ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к амортизационным устройствам с использованием газа в камере с эластичными стенками.
Известно устройство пневматической подвески, описанное в а.с. №842295, М.кл. F16F 9/04, опубл. 30.06.1981 г., содержащее резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую полость, дополнительную емкость, установленную соосно и внутри основной рабочей полости, расположенную между ними перегородку, на которой жестко закреплено клапанное цилиндрическое устройство со штоком. Клапанное устройство приводится в действие штоком при непосредственном воздействии на него крышки, жестко перемещающейся вместе с амортизируемым объектом. В перегородке расположено калиброванное отверстие для перетекания газа в процессе работы. Основной и дополнительный упругие элементы пневматической подвески установлены между подрессоренной и неподрессоренной массами амортизируемого объекта.
Основным недостатком устройства является нестабильность демпфирующих свойств подвески и низкая эффективность диссипации энергии колебаний объекта.
Известен также пневматический упругий элемент, описанный в патенте №2429396 РФ, М.кл. F16F 9/04, опубл. 20.09.2011 г. (прототип), содержащий основной упругий элемент, состоящий из резинокордной оболочки, рабочей и дополнительной емкости и расположенной между ними перегородки, вспомогательный упругий элемент, состоящий из вспомогательной резинокордной оболочки, вспомогательной рабочей и дополнительной емкости и расположенной между ними вспомогательной перегородки, причем основной упругий элемент заключен в первый цилиндрический стакан, вспомогательный упругий элемент заключен во второй цилиндрический стакан, соосный первому цилиндрическому стакану, а дополнительные емкости обоих упругих элементов жестко соединены друг с другом за счет штока, который выполнен полым и постоянно соединяет их полости, причем в перегородках обоих упругих элементов расположены электроклапаны, подсоединенные к системе управления.
Основным недостатком устройства является относительно невысокие демпфирующие свойства пневматического упругого элемента при постоянном объеме дополнительной полости при эксплуатации транспортных средств по дорогам с различным профилем.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы пневматического упругого элемента при эксплуатации транспортных средств по дорогам с различным профилем.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пневматическом упругом элементе, содержащем основной упругий элемент, состоящий из резинокордной оболочки, рабочей и дополнительной емкости и расположенной между ними перегородки, вспомогательный упругий элемент, состоящий из вспомогательной резинокордной оболочки, вспомогательной рабочей и дополнительной емкости и расположенной между ними вспомогательной перегородки, причем обе дополнительные емкости основного и вспомогательного упругих элементов жестко связаны друг с другом за счет полого штока, а в перегородках обоих упругих элементов расположены электроклапаны, подсоединенные к блоку управления, согласно заявляемому техническому решению, дополнительная емкость имеет, по меньшей мере, одну внутреннюю перегородку с установленным на ней дополнительным электроклапаном, подсоединенным к блоку управления дополнительного электроклапана. Внутренняя перегородка в дополнительной емкости вспомогательного упругого элемента, в качестве варианта исполнения конструкции пневматического упругого элемента, делит ее на две равные части.
Блок управления содержит преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, блок разделения управления, блоки управления электроклапанами, блок управления дополнительным электроклапаном, силовые ключи для подключения электроклапанов и дополнительного электроклапана к источнику питания, причем преобразователь перемещения объекта соединен с формирователем сигнала скорости объекта, который соединен с блоком разделения управления, его выходы соединены с входами блоков управления электроклапанами и блока управления дополнительным электроклапаном, а выходы всех этих блоков соединены с управляющими входами силовых ключей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
- на фиг. 1 представлен предложенный пневматический упругий элемент;
- на фиг. 2 приведена структурная схема системы управления;
- на фиг. 3 представлена упруго-демпфирующая характеристика;
- на фиг. 4 представлена зависимость коэффициента поглощения энергии от коэффициента соотношения объемов пневматического упругого элемента.
Пневматический упругий элемент содержит основной упругий элемент 1, состоящий из резинокордной оболочки 2, рабочей 3 и дополнительной 4 емкости, расположенной между ними перегородки 5 с электроклапаном 6, и вспомогательный упругий элемент 7, состоящий из вспомогательной резинокордной оболочки 8, вспомогательной рабочей 9 и дополнительной 10 емкости и расположенной между ними вспомогательной перегородки 11 с электроклапаном 12.
