Файл: Грибов, М. М. Регулируемые амортизаторы радиоэлектронной аппаратуры.pdf

демпфирования сила должна быть пропорциональной на­ грузке. Амортизатор с сухим трением при одинаковой эффективности гашения удара с амортизатором с линей­ ной силой сопротивления имеет больший запас хода при данном ударном воздействии.

Амортизатор, сила сопротивления которого пропор­ циональна нагрузке и изменяется по закону политропы, обладает максимальной эффективностью гашения удара; его расчет может производиться после серии начальных преобразований по методике расчета амортизатора с по­ стоянной силой сухого трения. Диапазон изменения силы сухого трения должен равняться диапазону изменения статических нагрузок на амортизатор.

6. Расчет основных параметров амортизаторов с регулируемыми параметрами

6.1.Требования к амортизаторам с регулируемыми

параметрами

Основные требования, которым должна отвечать кон­ струкция амортизаторов, определяются характером дей­ ствующих нагрузок и особенностью упругого подвеса амортизируемого объекта. Известно, что в общем случае объект, установленный на амортизаторах, имеет шесть степеней свободы. При решении уравнений движения та­ кой системы может быть получено частное уравнение шестой степени относительно квадрата частоты. В теории колебаний [5] доказано, что частотное уравнение всегда имеет шесть положительных корней, если существует устойчивое положение статического равновесия. Как и для системы с одной степенью свободы, при совпадении одной из собственных частот с частотой вибрационного воздействия, наступает резонанс.

В практических задачах на движение амортизируемо­ го объекта заранее накладываются некоторые ограниче­ ния, уменьшающие число степеней свободы системы. Если, например, движение объекта является плоским, то число степеней свободы уменьшается до трех и т. д. Ча­ сто, даже при отсутствии дополнительных связей, можно заранее утверждать, что при заданном направлении вибрационного воздействия будут меняться не все, а только некоторые из координат. Это происходит, если виброзащитная система симметрична относительно неко-

90

торых координатных плоскостей, а воздействие направ­ лено по одной из осей координат. Объект в этом случае называют частично амортизируемым [39].

В таких системах целесообразно часто стремиться к тому, чтобы число упругих элементов совпадало с чис­ лом степеней свободы. Например, твердое тело малых размеров может крепиться к основанию тремя упругими элементами, тело, имеющее вертикальные направляющие, обладает одной степенью свободы, а тело, перемещаю­ щееся в одном направлении, имеет две степени свобо­ ды — осевое движение и вращение вокруг оси, и т. п.

При решении уравнений движения амортизованного объекта с я степенями свободы получается я скелетных кривых. В виброзащнтных системах собственные частоты обычно стремятся сблизить, чтобы уменьшить общую ширину резонансной полосы; при этом области сущест­ вований резонансных колебаний обычно сливаются, так что они наблюдаются при любом значении £2 в интервале

®miw "С £2 5^ СОтах-

Интенсивности диссипативных сил, необходимых для подавления резонансных колебаний системы с я степеня­ ми свободы, выбираются по аналогии с системой, имею­ щей одну степень свободы. Наилучшим решением можно было бы признать полное совпадение всех собственных частот амортизатора, однако это требует создания амор­ тизатора, упругие характеристики которого были бы одинаковыми во всех направлениях. По-видимому, тако­ му требованию отвечает упругий шар, укрепленный так, что при перемещении объекта в любом направлении про­ исходит его деформация.

В принципе конструирование амортизационных си­ стем может вестись двумя путями:

—создание всенаправленного амортизатора с регули­ руемой жесткостью. При этом система с шестью степе­ нями свободы может устанавливаться всего лишь на три упругих элемента;

—создание амортизатора с числом степеней свободы, меньшим шести, использование которого обязательно предполагает наличие в системе подвески направляющих устройств, ограничивающих свободу перемещения в опре­

деленных направлениях. В таком случае система с шестью степенями свободы должна , быть подвешена так, чтобы определенные упругие элементы воспринима­ ли определенные нагрузки.

Нам представляется, что наиболее предпочтительным в рамках поставленной задачи является второй вариант. При этом пневматические упругие элементы с регулируе­ мой жесткостью необходимо устанавливать в направле­ нии предпочтительного воздействия нагрузок — вдоль направляющих устройств, а сами направляющие устрой­ ства можно устанавливать на упругие элементы с посто­ янной жесткостью.

Известны [38] варианты установки объекта на амор­ тизаторах н их влияние на частотное уравнение колеба­ тельной системы, поэтому нет необходимости еще раз останавливаться на этом безусловно важном вопросе.

