ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 2011 года по МПК B60G13/14 F16F9/04 F16F15/03 

Изобретение относится к виброзащитной технике, а именно к опорным виброзащитным элементам для крупногабаритных объектов, для подвески транспортных средств, и может использоваться для технологического оборудования.

Известна конструкция пневмоамортизатора, описанная в а.с. №1106936, М.кл. F16F 9/04, содержащая обойму, пуансон, резинокордные диафрагму и догружающую оболочку. В уравновешенном состоянии нагрузка воспринимается только диафрагмой, усилия, создаваемые обоими гофрами догружающей оболочки, уравновешены, оболочка в восприятии не участвует. При работе амортизатора догружающая оболочка создает дополнительное усилие, направленное в сторону, противоположную усилию диафрагмы, тем самым уменьшая упругие свойства пневмоамортизатора. Регулирование упругой характеристики происходит за счет изменения давления газа в догружающей оболочке. Однако регулирование упругой характеристики пневмоамортизатора затруднено из-за значительного объема догружающей оболочки.

Известно также устройство пневматического амортизатора, описанное в а.с. №1758308, М.кл. F16F 9/00 (прототип), содержащее обойму, пуансон, соединенные между собой эластичным упругим элементом, установленные коаксиально последним и соосно между собой соленоиды, составной сердечник жестко соединенный с обоймой, имеющий две магнитные части, установленные на равном расстоянии между катушками соленоидов в положении статического равновесия, и немагнитную проставку между магнитными частями.

Основным недостатком устройства является низкая эффективность гашения колебаний амортизируемого объекта в связи с тем, что катушки соленоидов постоянно включены в работу и создают разностное суммарное усилие. Причем непосредственно при смене режимов работы пневматического амортизатора это усилие имеет направление, способствующее развитию колебания; так, при движении вниз основное усилие, направленное также вниз за счет втягивания магнитного сердечника в катушку, будет создавать нижний электромагнит. При движении амортизируемого объекта вверх за счет энергии упругого эластичного элемента аналогичная ситуация происходит с верхним электромагнитом. Эти явления снижают эффективность гашения колебаний и плавность хода транспортного средства.

Большим недостатком является то, что данное устройство может работать только в составе «короткоходовых» амортизаторов при размахе колебаний не более нескольких сантиметров, также соленоиды способны создавать незначительные усилия на сердечнике, и при больших массах амортизируемого объекта подобное корректирующее устройство неэффективно. Также если при работе возможны перекосы обоймы относительно пуансона, то вследствие этого возможны заклинивание сердечника или его поломка.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности гашения колебаний при значительных размахах колебаний амортизируемого объекта, при значительной массе амортизируемого объекта, повышение устойчивости пневматического амортизатора к перекосам обоймы относительно пуансона.

Поставленная задача достигается тем, что в известном пневматическом амортизаторе, содержащем обойму, пуансон, соединенные между собой эластичным упругим элементом, шток, соединенный с обоймой, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона, согласно изобретению корректирующее устройство состоит из электродвигателя, имеющего на валу зубчатое колесо, и упора штока, имеющего на оси профилированный ролик, причем шток соединен с обоймой через шарнир Гука, снабжен направляющим элементом внутри пуансона и имеет с одной стороны зубчатую рейку, зацепляемую с зубчатым колесом электродвигателя, а другой стороной опирается на профилированный ролик, а электродвигатель соединяется с блоком управления.

Электродвигатель может быть асинхронным, в этом случае блок управления содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, устройство разделения сигнала управления, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности, формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности и с входом управления силового коммутатора, причем выходы обоих формирователей трехфазного напряжения соединены с силовыми входами силового коммутатора, силовый выход которого соединен со статорными обмотками асинхронного электродвигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлен предложенный пневматический амортизатор;

на фиг.2 представлен поперечный разрез А-А на фиг.1 предложенного пневматического амортизатора;

на фиг.3 приведена структурная схема блока управления;

на фиг.4 приведена упругодемпфирующая характеристика пневматического амортизатора.

