Котковий віброгаситель вимушених коливань висотних об’єктів

1 Котковий віброгаситель вимушених коливань висотних об'єктів, що включає коткове робоче тіло гасителя та пружно-демпфірувальну систему його кріплення до об'єкта, при цьому робоче тіло гасителя виконане у вигляді набірного катка, який складається з головної масивної частини з циліндричною порожниною вздовж и повздовжньої осі симетрії та додаткових, менших за масою, дисків, закріплених відносно головної частини, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташовано регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині штоками, на ЗОВНІШНІХ КІНЦЯХ яких закріплені тіла кочення у вигляді роликів, який відрізняється тим, що пружнодемпфірувальна система його кріплення до об'єкта складається з нерухомого опорного тареля з верхньою робочою та нижньою опорною поверхнями, своєю нижньою опорною поверхнею опертого та жорстко закріпленого на об'єкті, верхня робоча поверхня якого виконана у вигляді двох угнутих циліндричних жолобів, з торців закритих знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів, та додаткового робочого тіла змінної маси у вигляді проміжного рухомого тареля з верхньою та нижньою робочими поверхнями, причому нижня робоча поверхня додаткового робочого тіла виконана у вигляді двох угнутих циліндричних жолобів, які знаходяться строго над двома ВІДПОВІДНИМИ жолобами на верхній робочій поверхні нерухомого опо рного тареля симетрично відносно горизонтальної площини, що проходить між вказаними тарелями, а верхня робоча поверхня проміжного рухомого тареля виконана у вигляді одного угнутого циліндричного жолоба, з торців закритого знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях цих бортів, причому додаткове робоче тіло у вигляді проміжного рухомого тареля спирається на нерухомий опорний тарель через два проміжних тіла кочення, виконаних аналогічно котковому робочому тілу та встановлених в угнутих циліндричних жолобах, ВІДПОВІДНО, нерухомого опорного тареля та проміжного рухомого тареля, а саме коткове робоче тіло встановлюють в угнутий циліндричний жолоб верхньої робочої поверхні проміжного рухомого тареля 2 Гаситель за п 1, який відрізняється тим, що, з одного боку, повздовжні осі двох проміжних тіл кочення, розташованих між нерухомим опорним і проміжним рухомим тарелями, та твірні жолобів, в яких вони розміщені, та, з другого боку, повздовжня вісь коткового робочого тіла на верхній робочій поверхні проміжного рухомого тареля та твірна жолоба, де воно розміщене, повинні бути взаємно перпендикулярними 3 Гаситель за п 1, який відрізняється тим, що кожна з напрямних кривих всіх угнутих циліндричних жолобів виконана у вигляді кола 4 Гаситель за п 1, який відрізняється тим, що ролики на штоках двох проміжних тіл кочення, розташованих між нерухомим опорним та проміжним рухомим тарелями, та коткового робочого тіла на верхній робочій поверхні проміжного рухомого тареля взаємодіють, вільно перекочуючись, з криволінійними пазами знімних вертикальних бортів, закріплених на нерухомому опорному та на проміжному рухомому тарелі, ВІДПОВІДНО Винахід стосується області вібростійкого будівництва і може бути використаний для захисту висотних об'єктів (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 кп F16F7/10, опубл 16 07 2001, Бюл №6] Він включає робоче тіло у CO го о ю 54033 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 елементиз можливістю їх регулювання через вікна у вертикальних бокових бортах опорного тареля До недоліків цього гасителя слід віднести однонаправленність дії гасителя в одній, наперед вибраній, площині вимушених коливань Зміна ж площини коливань об'єкту в залежності від напряму місцевих повітряних потоків тягне за собою переналадку гасителя на цей напрям Крім того, недоліком цього гасителя є складність та значні трудозатрати при виготовленні та обробці циліндричної поверхні робочого жолоба опорного тареля з циклоїдальною напрямною кривою За прототип винаходу нами було прийнято гаситель вимушених коливань висотних споруд [Патент України №41171 А, М кл Е04В1/98, 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 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 поворотного опорного тареля До недоліків цього гасителя також слід віднести однонаправленність дії гасителя в одній, наперед вибраній, площині вимушених коливань Хоча цей гаситель і дозволяє налаштовувати поворотний опорний тарель на потрібний напрям дії, але при цьому необхідне спеціальне втручання людини у цей процес настройки гасителя Отже, гаситель-прототип не може самоналаштовуватись на довільний напрям дії повітряних потоків Крім того, ще одним технологічним недоліком цього гасителя є також складність виготовлення та обробки циліндричної поверхні робочого жолоба поворотного опорного тареля, напрямна крива якого є циклоїдою Ця крива в математиці відноситься до класу трансцендентних функцій, її рівняння задається у параметричному вигляді і побудову и графіка виконують по точкам, обчислюючи окремо величини абциси та ординати для одного і того ж параметра Тому виготовлення таких поверхонь потребує використання спеціальних лекал, які вирізають та обробляють на високоточних станках з числовим програмним забезпеченням (ЧПЗ) Вартість таких станків з ЧПЗ набагато більша, ніж звичайних металообробних станків, та для їх обслуговування потрібні спеціалісти високої кваліфікації Враховуючи великі розміри опорного тареля, треба визнати, що виготовлення та обробка таких поверхонь є технологічно