Основной упругий элемент 1 заключен в первый цилиндрический стакан 13 с отверстием 14 на нижнем торце 15 стакана. Вспомогательный упругий элемент 7 помещен во второй цилиндрический стакан 16. На краях первого цилиндрического стакана 13 установлены центрирующие ролики 17, соприкасающиеся с внешней поверхностью второго цилиндрического стакана 16. Вспомогательная дополнительная емкость 10 выполнена в виде третьего цилиндрического стакана 18, имеющего по нижним краям центрирующие ролики 19, соприкасающиеся с внутренней поверхностью второго цилиндрического стакана 16.
К верхнему торцу 20 второго цилиндрического стакана 16, имеющего центральное отверстие 21 с уплотнением, примыкают обе рабочие емкости 3 и 9 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов. Обе дополнительные емкости 4 и 10 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов жестко связаны друг с другом за счет штока 22, соединяющего их перегородки 5 и 11 и проходящего через обе рабочие емкости 3 и 9 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов и через отверстие 21 с уплотнением на верхнем торце 20 второго цилиндрического стакана 16. В днище второго цилиндрического стакана 16 выполнено отверстие 23, соединяющее его с атмосферой.
Шток 22 имеет внутри полый канал 24, соединяющий постоянно полости обеих дополнительных емкостей 4 и 10 основного 1 и вспомогательного 7 упругих элементов. Пневматический упругий элемент может быть связан с амортизируемым объектом либо с помощью проушины 25 первого цилиндрического стакана 13, либо с помощью проушины 26 второго цилиндрического стакана 16.
Дополнительная емкость 10 имеет внутреннюю перегородку 27 с установленным на ней дополнительным электроклапаном 28. Электроклапаны 6, 12 и 28 подсоединены к блоку управления 29. Внутренняя перегородка 27 образует в дополнительной емкости 10 две камеры: первую камеру 30 и вторую камеру 31.
Блок управления 29 содержит преобразователь перемещения объекта 32, формирователь сигнала скорости объекта 33, блок разделения управления 34, блоки управления электроклапанами 35, 36 и блок управления дополнительным электроклапаном 37, силовые ключи 38, 39 и 40 для подключения обмоток электроклапанов 6, 12 и 28 к источнику питания.
Пневматический упругий элемент работает следующим образом.
При перемещении амортизируемого объекта (АО) вниз в процессе его колебательного движения осуществляется ход сжатия для основного упругого элемента 1.
1
1
При малом размахе колебаний амортизируемого объекта (подрессоренной массы транспортного средства) не превышающем первого порогового значения z (z<z) блок управления выключен и работает только упругий элемент основной рабочей полости 3. Упруго-демпфирующая характеристика пневматического упругого элемента представляет собой характеристику одного упругого элемента основной рабочей полости.
1
2
При размахе колебаний амортизируемого объекта, находящемся в диапазоне между первым и вторым пороговым значением z<z<z блок управления 35 клапаном включает в работу электроклапан 6 и давление в емкостях 3, 4 основного упругого элемента 1 и первой камере 30 дополнительной емкости 10 вспомогательного упругого элемента 7 изменяется одинаково. При этом электроклапан 28 выключен. Упруго-демпфирующая характеристика имеет форму петель (пунктирные линии), площадь которых отражает поглощенную энергию колебаний.
Одновременно происходит ход отбоя для вспомогательного упругого элемента 7, при этом блок управления 36 электроклапаном выключает электроклапан 12. Вспомогательный упругий элемент 7 работает лишь с объемом полости 9.
3
3
3
д
po
При размахе колебаний амортизируемого объекта, превышающем третье пороговое значение z (z>z) блок управления 29 включает в работу одновременно электроклапаны 6 и 28, при этом происходит одновременная работа по указанному выше алгоритму. Это обеспечивается тем, что при размахе колебаний z>z дополнительно включается блок управления 37 дополнительного электроклапана 28 по сигналу преобразователя перемещения 32 объекта, силовой ключ 40 дополнительного электроклапана 28 для его подключения к источнику питания и сам электроклапан 28. Дополнительная емкость 10 полностью включена в работу, объем ее равен суммарному объему первой 30 и второй 31 камер. За счет дополнительной работы, связанной с перетеканием и смешиванием газа во второй камере 31, упруго-демпфирующая характеристика имеет форму петель (сплошные линии) с большей площадью, чем в предыдущем случае. Зависимость коэффициента поглощения энергии колебаний от коэффициента соотношения объемов пневматического упругого элемента β (β=V/V) показывает, что значение коэффициента β целесообразно брать в диапазоне 1,5-2,5 [Хамитов, Р.Н. Системы амортизации крупногабаритных объектов с активными упругими и демпфирующими элементами: монография / Р.Н. Хамитов, Г.С. Аверьянов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - рис. 3.14 на с. 84].