Пневматический амортизатор содержит обойму 1, пуансон 2, соединенные между собой эластичным упругим элементом 3, образующие упругий элемент 4, заполненный сжатым газом (или воздухом), шток 5, соединенный с обоймой 1 с помощью шарнира Гука 6, снабженный направляющим элементом 7 внутри пуансона 2, и имеет зубчатую рейку 8, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона 2, состоящее из электродвигателя 9, имеющего на валу 10 зубчатое колесо 11, зацепляемое с зубчатой рейкой 8 штока 5, и упора 12 штока 5, на оси 13 упора 12 расположен профилированный ролик 14. Шток 5 опирается на профилированную поверхность ролика 14. Электродвигатель 9 соединяется с блоком управления 15.

Наиболее предпочтительно использовать в качестве электродвигателя 9 асинхронный электродвигатель, так как он наиболее прост по конструкции, по обслуживанию в процессе эксплуатации, наиболее дешевый по стоимости по сравнению с электродвигателями других типов. В этом случае блок управления 15 содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения 16 объекта, формирователь сигнала скорости 17 объекта, устройство разделения сигнала управления 18, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности 19, формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности 20 и с входом управления силового коммутатора 21, причем выходы обоих формирователей трехфазного напряжения 19 и 20 соединены с силовыми входами силового коммутатора 21, силовый выход которого соединен со статорными обмотками асинхронного электродвигателя 9.

Пневматический амортизатор работает следующим образом.

В статическом положении пневматического амортизатора и при колебаниях с малой амплитудой сила тяжести амортизируемого объекта уравновешивается только за счет избыточного давления Р_ст сжатого газа упругого элемента 4 в соответствие с рабочей характеристикой упругого элемента «а-д-в» (фиг.4), т.е.:

M*g=Р_ст,

где М - масса амортизируемого объекта;

g - ускорение свободного падения тела.

При колебаниях амортизируемого объекта происходит вертикальное смещение обоймы 1 с амортизируемым объектом относительно пуансона 2.

При движении обоймы 1 и штока 5 вниз осуществляется процесс сжатия газа в упругом элементе 4. При этом блок управления 15 через силовой коммутатор 21 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 9 формирователь трехфазного напряжения прямой последовательности 19. При этом электродвигатель 9 создает вращающееся магнитное поле одного направления вращения, заставляющее вращаться ротор в том же направлении. За счет зацепления зубчатого колеса 11 вала 10 ротора электродвигателя 9 на штоке 5 создается осевое усилие, противодействующее его перемещению вниз. Это усиливает жесткостные характеристики пневматического амортизатора, характеристика нагружения на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «а-б-в») находится выше характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-д-в»). Электромагнитная сила электродвигателя противодействует совместно с упругой силой сжатого газа перемещению штока 5 и амортизируемого объекта, при этом снижается ход перемещения амортизируемого объекта вниз и аккумулирование энергии упругого элемента 4 за счет сжатия газа.

При движении обоймы 1 и штока 5 вверх осуществляется процесс расширения газа. При этом блок управления 15 через силовой коммутатор 21 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 9 формирователь трехфазного напряжения обратной последовательности 20. При этом электродвигатель 9 создает вращающееся магнитное поле другого направления вращения, чем при ходе сжатия, заставляющее вращаться ротор в том же направлении. За счет зацепления зубчатого колеса 11 вала 10 ротора электродвигателя 9 на штоке 5 создается осевое усилие, противодействующее его перемещению вверх. Это усиливает демпфирующие характеристики пневматического амортизатора, характеристика разгрузки на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «в-г-а») находится ниже характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-д-в»). Электромагнитная сила электродвигателя противодействует упругой силе сжатого газа, при этом снижаются ход перемещения амортизируемого объекта вверх и энергия колебаний, возвращаемая упругим элементом обратно амортизируемому объекту. Площадь петли «а-б-в-г-а» на упругодемпфирующей характеристике отражает рассеянную пневматическим амортизатором механическую энергию одного колебания амортизируемого объекта.

За счет введения шарнира Гука, связывающего обойму 1 со штоком 5, и направляющего элемента 7 для штока 5 внутри пуансона 2 могут быть снижены требования к перекосам обоймы относительно пуансона, пневматический амортизатор останется при наличие перекосов работоспособным.

При колебаниях шток 5 опирается на профилированный ролик 14 упора 12, что предотвращает его изгибы и возможное проскальзывание зубьев при передаче усилия на шток через зубчатое колесо электродвигателя.