Следует подчеркнуть, что требования к амортизато­ рам с регулируемыми параметрами, как и к любым дру­ гим амортизаторам, определяются в первую очередь условиями их эксплуатации.

Известно, что амортизаторы самолетной аппаратуры должны обеспечивать хорошую внбронзоляцню в услови­ ях постоянно действующей во всех направлениях вибра­ ции в диапазоне частот 10... 200 Гц с амплитудами до 1 мм от работы винтомоторной группы поршневых само­ летов п с амплитудами до 0,5 мм — от работы двигателей реактивных самолетов. Одновременно самолетные амор­ тизаторы должны эффективно защищать РЭА от ударов при взлете н посадке (с ускорением до 4g') (включая аварийную посадку) п от однонаправленного ударного ускорения до —3 ... + 8 g при стартовых режимах и эво­ люциях [30].

Амортизаторы с регулируемыми параметрами долж­ ны иметь малые габариты п вес, соизмеримые с габари­ тами и весом обычных приборных амортизаторов, обес­ печивать удобство монтажа аппаратуры, а также быть достаточно ирфстыми в изготовлении и эксплуатации.

Амортизаторы с регулируемыми параметрами долж­ ны обладать малой жесткостью и, следовательно, низкой частотой собственных колебаний в пределах небольшого хода в зоне статического равновесия. Основной спектр наиболее вероятных вибровоздействий должен быть не менее чем в 2—3 раза выше частоты собственных коле­ баний. Демпфирование амортизаторов в зоне статиче­ ского равновесия следует выполнять минимальным, что способствует повышению эффективности виброизоляции благодаря уменьшению силы неупругого сопротив­ ления.

38

Для подавления резонансных колебаний и гашения ударных воздействий необходимо обеспечивать значи­ тельное увеличение жесткости упругой характеристики и демпфирования амортизатора на начальном и конечном участках хода.

Динамическая составляющая, действующая при коле­ баниях на упругий пневматический элемент, при посто­ янном внешнем воздействии прямо пропорциональна массе амортизированного объекта. Для амортизатора данного типоразмера, работающего при небольших из­ быточных давлениях, 0,02 ... 0,5 МПа (0,2 ... 5 атм), уве­ личение жесткости отстает от увеличения массы аморти­

с увеличением нагрузки. В связи с этим при конструиро­ вании амортизаторов, предназначенных для работы в ши­ роком диапазоне изменения статических нагрузок (в рас­ сматриваемом примере 25-кратном), следует в первую очередь выполнять расчеты на ударное воздействие для объекта максимального веса.

В амортизаторах целесообразно использовать доста­ точно низкие давления, так это позволяет: применять для заправки амортизаторов сжатый газ тормозной системы транспортного средства; снизить нагрузки на резино­ кордную оболочку и тем самым повысить ее долговеч­ ность; перекрыть одним типоразмером амортизатора весь диапазон изменения нагрузок стандартных аморти­ заторов; ограничить вес элементов, узлов и блоков РЭА, устанавливаемых при существующих нормах проектиро­ вания на амортизаторы; упростить эксплуатацию.

Область относительно высоких давлений 3 .. .5 МПа (3 0 ... 50 атм) используется лишь при конструировании мощных пневматических подвесок, предназначенных для защиты радиотехнических станций и систем РЭА от сей­ смических воздействий. В этом случае достаточно ком­ пактные и энергоемкие амортизаторы могут быть полу­ чены лишь при использовании сжатого газа высокого давления, что, в свою очередь, требует применения особо прочных эластичных оболочек.

В ряде случаев при конструировании упругих подве­ сок необходимо обеспечивать требование изочастотности. При использовании обычных приборных амортизаторов, описанных подробно в литературе [33, 34, 38], для сбли­ жения частот собственных колебаний приборов, установ-

ленных на одном носителе, используют набор амортиза­ торов разной жесткости. Известные равночастотные амортизаторы, жесткость которых автоматически меняет­ ся под нагрузкой таким образом, что частота собствен­ ных колебаний сохраняется неизменной [64], рассчитаны на небольшой диапазон изменения статических нагрузок и не могут в полной мере обеспечить изохронность. Пнев­ матические амортизаторы позволяют достигнуть полную изохронность.

Амортизаторы должны обладать достаточной стой­ костью к внешним воздействиям (измерению температу­ ры, давления, влажности, влиянию агрессивных сред, из­ лучений и т. д .).

