АМОРТИЗАТОР ДЛЯ ГАШЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ВИБРАЦИОННЫХ МАШИНАХ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах при пуске и торможении.
Большинство вибрационных транспортно-технологических машин работают в зарезонансной зоне колебаний. Поэтому при разгоне и торможении происходит резкое возрастание амплитуды колебаний (в десять и более раз), повышающее динамическую нагрузку на машину и снижающее, тем самым, их ресурс.
Амортизатор должен иметь два режима работы:
- рабочий режим - с малым коэффициентом сопротивления для минимизации потерь мощности на вибрацию;
- пускотормозной режим - с высоким коэффициентом сопротивления для гашения резонансных колебаний, причем сопротивление должно возрастать скачкообразно при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний.
Амортизатор также должен иметь большой ресурс, а именно срок службы не менее 1 года, при этом будет совершено порядка 300 млн колебаний (из расчета частоты колебаний 50 Гц).
Известны однотрубные и двухтрубные автомобильные амортизаторы (И. Раймпель. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. М.: Машиностроение, 1986), содержащие цилиндр, шток с поршнем с перепускными отверстиями и клапанами, гидравлическую и пневматическую полости цилиндра, разделенные поршнем (однотрубные) или стенками внутреннего цилиндра (двухтрубные). Амортизаторы обеспечивают плавность хода автомобиля и гасят колебания с большой амплитудой при езде по неровностям дороги.
Недостатками данных амортизаторов, с точки зрения удовлетворения представленным выше требованиям, является высокий коэффициент сопротивления вследствие сильного трения поршня о стенки цилиндра и высокого гидравлического сопротивления клапанов, а также невысокий ресурс, впрочем, как и всех автомобильных амортизаторов, рассчитанный примерно на 10 млн колебаний (из расчета частоты колебаний 1…3 Гц).
Известен амортизатор по патенту РФ №2304053, МПК B60G 17/04, F16F 9/512, опубл. 10.08.2007. Амортизатор содержит цилиндр, поршень, шток, гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью и разделенную поршнем на нижнюю и верхнюю части, соединенные между собой каналами, а также клапаны с упругими элементами и управляющее устройство, связанное с электродвигателем. Амортизатор устанавливают на внешнем хвостовике штока. Ротор электродвигателя, функционально являющийся его якорем, соединен с регулирующим элементом в виде золотника, размещенного в штоке и имеющего возможность поворачиваться в нем. Корпус электродвигателя, выполняющий функцию индуктора (источника магнитного поля) с постоянными магнитами, установлен неподвижно на внешнем хвостовике штока. С целью обеспечения подвода тока в обмотку якоря, имеющего возможность поворачиваться, электродвигатель снабжен токосъемным устройством.
Недостатки конструкции:
- сложная конструкция амортизатора;
- наличие электродвигателя, усложняющего монтаж;
- высокий коэффициент сопротивления.
Известен амортизатор (патент РФ №2253576, МПК B60G 17/04, F16F 9/512, опубл. 10.06.2005), содержащий цилиндр, поршень, шток, гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью и разделенную поршнем на нижнюю и верхнюю части, соединенные между собой каналами, а также клапаны с упругими элементами и управляющее устройство, связанное с электродвигателем. Ротор электродвигателя, функционально являющийся его якорем, соединен с регулирующим элементом в виде золотника, размещенного в штоке и имеющего возможность поворачиваться в нем. Корпус электродвигателя, выполняющий функцию индуктора (источника магнитного поля) с постоянными магнитами, установлен неподвижно на хвостовике штока. С целью обеспечения подвода тока в обмотку якоря, имеющего возможность поворачиваться, электродвигатель снабжен токосъемным устройством.
К недостаткам можно отнести:
- сложная конструкция амортизатора;
- наличие электродвигателя, усложняющего монтаж;
- высокий коэффициент сопротивления.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является однотрубный гидропневматический амортизатор для задней подвески автомобиля [Амортизаторы. Конструкция, расчет, испытания /Добромиров В.Н., Гусев Е.Н., Карунин М.А., Хавханов В.Н. - М.: МГТУ «МАМИ» - 2006, 184 с. Стр. 17, рис. 1.5]. Амортизатор содержит цилиндр, шток, гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью и разделенную гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю части, соединенные между собой каналами, и снабженным клапанами сжатия и отбоя, газовую полость, отделенную от нижней гидравлической части пневматическим поршнем.
Амортизатор по прототипу прост в конструкции, но не полностью удовлетворяет указанным выше требованиям, а именно не обеспечивает:
- малого коэффициента сопротивления в рабочем режиме вибрационной машины из-за сильного трения гидравлического поршня о стенки цилиндра и малой пропускной способности каналов;
- скачкообразного возрастания коэффициента сопротивления при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний из-за отсутствия четко выраженного переходного режима работы.
Задачами заявляемой полезной модели являются:
- снижение величины коэффициента сопротивления амортизатора при малых величинах амплитуды колебаний, соответствующих рабочему режиму вибрационной машины, за счет снижения силы трения между штоком гидравлического поршня и стенками цилиндра и увеличения пропускной способности каналов;
- обеспечение скачкообразного возрастания коэффициента сопротивления при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний за счет дополнительного снабжения амортизатора гидравлической втулкой и выполнения гидравлического поршня двойным, причем его части разнесены на расстояние, большее ширины гидравлической втулки.