Блок управления 15 работает следующим образом.

При незначительных колебаниях амортизируемого объекта, когда их размах не превышает определенного порогового значения, корректирующее устройство в работе не участвует, в гашении колебаний участвует только упругий элемент 4. При значительных колебаниях амортизируемого объекта блок управления подключает в работу корректирующее устройство. В соответствии с сигналом преобразователя перемещения 16 объекта формирователь 17 сигнала скорости объекта образует разнополярные сигналы, при перемещении объекта вниз формируется сигнал положительной полярности, а при перемещении объекта вверх - сигнал отрицательной полярности. Устройство разделения управления 18 в зависимости от знака сигнала формирует управляющее воздействие на включение разных формирователей трехфазного напряжения и на их подключение через силовой коммутатор 21 к статорным обмоткам электродвигателя 9.

При сжатии газа в упругом элементе 4 формируется положительный сигнал и устройство разделения управления 18 включает в работу формирователь трехфазного напряжения прямой последовательности 19, подключает силовые выходы силового коммутатора 21 к статорным обмоткам электродвигателя 9. При этом на штоке 5 создается противодействующая осевая сила, направленная вверх и увеличивающая жесткостные свойства пневматического амортизатора.

При расширении газа в упругом элементе 4 формируется отрицательный сигнал и устройство разделения управления 18 включает в работу формирователь трехфазного напряжения обратной последовательности 20, подключает силовые выходы силового коммутатора 21 к статорным обмоткам электродвигателя 9. При этом на штоке 5 создается противодействующая осевая сила, направленная вниз и увеличивающая демпфирующие свойства пневматического амортизатора.

Таким образом, введение электродвигателя, работающего в тормозном режиме, в корректирующее устройство позволяет снизить размах колебаний амортизируемого объекта при его значительной массе. При изменении параметров напряжения формирователей трехфазного напряжения можно получать разные усилия на штоке и регулировать, таким образом, упругодемпфирующую характеристику пневматического амортизатора. За счет введения шарнира Гука могут быть снижены требования к возникновению перекосов обоймы относительно пуансона при работе пневматического амортизатора. Использование предлагаемого пневматического амортизатора позволяет повысить эффективность гашения колебаний и плавность хода транспортного средства, а также улучшает условия работы экипажа и обеспечивает требуемую сохранность спецгрузов при транспортировке.

Изобретение относится к опорным виброзащитным элементам для крупногабаритных объектов. Пневматический амортизатор содержит обойму (1), пуансон (2), соединенные между собой эластичным упругим элементом (3), шток (5), соединенный с обоймой (1), корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона (2). Корректирующее устройство состоит из электродвигателя (9), имеющего на валу (10) зубчатое колесо (11), и упора (12) штока, имеющего на оси (13) профилированный ролик (14). Шток (5) соединен с обоймой (1) через шарнир Гука (6), снабжен направляющим элементом (7) внутри пуансона (2) и имеет с одной стороны зубчатую рейку (8), зацепляемую с зубчатым колесом (11) электродвигателя (9), а другой стороной опирается на профилированный ролик (14). Электродвигатель (9) соединяется с блоком управления (15). Достигается повышение эффективности гашения колебаний 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневматический амортизатор, содержащий обойму, пуансон, соединенные между собой эластичным упругим элементом, шток, соединенный с обоймой, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона, отличающийся тем, что корректирующее устройство состоит из электродвигателя, имеющего на валу зубчатое колесо, и упора штока, имеющего на оси профилированный ролик, причем шток соединен с обоймой через шарнир Гука, снабжен направляющим элементом внутри пуансона и имеет с одной стороны зубчатую рейку, зацепляемую с зубчатым колесом электродвигателя, а другой стороной опирается на профилированный ролик, а электродвигатель соединяется с блоком управления.

2. Пневматический амортизатор по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель асинхронный, блок управления содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, устройство разделения сигнала управления, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности, формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности и с входом управления силового коммутатора, причем выходы обоих формирователей трехфазного напряжения соединены с силовыми входами силового коммутатора, силовой выход которого соединен со статорными обмотками асинхронного электродвигателя.