ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ
PNEUMATIC FLEXIBLE ELEMENT

Изобретение относится к амортизационным устройствам, в частности с использованием газа в камерах с эластичными стенками.
Известно устройство пневматической подвески, описанное в а.с. №842295, М.кл. F16F 9/04, содержащее резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую полость, дополнительную емкость, установленную соосно и внутри основной рабочей полости, расположенную между ними перегородку, на которой жестко закреплено клапанное цилиндрическое устройство со штоком. Клапанное устройство приводится в действие штоком при непосредственном воздействии на него крышки, жестко перемещающейся вместе с амортизируемым объектом. В перегородке расположено калиброванное отверстие для перетекания газа в процессе работы. Основной и дополнительный упругие элементы пневматической подвески установлены между подрессоренной и неподрессоренной массами амортизируемого объекта.
Основным недостатком устройства является нестабильность демпфирующих свойств подвески и низкая эффективность диссипации энергии колебаний объекта.
Известен также пневматический упругий элемент, описанный в патенте №2325567 РФ, М.кл. F16F 9/04 (прототип), содержащий резинокордную оболочку, рабочую и дополнительную емкости и расположенную между ними перегородку с калиброванным отверстием и с отверстиями, перекрываемыми свободно лежащей диафрагмой при ходе отдачи, рабочая и дополнительная емкости заключены в нижний цилиндрический стакан с отверстием на верхнем торце стакана, а на верхнем торце дополнительной емкости соосно последней установлен вспомогательный упругий элемент, содержащий вспомогательную резинокордную оболочку, вспомогательные рабочую и дополнительную емкости и расположенную между ними вспомогательную перегородку с калиброванным отверстием и с отверстиями, перекрываемыми свободно висящей диафрагмой при ходе сжатия, кроме того, вспомогательная рабочая емкость помещена в верхний цилиндрический стакан, жестко закрепленный на верхнем торце нижнего цилиндрического стакана, причем вспомогательная дополнительная емкость расположена в отверстии верхнего торца нижнего цилиндрического стакана. Дополнительная емкость жестко соединена своим верхним торцом с основанием вспомогательной дополнительной емкости и со стойками, проходящими через направляющие отверстия верхнего торца нижнего цилиндрического стакана и связывающими амортизируемый объект с пневматическим упругим элементом.
Основным недостатком устройства является то, что при больших амплитудах колебаний амортизируемого объекта происходит аккумулирование массы газа в дополнительных объемах упругих элементов и снижение демпфирующих свойств устройства, одновременно недостатком устройства являются низкие демпфирующие свойства при высокочастотных составляющих внешнего воздействия с малыми амплитудами из-за использования диафрагм в обратных клапанах пневматического упругого элемента, особенно при использовании устройства в подвесках транспортных средств. Также недостатком устройства является сложность конструкции, отсюда технологическая сложность изготовления и сборки, т.к. конструкция содержит четыре цилиндрических стакана, имеющих соосное расположение.
Задача изобретения состоит в увеличении демпфирующих свойств и в упрощении конструкции пневматического упругого элемента.
Поставленная задача достигается тем, что в известном пневматическом упругом элементе, содержащем основной упругий элемент, состоящий из резинокордной оболочки, рабочей и дополнительной емкости и расположенной между ними перегородки, вспомогательный упругий элемент, состоящий из вспомогательной резинокордной оболочки, вспомогательной рабочей и дополнительной емкости и расположенной между ними вспомогательной перегородки, причем основной упругий элемент заключен в первый цилиндрический стакан, имеющий отверстие на торце стакана, вспомогательный упругий элемент заключен также во второй цилиндрический стакан, соосный первому цилиндрическому стакану, а дополнительные емкости обоих упругих элементов жестко соединены друг с другом, согласно изобретению, перегородка основного упругого элемента соединена с первым цилиндрическим стаканом, второй цилиндрический стакан установлен внутри первого цилиндрического стакана в его отверстии на торце, на краях первого цилиндрического стакана установлены центрирующие ролики, соприкасающиеся с внешней поверхностью второго цилиндрического стакана, к верхнему торцу второго цилиндрического стакана, имеющего центральное отверстие с уплотнением, примыкают рабочие емкости основного и вспомогательного упругих элементов, вспомогательная дополнительная емкость выполнена в виде третьего цилиндрического стакана, имеющего по нижним краям центрирующие ролики, соприкасающиеся с внутренней поверхностью второго цилиндрического стакана, обе дополнительные емкости основного и вспомогательного упругих элементов соединены друг с другом за счет штока, соединяющего их перегородки и проходящего через обе рабочие емкости основного и вспомогательного упругих элементов и через отверстие с уплотнением на торце второго цилиндрического стакана, причем в днище второго цилиндрического стакана выполнено отверстие, соединяющее его с атмосферой, а в перегородках обоих упругих элементов расположены электромагнитные клапаны, подсоединенные к блоку управления.
