Защитное устройство с тарельчатыми клапанами
PROTECTIVE APPARATUS WITH POPPET VALVES

Изобретение относится к системе «человек-машина» и может быть использовано для защиты человека-оператора транспортного средства от действия вертикальных ускорений больших величин.
Известно защитное устройство, содержащее несущее приспособление с сиденьем и спинкой кресла, которые изменяют свое положение по направляющим несущего приспособления и соединенные с помощью кронштейна с амортизирующим элементом, при этом указанное приспособление с сиденьем и спинкой кресла шарнирно крепится снизу к полу отсека, а сверху к задней стенке указанного отсека [1]. Устройство нашло широкое применение в кабинах различных транспортных средств, ввиду удобства и простоты конструкции [2], однако ему присущи и недостатки, среди которых основными являются: отсутствие изоляции тела человека-оператора от основания отсека в области ног, а также невозможность полного «запирания» канала дросселирования электромагнитным полем и несимметричность демпферных характеристик в фазах сжатия и отбоя, обусловленная нечетным количеством каналов дросселирования, что ограничивает область применения устройства.
Техническим результатом изобретения является повышение уровня защищенности человека-оператора от действия быстродействующих вертикальных перегрузок внутри отсеков (кабин).
Поставленный технический результат достигается тем, что в защитном устройстве, содержащем несущее приспособление с сиденьем и спинкой кресла, первую направляющую, вторую направляющую, кронштейн, содержащий основание, штырь и торцевой выступ, амортизирующий элемент, содержащий гидроцилиндр, шток и поршень, расположенные в отсеке, имеющим потолок, заднюю стенку и пол, причем первая направляющая выполнена в верхней части несущего приспособления, вторая направляющая выполнена в средней части указанного приспособления вблизи сиденья, основание кронштейна неподвижно крепится к спинке кресла, штырь расположен в середине длины кронштейна и связан с первой направляющей, а торцевой выступ кронштейна шарнирно соединен с верхней частью гидроцилиндра амортизирующего элемента, причем шток указанного элемента в нижней своей части шарнирно крепится к названному приспособлению, при этом верхнее основание несущего приспособления шарнирно крепится к потолку отсека, а нижнее основание указанного приспособления шарнирно крепится к задней стенке отсека, полость гидроцилиндра амортизирующего элемента заполнена ферромагнитной суспензией с 50%-ой концентрацией ферромагнитных частиц по объему полости, при этом поршень указанного элемента снабжен: первым магнитореологическим дросселем, вторым магнитореологическим дросселем и третьим магнитореологическим дросселем, каждый из которых содержит гидравлический канал дросселирования, размещенный в индукторе магнитного поля, причем канал дросселирования представляет собой отверстие в основании поршня, а индуктор магнитного поля образован катушкой индуктивности и каналом с протекающей ферромагнитной суспензией, при этом нижний узел крепления выполнен ортогонально оси несущего приспособления и шарнирно закреплен с полом отсека, а верхний узел крепления выполнен также ортогонально указанной оси и шарнирно закреплен на задней стенке отсека, поршень амортизирующего элемента снабжен тремя магнитореологическими дросселями сжатия с тарельчатым клапаном, включающим круглую пластину с вырезами под каналы дросселирования отбоя и возвратную коническую пружину, расположенные сверху канала дросселирования и тремя магнитореологическими дросселями отбоя с тарельчатым клапаном, включающим круглую пластину с вырезами под каналы дросселирования сжатия и возвратную коническую пружину, расположенные снизу канала дросселирования, причем оси каналов вышеуказанных магнитореологических дросселей расположены на одинаковом расстоянии от оси штока под углом 60° относительно друг друга, при этом к переднему левому и переднему правому краю сиденья снизу неподвижно закреплены левая и правая подножки, каждая из которых содержит штангу и площадку для ступней.
На фиг. 1. изображен внешний вид устройства защиты с тарельчатыми клапанами с человеком-оператором. На фиг. 2. изображен внешний вид сверху поршня амортизирующего элемента. На фиг. 3. изображен внешний вид снизу поршня амортизирующего элемента.
