Котковий гаситель вимушених коливань висотних споруд

Котковий гаситель вимушених коливань висотних споруд, що включає робоче тіло гасителя та пружно-демпфірувальну систему його кріплення до споруди, та в якому система кріплення містить поворотний опорний таріль з верхньою робочою та нижньою опорною поверхнями, причому верхня робоча поверхня виконана у вигляді циліндричного жолоба, з торців закритий знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів на глибину, меншу товщини самих бортів, та нерухому опорну плиту, жорстко закріплену на перекритті у верхній частині споруди, причому поворотний опорний таріль та нерухома опорна плита опираються один на одного через ряд кульових тіл кочення, розміщених у заглибленнях у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних ВІДПОВІДНО на нижній опорній поверхні поворотного тареля і на верхній поверхні нерухомої плити, та крім того поворотний опорний таріль та нерухома опорна плита з'єднані між собою вертикальним шворнем, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл, а робоче тіло гасителя встановлено на верхню робочу поверхню поворотного опорного тареля та виконано набірним у вигляді котка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж и поздовжньої осі симетрії та додаткових менших за масою дисків, закріплених відносно головної частини болтами, причому по центру циліндричної порожнини головної частини котка розташовано регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині стержнями, на ЗОВНІШНІХ КІНЦЯХ ЯКИХ закріплені тіла кочення у вигляді роликів з можливістю вільного перекочування по криволінійним пазам знімних вертикальних бортів поворотного опорного тареля, який відрізняється тим, що напрямна крива циліндричного жолоба на верхній робочій поверхні поворотного опорного тареля виконана у вигляді кола ю C O Винахід стосується області вібростійкого будівництва і може бути використаний для захисту висотних споруд (типу телевізійних веж, башт, димарів, радіощогл тощо) від впливу небезпечних сейсмічних, вітрових та промислових вібраційних збуджень Існує гаситель коливань висотних споруд (Патент України № 40322А, М кл F 16 F 7/10, опубл 16 07 2001, Бюл № 6) Він включає робоче тіло у вигляді набірного катка та пружно-демпфірувальну систему його кріплення до споруди При цьому систему кріплення виконано у вигляді опорного тареля з угнутим циліндричним робочим жолобом, напрямну криву якого виконано у вигляді циклоїди, а з торців робочий жолоб закривається знімними вертикальними бортами з криволінійними вікнами, причому опорний таріль жорстко закріплений на перекритті у верхній частині споруди, а робоче тіло гасителя встановлюють у вказаний жолоб опорного тареля Крім того, робоче тіло гасителя виконано набірним у вигляді катка, який складається з головної масивної частини з прилаштованими до неї по торцям валами, на які насаджуються додаткові, менші за масою, диски, причому КІНЦІ вказаних валів вільно входять у криволінійні вікна знімних вертикальних бортів опорного тареля Крім того, між додатковими дисками та головною масивною частиною робочого тіла встановлено пружні елементи з можливістю їх регулювання через вікна у вертикальних бокових бортах опорного тареля До недоліків цього гасителя слід віднести складність та значні трудозатрати при виготовленні та обробці циліндричної поверхні робочого жо Ю 52135 коливань висотних споруд шляхом зміни профілю напрямної кривої робочого циліндричного жолоба поворотного опорного тареля гасителя, не зміннюючи ізохронності коливань робочого тіла у жолобі, значно спростити його конструкцію з одночасним підвищенням технологічності та зменшенням трудозатрат при його виготовленні Поставлена задача вирішується тим, що в катковому гасителі вимушених коливань висотних споруд, що включає робоче тіло гасителя та пружно-демпфірувальну систему його кріплення до споруди, та в якому система кріплення складається з поворотного