ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
AIR 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 магнитные 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 создаваться нижним электромагнитом. 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. Соленоиды также способны создавать незначительные усилия на сердечнике, и при больших массах амортизируемого объекта подобное корректирующее устройство неэффективно.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности гашения колебаний при значительных размахах колебаний и массе амортизируемого объекта.
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, соединяющую обойму и корректирующее устройство, согласно изобретению обойма выполнена составной и имеет соосные внешний и внутренний цилиндрические стаканы, причем внутренний цилиндрический стакан обоймы расположен в отверстии пуансона и внутри него, имеет на дне отверстие, по внешним краям - центрирующие ролики, опирающиеся на внутреннюю поверхность пуансона, механическая связь выполнена в виде троса, корректирующее устройство содержит электродвигатель, имеющий на валу барабан с намотанным на него тросом, один конец троса закреплен на верхней крышке обоймы, второй конец троса - на дне внутреннего цилиндрического стакана обоймы, а электродвигатель размещен в отверстии на дне внутреннего цилиндрического стакана обоймы и соединен с блоком управления.
Электродвигатель может быть асинхронным, в этом случае блок управления содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, устройство разделения сигнала управления, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности, формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности и с входом управления силового коммутатора, причем выходы формирователя трехфазного напряжения прямой последовательности и формирователя трехфазного напряжения обратной последовательности соединены с силовыми входами силового коммутатора, силовые выходы которого соединены со статорными обмотками асинхронного электродвигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на фиг.1 представлен пневматический амортизатор;
- на фиг.2 приведена структурная схема блока управления;
- на фиг.3 приведена упругодемпфирующая характеристика пневматического амортизатора.
Пневматический амортизатор содержит обойму 1, пуансон 2, соединенные между собой эластичным упругим элементом 3, образующие упругий элемент 4, заполненный сжатым газом (или воздухом), обойма выполнена составной и имеет соосные внешний 5 и внутренний 6 цилиндрические стаканы, верхнюю крышку 7, причем внутренний цилиндрический стакан 6 обоймы расположен в отверстии 8 пуансона 2 и внутри него, имеет на дне 9 отверстие 10, по внешним краям - центрирующие ролики 11, опирающиеся на внутреннюю поверхность 12 пуансона 2, механическая связь выполнена в виде троса 13, корректирующее устройство содержит электродвигатель 14, имеющий на валу 15 барабан 16 с намотанным на него тросом 13, один конец троса закреплен на верхней крышке 7 обоймы 1 с помощью узла крепления 17 троса, второй конец троса - на дне 9 внутреннего цилиндрического стакана 6 обоймы 1 с помощью узла крепления 18 троса. Электродвигатель 14 размещен в отверстии 10 на дне 9 внутреннего цилиндрического стакана 6 обоймы 1 и соединен с блоком управления 19.
Наиболее предпочтительно использовать в качестве электродвигателя 14 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 19 содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения 20 объекта, формирователь сигнала скорости 21 объекта, устройство разделения сигнала управления 22, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности 23, формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности 24 и входом управления силового коммутатора 25, причем выходы формирователя трехфазного напряжения прямой последовательности 23 и формирователя трехфазного напряжения обратной последовательности 24 соединены с силовыми входами силового коммутатора 25, силовые выходы которого соединены со статорными обмотками асинхронного электродвигателя 14.
Пневматический амортизатор работает следующим образом.
ст
В статическом положении пневматического амортизатора и при колебаниях с малой амплитудой сила тяжести амортизируемого объекта уравновешивается только за счет избыточного давления Р сжатого газа упругого элемента 4 в соответствии с рабочей характеристикой упругого элемента «а-б» (Фиг.3), т.е.:
ст
M*g=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. За счет предварительной регулировки узлов крепления 17 и 18 троса трос 13 всегда находится в натянутом состоянии. При движении амортизируемого объекта и обоймы 1 вниз осуществляется процесс сжатия газа в упругом элементе 4. При этом трос 13 сохраняет связь с барабаном 16, перематываясь по нему. Сохранение связи троса 13 и барабана 16 обеспечивается благодаря необходимому углу охвата барабана 16 тросом 13, 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,
а - угол охвата барабана тросом.
При этом блок управления 19 через силовой коммутатор 25 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 14 формирователь трехфазного напряжения прямой последовательности 23. При этом электродвигатель 14 создает крутящий момент, преобразуемый в окружную силу на барабане 16, перематывающую трос 13 и передаваемую на обойму 1 посредством нижней ветви троса 13, противодействующую перемещению вниз обоймы 1 и амортизируемого объекта. Это усиливает жесткостные свойства пневматического амортизатора, характеристика нагрузки на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «а-в-б») находится выше характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-б»). Электромагнитная сила электродвигателя 14 совместно с упругой силой сжатого газа противодействует перемещению обоймы 1 и амортизируемого объекта, при этом снижается ход перемещения амортизируемого объекта вниз и аккумулирование энергии упругого элемента 4 за счет сжатия газа.
При движении амортизируемого объекта и обоймы 1 вверх осуществляется процесс расширения газа. При этом блок управления 19 через силовой коммутатор 25 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 14 формирователь трехфазного напряжения обратной последовательности 24. При этом электродвигатель 14 создает крутящий момент, преобразуемый в окружную силу на барабане 16, перематывающую трос 16 и передаваемую на обойму 1 посредством верхней ветви троса 13, противодействующую перемещению вверх обоймы 1 и амортизируемого объекта. Это усиливает демпфирующие свойства пневматического амортизатора, характеристика разгрузки на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «б-г-а») находится ниже характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-б»). Электромагнитная сила электродвигателя 14 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-в-б-г-а» на упругодемпфирующей характеристике отражает рассеянную пневматическим амортизатором механическую энергию одного колебания амортизируемого объекта.
Блок управления 19 работает следующим образом.
пор
При незначительных колебаниях амортизируемого объекта, когда их размах не превышает 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 соответствии с сигналом преобразователя перемещения 20 объекта формирователь 21 сигнала скорости объекта образует разнополярные сигналы, при перемещении амортизируемого объекта и обоймы 1 вниз формируется сигнал положительной полярности, а при перемещении амортизируемого объекта и обоймы 1 вверх - сигнал отрицательной полярности. Устройство разделения управления 22 в зависимости от знака сигнала формирует управляющее воздействие на включение формирователя трехфазного напряжения прямой последовательности 23 или на включение формирователя трехфазного напряжения обратной последовательности 24 и на подключение одного из формирователей через силовой коммутатор 25 к статорным обмоткам электродвигателя 14.
При сжатии газа в упругом элементе 4 формируется положительный сигнал и устройство разделения управления 22 включает в работу формирователь трехфазного напряжения прямой последовательности 23, подключает силовые выходы силового коммутатора 25 к статорным обмоткам электродвигателя 14. При этом на обойме 1 создается противодействующая сила, направленная вверх и увеличивающая жесткостные свойства пневматического амортизатора.
При расширении газа в упругом элементе 4 формируется отрицательный сигнал и устройство разделения управления 22 включает в работу формирователь трехфазного напряжения обратной последовательности 24, подключает силовые выходы силового коммутатора 25 к статорным обмоткам электродвигателя 14. При этом на обойме 1 создается противодействующая сила, направленная вниз и увеличивающая 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 напряжения формирователя трехфазного напряжения можно получать разные усилия на барабане электродвигателя и регулировать таким образом упругодемпфирующую характеристику пневматического амортизатора. 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.