Кульовий гаситель вимушених коливань із лінійно-в’язким опором

1 Кульовий гаситель вимушених коливань з ЛІНІЙНО-В'ЯЗКИМ опором, що складається з робочого тіла гасителя та пружно-демпфуючої системи його кріплення до споруди, який відрізняється тим, що систему кріплення виконано у вигляді нерухомої опорної плити, своєю нижньою опорною поверхнею опертої та жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди, на верхній поверхні плити виконані вгнуті робочі сферичні виїмки в КІЛЬКОСТІ не менше трьох, які розташовані симетрично відносно вертикальної осі нерухомої плити та на Винахід стосується області вібростійкого будівництва і може бути використаний для захисту висотних споруд (типу телевізійних веж, металевих башт та димарів, радіощогл тощо) від впливу небезпечних сейсмічних, вітрових та промислових вібраційних збуджень Крім того, він також може бути використаний у судноплавстві для віброзахисту (заспокоєння) великотонажних кораблів від бічної хитавиці (гойдання) на хвилях Існує маятниковий гаситель автоколивань споруд баштового типу (стаття "О применении демпфирующих устройств для гашения автоколебаний высоких сооружений башенного типа" в журналі "Строительная механика и расчет сооружений" за 1972р , №6), який складається з робочого масивного тіла гасителя та пружно-демпфуючої системи кріплення його до споруди у вигляді підвісу ПІДВІС представляє собою набір канатів (тросів), один кінець якого з'єднаний з робочим тілом гасителя, а другий - зі спорудою Демпфірування коливань однозначно визначається силами тертя між прядями тросів при їх згинанні в процесі руху тіла гасителя рівних відстанях одна від одної, а робоче тіло гасителя виконано у вигляді рухомої опорної плити змінної маси з вгнутими робочими сферичними виїмками на и нижній поверхні в КІЛЬКОСТІ, рівній їх КІЛЬКОСТІ на нерухомій плиті, причому вказані виїмки розташовані строго одна над одною симетрично відносно горизонтальної площини, що проходить між вказаними плитами, які опираються одна на одну через кульові тіла кочення, встановлені в кожній парі сферичних виїмок, розташованих ВІДПОВІДНО на нижній поверхні рухомої опорної плити та на верхній поверхні нерухомої опорної плити 2 Кульовий гаситель по п 1, який відрізняється тим, що нерухома та рухома опорні плити з'єднані між собою двома повітряними демпферами, шарнірно закріпленими відносно вказаних опорних плит та працюючими у взаємно перпендикулярних напрямах Недоліком цього пристрою є те, що довжина його підвісу повинна дорівнювати 3-10м, що створює незручності як в його обслуговуванні, так і настройці гасителя на власну частоту коливань споруди (що необхідно для належної роботи гасителя) При такому варіанті демпфірування коливань необхідно мати велике технологічне приміщення для обслуговування гасителя Крім того, в процесі експлуатації гасителя існує небезпека обриву підвісу з руйнівними наслідками (при масі гасителя в декілька тон) через можливу корозію та стомленість елементів кріплення тросів до споруди та самих тросів при багаторазових коливаннях За прототип винаходу нами було прийнято маятниковий гаситель з нелінійним затуханням ( в кн "Динамический расчет сооружений на специальные воздействия" (Справочник проектировщика), М Стройиздат, 1981 р, crop 159-160, мал 12 11) В конструкцію гасителя входить вантаж робоче тіло гасителя, який з'єднано зі спорудою за допомогою пружно-демпфуючої системи у вигляді підвісу ПІДВІС складається з просторової рами, жорстко закріпленої відносно споруди на двох (О 00 00 ю 58826 опорах, до якої на багатопрядевих тросах з жорстким осердям підвішено тіло гасителя Настройку гасителя виконують, змінюючи відстань між двома опорами Демпфірування руху робочого тіла гасителя виконується за рахунок згинання тросів та також однозначно визначається силами тертя між прядями тросів підвісу До