опорного тареля з верхньою робочою та нижньою опорною поверхнями, причому верхня робоча поверхня виконана у вигляді циліндричного жолоба, з торців закритого знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів на глибину, меншу товщини самих бортів, та нерухомої опорної плити, жорстко закріпленої на перекритті у верхній частині споруди, причому поворотний опорний тарель та нерухома опорна плита опираються одне на одне через ряд кульових тіл кочення, розміщених у заглибленнях у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних ВІДПОВІДНО на нижній опорній поверхні поворотного тареля і на верхній поверхні нерухомої плити, та крім того поворотний опорний тарель та нерухома опорна плита з'єднані між собою вертикальним шкворнем, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл, а робоче тіло гасителя встановлено на верхню робочу поверхню поворотного опорного тареля та виконано набірним у вигляді катка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж и продольної осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків, закріплених відносно головної частини болтами, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташовано регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині стержнями, на ЗОВНІШНІХ КІНЦЯХ яких закріплені тіла кочення у вигляді роликів з можливістю вільного перекочування по криволінійним пазам знімних вертикальних бортів Недоліком цього гасителя є також складність поворотного опорного тареля, згідно з винаходом виготовлення та обробки циліндричної поверхні напрямна крива циліндричного жолоба на верхній робочого жолоба поворотного опорного тареля, робочій поверхні поворотного опорного тареля напрямна крива якого є циклоїдою Ця крива в виконана у вигляді кола математиці відноситься до класу трансцендентних функцій, її рівняння задається у параметричному Причинно-наслідковий зв'язок між запропоновигляді і побудову и графіка виконують по точкам, ваною ознакою та очікуваним технічним результаобчислюючи окремо величини абсциси та ординатом полягає в наступному ти для одного і того ж параметра Тому виготовОзнака, пов'язана з виконанням напрямної лення таких поверхонь потребує використання кривої циліндричного жолоба у вигляді кола, дає спеціальних лекал, які вирізають та обробляють на можливість значно спростити конструкцію гаситевисокоточних станках з числовим програмним заля безпеченням (ЧПЗ) Вартість таких станків з ЧПЗ Дійсно, З математики відомо, що коло цілком набагато більша, ніж звичайних металообробних задовільно заміняє циклоїду з точки зору ізохронстанків, та для їх обслуговування потрібні спеціаності (сталості частоти та періоду) коливань роболісти високої кваліфікації Враховуючи великі розчого тіла у вказаному жолобі Доведемо цей факт міри опорного тареля, треба визнати, що виготовЯкщо розглядати кут п як кут між внутрішньою лення та обробка таких поверхонь є технологічно нормаллю до робочої циліндричної поверхні жодуже складною і тягне за собою значні трудозатлоба з напрямною у вигляді кола та вертикаллю рати Це стримує впровадження гасителів такого (вздовж споруди) то рівняння руху ЦМ робочого класу у практику віброзахисту висотних споруд тіла (катка) у жолобі має вигляд В основу винаходу було покладено наступну задачу створення каткового гасителя вимушених лоба опорного тареля з циклоїдальною напрямною кривою За прототип винаходу нами було прийнято гаситель вимушених коливань висотних споруд (Патент України №41171 А, М кл Е 04 В 1/98, опубл 15 08 2001, Бюл №7) Цей гаситель також складається з робочого тіла у вигляді набірного катка та пружно-демпфірувальної системи його кріплення до споруди Система кріплення включає поворотний опорний тарель з верхньою робочою і нижньою опорною поверхнями та нерухому опорну плиту, жорстко закріплену на перекритті у верхній частині споруди, які опираються одна на одну через ряд кульових тіл кочення, розміщених у заглибленнях