Устройство содержит (фиг. 1) отсек 1, содержащий заднюю стенку 2, потолок 3 и пол 4, несущее приспособление 5, с первой направляющей 6, второй направляющей 7, сиденье 8, спинку кресла 9, кронштейн 10, содержащий штырь 11, торцевой выступ 12, амортизирующий элемент 13, содержащий гидроцилиндр 14, поршень 15 и шток 16, верхний узел крепления 17, нижний узел крепления 18, при этом несущее приспособление 5 закреплено вверху с задней стенкой 2, а снизу - с полом 4 отсека 1, первая направляющая 6 расположена в верхней части (не обозначена) несущего приспособления 5, вторая направляющая 7 расположена в средней части (не обозначена) несущего приспособления 5 вблизи сиденья 8, кронштейн 10 закреплен неподвижно со спинкой кресла 9, при этом штырь 11 соединен с первой направляющей 6, торцевой выступ 12 кронштейна 10 шарнирно соединен с гидроцилиндром 14 амортизирующего элемента 13, а шток 16 указанного элемента 13 шарнирно соединен с несущим приспособлением 5, площадки для ступней 20 неподвижно соединены с сиденьем 8 штангами 19. Внешний вид сверху поршня 15 амортизирующего элемента 13 представлен на фиг.2, причем поршень выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен первый 21, второй 22 и третий 23 магнитореологические дроссели сжатия, каждый из которых представляет собой гидравлический канал дросселирования 24, расположенный внутри индуктора 32 магнитного поля, причем каждый из индукторов содержит катушку индуктивности (не показано), а сердечник дросселя выполнен на основе гидравлического канала с 50%-ой ферромагнитной суспензией, при этом первый 27, второй 28 и третий 29 каналы дросселирования отбоя закрыты тарельчатым клапаном 25 под действием возвратной конической пружины 26. Внешний вид снизу поршня 15 амортизирующего элемента 13 представлен на фиг.3, внутри которого установлен первый 27, второй 28 и третий 29 магнитореологические дроссели отбоя, каждый из которых представляет собой гидравлический канал дросселирования 24, расположенный внутри индуктора 32 магнитного поля, причем каждый из индукторов содержит катушку индуктивности (не показано), а сердечник дросселя выполнен на основе гидравлического канала с 50%-ой ферромагнитной суспензией, при этом первый 21, второй 22 и третий 23 каналы дросселирования сжатия закрыты тарельчатым клапаном 30 под действием возвратной конической пружины 31.
Устройство работает следующим образом.
При нагрузке, вызванной вертикальным ускорением отсека 1 сиденье 8 со спинкой кресла 9 совершает перемещение по первой направляющей 6 и второй направляющей 7 относительно несущего приспособления 5, закрепленного верхним узлом крепления 17 на задней стенке 2, а нижним узлом крепления 18 на полу 4 отсека 1, при этом гидроцилиндр 14 амортизирующего элемента 13, шарнирно закрепленный с торцевым выступом 12 кронштейна 10 совершает вертикальное перемещение вниз относительно штока 16 с поршнем 15 амортизирующего элемента 13, вызывая перетекание 50%-ой ферромагнитной суспензии из поршневой полости гидроцилиндра 14 в штоковую полость через гидравлический канал дросселирования 24 первого 21, второго 22 и третьего 23 магнитореологического дросселя, при этом тарельчатый клапан 25 закрыт прижимной силой возвратной пружины 26, а тарельчатый клапан 30 открыт под действием напора 50%-ой ферромагнитной суспензии, а при перемещении гидроцилиндра 14 относительно штока 16 с поршнем 15 амортизирующего элемента 13 происходит обратное перетекание 50%-ой ферромагнитной суспензии из штоковой полости гидроцилиндра 14 в поршневую полость через гидравлический канал дросселирования 24 первого 27, второго 28 и третьего 29 магнитореологического дросселя, при этом тарельчатый клапан 30 закрыт прижимной силой возвратной пружины 31, а тарельчатый клапан 25 открыт под действием напора 50%-ой ферромагнитной суспензии, причем управление демпфированием колебаний осуществляется путем изменения вязкости 50%-ой ферромагнитной суспензии за счет управления напряженностью магнитного поля в индукторе 32.
Таким образом, введение в защитное устройство тарельчатых клапанов позволяет исключить «пробивание» магнитореологической пробки в каналах магнитореологических дросселей при действии нагружающих сил больших величин путем попеременного закрывания тарельчатых клапанов в фазах сжатия и отбоя, кроме того, введение трех дополнительных магнитореологических дросселей обеспечивает симметричность демпферных характеристик фаз сжатия и отбоя, а установка левой и правой подножки к переднему краю сиденья позволяет изолировать ноги человека-оператора от источника нагружающих сил, чем и достигается поставленный технический результат.
Источники, принятые во внимание:
7
1. Пат. 2672345 Российская Федерация, МПК B60N 2/42, F16F 9/53. Защитное устройство [Текст] / Н.П. Кириллов, С.В. Рулев, А.Г. Архангелов.; №2018103932; Заявл. 01.02.18; опубл. 13.11.18, Бюл. №32. - 1 с.: ил.
2. Управляемые магнитожидкостные виброизоляторы [Текст]: учеб. пособие / С.В. Рулев [и др.]. - Μ: МО СССР, 1998. - 208 с.