2. СИСТЕМЫ АКТИВНОЙ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

В настоящее время разработано большое число схем активных виброзащитных систем [186, 224, 240, 247, 270].

На рис. 2 представлена схема пневмомеханической виброзащитной системы с силовым цилиндром двойного действия [186]. Механическая обратная связь 2 по смещению через золотниковое устройство 3 управляет расходом газа, подаваемым внешним источником энергии через входной 4 и выходной 5 каналы. Благодаря наличию обратной связи по смещению, перемещающей золотник, выходное усилие штока силового цилиндра 1 является функцией интеграла относительного смещения изолируемого объекта 8.

Рис. 2. Схема пневмомеханической виброзащитной системы

Рис. 3. Резонансные кривые пневмомеханической виброзащитной системы

Управление по интегралу от смещения может быть эффективным только очень низких частотах. Поэтому обратная связь по смещению используется лишь для позиционирования защищаемого объекта. Качество защиты от вибраций и ударов определяется жесткостью и демпфированием пассивной пневматической системы. Система сравнительно мало чувствительна к изменению величины изолируемой массы.

Демпфирование пневмомеханической виброзащитной системы может быть регламентировано с помощью специальных дросселей 6, отделяющих полости силового цилиндра от дополнительных емкостей 7. Применение дополнительных емкостей позволяет снизить собственную частоту системы и может обеспечить надежное управление резонансными колебаниями сжимаемого газа.

Зависимость коэффициента динамичности по смещению от частоты для пневмомеханической виброзащитной системы с вспомогательными емкостями представлена в логарифмической системе на рис. 3. Кривые соответствуют системе с нулевым и бесконечным демпфированием. Кривые 3 и 4 получаются при отсутствии дросселирования и при полном перекрытии потока газа между силовым цилиндром и дополнительными емкостями. Оптимальное демпфирование (кривая ) определяется путем минимизации резонансного коэффициента динамичности, Довольно

большие изменения демпфирования мало влияют на резонансный коэффициент динамичности.

На рис. приведена схема электрогидравлической виброзащитной системы с силовым цилиндром двойного действия [186]. В этой схеме сшналы от датчиков ускорения 1 и относительного смещения 2 подаются в усилитель 3 с электрическим питанием 4. Усилитель вырабатывает сигнал, управляющий движением золотника 5, который регулирует подачу через каналы 6, 7 малосжимаемой рабочей жидкости в силовой цилиндр 8. Поток рабочей жидкости через золотник регулируется по ускорению, относительной скорости, относительному смещению и интегралу относительного смещения. Коэффициенты усиления по каждому каналу обратной связи настраиваются независимо.

Статическая жесткость пассивного гидравлического возбудителя высока в связи с малой сжимаемостью рабочей жидкости. Поэтому между изолируемым объектом и штоком гидроцилиндра устанавливают упругую прокладку 9. Динамическая жесткость системы мала в связи с уменьшением гидравлического сопротивления потоку рабочей жидкости через дросселирующие отверстия колеблющегося золотника. При замыкании цепи обратной связи можно получить собственную частоту системы, значительно меньшую 1 Гц.

Рис. 4. Схема электрогидравлической виброзащитной системы

Рис. 5. Резонансные кривые электрогидравлической виброзащнтиой системы

Зависимость коэффициента динамичности по смещению от частоты в логарифмической системе приведера на рис. 5 для различных сочетаний типов обратных связей. При использовании обратной связи по ускорению (кривая ) получают безрезонансную виброзащитную систему сттередаточной функцией типа где постоянная времени коэффициент усиления обратной связи по ускорению; эффективная площадь поршня.

Практически чистая обратная связь по ускорению не может быть применена, так как чувствительность системы к дрейфу нуля напряжения или тока может вызвать большие нежелательные перемещения изолируемой массы Этот недостаток устраняют добавлением обратной связи по относительному перемещению, что обеспечивает регулирование положения без существенного изменения характеристик виброзащиты. Введение дополнительной обратной связи по смещению (кривая 2) позволяет получить характеристику обычной пассивной виброзащитной системы с собственной частотой

и эффективным относительным коэффициентом демпфирования

где коэффициент усиления обратной связи по относительному смещению,

Введение дополнительной обратной связи по относительной скорости (кривая 3) приводит к изменению демпфирования без существенного воздействия на собственную частоту виброзащитной системы. При этом собственная частота системы остается прежней, а относительный коэффициент демпфирования

где коэффициент усиления обратной связи по скорости.