у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних ВІДПОВІДНО на нижній опорній поверхні поворотного тареля та на верхній поверхні нерухомої плити, причому' поворотний опорний тарель та нерухома опорна плита з'єднані між собою вертикальним шкворнем, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл, а робоче тіло гасителя встановлюють на верхню робочу поверхню поворотного опорного тареля Крім того, верхня робоча поверхня поворотного опорного тареля виконана у вигляді вгнутого циліндричного жолоба, напрямна крива якого є циклоїдою, а з торців циліндричний жолоб закривається знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів на глибину, меншу товщини самих бортів Крім того, робоче тіло гасителя виконано набірним у вигляді катка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж и продольно!' осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків, закріплених відносно головної частини болтами, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташовано регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині стержнями, на ЗОВНІШНІХ КІНЦЯХ яких закріплені тіла кочення у вигляді роликів з можливістю вільного перекочування по криволінійним пазам знімних вертикальних бортів поворотного опорного тареля 52135 де R- радіус напрямної кривої у вигляді кола, д- прискорення вільного падіння, д=9,81 м/с2 Якщо розглядати малі куги п у діапазоні 0 s п тт 6 , що має місце на практиці, то sin(n) можна замінити на кут п і тоді вказане рівняння коливань буде мати наступний лінеарізований вигляд 1,4 R п+g п = 0 Користуючись теорією звичайних диференціальних рівнянь визначимо власну частоту ш коливань ЦМ робочого тіла в жолобі Як бачимо, ця частота коливань співпадає з частотою коливань відомого математичного маятника, який має довжину підвісу L = 1,4 R 3 отриманої формули для частоти со можна зробити висновок про те, що власна частота та період коливань ЦМ робочого тіла в жолобі з напрямною кривою у вигляді кола з радіусом R є сталою, що і означає ізохронність коливань у вказаному діапазоні кутів Вона залежить тільки від величини радіуса кола R і не залежить від вказаного кута п відхилення ЦМ робочого тіла від вертикалі Покажемо тепер, що вказаний діапазон кутів теж задовольняє потреби віброзахисту висотних споруд З практики експлуатації маятникових гасителів коливань відомо, що їх робоча частота повинна знаходитись в області малих частот 0,8-2,5рад/с та відхилення ЦМ робочого тіла відносно жолоба знаходитись в межах 0,5-3,Ом Обчисливши по цих частотах необхідні радіуси з отриманої формули для ВІДПОВІДНИХ ш, знайдемо діапазон зміни для величин R, при яких робоче тіло гасителя виконує свої функції належним чином S Я =1.12*11 М 1,4 Знайдемо тепер, чи будуть реалізовані такі переміщення в тому діапазоні кутів п, П Р И я к и х коливання будуть ізохронними Виберемо самий невигідний випадок, коли максимальна величина кута п = тт/6 та мінімальна величина радіуса R=1,12M Обчислимо вказане відхилення ЦМ робочого тіла від вертикалі R— R-sto(ri)=\\2'^ = 0,59м>0,50 м. Виходячи з вишеприведених викладок можна зробити висновок, що заміна напрямної кривої у вигляді циклоїди на напрямну криву у вигляді кола не вплине на експлуатаційні якості гасителя Але виготовлення циліндричної поверхні жолоба з напрямною кривою у вигляді кола технологічно набагато простіше, ніж у вигляді циклоїди В практиці віброзахисту в якості такого жолоба можна, наприклад, використовувати бувші у вжитку частини труб великого діаметру з ВІДПОВІДНОЮ їх поверхневою обробкою ВІДПОВІДНО, спрощення конструкції гасителя тягне за собою зниження трудозатрат на його виготовлення На малюнку Фіг 1 показано загальний вид каткового гасителя вимушених коливань висотних споруд, на Фіг 2 - розріз А-А на Фіг 1 (збільшено) На перекриття 1 (по можливості у самій верхній частині висотної споруди) жорстко монтують опорну тарель 2 гасителя Поворотна тарель З включає