ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
PNEUMATIC SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к виброзащитной технике, а именно к опорным виброзащитным элементам для крупногабаритных объектов, в том числе для подвески транспортных средств.
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 магнитных 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. Кроме того, при работе возможны поперечные перемещения и перекосы обоймы относительно пуансона, 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 поперечным перемещениям и перекосам обоймы относительно пуансона.
Поставленная задача достигается тем, что в известном пневматическом амортизаторе, содержащем обойму, пуансон, соединенные между собой эластичным упругим элементом, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона, механическую связь, связывающую обойму и корректирующее устройство, согласно изобретению, механическая связь выполнена в виде троса, корректирующее устройство содержит электромагнитную муфту, имеющую на валу барабан для наматывания троса, устройство натяга троса, размещенное внутри пуансона, причем один конец троса закреплен на обойме, второй конец троса - в устройстве натяга троса, сам трос намотан на барабан, а электромагнитная муфта соединена с блоком управления. Устройство натяга троса содержит цилиндрический корпус, размещенную в нем пружину и фиксатор конца троса.
Электромагнитная муфта может быть ферропорошковой, в этом случае блок управления содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, устройство разделения сигнала управления, устройство управления силовым ключом, силовой ключ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на фиг.1 представлен предложенный пневматический амортизатор;
- на фиг.2 приведена структурная схема блока управления;
- на фиг.3 приведена упругодемпфирующая характеристика.
Пневматический амортизатор содержит обойму 1, пуансон 2, соединенные между собой эластичным упругим элементом 3, образующие упругий элемент 4, заполненный сжатым газом (или воздухом), механическую связь в виде троса 5, соединенного с обоймой 1 с помощью узла крепления троса 6, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона 2, состоящее из электромагнитной муфты (ЭММ) 7, имеющей на валу 8 барабан 9 для наматывания троса 5, устройство 10 натяга троса 5, размещенное внутри пуансона 2 и состоящее из цилиндра 11, пружины 12 и фиксатора 13 троса 5. Второй конец троса 5 закреплен в устройстве 10 натяга троса 5 с помощью фиксатора 13, сам трос 5 намотан на барабане 9 ЭММ 7, который связан механически с обоймой 1 через отверстие 14 пуансона 2. ЭММ 7 соединена с блоком управления 15.
При использовании в качестве ЭММ 7 ферропорошковой муфты блок управления 15 содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения 16 объекта, формирователь сигнала скорости 17 объекта, устройство разделения сигнала управления 18, устройство управления силовым ключом 19, силовой ключ 20.
Пневматический амортизатор работает следующим образом.
cт
В статическом положении пневматического амортизатора и при колебаниях с малой амплитудой сила тяжести амортизируемого объекта уравновешивается только за счет избыточного давления P сжатого газа упругого элемента 4 в соответствие с рабочей характеристикой упругого элемента «а-б» (фиг.3), т.е.:
cт
Mg=Р,
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 амортизируемого объекта и обоймы 1 вниз осуществляется процесс сжатия газа в упругом элементе 4. При этом устройство 10 натяга троса 5 за счет пружины 12 обеспечивает натянутое состояние троса 5, исключая его провисание и проскальзывание, трос 5 сохраняет связь с барабаном 9, перематываясь по нему. Сохранение связи троса 5 и барабана 9 обеспечивается благодаря необходимому углу охвата барабана 9 тросом 5, 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,
e - основание натуральных логарифмов,
f - коэффициент трения скольжения между тросом и барабаном,
а - угол охвата барабана тросом.
ЭММ 7 при этом отключена блоком управления 15, ее вал 8 свободно вращается. Работа пневматического амортизатора определяется характеристикой (фиг.3) упругого элемента 4 (кривая «а-д-б»).
При движении амортизируемого объекта и обоймы 1 вверх осуществляется процесс расширения газа. При этом блок управления 15 через силовой ключ 20 подключает ЭММ 7 к источнику питания. При этом ЭММ 7 создает тормозной момент на валу 8, преобразуемый в окружную силу на барабане 9, посредством троса 5, передаваемую на обойму 1 и противодействующую перемещению вверх амортизируемого объекта. Это усиливает демпфирующие свойства пневматического амортизатора, характеристика разгрузки на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «б-с-а») находится ниже характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-д-б»). Тормозная сила ЭММ 7 противодействует упругой силе сжатого газа, при этом снижается ход перемещения амортизируемого объекта вверх и энергия колебаний, возвращаемая упругим элементом обратно амортизируемому объекту. Площадь петли «а-д-б-с-а» на упругодемпфирующей характеристике отражает рассеянную пневматическим амортизатором механическую энергию одного колебания амортизируемого объекта.
За счет механической связи в виде троса 5, связывающей обойму 1 с корректирующим устройством, могут быть снижены требования к поперечным перемещениям и перекосам обоймы 1 относительно пуансона 2, пневматический амортизатор останется при этом работоспособным.
Блок управления 15 работает следующим образом.
пор
При незначительных колебаниях амортизируемого объекта, когда их размах не превышает определенного порогового значения Z, 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 соответствие 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 через силовой ключ 20 ЭММ 7.
При сжатии газа в упругом элементе 4 формируется положительный сигнал и устройство разделения управления 18 не включает в работу ЭММ 7, ее вал 8 свободно вращается.
При расширении газа в упругом элементе 4 формирователь 17 сигнала скорости объекта образует отрицательный сигнал и устройство разделения управления 18 включает в работу через силовой ключ 20 ЭММ 7. При этом ЭММ 7 создает тормозной момент, преобразуемый в окружную силу на барабане 9, посредством троса 5, передаваемую на обойму 1 и противодействующую перемещению вверх амортизируемого объекта. Это усиливает 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 питающего напряжения можно получать разные усилия на барабане и регулировать, таким образом, упругодемпфирующую характеристику пневматического амортизатора. За счет введения механической связи в виде троса могут быть снижены требования к возникновению поперечных перемещений и перекосов обоймы относительно пуансона при работе пневматического амортизатора, он останется при этом работоспособным. 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.