При проектировании низкочастотных виброзащитных систем важное значение имеют статические перемещения под действием приложенных ускорений. Для виброзащитных систем (активных и пассивных) с низкой собственной частотой они чрезвычайно велики (при ).

Рис. 6. Резонансные кривые электрогидравлической виброзащитной системы

Рис. 7. Схема активной гидравлической виброзащитной системы

Рис. 8. Схема гидравлической виброзащитной системы с гидросейсмическим датчиком

В электрогидравлической виброзащитной системе их уменьшают введением обратной связи по интегралу от относительного смещения. Это несущественно изменяет амплитудно-частотную характеристику (кривая 4) виброзащитной системы, так как обычно применяются относительно малые коэффициенты усиления по интегралу перемещения к, и большие значения постоянной времени интегратора в контуре обратной связи по относительному перемещению.

Характеристики, представленные на рис. 5, справедливы лишь в области низких частот. В области высоких частот они деформируются из-за резонансов в гидросистеме. На рис. 6 приведены резонансные кривые виброзащитной системы. Низкочастотный резонанс 1 определяется выбором коэффициентов усиления высокочастотный гидравлический резонанс 3 располагается в области частот 50—200 Гц, Улучшение характеристики в области высоких частот может быть достигнуто введением между изолируемой массой и штоком гидроцилиндра упругой прокладки 9 (см, рис. 4). Поскольку прокладка включена последовательно с гидроцилиндром, эффективная собственная частота подвески изолируемой массы становится ниже значения где жесткость упругой прокладки. Поэтому при малой жесткости прокладки уменьшается коэффициент усиления обратной связи по ускорению и, следовательно, достигается определенный запас устойчивости. Однако в общем случае для достижения удовлетворительных запасов устойчивости требуется введение электронных корректирующих цепей.

Результирующая характеристика электрогидравлической виброзащитной системы с дополнительной упругостью, являющейся пассивным виброизолятором, показана на рис. 6 (кривая 2). В области низких частот коэффициент динамичности упругой прокладки близок к единице, и виброзащита осуществляется только

активной системой. При больших частотах эффективная защита обеспечивается пассивным виброизолятором.

На рис. 7 приведена схема активной гидравлической виброзащитной системы [224]. Виброактивный объект опирается через силовой гидроцилиндр с поршнем на изолируемую платформу, упруго опертую на фундамент. Управляющая система виброзащитного устройства содержит датчик сейсмического типа в комбинации с гидроусилителем. Инерционный элемент датчика укреплен через мягкую пружину на изолируемой платформе и шарнирно связан с заслонкой, управляющей двумя соплами. Поршень силового гидроцилиндра связан штоком с виброактивным объектом. Внешним источником энергии служит питающая гидросистема, давление в которой поддерживается регулируемым нагружающим дросселем.

Датчик регистрирует вибрационное перемещение изолируемой платформы и преобразует его в колебания давления рабочей жидкости в полостях силового гидроцилиндра. Массу инерционного элемента и жесткость пружины датчика выбирают так, чтобы его собственная частота была меньше частоты с высоким уровнем в спектре вибраций объекта. В этом случае датчик работает в зарезонансиой области. Такая виброзащитная система обеспечивает уменьшение передачи вертикальной вибрации объекта до минимума, определяемого чувствительностью применяемого датчика. Приведенная схема виброизолирующей системы может быть использована в двухкаскадной системе амортизации машин.

С целью устранения амплитудного и фазового искажения, вносимого зазорами в шарнирных соединениях рычага заслонки, а также его деформацией на высоких частотах в схеме гидравлической виброзащитиой системы, приведенной на рис. 8, применен «гидравлический рычаг», представляющий собой соединение двух сильфонов разных диаметров, заполненных несжимаемой жидкостью и закрытых с обеих сторон.