Поставленная задача решается за счет заявляемой конструкции амортизатора для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах, содержащего цилиндр, внутри которого расположены шток с гидравлическим поршнем, гидравлическая полость, заполненная рабочей жидкостью и разделенная гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю гидравлические части, соединенные между собой каналами, газовая полость, отделенная от нижней гидравлической части пневматическим поршнем, в отличие от прототипа амортизатор дополнительно снабжен гидравлической и центрирующей втулками, неподвижно установленными внутри цилиндра, причем гидравлическая втулка имеет внутренний диаметр, больший диаметра гидравлического поршня на два-восемь миллиметров, а центрирующая втулка выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями и с центральным отверстием диаметром, большим диаметра штока гидравлического поршня на один миллиметр, при этом гидравлический поршень выполнен двойным и его части разнесены на расстояние, большее ширины гидравлической втулки на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, нижний торец штока гидравлического поршня расположен внутри центрального отверстия центрирующей втулки и выступает за нее.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
- на Фиг. 1 схематично изображен общий вид амортизатора;
- на Фиг. 2 представлен вид на центрирующую втулку по продольной оси амортизатора;
- на Фиг. 3 схематично изображена установка амортизатора на вибрационной машине.
Амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах содержит цилиндр 1, в котором находится шток 2 с двойным гидравлическим поршнем, состоящим из одинаковых частей верхней 3 и нижней 5 цилиндрической формы. Между верхней частью 3 и нижней частью 5 гидравлического поршня расположена гидравлическая втулка 4, внутренний диаметр которой больше диаметра верхней 3 и нижней части 5 гидравлического поршня на два-восемь миллиметров для их свободного перемещения внутри гидравлической втулки 4. Верхняя 3 и нижняя 5 части гидравлического поршня расположены на расстоянии друг от друга, большем ширины гидравлической втулки 4 на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, а нижняя часть 3 расположена на расстоянии от центрирующей втулки 6, большем возможной величины амплитуды резонансных колебаний. Нижний торец штока 2, расположенный под нижней частью 5 гидравлического поршня, расположен внутри центрального отверстия центрирующей втулки 6 и выступает за нее. Центрирующая втулка 6 выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями. Наличие четырех отверстий в центрирующей втулке 6 обеспечивает свободное протекание рабочей жидкости через втулку 6.
Пневматический поршень 7 разделяет внутреннее пространство цилиндра 1 на газовую часть А и гидравлическую Б, в которой находятся гидравлическая 4 и центрирующая 6 втулки, двойной гидравлический поршень со штоком 2. В качестве газа может быть использован нейтральный азот под давлением 0,5-2,0 МПа. Гидравлическая часть Б заполнена рабочей жидкостью, обеспечивающей требуемую величину коэффициента сопротивления амортизатора. В качестве рабочей жидкости может быть использована специальная жидкость для автомобильных амортизаторов.
Работа амортизатора для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах осуществляется следующим образом.
0
Амортизаторы 8 устанавливают между колеблющейся 9 и базовой 10 частями вибрационной машины для обеспечения плоскопараллельного движения колеблющейся части 9 по отношению к базовой части 10. Колебания в вибрационной машине возбуждаются вибратором 11, установленным на колеблющейся части 9. Пружины 12 соединяют между собой колеблющуюся 9 и базовую 10 части вибрационной машины. На режим работы вибрационной машины оказывают влияние: возбуждающая сила F вибратора 11 и угол ее наклона β, жесткость с пружин 12.
В рабочем режиме вибрационной машины колебательное движение частей 3 и 5 гидравлического поршня происходит за пределами гидравлической втулки 4. В этом режиме сопротивление движению штока 2 обусловлено силой трения в месте контакта с цилиндром 1; силой гидравлического трения от свободного движения подвижных частей амортизатора 8 внутри цилиндра 1; силой инерции подвижных частей амортизатора 8; силой сжатия газа в газовой части А цилиндра 1. Коэффициент сопротивления амортизатора в данном режиме минимальный.
В моменты пуска и остановки вибрационной машины возникают резонансные колебания с амплитудой, превышающей примерно на порядок (в десять раз) рабочую амплитуду при отсутствии амортизаторов. Но, как только амплитуда превысит в два раза величину рабочей амплитуды, обе части 3 и 5 гидравлического поршня войдут во внутреннее отверстие гидравлической втулки 4, что вызовет проталкивание жидкости через образующиеся зазоры между внутренним отверстием гидравлической втулки 4 и частями 3 и 5 гидравлического поршня, сопровождающееся резким возрастанием гидравлического сопротивления. Пропорционально возрастет и коэффициент сопротивления амортизатора. Амплитуда резонансных колебаний будет уменьшена.
Требуемый коэффициент сопротивления амортизатора устанавливается по величине разности внутреннего диаметра гидравлической втулки 4 и диаметра частей 3 и 5 гидравлического поршня. Величина ограничения амплитуды резонансных колебаний устанавливается по разности между шириной гидравлической втулки 4 и расстояния между частями 3 и 5 гидравлического поршня. Также на коэффициент сопротивления амортизатора оказывает влияние величина давления в газовой части А.
Центрирующая втулка 6 служит для направления движения штока 2 строго по оси цилиндра 1. Наличие зазора величиной 1 мм между центральным отверстием центрирующей втулки 6 и штоком 2 практически исключает трение между ними, т.к. сопряжение шток-центрирующая втулка относятся к типу «скользящая посадка». Отверстия в центрирующей втулке 6 обеспечивают беспрепятственное движение рабочей жидкости в прилегающем к ней внутреннем пространстве цилиндра 1.
Пневматический поршень 7 компенсирует изменение внутреннего объема гидравлической полости Б при движении штока 2 за счет сжатия-расширения газовой части А.
Таким образом, заявляемое конструктивное выполнение амортизатора для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах двустороннего действия с двойным поршнем позволяет осуществлять рабочий режим вибрационной машины с малым коэффициентом сопротивления для минимизации потерь мощности на вибрацию и пускотормозной режим - с высоким коэффициентом сопротивления для гашения резонансных колебаний, причем сопротивление возрастает скачкообразно при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний.