ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА
ELECTROPNEUMATIC SUSPENSION

Изобретение относится к виброзащитной технике, а именно к опорным виброзащитным элементам для крупногабаритных объектов.
Известно устройство для осуществления гашения вертикальных колебаний транспортных средств, описанное в а.с. №261926, М. кл. B60G 11/26, содержащее резинокордную оболочку с крышкой, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с калиброванными отверстиями, и клапанное устройство в виде свободно висящей на перегородке диафрагмы, перекрывающей перепускные отверстия на ходе отбоя.
К основным недостаткам устройства относится то, что при вынужденных колебаниях амортизированного объекта с большими амплитудами происходит смещение его среднего положения вниз относительно исходного вследствие постоянного аккумулирования энергии сжатого газа в дополнительной емкости в начале каждого хода сжатия, что приводит к уменьшению динамического хода подвески и снижению эффективности гашения колебаний.
Известно также устройство пневматической подвески, описанное в патенте №2325285 РФ, М. кл. B60G 11/26, F16F 9/04 (прототип), содержащее резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую полость, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с отверстием, в котором установлен электромагнитный клапан, подключенный к системе управления. Основной и дополнительный упругие элементы пневматической подвески установлены между подрессоренной и неподрессоренной массами амортизируемого объекта.
Основным недостатком устройства является низкая эффективность диссипации энергии колебаний объекта из-за инерционности процессов перетекания рабочего тела, особенно при высокочастотных колебаниях амортизируемого объекта.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих свойств пневматической подвески.
Поставленная задача достигается тем, что в известной пневматической подвеске, содержащей резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую емкость, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с отверстием, связывающим обе емкости, с установленным в нем электромагнитным клапаном, с возможностью перекрытия на ходе отбоя, а электромагнитный клапан подключен к системе управления, согласно изобретению, на дне дополнительной емкости размещен динамический гаситель колебаний, включающий электродвигатель, имеющий на валу барабан с намотанным на него тросом, устройство натяга троса, размещенное внутри дополнительной емкости на перегородке, причем один конец троса закреплен в устройстве натяга троса, второй конец троса проходит через отверстие с уплотнением в перегородке и закреплен на крышке рабочей емкости, а электродвигатель подсоединен к системе управления. Устройство натяга троса содержит цилиндрический корпус, размещенную в нем пружину и фиксатор конца троса.
Электродвигатель может быть асинхронным, в этом случае система управления содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, блок разделения сигнала управления, блок управления ключом, силовой ключ для подключения обмотки электромагнита клапана к источнику питания, а также формирователь трехфазного напряжения и силовой коммутатор, причем выходы блока разделения сигнала управления соединены с входом блока управления ключом, с формирователем трехфазного напряжения и входом управления силового коммутатора, выходы блока управления ключом соединены с управляющим входом силового ключа, а выходы формирователя трехфазного напряжения соединены с силовыми входами силового коммутатора, силовые выходы которого соединены со статорными обмотками асинхронного электродвигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где
- на фиг.1 представлена предложенная электропневматическая подвеска;
- на фиг.2 приведена структурная схема блока управления;
- на фиг.3 представлена упругодемпфирующая характеристика электропневматической подвески.
Электропневматическая подвеска содержит резинокордную оболочку 1 с крышкой 2, образующие основную рабочую емкость 3, дополнительную емкость 4, расположенную между ними перегородку 5 с клапаном 6, динамический гаситель колебаний, размещенный внутри дополнительной емкости 4 и состоящий из электродвигателя 7, имеющего на валу 8 барабан 9 для наматывания троса 10, устройство 11 натяга троса 10, размещенное внутри дополнительной емкости 4 и состоящее из цилиндра 12, пружины 13 и фиксатора 14 троса 10. Один конец троса 10 закреплен в устройстве 11 натяга троса 10 с помощью фиксатора 14, сам трос 10 намотан на барабане 8 электродвигателя 7 и связан механически с крышкой 2 через отверстие 15 с уплотнением перегородки 5 за счет фиксатора 16 троса 10. Электродвигатель 7 соединен с блоком управления 17.
Наиболее предпочтительно использовать в качестве электродвигателя 7 асинхронный электродвигатель, т.к. 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 17 содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения 18 объекта, формирователь сигнала скорости 19 объекта, устройство разделения сигнала управления 20, выходы которого соединены с блоком управления 21 силовым ключом, формирователем трехфазного напряжения 22 и с входом управления силового коммутатора 23. Причем выходы формирователя трехфазного напряжения 22 соединены с силовыми входами силового коммутатора 23, силовой выход которого соединен со статорными обмотками асинхронного электродвигателя 7, а выход блока управления 21 силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа 24, подключающего обмотку электромагнитного клапана 6 к источнику питания.
Электропневматическая подвеска работает следующим образом.
ст
В статическом положении электропневматической подвески и при колебаниях с малой амплитудой сила тяжести амортизируемого объекта уравновешивается только за счет избыточного давления Р сжатого газа упругого элемента 3 в соответствии с рабочей характеристикой упругого элемента a-d-b (фиг.3), т.е.:
ст
Mg=Р,
где М - масса амортизируемого объекта,
g - ускорение свободного падения тела.