Блок управления содержит преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, блок разделения управления, блоки управления ключами, силовые ключи для подключения обмоток электромагнитов запорных клапанов к источнику питания, причем преобразователь перемещения объекта соединен с формирователем сигнала скорости объекта, который соединен с блоком разделения управления, его выходы соединены с входами блоков управления силовыми ключами, а выходы этих блоков соединены с управляющими входами силовых ключей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на фиг.1 представлена конструктивная схема пневматического упругого элемента;
- на фиг.2 представлена структурная схема блока управления электроклапанами пневматического упругого элемента;
- на фиг.3 показана его упруго демпфирующая характеристика.
Пневматический упругий элемент содержит основной упругий элемент 1, состоящий из резинокордной оболочки 2, рабочей 3 и дополнительной 4 емкости, расположенной между ними перегородки 5 с электромагнитным клапаном 6, и вспомогательный упругий элемент 7, состоящий из вспомогательной резинокордной оболочки 8, вспомогательной рабочей 9 и дополнительной 10 емкости и расположенной между ними вспомогательной перегородки 11 с электромагнитным клапаном 12.
Основной упругий элемент 1 заключен в первый цилиндрический стакан 13 с отверстием 14 на нижнем торце 15 стакана. Вспомогательный упругий элемент 7 помещен во второй цилиндрический стакан 16. На краях первого цилиндрического стакана 13 установлены центрирующие ролики 17, соприкасающиеся с внешней поверхностью второго цилиндрического стакана 16. Вспомогательная дополнительная емкость 10 выполнена в виде третьего цилиндрического стакана 18, имеющего по нижним краям центрирующие ролики 19, соприкасающиеся с внутренней поверхностью второго цилиндрического стакана 16.
К верхнему торцу 20 второго цилиндрического стакана 16, имеющего центральное отверстие 21 с уплотнением, примыкают обе рабочие емкости 3 и 9 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов. Обе дополнительные емкости 4 и 10 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов соединены друг с другом за счет штока 22, соединяющего жестко их перегородки 5 и 11 и проходящего через обе рабочие емкости 3 и 9 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов и через отверстие 21 с уплотнением на верхнем торце 20 второго цилиндрического стакана 16. В днище второго цилиндрического стакана 16 выполнено отверстие 23, соединяющее его с атмосферой.
Пневматический упругий элемент может быть связан с амортизируемым объектом либо с помощью проушины 24 первого цилиндрического стакана 13 либо с помощью проушины 25 второго цилиндрического стакана 16.
Электромагнитные клапаны 6 и 12, подсоединенные к блоку управления 26. Блок управления 26 содержит преобразователь перемещения объекта 27, формирователь сигнала скорости объекта 28, блок разделения управления 29, блоки управления ключами 30 и 31, силовые ключи 32 и 33 для подключения обмоток электромагнитов клапанов 6 и 12 к источнику питания.
Пневматический упругий элемент работает следующим образом.
