ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ВИБРООПОРА

Решение относится к области машиностроения, в частности, к гидравлическим виброопорам, применяемым для демпфирования вибраций, создаваемых работающими силовыми агрегатами транспортных средств и стационарных энергетических установок.
Известна гидравлическая виброопора, содержащая заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, снабженной средствами сообщения камер, из которых рабочая камера ограничена опорной плитой и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной (патент Германии №3526607, МПК F16F 13/00, 29.01.87). Средства сообщений между камерами выполнены в виде полостей и дроссельных каналов, размещенных в разделительной перегородке.
Конструкция виброопоры не предусматривает ее перестройку на частоты, присутствующие в спектре входного вибросигнала. В конструкторском исполнении данной виброопоры имеется еще один важный недостаток, заключающийся в том, что и в рабочей, и в компенсационной камерах имеются области невозмущенного состояния рабочей жидкости в обоих полупериодах входного гармонического вибросигнала, объем которых по отношению к суммарному объему рабочей и компенсационной камер достигает 50%. Это значительно снижает функциональные возможности виброопоры.
Известна также гидравлическая виброопора, содержащая заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем металлической разделительной перегородкой, выполненной как с периферийной кольцевой полостью и дроссельными каналами, тангенциально примыкающими к ней и камерам, так и с дополнительными дроссельными каналами в ее средней части, сообщающими полость с указанными камерами, из которых рабочая камера ограничена опорной платой и эластичной обечайкой, а компенсационная -мембраной. В средней части разделительной перегородки выполнены дополнительные дроссельные каналы диффузорного типа, сообщающие камеры и обращенные диффузорами в сторону, противоположную компенсационной камере, периферийная часть которой выполнена торообразной формы и тангенциально примыкающей к этим каналам (патент РФ «2135855, МПК F16F 5/00, 9/10, опубл. 27.08.99).
К недостаткам известной виброопоры можно отнести относительно невысокая эффективность виброгашения, шум при работе.
В качестве прототипа принята гидравлическая виброопора (патент РФ №2307267, МПК F16F 5/00, F16F 5/00, опубл. 27.09.2007).
Гидравлическая виброопора содержит заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, имеющей полость, образующую промежуточную камеру, сообщающуюся посредством дроссельных отверстий, выполненных в разделительной перегородке, с рабочей и компенсационной камерами, из которых рабочая камера ограничена эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной, размещенную в промежуточной камере гибкую гофрированную диафрагму с дроссельными отверстиями, расположенными в пучностях стоячих волн, возникающих при действии входного вибросигнла, и воздушную камеру, образованную мембраной и поддоном, в промежуточной камере дополнительно размещена, по крайней мере, одна диафрагма, гофры каждой диафрагмы выполнены в узлах стоячих волн, возникающих при действии входного вибросигнала, при этом суммарная площадь дроссельных отверстий каждой диафрагмы равна суммарной площади дроссельных отверстий верхней или нижней части разделительной перегородки; центральные отверстия в разделительной перегородке выполнены большего диаметра, чем периферийные, при этом дроссельные отверстия в верхней части разделительной перегородки выполнены тангенциально внутренней поверхности эластичной обечайки, а дроссельные отверстия в нижней части разделительной перегородки выполнены тангенциально внутренней поверхности мембраны. В промежуточной камере размещен пакет гофрированных диафрагм, настроенных на различные частоты путем соответствующего расположения у них гофров и дроссельных отверстий относительно центральной оси виброопоры.
Недостатком прототипа является то, что гидравлическая виброопора не рассчитана на резкое динамическое напряжение и не обеспечивает плавное гашение резких динамических нагрузок и низкочастотная вибрация передается на кузов машины.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Поставлена задача снижения вибронагрузок, создаваемых работающим силовым агрегатом транспортного средства.
Технический результат - плавное гашение резких динамических нагрузок и низкочастотной вибрации, передаваемой силовым агрегатом на кузов машины.
Этот технический результат достигается тем, что в гидравлической виброопоре, содержащей заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, имеющей полость, образующую промежуточную камеру, сообщающуюся посредством дроссельных отверстий с рабочей и компенсационной камерами, рабочая камера ограничена эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной, пакет диафрагм, настроенных на различные частоты путем соответствующего расположения в них отверстий, разделительная перегородка выполнена из двух частей: центральной, образованной внутренним кольцом, в котором установлен пакет диафрагм, и кольцеобразной периферийной, в которой расположена кольцевая подвижная мембрана с упругими элементами, нижняя и верхняя части разделительной перегородки открыты; эластичная обечайка гофрирована, а вокруг рабочей камеры установлен дугообразный защитный кожух.
Предлагаемое выполнение разделительной перегородки позволит установить кольцевую подвижную мембрану, которая гасит первую ударную волну. Упругие элементы смягчают удар мембраны при действии нагрузок. Открытые нижняя и верхняя части разделительной перегородки обеспечивают свободное прохождение рабочей жидкости, а основные нагрузки воспринимают элементы промежуточной камеры. Гофрированная эластичная обечайка при деформировании обеспечивает повышение давления рабочей жидкости в рабочей камере. Дугообразный защитный кожух защищает виброопору от внешней агрессивной среды.