Пневматические амортизаторы особенно критичны к изменению температуры и давления, которые в общем случае приводят к изменению статического уровня амор­ тизируемого объекта. Иногда приходится применять спе­ циальные устройства для стабилизации статического уровня, которые оказываются более сложными, чем сам амортизатор.

При конструировании амортизаторов необходимо об­ ращать особое внимание на стойкость используемых ма­ териалов и покрытий в условиях эксплуатации. К амор­ тизаторам ракетной аппаратуры предъявляются весьма жесткие требования. По данным, приведенным в лите­ ратуре [34], оптимальное начальное ускорение малых зенитных ракет находится в пределах 3 ... 8g.

Перегрузки, возникающие при маневрировании ракет, но величине превышают начальные. Можно полагать, что в таких условиях наиболее перспективными могут явить­ ся «всенаправленные» пневматические амортизаторы вы­ сокого давления, на которых мало сказывается измене­ ние внешнего давления. Для предохранения амортизи­ рованной аппаратуры от ударов о соседние предметы амортизаторы ракетной аппаратуры должны иметь упру­ гие ограничители хода.

Величина свободного хода до ограничителей прини­ мается 3 ... 5 мм в каждую сторону [34]. Упругий ход самих ограничителей может составлять 1 ... 2 мм.

В последнее время обнаружилась тенденция к уве­ личению полного свободного хода амортизаторов назем­ ной РЭА до величин 3 5 ... 40 мм, что явилось следствием значительного увеличения скоростей движения. Посколь­ ку пневматические амортизаторы имеют существенно

100

нелинейную упругую характеристику и регулируемые жесткость и де!Мпфирование, их полный ход может быть ограничен величинами 2 0 ...3 0 мм, что имеет несомнен­ ные преимущества.

Опыт показывает, что пневматические и гидропневма­ тические амортизаторы могут проектироваться как для использования на определенном носителе РЭА, так и для установки на различных носителях. В последнем случае является обязательной система перестройки частоты соб­ ственных колебаний.

Не вызывает сомнений также тот факт, что диапазон регулирования демпфирования должен по крайней мере перекрывать диапазон изменения статических нагрузок на амортизатор.

Ниже приводятся конструкции и расчеты пневматиче­ ских и шдроппевматических амортизаторов и систем под­ держания постоянного соотношения статического и ди­ намических прогибов, выполненных в соответствии с из­ ложенными требованиями. Все приведенные типы амортизаторов и систем были разработаны в рамках решения поставленной в настоящей работе задачи на основе теоретических выводов, полученных в предыду­ щих главах.

6.2.Расчет основных параметров амортизаторов

Как уже отмечалось, РЭА, установленная на аморти­ заторах, в самом общем случае представляет собой ме­ ханическую колебательную систему с шестью степенями свободы, в которой могут одновременно возникать шесть форм связанных колебаний — движений, состоящих из линейных и вращательных колебаний относительно каж­ дой координатной оси.

Одна из особенностей пневматических амортизаторов с регулируемыми жесткостью и демпфированием заклю­ чается в том, что они обеспечивают практически полное совпадение частот собственных колебаний системы в до­ статочно узкой полосе. Выполнение общих требований по монтажу аппаратуры, а также конструктивные осо­ бенности амортизаторов с регулируемыми параметрами позволяют получить несвязанные (независимые) формы колебаний. Частоты собственных колебаний в первом приближении обычно рассчитывают по частотным урав­ нениям независимых форм колебаний, когда многосту­

101

пенчатая колебательная система заменяется более или менее эквивалентной системой с одной степенью свободы по каждой координате.

Как п в случае расчета системы обычных амортиза­ торов, при конструировании подвески на пневматических амортизаторах выполняются следующие расчеты:

— статический расчет системы амортизации, в ре­ зультате которого определяются нагрузки, действующие на каждый амортизатор и статический прогиб аморти­ затора;

—расчет частот собственных колебаний;

—расчет эффективности виброизоляции для всех воз­

можных вариантов вибровоздействий;

— расчет коэффициентов динамичности при ударных воздействиях.

В связи с тем, что еще не разработан унифицирован­

щают в любом доступном месте основания или носите­ ля РЭА.

Конструктор, исходя из назначения проектируемого амортизатора, должен установить исходные данные для выполнения расчета.

К ним относятся: минимальная статическая нагрузка на амортизатор Рт ы\ возможный диапазон изменения статических нагрузок на амортизатор d\ свободный ход амортизатора a w *; спектр частот наиболее вероятных

102