe.

Znane są także absorbery zawierające rdzeń ze specjalnych struktur granulowanych utworzonych z luźnego granulatu umieszczonego w elastycznej osłonie w podciśnieniu, pomiędzy elementami przenoszącymi obciążenie. Elementem zapewniającym powrót odkształconego rdzenia granulowanego jest umieszczona współśrodkowo sprężyna. Inny absorber, opisany w zgłoszeniu patentowym US4713917, zawiera sprężysty cylindryczny rdzeń zamknięty płytami końcowymi przenoszącymi obciążenie. Rdzeń jest wypełniony materiałem granulowanym w postaci śrutu stalowego, kulek szklanych lub kulek ceramicznych.

W publikacji „Prototyp kontrolowanego tłumika drgań pracującego na bazie rdzenia granulowanego”, Robert Zalewski, acta mechanica et automatica, vol. 5 no. 3, 2011, opisany jest absorber wykonany z granulatu z tworzywa sztucznego umieszczonego pomiędzy elementami przenoszącymi obciążenie w cylindrycznej elastycznej osłonie w podciśnieniu. W rozwiązaniu tym elastyczna osłona pełni rolę uszczelnienia przestrzeni wewnątrz rdzenia, umożliwiając uzyskanie podciśnienia. Absorber może być wyposażony we współśrodkowo sprężynę zapewniającą powrót odkształconego rdzenia granulowanego.

Celem wynalazku jest opracowanie tłumika do półaktywnego tłumienia drgań układów mechanicznych, szczególnie w ich niebezpiecznych zakresach pracy.

Adaptacyjno-pasywny tłumik drgań wykorzystujący luźny materiał granulowany umieszczony wewnątrz balonu o zmiennej objętości przestrzeni roboczej realizowanej przez zmianę ciśnienia powietrza doprowadzanego przez zawór, który to balon jest umieszczony pomiędzy elementami przenoszącymi obciążenie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że elementami przenoszącymi obciążenie są ruchome przegrody umieszczone przesuwnie w sztywnej i szczelnej obudowie w kształcie prostopadłościanu, a pomiędzy każdą przegrodą a podstawą obudowy jest osadzona sprężyna dociskowa dociskająca przegrodę do balonu wypełnionego granulatem, zaś zawór jest zamocowany w otworze wykonanym w ściance bocznej obudowy pomiędzy ruchomymi przegrodami.

Tłumik według wynalazku umożliwia sterowanie charakterystyką odpowiedzi w zależności od warunków pracy, dzięki możliwości uzyskiwania zmiennej objętości roboczej wypełnionej materiałem granulowanym. Ważną zaletą tłumika jest możliwość szybkiej zmiany parametrów urządzenia wpływających na efektywne tłumienie drgań układu w trakcie eksploatacji za pomocą wykorzystania kolizji materiałów granulowanych. Dodatkowo, konstrukcja proponowanego rozwiązania zachowuje analogiczne wartości tłumiące jakie można zaobserwować w standardowych uderzeniowych tłumikach z materiałem granulowanym. W obydwu przypadkach można zauważyć znaczący wpływ masy granulatu, zastosowanego materiału, kształt oraz objętość komory z granulatem na wartości tłumienia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia tłumik w przekroju wzdłużnym, fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny tłumika w widoku aksonometrycznym, fig. 3 ilustruje przebiegi drgań belki zamurowanej z tłumikiem wykorzystującym granulat stalowy dla kilku wariantów wypełnienia objętości balonu, fig. 4 ilustruje przebiegi drgań belki zamurowanej z tłumkiem wykorzystującym granulat plastikowy, dla kilku wariantów wypełnienia objętości balonu, fig. 5 ilustruje przebiegi drgań belki zamurowanej z tłumkiem wykorzystującym granulat mieszany (plastik i stal) dla kilku wariantów wypełnienia objętości balonu, a fig. 6 ilustruje przebiegi drgań belki zamurowanej z tłumkiem wykorzystującym granulat plastikowy i zmianą objętości balonu w trakcie pracy całego układu.

Jak przedstawiono na fig. 1, 2, tłumik składa się z obudowy 1, zaworu 2, dwóch ruchomych przegród 3, 4, dwóch sprężyn 5, 6, balonu 7 i granulatu 8. Przegrody 3, 4 dzielą wnętrze obudowy 1 na 3 komory 9, 10, 11, dwie boczne i środkową. W środkowej komorze 11 ograniczonej przegrodami 3, 4 znajduje się balon 7 wypełniony granulatem 8. Balon 7 ma zawór 2 z wylotem usytuowanym na zewnątrz obudowy 1. Poprzez zawór 2 można pompować i opróżniać balon 7 w celu zmiany obję