При перемещении амортизируемого объекта вниз в процессе его колебательного движения осуществляется ход сжатия для основного упругого элемента 1, при этом блок управления 26 клапанами включает клапан 6 и давление в емкостях 3 и 4 основного упругого элемента 1 изменяется одинаково. Одновременно происходит ход отбоя для вспомогательного упругого элемента 7, при этом блок управления 26 клапанами выключает клапан 12. Вспомогательный упругий элемент 7 работает лишь с объемом полости 9.
При перемещении амортизируемого объекта вверх в процессе его колебательного движения осуществляется ход отбоя для основного упругого элемента 1, при этом блок управления 26 клапанами выключает клапан 6. Основной упругий элемент 7 работает лишь с объемом емкости 3. Одновременно происходит ход сжатия для вспомогательного упругого элемента 7, при этом в начале хода сжатия блок управления 26 клапанами включает клапан 12 и давление между емкостями 9 и 10 выравнивается и в процессе хода сжатия изменяется одинаково.
При следующем перемещении вниз амортизируемого объекта в начале хода сжатия в основном упругом элементе 1 блок управления 26 клапанами включает клапан 6 и давление в емкостях 3 и 4 основного упругого элемента 1 выравнивается и далее изменяется одинаково, а для вспомогательного упругого элемента 7 происходит ход отбоя и при этом блок управления 26 клапанами выключает клапан 12. Вспомогательный упругий элемент 7 работает лишь с объемом полости 9.
Блок управления 26 клапанами работает следующим образом.
Преобразователь перемещения 27 объекта формирует сигнал, пропорциональный перемещению амортизируемого объекта. В зависимости от него формирователь 28 сигнала скорости объекта выдает двуполярный сигнал, полярность которого определяется текущим процессом в устройстве: при ходе сжатия выдается сигнал положительной полярности, при ходе отбоя выдается сигнал отрицательной полярности. Блок разделения управления 29 при сигнале положительной полярности включает блок управления ключом 30, который подает сигнал на силовой ключ 32, подключающий обмотку электромагнита клапана 6 к источнику питания. При этом электромагнитный клапан 6 открывается и соединяет емкости 3 и 4 основного упругого элемента 1.
Блок разделения управления 29 при сигнале отрицательной полярности включает блок управления ключом 31, который подает сигнал на силовой ключ 33, подключающий обмотку электромагнита клапана 12 к источнику питания. При этом электромагнитный клапан 12 открывается и соединяет емкости 9 и 10 вспомогательного упругого элемента 7.
Формирование рабочей характеристики пневматического упругого элемента показано на фиг.3, направление сжатия и отбой указаны для основного упругого элемента 1. Линиями «а-б-в-г» изображена рабочая характеристика основного упругого элемента 1, а линиями «д-е-ж-з» - рабочая характеристика вспомогательного упругого элемента 7. Рабочая характеристика пневматического упругого элемента изображена кривой «и-к-л-м» и представляет собой кривую изменения суммарного усилия, развиваемого основным 1 и вспомогательным 7 упругими элементами. Общая величина поглощенной энергии в пневматическом упругом элементе за период колебаний амортизированного объекта равна сумме поглощенных энергий в обоих упругих элементах и соответствует площади петли «и-к-л-м-и». Кривая «н-р-с» изображает рабочую характеристику без демпфирующих устройств в упругих элементах. Отрезок «0-р» в масштабе соответствует весу Q амортизированного объекта.
В конструкции устройства использованы три цилиндрических стакана, причем за счет системы центрирующих роликов 17 между первым 13 и вторым 16 цилиндрическими стаканами, а также за счет системы центрирующих роликов 19 между вторым 16 и третьим 18 цилиндрическими стаканами происходит самоцентрирование элементов конструкции устройства в процессе перекатывания резинокордных оболочек 2 и 8 по поверхностям цилиндрических стаканов при колебаниях амортизируемого объекта.
Таким образом, предложенное устройство не аккумулирует массу газа в дополнительных объемах упругих элементов, при увеличении демпфирующих свойств и эффективности диссипации энергии колебаний объекта при высокочастотных составляющих внешнего воздействия с малыми амплитудами имеет более простую конструкцию, при этом отпадает необходимость выдерживания соосности цилиндрических стаканов при сборке устройства.