طراحی، ساخت و بهینه سازی یک سامانه فنر بادی فعال برای فرکانس های بالا

امروزه لرزه گیرهای زیادی از لرزه گیرهای لاستیکی و فنری گرفته تا لرزه گیرهای نمدی و چوب پنبه ای استفاده می شوند. برخی در فرکانس های پائین و برخی در فرکانس های بالا بکار می روند. برخی برای تجهیزات سبک و برخی برای تجهیزات سنگین مناسبند. ویژگی مشترک این لرزه گیرها، غیر فعال بودن آنهاست یعنی در صورت تغییر وزن یا فرکانس، کارائی مناسبی نخواهند داشت. از این رو لرزه گیرهائی با کنترل کننده فعال یا نیمه فعال بوجود آمد تا بتواند مقادیر سفتی و میرائی خود را با توجه به شرایط به گونه ای تغییر دهند که کارائی حداکثر باشد. امروزه فنرهای بادی یکی از انواع پرکاربرد لرزه گیرها می باشند. اصول کلی در فنرهای بادی اینست که در صورت پائین آمدن صفحه بالائی خود، با افزایش حجم باد و در صورت بالا رفتن صفحه بالائی خود، با کاهش حجم باد سعی در برگرداندن صفحه بالائی خود به سطح مبنا دارند. بطور کلی فنرهای بادی به عنوان لرزه گیر ارتعاش، به دو دسته فنرهای بادی بالشتکی و غشائی تقسیم بندی می شوند. هدف از انجام این پروژه اینست که با کنترل مناسب فنرهای بادی بالشتکی، از آنها برای لرزه گیری ارتعاش در فرکانس های بالا استفاده شود. برای این منظور سیستمی باید طراحی شود که اولاً قابلیت تغییر فرکانس نوسان را داشته باشد و ثانیاً باید بتواند شتاب و میزان جابجائی صفحه بالائی را در فشارهای مختلف بالشتک باد اندازه گیری نماید. در نهایت باید کنترل کننده ای طراحی شود که بر اساس سیگنال های ورودی، شیر تناسبی را برای کنترل دبی ورودی به بالشتک یا خروجی از آن به بهترین نحو کنترل نماید. در این پروژه سیستم دارای چند بخش است: 1) بخش نوسان ساز که با چرخش یک شفت خروج از مرکز ارتعاش هارمونیک تولید می شود و با یک تبدیل کننده(دستگاهی که فرکانس موتور را تغییر می دهد و در نتیجه دور موتور تغییر خواهد کرد) فرکانس نوسان را می توان تغییر داد. 2) بخش سازه مکانیکی که صفحات بالائی و پائینی بالشتک را در بر دارد و مابقی تجهیزات و سنسورها روی آن نصب می شود. 3) بخش سنسورها و اندازه گیری که با شتاب سنج های تک جهته پیزو الکتریک، شتاب صفحات بالائی و پائینی بالشتک باد اندازه گیری شده و به کمک یک حرکت سنج خطی، میزان جابجائی صفحه بالائی ثبت و تحلیل می شود. 4) بخش کنترل که در آن به کمک یک کنترل کننده pid طراحی شده، بر اساس سیگنال دریافتی از حرکت سنج خطی، شیر تناسبی نیوماتیکی کنترل می شود. در نهایت یک لرزه گیر با استفاده از فنر بادی بالشتکی برای استفاده در فرکانس های بالا طراحی و ساخته می شود.