дуже складною і тягне за собою значні трудозатрати Це стримує впровадження гасителів такого класу у практику віброзахисту висотних споруд В основу винаходу було покладено наступну задачу створення каткового віброгасителя вимушених коливань висотних об'єктів шляхом реалізації можливості продольно-поперечних переміщень робочих тіл віброгасителя у двох взаємноперпендикулярних напрямках, а також зміни профіля напрямних кривих робочих циліндричних жолобів гасителя, не змінюючи ізохронності коливань робочих тіл у жолобах, значно спростити його конструкцію з одночасним підвищенням технологічності та зменшенням трудозатрат при його виготовленні та функціонуванні Поставлена задача вирішується тим, що в катковому віброгасителі вимушених коливань висотних об'єктів, який включає Каткове робоче тіло гасителя та пружно-демпфірувальну систему його кріплення до об'єкту, та в якому робоче тіло гасителя виконане у вигляді набірного 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, причому по центру циліндричної порожнини головної частини катка розташовано регульований пружний елемент, який взаємодіє з двома симетрично розміщеними в тій же порожнині штоками, на ЗОВНІШНІХ КІНЦЯХ яких закріплені тіла кочення у вигляді роликів, згідно з винаходом пружно 54033 демпфірувальна система його кріплення до об'єкту складається з нерухомого опорного тареля з верхньою робочою та нижньою опорною поверхнями, своєю нижньою опорною поверхнею опертого та жорстко закріпленого на об'єкті, а верхня робоча поверхня якого виконана у вигляді двох угнутих циліндричних жолобів, з торців закритих знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях бортів, та додаткового робочого тіла змінної маси у вигляді проміжного рухомого тареля з верхньою та нижньою робочими поверхнями, причому нижня робоча поверхня додаткового робочого тіла виконана у вигляді двох угнутих циліндричних жолобів, які знаходяться строго над двома ВІДПОВІДНИМИ жолобами на верхній робочій поверхні нерухомого опорного тареля симетрично відносно горизонтальної площини, що проходить між вказаними тарелями, а верхня робоча поверхня проміжного рухомого тареля виконана у вигляді одного угнутого циліндричного жолоба, з торців закритого знімними вертикальними бортами з криволінійними пазами, виконаними на внутрішніх поверхнях цих бортів, причому додаткове робоче тіло у вигляді проміжного рухомого тареля спирається на нерухомий опорний тарель через два проміжних тіла кочення, виконаних аналогічно катковому робочому тілу та встановлених в угнутих циліндричних жолобах ВІДПОВІДНО нерухомого опорного тареля та проміжного рухомого тареля, а саме Каткове робоче тіло встановлюють в угнутий циліндричний жолоб верхньої робочої поверхні проміжного рухомого тареля Крім того, з одного боку, повздовжні осі двох проміжних тіл кочення, розташованих між нерухомим опорним і проміжним рухомим тарелями та твірні жолобів, в яких вони розміщені, та, з другого боку, повздовжня вісь каткового робочого тіла на верхній робочій поверхні проміжного рухомого тареля та твірна жолоба, де воно розміщене, повинні бути взаємно перпендикулярними Крім того, кожна з напрямних кривих всіх угнутих циліндричних жолобів виконана у вигляді кола Крім того, ролики на штоках двох проміжних тіл кочення, розташованих між нерухомим опорним та проміжним рухомим тарелями, та каткового робочого тіла на верхній робочій поверхні проміжного рухомого тареля взаємодіють, вільно перекочуючись, з криволінійними пазами знімних вертикальних бортів, закріплених на нерухомому опорному та на проміжному рухомому тарелі ВІДПОВІДНО Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками та очікуваним технічним результатом полягає в наступному Перша та друга ознаки разом дають можливість реалізації демпфірування гасителем вимушених коливань об'єкту в ДОВІЛЬНІЙ ПЛОЩИНІ без додаткової його настройки (повороту) на цю робочу площину Дійсно, це пов'язано з тим, що осі двох проміжних тіл кочення, розташованих між нерухомим опорним та проміжним рухомим тарелями, перпендикулярні до осі каткового робочого тіла, встановленого на верхній робочій поверхні проміжного рухомого тареля Це дає можливість перекочування по ВІДПОВІДНИМ жолобам, з одного боку, двох проміжних тіл кочення, та, з другого боку, каткового робочого тіла у двох взаємноперпендикулярних площинах (напрямках) одночасно Вказані дві взаємноперпендикулярні площини охоплюють всі можливі напрямки коливань висотного об'єкту без додаткової настройки віброгасителя на потрібну (довільну) площину дії повітряного потоку (або іншого силового чи кінематичного збудження) незалежно від напрямку його дії Тобто, при функціонуванні запропонованого віброгасителя маємо ефект його самонастройки на пфібну робочу площину (напрям) без втручання людини Третя ознака, пов'язана з виконанням напрямних кривих усіх циліндричних жолобів у вигляді кола, дає можливість значно спростити конструкцію гасителя Дійсно, З математики відомо, що коло цілком задовільно заміняє циклоїду з точки зору ізохронності (сталості частоти та періоду) коливань робочого тіла у вказаному жолобі Доведемо цей факт Якщо розглядати кут п ж кут між внутрішньою нормаллю до робочої циліндричної поверхні жолоба з напрямною у вигляді кола та вертикаллю (вздовж споруди) то рівняння руху ЦМ робочого тіла (катка) у жолобі має вигляд 1,4-R-TJ + g- sin(T|)= 0, де R - радіус напрямної кривої у вигляді кола g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с Якщо розглядати малі кути п у діапазоні 0 < т|