PL 238 247 B1 tości przestrzeni roboczej, w której zachodzą kolizje granulatu 8 podczas pracy tłumika. Elementami przenoszącymi obciążenie są ruchome przegrody 3, 4 umieszczone przesuwnie w sztywnej i szczelnej obudowie 1 w kształcie prostopadłościanu. Pomiędzy każdą przegrodą 3, 4 a podstawą obudowy 1 jest osadzona sprężyna dociskowa 5, 6 dociskająca odpowiednią przegrodę 3, 4 do balonu 7. Takie rozwiązanie pozwala na równomierną rozszerzalność gumowej powłoki balonu 7 pod wpływem ciśnienia powietrza pompowanego przez zawór 2, a także na jej łatwe sprowadzenie do położenia początkowego podczas redukcji ciśnienia w przestrzeni roboczej. Zastosowany zawór 2 jest uniwersalny i kompatybilny z ogólnodostępnymi sprężarkami. Możliwość dynamicznego powiększania objętości przestrzeni roboczej, w której zachodzą kolizje granulatu 8 podczas pracy tłumika pozwala na adaptacyjno-pasywne tłumienie jego drgań. Proponowane urządzenie w swej budowie jest proste, co powoduje łatwą adaptację kształtu do tłumionego obiektu. Efekt taki uzyskano poprzez zastosowanie wypełnionego granulatem 8 balonu 7 z powłoką z gumy, który w szybki sposób dopasowuje się do kształtu środkowej komory 11 tłumika. Pozycjonowanie balonu 7 w komorze środkowej zapewnia zawór 2 zamocowany w otworze wykonanym w ściance bocznej obudowy 1 pomiędzy ruchomymi przegrodami 3, 4. Zawór 2 może być wykonany z gumy lub elastycznego tworzywa. Szersza część zaworu 2 umieszczona w balonie 7 dociska jego brzegi do wewnętrznej powierzchni obudowy 1 a końcówka zaworu 2 przechodzi przez otwór w obudowie 1 na zewnętrz.

Wykresy na fig. 3, 4, 5 ilustrują wpływy granulatu, kolejno stalowego, plastikowego oraz mieszanego (plastik i stal) na charakterystykę tłumienia. Przedstawione charakterystyki uwidaczniają zależność przebiegów przemieszczeń belki tłumionej od wybranych parametrów: różnego rodzaju materiału granulatu, różnej objętości przestrzeni roboczej ograniczającej materiał granulowany oraz zmiany objętości balonu realizowanej przez zmianę ciśnienia doprowadzanego powietrza w trakcie pracy układu.

Jak przedstawiono na fig. 3 zastosowanie stalowego granulatu powoduje obniżenie drgań przy niewielkim stosunku wypełnienia balonu co stanowi dużą zaletę. Jednak taka charakterystyka nie pozwala na dokładne dostrojenie tłumika w celu uzyskania oczekiwanej odpowiedzi układu w szerokim zakresie pracy w zależności od stopnia wypełnienia balonu granulatem.

Jak przedstawiono na fig. 4 zastosowanie granulatu plastikowego obniża amplitudy drgań belki, jednak wymagane jest znaczące wypełnienie balonu powietrzem. Powoduje to, że dla małego stosunku wypełnienia zauważalne są niewielkie różnice drgań. Zaletą zastosowania takiego granulatu jest lepsze dostrojenie tłumika do charakteru pracy w całym jego zakresie.

Jak przedstawiono na fig. 5 zastosowanie granulatu mieszanego (plastik i stal) pozwala na zauważalne obniżenie amplitud drgań belki dla małego wypełnienia balonu oraz na osiągnięcie znaczącej różnicy tłumienia w szerokim zakresie pracy. Wykres ilustruje przykładowe charakterystyki przemieszczeń zamurowanej belki o masie m1=0,3 dag dla tłumika o masie m2=0,1 dag wypełnionego granulatem stalowym i plastikowym oraz dla różnych współczynników wypełnienia objętości kolizyjnej: V1=100%, V2=55%, V3=35%, V4=15%.

Fig. 6 obrazuje przebieg drgań w trakcie pracy belki w zakresie rezonansowym przy różnym stopniu wypełnienia balonu w wyniku cyklicznych zmian ciśnienia. Przykładowe charakterystyki przemieszczeń zamurowanej belki o masie m1=0,3 dag dla tłumika o masie m2=0,2 dag wypełnionego granulatem stalowym i plastikowym oraz dla różnych współczynników wypełnienia objętości kolizyjnej: V1=100%, V2=55%, V3=35%, V4=15%. Wykres przedstawia drgania rezonansowe belki zamurowanej z tłumikiem wyłączonym poprzez zrównanie ciśnienia wewnątrz balonu z ciśnieniem otoczenia, oraz z tłumikiem załączonym (balon napompowany) z uwzględnieniem etapu przejściowego, tj. zwiększania objętości podczas pompowania. Wykres ten przedstawia ideę i możliwość zastosowania proponowanego wynalazku w tłumieniu drgań obiektu w trakcie jego pracy w niebezpiecznym zakresie.

Claims (1)

1. Adaptacyjno-pasywny tłumik drgań wykorzystujący luźny materiał granulowany umieszczony wewnątrz balonu o zmiennej objętości przestrzeni roboczej realizowanej przez zmianę ciśnienia powietrza doprowadzanego przez zawór, który to balon jest umieszczony pomiędzy elementami przenoszącymi obciążenie, znamienny tym, że elementami przenoszącymi obciążenie są ruchome przegrody (3, 4) umieszczone przesuwnie w sztywnej i szczelnej obudowie (1) w kształcie prostopadłościanu, a pomiędzy każdą przegrodą (3, 4) a podstawą

PL 238 247 Β1 obudowy (1) jest osadzona sprężyna dociskowa (5, 6) dociskająca przegrodę (3, 4) do balonu (7) wypełnionego granulatem (8), zaś zawór (2) jest zamocowany w otworze wykonanym w ściance bocznej obudowy (1) pomiędzy ruchomymi przegrodami (3, 4).