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 незначительного влияния на рабочие колебания и минимизации потерь мощности на вибрацию;
- пускотормозной режим - с высоким коэффициентом сопротивления для гашения резонансных колебаний, причем сопротивление должно возрастать пропорционально амплитуде 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 (Конструкции амортизаторов / Добромиров В.Н., Острецов А.В. - М.: МГТУ «НАМИ» - 2007, с. 16-23) 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 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, опубл. 10.08.2007 по индексам МПК B60G 17/04, F16F 9/512. 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. Электродвигатель установлен 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 амортизатора: сложность конструкции, наличие электродвигателя, усложняющего монтаж, высокий коэффициент сопротивления.
Известен амортизатор по патенту РФ №2269703, опубл. 10.02.2006 по индексам МПК F16F 9/06, F16F 9/012. Амортизатор содержит шток, газовую и гидравлическую полости и снабжен крыльчаткой, установленной на штоке с возможностью вращения вокруг его оси, делящей гидравлическую полость на верхнюю и нижнюю части и состоящей из втулки, бандажного кольца и расположенных между ними криволинейных лопастей.
К недостаткам можно отнести:
- сложная конструкция амортизатора;
- высокий коэффициент сопротивления, как и в предыдущей конструкции амортизатора.
Известен амортизатор по патенту РФ №2286491, опубл. 27.10.2006 по индексам МПК F16F 6/00, F16F 9/34. Амортизатор содержит корпус, шток и два ряда постоянных магнитов, установленный на штоке и состоящий из двух половин поршень с каналами, соединяющими верхнюю и нижнюю части гидравлической полости. Между половинками поршня размещена выполненная в виде короткозамкнутого витка обмотка электромагнита. Подпружиненный сердечник электромагнита изготовлен в средней части поршня в форме двухсторонней зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с двумя шестернями и соединенной посредством их с кольцевыми секторами, снабженными дросселирующими отверстиями и предназначенными для изменения пропускной способности каналов поршня. Два ряда постоянных магнитов размещены на наружной поверхности корпуса и обращены друг к другу разноименными полюсами.
К недостаткам можно отнести:
- сложная конструкция амортизатора;
- высокий коэффициент сопротивления, как и в предыдущей конструкции.
Наиболее близким аналогом является однотрубный гидропневматический амортизатор с буфером отбоя, рассчитанный для установки на подвеске автомобиля (патент РФ №2279582, опубл. 10.07.2006 по индексу МПК F16F 9/06). Амортизатор содержит цилиндр, шток с рабочим поршнем, пневматический поршень-разделитель, направляющую штока и дросселирующую систему, гидравлическую втулку, неподвижно установленную в корпусе, а также гидравлический поршень с пазами, закрепленный на штоке. В пространстве между гидравлической втулкой и направляющей штока образована полость гидравлического буфера отбоя, заполненная жидкостью из рабочей полости амортизатора.
Амортизатор по прототипу проще по конструкции, чем описанные аналоги, но не обеспечивает малого коэффициента сопротивления из-за сильного трения поршня о стенки цилиндра и малой пропускной способности каналов, к тому же снижение жесткости ударных нагрузок происходит только при ходе отбоя.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение величины резонансных колебаний вибрационной машины при незначительном снижении ее рабочих колебаний.
Поставленная задача решается за счет того, что амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах, содержащий цилиндр, в котором расположены направляющая штока с гидравлическим поршнем, гидравлическая полость, заполненная рабочей жидкостью и разделенная гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю v гидравлические части, соединенные между собой каналами, газовая полость, отделенная от нижней гидравлической части пневматическим поршнем, гидравлическая втулка, неподвижно установленная внутри цилиндра, при этом гидравлический поршень выполнен с пазами, в отличие от прототипа снабжен дополнительной гидравлической и центрирующей втулками, неподвижно установленными внутри цилиндра, причем дополнительная гидравлическая втулка выполнена с внутренним диаметром, большим диаметра гидравлического поршня на два-пять миллиметров, а центрирующая втулка выполнена с четырьмя одинаковыми симметрично расположенными отверстиями и с центральным отверстием диаметром, большим диаметра штока гидравлического поршня на один миллиметр, при этом гидравлические втулки разнесены на расстояние, большее их высоты на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, гидравлический поршень выполнен с восемью одинаковыми пазами, симметрично расположенными с каждого торца поршня, при этом 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 В на центрирующую втулку по продольной оси заявляемого устройства амортизатора;
- на Фиг. 3 показан вид Г на гидравлический поршень с пазами по продольной оси заявляемого устройства амортизатора;
- на Фиг. 4 схематично изображен амортизатор на вибрационной машине.
Амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах содержит цилиндр 1, в котором расположены направляющая 2 штока 3 с гидравлическим поршнем 4. С обеих сторон от гидравлического поршня 4 расположены гидравлические втулки 5 и 6, внутренний диаметр которых больше диаметра гидравлического поршня 4 на два-восемь миллиметров для их свободного перемещения внутри гидравлических втулок 5 и 6. Шток 3 гидравлического поршня 4 проходит через центральное отверстие центрирующей втулки 7. Центрирующая втулка 7 выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями. Наличие четырех отверстий в центрирующей втулке 7 обеспечивает свободное протекание рабочей жидкости через втулку 7. Пневматический поршень 8 разделяет внутреннее пространство цилиндра 1 на гидравлическую А и газовую Б части. В качестве газа может быть использован нейтральный азот под давлением 0,5-2,0 МПа. Гидравлическая часть А заполнена рабочей жидкостью, обеспечивающей требуемую величину коэффициента сопротивления амортизатора. В качестве рабочей жидкости может быть использована специальная жидкость для автомобильных амортизаторов, например АЖ-12Т. Гидравлический поршень 4 выполнен с восемью одинаковыми пазами 9, симметрично расположенными с каждого торца поршня 4. Количество, профиль и размеры пазов 9 гидравлического поршня 4 определяют прогрессивную характеристику сопротивления гидравлического буфера отбоя (либо сжатия) в конце хода отбоя (либо сжатия) амортизатора, а также способствуют более свободному движению поршня 4 при рабочих колебаниях по сравнению с гидравлическим поршнем без пазов.
Работа амортизатора осуществляется следующим образом.
0
Амортизаторы 10 устанавливают между колеблющейся 11 и базовой 12 частями вибрационной машины. Колебания возбуждаются вибратором 13. Пружины 14 поддерживают колеблющуюся часть 11 вибрационной машины. На режим работы вибрационной машины оказывают влияние: возбуждающая сила F вибратора 13 и ее угол наклона β, жесткость с пружин 14. В рабочем режиме вибрационной машины колебательное движение гидравлического поршня 4 происходит за пределами гидравлических втулок 5 и 6. В этом режиме сопротивление движению штока 3 обусловлено силами трения в месте его контакта с направляющей поршня 2 и центрирующей втулкой 7; силой гидравлического трения от свободного движения штока 3 с гидравлическим поршнем 4 внутри цилиндра 1; силой инерции штока 3 с гидравлическим поршнем 4. Коэффициент сопротивления амортизатора 10 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 (так было бы при отсутствии амортизаторов). Но, как только амплитуда превысит в два раза величину рабочей амплитуды, гидравлический поршень 4 войдет внутрь гидравлической втулки 5 либо 6 в зависимости от направления резонансных колебаний, что вызовет проталкивание рабочей жидкости через пазы 9 поршня 4 и образующиеся зазоры между втулкой 5 либо 6 и гидравлическим поршнем 4. сопровождающееся относительно резким возрастанием гидравлического сопротивления. Пропорционально возрастет и коэффициент сопротивления амортизатора 10. Амплитуда резонансных колебаний будет уменьшена.
Требуемый коэффициент сопротивления амортизатора 10 устанавливается по величине разности внутреннего диаметра гидравлических втулок 5 и 6 и диаметра поршня 4, а также количеством и формой пазов 9. Величина ограничения амплитуды устанавливается по разности между высотой гидравлических втулок 5 и 6 и высотой гидравлического поршня 4. Направляющая 2 и центрирующая втулка 7 служат для направления движения штока 3 строго по оси цилиндра 1. Отверстия в центрирующей втулке 7 обеспечивают беспрепятственное движение рабочей жидкости в прилегающем к ней внутреннем пространстве цилиндра 1. Пневматический поршень 8 компенсирует изменение внутреннего объема гидравлической полости А при движении штока 3 за счет сжатия-расширения газовой камеры Б.
Таким образом, заявляемое конструктивное выполнение амортизатора позволяет свободно осуществлять рабочий режим вибрационной машины, не ограничивая амплитуду рабочих колебаний, и при этом обеспечивает гашение возникающих при пуске-выключении машины резонансных колебаний при условии возрастания рабочей амплитуды более чем в два раза, за счет чего увеличивается ресурс вибрационной транспортно-технологической машины.