Конструкция гидравлической виброопоры представлена на чертежах, фиг.1 и 2: на фиг.1 представлен рабочий процесс, когда гидроопора подвержена воздействиию вибрации, а на фиг.2, когда установленный на опору агрегат подвержен резкому динамическому воздействию.
Гидравлическая виброопора содержит корпус 1, являющийся основным элементом, к которому крепятся остальные узлы. Эластичная гофрированная обечайка 2 ограничивает рабочую камеру с демпфирующей жидкостью, соединена с корпусом 1 и опорной платой 3. Установлен дугообразный защитный кожух 4. На опорную плату 3 устанавливается силовой агрегат посредством крепления через элемент 5. Разделительная перегородка 6 выполнена из двух частей: центральной, образованной внутренним кольцом, и кольцеобразной периферийной, внутри которой выполнена промежуточная камера 7, снабженная кольцевой подвижной мембраной 8 с упругими элементами 9, во внутреннем кольце установлен диафрагм 10, настроенных на различные частоты путем соответствующего расположения отверстий 11 относительно центральной оси виброопоры, пакет диафрагм 10 установлен во внутреннем кольце 12, промежуточная камера 7 и внутреннее кольцо 12 жестко соединены с корпусом 1. Рабочая камера 13 с вязкой демпфирующей жидкостью 14 и частицами воздуха 15 ограничена внутренними поверхностями гофрированной обечайки 2 корпуса 1 и верхней частью разделительной перегородки 6. Компенсационная камера 16 ограничена снизу прогибающейся мембраной 17, под которой расположена воздушная камера 18 и поддон 19, воздушная камера 18 соединяется с атмосферой дренажным каналом 20. Нижняя и верхняя части разделительной перегородки 6 открыты.
Гидравлическая виброопора работает следующим образом.
При воздействии на опорную плату 3 нагрузки от силового агрегата гофрированная обечайка 2 деформируется, и объем рабочей камеры 13 несколько уменьшается. Это вызывает повышение давления рабочей жидкости в компенсационной камере 16, что приводит к деформации эластичной мембраны 17 и увеличению объема компенсационной камеры 16. Вследствие возникающего перепада давлений в рабочей 13 и компенсационной 16 камерах масса жидкости начинает через отверстия 11 диафрагм 10 поступать в компенсационную камеру 16. Этот процесс закончится только тогда, когда сила статического давления неработающего силового агрегата уравновесит силу сопротивления эластичной гофрированной обечайки 2. Жесткость обечайки 2 выбирается из условия максимального использования диссипации энергии колебаний в заполняющей виброопору реологической среде - рабочей жидкости. При этом потери энергии в обечайке 2 должны быть минимальными, чтобы не допустить ее нагрева. С учетом силы давления на виброопору силового агрегата и силы сопротивления обечайки 2 при статической нагрузке объемы рабочей и компенсационной камер должны быть равными. При этом кольцевая подвижная мембрана 8 под давлением жидкости перемещается вверх-вниз.
При работе силового агрегата, возбуждающего колебания с широким спектром гармонических составляющих, на виброопору действует знакопеременное давление.
Резкое возрастание давления жидкости в рабочей 13 и компенсационной 16 камерах приводит к растяжению мембраны 17. Возникающий перепад давлений приводит к движению жидкости из рабочей камеры 13 через отверстия 11 пакета диафрагм 10 в компенсационную камеру 16.
При резком нагружении на опорную плату 3 силы большой величины срабатывает кольцевая подвижная мембрана 8 и вязкая жидкость с частицами воздуха начинает активно поступать в компенсационную камеру 16 через отверстия 11 пакета диафрагм 10, причем первая ударная волна гасится за счет срабатывания кольцевой подвижной мембраны 8 и сжимаемости воздушных частиц.
Поглощение акустической энергии в данной конструкции гидравлической виброопоры происходит прежде всего в эластичной гофрированной обечайке, так как опорная плата 3, на которую передаются основные высокочастотные составляющие спектра внешнего вибросигнала, полностью изолирована от рабочей камеры эластичной гофрированной обечайкой 2. Но некоторая доля высокочастотных составляющих через тонкий слой обечайки 2, покрывающий снизу опорную плату 3, излучается в жидкую среду, заполняющую рабочую камеру 13. Поскольку акустические волны, излучаемые в жидкие среды, являются продольными, то, достигая пакета диафрагм 10, они в нем поглощаются, не трансформируясь в изгибные волны. Поглощение акустических волн пакетом диафрагм 10 происходит более интенсивно на всех частотах диапазона за счет равенства импедансов в пакете диафрагм 10 и в рабочей жидкости. Благодаря жесткости пакета диафрагм 10 с отверстиями 11 циркуляция рабочей жидкости между камерами на низких частотах происходит более интенсивно и вследствие этого возрастает диссипация энергии внешнего вибросигнала.
Таким образом, снижаются вибронагрузки, создаваемые работающим силовым агрегатом и гасятся низкочастотные колебания за счет срабатывания мембраны 8. Причем, увеличивая ход мембраны 8, можно регулировать спектр гасимых низкочастотных колебаний.
Анализ показывает, что предлагаемое решение соответствует критерию новизна, а проведенные полевые испытания подтверждают его промышленную применимость.