ЭЛЕКТРОМАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ УПРАВЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к средствам гашения колебаний, а именно к гидравлическим гасителям колебаний, и может быть использовано в железнодорожном транспорте, автомобилестроении, робототехнике.
Известен гидравлический гаситель колебаний (Патент РФ №2075665, МПК: F16F 5/00, опубл.: 20.03.1997), включающий корпус, коаксиально установленный в нем с образованием компенсационной камеры цилиндр, фланец, установленный на одном торце цилиндра, направляющую втулку, размещенную на противоположном торце цилиндра, размещенный в цилиндре и пропущенный через направляющую втулку шток с поршнем, поршневой клапан, два поршневых кольца, клапан, размещенный во фланце, и дроссельное отверстие. Кроме того, он снабжен установленными на направляющей втулке и размещенными между последней и штоком маслосъемными кольцами и дополнительным клапаном, установленным в направляющей втулке и обеспечивающим сообщение штоковой полости и компенсационной камеры, а дроссельное отверстие выполнено в верхней части цилиндра и сообщает надпоршневую и компенсационные камеры.
Недостатком данного устройства является низкая точность позиционирования, отсутствие катушки и магнитореологической жидкости, невозможность изменения параметров устройства, то есть увеличения точности гашений колебаний.
Также известен гидравлический виброгаситсль (Патент РФ №77372, МПК: F16F 15/02, опубл.: 20.10.2008), содержащий корпус, в котором выполнена цилиндрическая полость и который оснащен узлом крепления к виброзащищаемому изделию, поршень, выполняющий функцию инерционной массы и в котором выполнен ряд сквозных аксиальных отверстий, упругие элементы типа спиральных пружин, взаимодействующие с корпусом и поршнем с заданным осевым усилием, обеспечивающим центральное положение поршня в полости, причем жесткость пружин и массу поршня подбирают таким образом, чтобы обеспечить заданную частоту настройки, рабочую жидкость, например машинное или силиконовое масло, зарядное устройство, обеспечивающее заполнение гасителя рабочей жидкостью при избыточном давлении и обеспечивающее герметичность после зарядки крышки корпуса, герметично закрывающей рабочую полость. При этом рабочая жидкость, заполняющая полость, находится под избыточным давлением, создаваемым в процессе зарядки, и соединяется с дополнительной упругодеформирусмой компенсирующей емкостью типа сильфона, которая способна за счет собственной деформации компенсировать температурное расширение-сжатие рабочей жидкости и тем самым исключить появление газовых пузырей во всем диапазоне изменения температур окружающей среды, встречающихся в процессе эксплуатации.
К недостаткам такой конструкции следует отнести необходимость постоянной прокачки из-за потери давления в камере, кроме того настройка жесткости пружины осуществляется один раз и изменить ее невозможно в процессе эксплуатации.
Наиболее близким является устройство для гашения колебаний (Патент РФ №88403, МПК: F16F 7/10, опубл.: 10.11.2009), содержащее камеру-корпус, заполненную дискретной рабочей средой, при этом дискретная рабочая среда помещена в упругую армированную оболочку, выполненную в виде поршня-катушки, и имеет разную степень уплотнения, реализующую линейную (слабонелинейную) упругую характеристику в случае уплотнения дискретной рабочей среды до плотнейшей степени, мягкую при отсутствии дискретной рабочей среды, и промежуточные в зависимости от плотности заполнения камеры, при этом диаметр, удельный вес частиц дискретной рабочей среды и степень заполнения, а также размеры и материал упругой армированной оболочки подбираются в зависимости от заданного диапазона частот. Однако недостатком такого устройства является нерегулируемое изменение плотности дискретной рабочей жидкости и низкая точность позиционирования.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности позиционирования, уменьшение колебаний рабочего органа и снижение энергозатрат на управление электромагнитореологическим управляющим элементом.
п
Технический результат заключается в получении коэффициента позиционирования равным К=0,01, обеспечении изменения плотности рабочей среды в виде магнитореологической суспензии в процессе эксплуатации, и, следовательно, регулировке точности позиционирования рабочего органа.
Поставленная задача решается тем, что в электромагнитореологическом управляющем элементе, включающем камеру-корпус, выполненную внутри в форме цилиндра и заполненную рабочей жидкостью, и расположенный в корпусе поршень-катушку, согласно заявляемому техническому  решению дополнительно содержатся два штока, кроме того камера-корпус заполнена рабочей средой в виде магнитореологической суспензии, поршень-катушка выполнен цельным в виде цилиндра с зазором по центру с полым каналом для подведения через него магнитопровода к месту наматывания, четырьмя пропускными каналами для переливания рабочей среды из одной поршневой области в другую и двумя элементами для установки штоков, при этом поршень-катушка с установленными в нем по обеим сторонам штоками закреплен в корпусе посредством двух крышек, герметично прижатых к корпусу с помощью элементов крепления. Герметизацию управляющего элемента обеспечивают резиновые уплотнители и прокладки, установленные между крышками и штоками и между крышками и корпусом соответственно.
Полезная модель поясняется чертежом: фиг.1. На фиг.1 показана конструкция электромагнитореологического управляющего элемента.
Позициями на чертеже обозначены: 1 - корпус, 2 - поршень-катушка, 3 - крышки, 4 - шток, 5 - шток с отверстием под кабель, 6 - планки, 7 - уплотнительные кольца, 8 - прокладки.