вгну гни циліндричний жолоб 4, напрямну криву якого виконано у вигляді кола з радіусом R З торців робочий Іщлшдричний жолоб 4 закривається знімними вертикальними бортами 5, в яких зроблено криволінійні пази 6 Робоче тіло 7 гасителя виконано наборним у вигляді катка, який складається з головної масивної частини 8 з циліндричною порожниною 9 вздовж и продольної осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків 10, які закріплюються відносно головної частини 8 болтами 11 По центру порожнини 9 головної частини 8 розташовано регульований пружний елемент 12, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в цій же порожнині 9 стержнями 13 На ЗОВНІШНІХ кінцях обох стержнів 13 закріплені з можливістю вільного перекочування тіла кочення 14 у вигляді роликів, які перекочуються в процесі демпфування вимушених коливань по криволінійним пазам 6 вертикальних бортів 5 Поворотна тарель З опирається своєю нижньою поверхнею на нижню нерухому плиту 2 через ряд кульових тіл кочення 15, які розміщені у заглибленнях 16 у вигляді жолобоподібних кіл, виконаних ВІДПОВІДНО на нижній поверхні поворотної тарелі 3 та верхній поверхні нерухомої плити 2 Між собою поворотна тарель З та нерухома плита 2 з'єднані шкворнем 17, вісь якого співпадає з центрами жолобоподібних кіл Для обмеження поперечних зміщень робочого тіла 7 (вздовж своєї продольної осі) ВІДНОСНО вгнутого циліндричного жолоба 4 на останньому виконані виступи 18 Після визначення потрібної площини вимушених коливань споруди та обертання поворотної тарелі 3 на необхідний кут(настройка гасителя на потрібну площину) поворотну тарель З фіксують відносно нижньої нерухомої плити 2, наприклад, шкворнем 19 Для регулювання пружного елемента 12 в робочому ТІЛІ 7 зроблено технологічний отвір 20 Процес демпфірування вимушених коливань споруди запропонованим гасителем відбувається у той же спосіб, що і в прототипі при відхиленні споруди від вертикалі в один бік робоче тіло 7 гасителя відкочується в протилежний бік, піднімаючись по циліндричній поверхні жолоба 4 з напрямною у вигляді кола на відповідну зовнішньому збудженню висоту При зміщенні робочого тіла 7 відносно жолоба 4 нормаль до циліндричної поверхні жолоба, яка проходить через ЦМ робочого тіла, відхиляється від вертикалі на кут п (Фіг 1) При цьому кінетична енергія коливань споруди перетворюється на потенціальну енергію підйому робочого тіла 7 гасителя по вказаному жолобу 4 та пружних деформацій будівельних конструкцій самої споруди Завдяки взаємодії роликів 14, які закріплені на стержнях 13, та криволінійних пазів 6 вертикальних бортів 5 частина цієї енергії неконсервативно витрачається на роботу сил тертя кочення між ними Такий відбір енергії коливань на роботу сил тертя в системі "гаситель-висоти а споруда" поступово призводить до зменшення початкової амплітуди вимушених коливань та стабілізації и на визначеному обмеженому рівні Цей рівень можна вибирати та регулювати в залежності від вимог будівельних нормативів за допомогою зміни маси робочого тіла 7, радіуса кола R напрямної кривої жолоба 4 та сили притискання пружним елементом 12 стержнів 13 з роликами 14 до криволінійних пазів 6 вертикальних бортів 5 Але на відміну від прототипу конструкція запропонованого каткового гасителя з циліндричною поверхнею жолоба 4 у вигляді кола є набагато простішою і тягне за собою менші трудозатрат на його виготовлення та впровадження в практику 52135 8 віброзахисту висотних споруд Таким чином, поєднання запропонованих ознак дозволяє отримати очікуваний технічний результат шляхом зміни профілю напрямної кривої робочого циліндричного жолоба поворотного опорного тареля гасителя, не зміннюючи ізохронності коливань робочого тіла у жолобі, значно спростити його конструкцію з одночасним підвищенням технологічності та зменшенням трудозатрат при його виготовленні 20 Фіг 1 \\\Х\\\\\\\\\\ ФІГ 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71