ПОРШНЕВОЙ МАГНИТОЖИДКОСТНЫЙ АМОРТИЗАТОР
PISTON-TYPE MAGNETO-LIQUID SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам гашения колебаний и вибрационной защиты.
Известен магнитореологический амортизатор (Патент РФ №2232316, МПК F16F 9/53, 2004 г.), содержащий корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенной поршнем на две части, канал, соединяющий обе части этой полости, шток с размещенными в нем проводами, магнит, состоящий из обмотки и сердечника и создающий в проходящем через сердечник указанном канале магнитное поле с силовыми линиями, направленными по оси канала.
Недостатками указанного амортизатора является то, что рассеяние механической энергии колебаний происходит в узком канале поршня, что приводит к местным перегревам и, как следствие, к нарушению стабильной работы устройства. Также присутствует неэффективное использование объема поршня и создаваемого катушкой магнитного поля, так как рабочим пространством является лишь узкий канал в поршне.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является регулируемый магнитореологический амортизатор (Патент РФ №2068513, МПК F16F 6/00, 1996 г.), принятый за прототип. Регулируемый магнитореологический амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью корпус с цилиндрической камерой, размещенный в ней полый шток, поршень, выполненный в виде сердечника, соединенных с различными полюсами сердечника полюсных зубцов, встречно направленных, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующих шайб с пазами. Антифрикционные прокладки расположены между обращенными друг к другу поверхностями магнитоизолирующих шайб с охватом полюсных зубцов. Соленоидная катушка установлена на сердечнике.
Недостаток указанного амортизатора состоит в наличии фрикционного взаимодействия между поршнем и корпусом, что при интенсивной эксплуатации ведет к износу антифрикционной прокладки и выходу амортизатора из строя. Эффективность демпфирования в данной конструкции занижена из-за большого потока рассеяния между зубцами одного полюса и диском другого полюса, а также между полюсами и корпусом через фрикционную прокладку, и, как следствие, неполного использования магнитного потока, а также малого объема магнитной жидкости, на которую воздействует управляющее магнитное поле.
Техническим результатом от использования предлагаемого устройства является расширение диапазона изменений силовой характеристики и увеличение срока службы магнитожидкостного амортизатора.
Указанный технический результат достигается тем, что поршневой магнитожидкостный амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью цилиндрический корпус с компенсационной камерой, помещенные в корпус полый шток со сборным поршнем, состоящим из двух частей, вложенных одна в другую, установленных с зазорами и образующих систему чередующихся полюсов, каждая часть поршня содержит полюсный диск с полюсными пальцами, при этом величина зазоров между торцами полюсных пальцев и полюсными дисками противоположных частей поршня в 3-4 раза больше величины зазоров между полюсными пальцами, катушка управления снабжена герметичным немагнитным цилиндрическим кожухом и расположена в полости, образованной штоком и полюсными дисками с полюсными пальцами, корпус выполнен из немагнитного материала, а поршень установлен в корпусе с зазором. Полюсные пальцы имеют поперечные сечения либо прямоугольной формы, либо трапецеидальной формы, либо в сочетании.
На фиг.1 изображен общий вид магнитожидкостного амортизатора с двумя поперечными сечениями.
На фиг.2 изображен шток с поршнем с разнесением в пространстве составляющих частей.
На фиг.3 показано распределение магнитного поля в зазорах системы.
На фиг.4 показаны варианты исполнения полюсных пальцев.