1
2
3
3
При перемещении амортизируемого объекта вверх в процессе его колебательного движения осуществляется ход отбоя для основного упругого элемента 1, при этом блок управления 38 клапаном выключает электроклапан 6. Основной упругий элемент 7 работает лишь с объемом емкости 3. Одновременно происходит ход сжатия для вспомогательного упругого элемента 7, при этом в начале хода сжатия блок управления 36 клапаном включает электроклапан 12 и давление в емкости 9 повышается и выравнивается с давлением в емкостях 10, 4 и в процессе хода сжатия далее изменяется одинаково. При этом если размах колебаний амортизируемого объекта находится в диапазоне между первым и вторым пороговым значением z<z<z, то дополнительный электроклапан 28 выключается, и в работе участвует только первая камера 30 дополнительной емкости 10; если размах колебаний амортизируемого объекта превышает третье пороговое значение z (z>z), дополнительный электроклапан 28 включается, и в работе участвует весь объем дополнительной емкости 10.
При следующем перемещении вниз амортизируемого объекта в начале хода сжатия в основном упругом элементе 1 блок управления 38 клапаном включает клапан 6 и давление в емкости 3 основного упругого элемента 1 повышается и выравнивается с давлением в емкостях 4,10 и далее изменяется одинаково, а для вспомогательного упругого элемента 7 происходит ход отбоя и при этом блок управления 39 клапаном выключает электроклапан 12. Вспомогательный упругий элемент 7 работает лишь с объемом полости 9. При этом состояние дополнительного электроклапана 28 регулируется размахом колебаний z амортизируемого объекта.
Блок управления 29 клапанами работает следующим образом.
Преобразователь перемещения 32 объекта формирует сигнал, пропорциональный перемещению амортизируемого объекта. В зависимости от него формирователь 33 сигнала скорости объекта выдает двуполярный сигнал, полярность которого определяется текущим процессом в устройстве: при ходе сжатия выдается сигнал положительной полярности, при ходе отбоя выдается сигнал отрицательной полярности. Блок разделения управления 34 при сигнале положительной полярности включает блок управления 35 электроклапаном 6, который подает сигнал на силовой ключ 38, подключающий обмотку электроклапана 6 к источнику питания. При этом электромагнитный клапан 6 открывается и соединяет емкости 3 и 4 основного упругого элемента 1.
Блок разделения управления 34 при сигнале отрицательной полярности включает блок управления 36 электроклапаном 12, который подает сигнал на силовой ключ 39, подключающий обмотку электромагнита клапана 12 к источнику питания. При этом электромагнитный клапан 12 открывается и соединяет емкости 9 и 10 вспомогательного упругого элемента 7.
3
3
При размахе колебаний амортизируемого объекта, превышающем третье пороговое значение z (z>z) блок разделения управления 34 включает блок управления 37 дополнительным электроклапаном 28, который подает сигнал на силовой ключ 40, подключающий обмотку дополнительного электроклапана 28 к источнику питания. При этом дополнительный электроклапан 28 открывается и соединяет первую камеру 30 и вторую камеру 31 дополнительной емкости 10 вспомогательного упругого элемента 7. Т.о. объем дополнительной емкости 10 полностью включается в работу. Внутренняя перегородка в дополнительной емкости вспомогательного упругого элемента, в качестве варианта исполнения конструкции пневматического упругого элемента, делит ее на две равные части, что дает дискретное улучшение коэффициента поглощения энергии колебаний и демпфирующих свойств пневматического упругого элемента.
В силу предложенной конструкции дополнительной емкости вспомогательного упругого элемента возможно регулировать ее объем, изменять демпфирующие свойства пневматического упругого элемента и за счет этого повысить эффективность работы пневматического упругого элемента при эксплуатации транспортных средств по дорогам с различным профилем.