При колебаниях амортизируемого объекта происходит вертикальное смещение крышки 2 с амортизируемым объектом относительно дополнительной емкости 4. При движении амортизируемого объекта и крышки 2 вниз осуществляется процесс сжатия газа в упругом элементе 3. При этом устройство 11 натяга троса 10 за счет пружины 13 обеспечивает натянутое состояние троса 10, трос 10 сохраняет связь с барабаном 9, перематываясь по нему. Сохранение связи троса 10 и барабана 9 обеспечивается благодаря необходимому углу охвата барабана 9 тросом 10, определяемому по формуле Эйлера [Путята Т.В., Можаровский Н.С., Соколов Н.Г., Гордийко Ф.П. Прикладная механика. Киев: Вища школа, 1977. - С.422]:
1
2
fa
S=Se,
1
где S - сила натяжения ведущей ветви троса,
2
S - сила натяжения ведомой ветви троса,
е - основание натуральных логарифмов,
f - коэффициент трения скольжения между тросом и барабаном,
a
- угол охвата барабана тросом.
Электродвигатель 7 при этом отключен, а электромагнитный клапан 6 обесточен блоком управления 17. Работа электропневматической подвески определяется характеристикой упругого элемента 3 (кривая a-d-b).
При движении амортизируемого объекта и крышки 2 вверх осуществляется процесс расширения газа. При этом блок управления 17 через силовой коммутатор 23 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 7 формирователь трехфазного напряжения 22. При этом электродвигатель 7 создает крутящий момент, преобразуемый в окружную силу на барабане 9, посредством троса 10, передаваемую на крышку 2 и противодействующую перемещению вверх амортизируемого объекта. Одновременно блок управления 17 через силовой ключ 24 подключает к источнику питания обмотку электромагнитного клапана 6, который соединяет рабочую и дополнительную емкости, за счет чего снижается рабочее давление упругого элемента 3 и энергия, возвращаемая им обратно амортизируемому объекту.
Все это усиливает демпфирующие свойства электропневматической подвески, характеристика разгрузки на упругодемпфирующей характеристике (кривая b-c-a) находится ниже характеристики упругого элемента 3 (кривая a-d-b). Дополнительная электромагнитная сила электродвигателя 7 на тросе 10 противодействует упругой силе сжатого газа, а давление газа в рабочей емкости 3 снижается за счет сообщения с дополнительной емкостью с пониженным давлением газа, при этом снижается ход перемещения амортизируемого объекта вверх и энергия колебаний, возвращаемая упругим элементом обратно амортизируемому объекту. Площадь петли a-d-b-c-a на упругодемпфирующей характеристике отражает рассеянную электропневматической подвеской механическую энергию одного колебания амортизируемого объекта.
Блок управления 17 работает следующим образом.
пop
При незначительных колебаниях амортизируемого объекта, когда их размах не превышает определенного порогового значения Z, блок управления 17 в работе не участвует, в гашении колебаний участвует только упругий элемент 3. При значительных колебаниях амортизируемого объекта блок управления подключает в работу электродвигатель 7 и клапан 6. В соответствии с сигналом преобразователя перемещения 18 объекта формирователь 19 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 20 в зависимости от знака сигнала формирует управляющее воздействие на включение формирователя трехфазного напряжения 22 и на его подключение через силовой коммутатор 23 к статорным обмоткам электродвигателя 7, а также на включение электромагнитного клапана 6.
При сжатии газа в упругом элементе 3 формируется положительный сигнал и устройство разделения управления 20 не включает в работу формирователь трехфазного напряжения 22, статорные обмотки электродвигателя 7 обесточены, электродвигатель 7 не создает крутящего момента на своем валу, а электромагнитный клапан 6 обесточен, рабочая и дополнительная емкости не соединены между собой.
При расширении газа в упругом элементе 3 формируется отрицательный сигнал, и устройство разделения управления 20 включает в работу формирователь трехфазного напряжения 22, подключает силовые выходы силового коммутатора 23 к статорным обмоткам электродвигателя 7, а также включает электромагнитный клапан 6, который соединяет рабочую и дополнительную емкости, за счет чего снижается рабочее давление упругого элемента 3 и энергия, возвращаемая им обратно амортизируемому объекту. При этом электродвигатель 7 создает крутящий момент, преобразуемый в окружную силу на барабане 9, посредством троса 10, передаваемую на крышку 2 и противодействующую перемещению вверх амортизируемого объекта. Эти факторы усиливают демпфирующие свойства электропневматической подвески.
Таким образом, введение электродвигателя, работающего в тормозном режиме, одновременно с воздушным демпфированием в самой электропневматической подвеске, позволяет снизить размах колебаний амортизируемого объекта при его значительной массе за счет дополнительного преобразования энергии колебаний в тепловые потери в роторной цепи электродвигателя. При изменении параметров напряжения формирователя трехфазного напряжения можно получать разные усилия на барабане и регулировать таким образом упругодемпфирующую характеристику электропневматической подвески. Использование активного управления в предлагаемой электропневматической подвеске позволяет повысить эффективность гашения колебаний амортизируемых крупногабаритных объектов.