Электромагнитореологический управляющий элемент включает в себя рабочую камеру - корпус 1, расположенный в нем электромагнитореологический поршень-катушку 2, две крышки 3, шток 4, шток 5 с отверстием под кабель канал, две планки 6, два уплотнительных кольца 7 и две прокладки 8.
Корпус 1, выполненный, например, размерами 50×110 мм с полостью внутри в форме цилиндра, защищает рабочий орган устройства от внешних механических воздействий. Так же в корпусе 1 выполнены два отверстия диаметром, например, 6 мм для вливания и выливания рабочей среды в полость цилиндра, плотно закрытые во время эксплуатации электромагнитореологического управляющего элемента резиновыми пробками.
Электромагнитореологический поршень-катушка 2 выполнен цельным в форме цилиндра с зазором по центру, например, из материала сталь 3. Зазор необходим для наматывания витков магнитопровода катушки. Корме того, в поршне-катушке 2 выполнены один полый сквозной канал для подведения через него магнитопровода к месту наматывания, четыре пропускных канала для переливания рабочей среды из одной поршневой области в другую и две резьбы, например, М8 для установки штоков 4 и 5.
Штоки 4 и 5 выполнены, например, из материала сталь 3 и имеют габаритные размеры 92×8 мм и 182×8 мм соответственно. Малый шток 4 выполнен цельным. Длинный шток 5 выполнен полым с отверстием под кабель для питания катушки электрическими сигналами от источника питания и конструктивно представляет собой трубку, например, диаметром 8 мм и с диаметром сквозного отверстия 2 мм. С одной стороны штоки 4 и 5 имеют резьбу, с другой заточены под фаску 45°. Штоки 4 и 5, вкрученные с обеих сторон в поршень-катушку 2, образуют рабочий орган управляющего элемента.
Корпус 1 с установленным в нем рабочим органом управляющего элемента с обеих сторон закрыт двумя крышками 3, выполненными конусообразной формы с отверстиями под штоки 4 и 5. Крышки 3 закреплены на корпусе 1 при помощи элементов крепления в виде четырех болтов с резьбой М2 с каждой стороны. Также между крышками 3 и корпусом 1 установлены планки 6.
Герметизацию управляющего элемента обеспечивают резиновые уплотнители 7 и прокладки 8, установленные между крышками 3 и штоками 4, 5 и между крышками 3 и корпусом 1 соответственно.
В качестве рабочей ферромагнитной среды выбрана магнитореологическая суспензия, которая обладает свойствами текучести и затвердевает в присутствии магнитного поля. Магнитореологическую суспензию помещают в одну из поршневых полостей цилиндра.
Электромагнитореологический управляющий элемент работает следующим образом. При воздействии на управляющий элемент момента силы штоки 4 и 5 вместе с поршнем-катушкой 2 начинают перемещаться внутри цилиндра корпуса 1. При движении поршня-катушки 2 в поршневых полостях возникает перепад давления и магнитореологическая суспензия вытесняется в поршневую полость с меньшим давлением, препятствуя движению поршня-катушки 2. Вследствие этого в пропускных каналах начинает дросселировать магнитореологическая суспензия, что в свою очередь приводит к демпфированию колебаний электромагнитореологического управляющего элемента за счет диссипации механической энергии движения.
Подача напряжения на катушку приводит к возникновению магнитного поля вокруг магнитопровода в поршне-катушке 2, что вызывает изменение вязкожесткостных свойств магнитореологической суспензии. Магнитный поток пронизывает зазор. В магнитном поле частицы магнитореологической суспензии образуют вдоль силовых магнитных линий прочные цепи и жидкость как бы "затвердевает". Под влиянием магнитного поля частицы магнитореологической суспензии образуют "цепочки" вдоль магнитных силовых линий. Вязкость магнитореологической суспензии возрастает с увеличением напряженности магнитного поля в зазоре. При колебаниях подвижного сердечника (штоков 4 и 5), выполненного из магнитомягкого материала, магнитный поток определяется величиной напряжения, подаваемого на обмотку катушки, т.е. происходит регулируемое изменение плотности рабочей среды. При этом изменяются диссипативно-жесткостные свойства магнитореологической суспензии, что приводит к изменению частотных характеристик гасителя колебаний. Далее магнитореологическая суспензия под давлением поршня-катушки 2 перемещается через пропускные каналы в противоположную поршневую полость, заполняя ее. Таким образом, магнитореологическая суспензия перемещается в область с наименьшим давлением.
При движении поршня-катушки 2 назад жидкость под поршнем-катушкой 2 сжимается и появляется восстанавливающая сила, которая направлена на восстановление системы в исходное состояние. Магнитореологическая суспензия движется в обратном направлении и через каналы попадает в поршневую полость, заполняя зазор между поршнем-катушкой 2 и корпусом 1. В этой области под действием магнитного потока намагничивается и вновь приобретает "эффективную" вязкость, что способствует наилучшему гашению вибрации. В результате такого движения поршня-катушки 2 в обратном направлении магнитореологическая жидкость возвращается в исходную поршневую полость.
Таким образом, электромагнитореологический управляющий элемент работает в двух направлениях. Концентрация магнитного поля в зазоре поршня-катушки позволяет создать значительную величину напряженности магнитного поля в зазоре, тем самым регулируя плотность рабочей среды. Благодаря этому происходит снижение энергозатрат на управление виброгасителем, увеличение эффективности гашения подрессоренной массы и, как следствие, повышение точности позиционирования.