недоліків даного пристрою слід віднести нетехнолопчність настройки та обслуговування гасителя у повішеному положенні (при масі робочого тіла в декілька тон) Для цього потрібні окреме об'ємне приміщення, спеціальні ПІДЙОМНІ пристрої та механізми, щоб знімати та встановлювати назад ПІДВІС для зміни маси тіла гасителя та відстаней між опорами для відповідної настройки гасителя Змінний температурний режим також негативно впливає на надійність та точність настройки таких ДГК на власну частоту коливань об'єкта, бо довжина підвісу може суттєво змінюватись в залежності від температури Крім того, функціонування гасителя такої конструкції не є надійним та безпечним, бо в точках підвісу існує можливість перетирання або корозії прядей тросів або елементів кріплення тросів до просторової рами Це може привести до обриву тросів підвісу з обрушенням тіла гасителя в середині висотної споруди з небезпечними наслідками В основу винаходу було покладено наступну задачу створення кульового гасителя вимушених коливань із ЛІНІЙНО-В'ЯЗКИМ опором шляхом спрощення технології обслуговування та настройки гасителя на потрібну частоту і ліквідації можливостей обриву його робочого тіла забезпечити надійне та безпечне функціонування гасителя в процесі демпфірування вимушених коливань споруди Поставлена задача вирішується тим, що в кульовому гасителі вимушених коливань із ЛІНІЙНОВ'ЯЗКИМ опором, який складається з робочого тіла гасителя та пружно-демпфіруючої системи кріплення його до споруди, згідно з винаходом систему кріплення виконано у вигляді нерухомої опорної плити, своєю нижньою опорною поверхнею опертої та жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди, а на верхній поверхні якої виконані вгнуті робочі сферичні виїмки в КІЛЬКОСТІ не менше трьох та які розташовані симетрично відносно вертикальної осі нерухомої плити та на рівних відстанях одна від одної, а робоче тіло гасителя виконано у вигляді рухомої опорної плити змінної маси з вгнутими робочими сферичними виїмками на и нижній поверхні в КІЛЬКОСТІ, рівній їх КІЛЬКОСТІ на нерухомій плиті, причому вказані виїмки розташовані строго одна над одною симетрично відносно горизонтальної площини, що проходить між вказаними плитами, які опираються одна на одну через кульові тіла кочення, встановлені в кожній парі сферичних виїмок, розташованих ВІДПОВІДНО на нижній поверхні рухомої опорної плити та на верхній поверхні нерухомої опорної плити Крім того, нерухома та рухома опорні плити з'єднані між собою двома повітряними демпферами, шарнірне закріпленими відносно вказаних опорних плит та працюючими у взаємноперпендикулярних напрямах Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає в наступному Перша ознака (систему кріплення виконано у вигляді нерухомої опорної плити, своєю нижньою опорною поверхнею опертої та жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди, а на верхній поверхні якої виконані вгнуті робочі сферичні виїмки в КІЛЬКОСТІ не менше трьох та які розташовані симетрично відносно вертикальної осі нерухомої плити та на рівних відстанях одна від одної) та друга ознака (нерухома та рухома опорні плити з'єднані між собою двома повітряними демпферами) разом дозволяють зняти питання про безпеку та надійність функціонування гасителя в процесі вимушених коливань Це пов'язано з тим, що робоче тіло через кульові тіла кочення (без підвісу) зпирається на нерухому опорну плиту і воно не може зірватися з неї завдяки його утримуванню обмежувальними повітряними демпферами при переміщенні відносно нерухомої опорної плити Крім того, кульові тіла кочення разом з робочим тілом у вигляді рухомої опорної плити мають можливість переміщення у довільному напрямі коливань споруди без додаткової переналадки гасителя на конкретний напрям коливань споруди в просторі незалежно від рози вітрів або напряму силового або