Управляемый магнитожидкостный амортизатор (фиг.1) состоит из немагнитного корпуса 1 и разделительного поршня 2 с уплотнительным кольцом 3. Разделительный поршень 2 делит корпус на две камеры: рабочую камеру 4, заполненную магнитной жидкостью, и компенсационную камеру 5, заполненную воздухом или азотом под давлением, обеспечивающим необходимую силовую характеристику амортизатора. В рабочую камеру 4 помещен шток 6 с поршнем 7, их изображение представлено на фиг.2. Поршень 7 состоит из двух частей, вложенных одна в другую и установленных с зазорами, обеспечивающими возможность для перемещения магнитной жидкости при движении поршня. Каждая часть поршня 7 содержит полюсный диск 8 с полюсными пальцами 9. Полюсные диски 8 с полюсными пальцами 9 образуют систему чередующихся полюсов с зазорами 10 между полюсными пальцами для обеспечения возможности перетекания магнитной жидкости при движении поршня и с зазором между торцевыми частями полюсных пальцев и полюсным диском противоположной части поршня для уменьшения магнитного потока рассеяния. Величина зазора между торцевыми частями полюсных пальцев и полюсным диском противоположной части поршня в 3-4 раза больше величины зазоров 10 между полюсными пальцами. Поршень 7 и внутренняя поверхность немагнитного корпуса 1 образуют кольцевой зазор 11, обеспечивающий возможность перемещения магнитной жидкости при движении поршня. В зазорах 10 и 11 текущая магнитная жидкость находится под воздействием магнитного поля системы чередующихся полюсов поршня 7. В полости, образованной полюсными дисками 8 с полюсными пальцами 9 и штоком 6, помещена катушка управления 12 в герметичном немагнитном цилиндрическом кожухе 13. Катушка управления 12 подсоединена к источнику питания проводами, выведенными через отверстие 14 в штоке 6. Для сохранения давления в рабочей камере 4 и предотвращения выплескивания магнитной жидкости в зазоре между корпусом 1 и штоком 6 установлено уплотнительное кольцо 15.
В зависимости от технологии изготовления и требуемых эффектов при работе возможно несколько конструктивных исполнений полюсных пальцев 9, которые показаны на фиг.4. На фиг.4,а один полюсный диск 8 имеет полюсные пальцы 9 прямоугольного сечения, а другой - трапецеидального, что позволяет получить равномерный зазор 10 между полюсными пальцами. На фиг.4,б оба полюсных диска 8 имеют полюсные пальцы 9 одинакового прямоугольного сечения, что обеспечивает идентичность полюсов и упрощение технологии их изготовления. На фиг.4,в оба полюсных диска 8 имеют полюсные пальцы 9 одинакового трапецеидального сечения, что позволяет изготавливать их фрезерованием одной фрезой и создает неравномерный зазор 10 между полюсными пальцами, уменьшающийся к наружной поверхности поршня 7, что способствует увеличению силы центрирования.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В статическом состоянии поршень 7 относительно корпуса 1 неподвижен и протекания магнитной жидкости по зазорам 10 и 11 не происходит. В этот момент возможна подача напряжения на катушку управления 12 для структурирования магнитной жидкости в зазорах 10 и 11 и увеличения усилия первоначального сдвига поршня 7, если это необходимо по условиям эксплуатации. Структурирование магнитной жидкости поддерживается остаточным магнитным потоком и после отключения катушки.
Под воздействием внешнего возмущения шток 6 с закрепленным на нем поршнем 7 совершает колебательные движения относительно немагнитного корпуса 1. Гашение колебаний производится за счет перетока магнитной жидкости через зазоры 10 между полюсными пальцами и кольцевой зазор 11 между поршнем 7 и немагнитным корпусом 1. Для изменения диссипативных свойств магнитной жидкости и, следовательно, эффективности демпфирования на зажимы катушки управления 12 подают напряжение, протекает ток и создается магнитный поток. Магнитный поток замыкается через зазоры 10 и 11 и воздействует на магнитную жидкость, изменяя ее вязкостные свойства и, как следствие, демпфирующую характеристику амортизатора.
Магнитный поток, замыкающийся через внешние поверхности полюсных пальцев 9 в кольцевом зазоре 11 (фиг.3), при воздействии на магнитную жидкость создает центрирующую поршень 7 силу, величину которой можно оценить выражением
H
O
S
M
F=µMHS, (1)
H
O
S
M
где F- несущая сила опоры; µ - магнитная проницаемость вакуума; M - намагниченность насыщения магнитной жидкости; H- максимальное значение напряженности магнитного поля на поверхности немагнитного корпуса; S - площадь опоры в плоскости, перпендикулярной опорной силе.
Полученная сила центрирует поршень 7 в немагнитном корпусе 1 и предотвращает фрикционное взаимодействие между ними при колебании поршня 7. Жесткость такой магнитожидкостной опоры тем больше, чем меньше кольцевой зазор 11.