кінематичного збудження іншої природи Експлуатація гасителя запропонованої конструкції не буде залежати від впливу температури, присутності агресивних середовищ та вологи Для розміщення такого гасителя не потрібно мати велике об'ємне приміщення, бо його конструкція компактна та може бути змонтована у невеликому неотеплюваному приміщенні Настройку гасителя можна виконувати дуже просто та технологічно, змінюючи масу робочого тіла в залежності від величини власної частоти коливань споруди (об'єкту), радіус R сферичних виїмок (за рахунок зміни сферичних вкладишів), а також коефіцієнти демпфірування повітряних демпферів, які обмежують переміщення рухомої плити відносно нерухомої Друга ознака (нерухома та рухома опорні плити з'єднані між собою двома повітряними демпферами, шарнірне закріпленими відносно вказаних опорних плит та працюючими у взаємноперпендикулярних напрямах) дозволяє регулювати (збільшувати або зменшувати) демпфірування вимушених коливань завдяки неконсервативним силам ЛІНІЙНО-В'ЯЗКОГО опору, які виникають між рухомою та нерухомою опорними плитами На кресленні фіг 1 показано загальний вид запропонованого кульового гасителя вимушених коливань висотних споруд, на фіг 2 - вид А на фіг 1 На перекриття 1 (по можливості у самій верхнійчастині висотної споруди або іншого об'єкту) жорстко монтують нерухому опорну плиту 2 гасителя На верхній поверхні плити 2 виконані робочі сферичні виїмки 3 в КІЛЬКОСТІ не менше трьох, в яких встановлені кульові тіла кочення 4 Рухома опорна плита (робоче тіло) 5 зі змінними масами 6 у вигляді додаткових дисків різних діаметрів (один з можливих варіантів зміни маси робочого тіла гасителя) зпирається на кульові тіла 58826 кочення 4 своїми робочими сферичними виїмками 7, які виконані на нижній її опорній поверхні та які відповідають робочим сферичним виїмкам 3 нерухомої опорної плити 2 Нерухома 2 та рухома 5 опорні плити з'єднані між собою повітряними демпферами 8 для обмеження переміщень рухомої плити 5 відносно нерухомої плити 2 та для демпфірування вимушених коливань нерухомої плити 2 В динаміці кульовий гаситель спрацьовує у той же спосіб, що і прототип При відхиленні споруди від вертикалі в один бік робоче тіло 5 з кульовими тілами кочення 4 зміщується в протилежний бік, поступально піднімаючись по сферичним виїмкам 3 нерухомої плити 2 та сферичним виїмкам 7 рухомої плити 5 на відповідну зовнішньому збудженню висоту та гасить вимушені коливання споруди При цьому кінетична енергія коливань споруди перетворюється на потенціальну енергію підйому робочого тіла 5 гасителя Завдяки взаємодії нерухомої 2 та рухомої 5 опорних плит через повітряні демпфери 8 частина цієї енергії неконсервативно витрачається на ро Комп'ютерна верстка Н Лисенко боту сил ЛІНІЙНО-В'ЯЗКОГО опору в механічній системі "гаситель-споруда" Такий відбір енергії коливань в механічній системі "гаситель-споруда" поступово призводить до зменшення початкової амплітуди вимушених коливань споруди та стабілізації и на визначеному обмеженому рівні Цей рівень можна вибирати та регулювати в залежності від вимог будівельних стандартів за допомогою зміни 3-х важливих параметрів цієї системи маси робочого тіла 5, радіуса R сферичних виїмок 3 та 7, демпфірувальних характеристик повітряних демпферів 8 Але при застосуванні запропонованого гасителя знімається питання безпеки та надійності його функціонування та дуже просто вирішено задачу настройки та обслуговування всіх його елементів Отже, поєднання запропонованих ознак дозволяє отримати очікуваний технічний результат шляхом спрощення технології обслуговування та настройки гасителя на потрібну частоту і ліквідації можливостей обриву його робочого тіла забезпечити надійне та безпечне функціонування гасителя в процесі демпфірування коливань споруди Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна