МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР

Название	МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
Разработчик (Авторы)	Корчагин А. Б., Аверьянов Г. С., Бельков В. Н.
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	150327
Дата регистрации	10.02.2015
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет"
Область применения (класс МПК)	F16F 9/53 (2006.01) F16F 6/00 (2006.01)

Описание изобретения

Полезная модель относится к области демпфирования механических колебаний и может быть использована для устранения вредных колебаний в различных механических системах.

Известно устройство для демпфирования колебаний, содержащее цилиндр, заполненный магнитореологической жидкостью, подвижные в осевом направлении шток с поршнем, размещенные в цилиндре, соленоидную катушку, охватывающую цилиндр и подключаемую к регулируемому источнику питания, содержащему измерители положения и направления перемещения поршня, выходы которых соединены с первым и вторым информационными входами логического блока, силовой вход логического блока, соединенный с источником питания, а выход соединен с управляющим входом коммутатора, причем выходы коммутатора соединены с входами секций соленоидной катушки (патент РФ 2426922, МПК F16F 9/53, F16F 6/00, F16F 15/03, опубл. 20.08.2011 (аналог).

Недостатками устройства являются:

- ограниченный динамический диапазон регулирования коэффициента сопротивления амортизатора из-за постоянной жесткости пружин амортизатора;

- необходимость в начальной технологической настройке взаимного расположения элементов системы, которое определяется начальными положениями пружин амортизатора и других элементов подвески, а также нагрузкой на подвеску,

- большие габариты и сложность конструкции соленоидной катушки,

- повышенные энергозатраты на эксплуатацию и управление амортизатором, а также недостаточная эффективность гашения колебаний объекта.

Наиболее близким по совокупности признаков устройством того же назначения является регулируемый магнитореологический пневматический амортизатор, содержащий заполненный магнитореологической жидкостью корпус с цилиндрической камерой, компенсационной камерой и разделительным поршнем, размещенные в цилиндрической камере соленоидную катушку и полый шток с поршнем, содержащим сердечник, систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующие шайбы, антифрикционную прокладку, корпус снабжен пневматичским упругим элементом, размещенным в пуансоне, жестко связанном с полым штоком, полый шток содержит не менее двух магнитных сердечников, соленоидная катушка содержит не менее трех секций, одна из которых размещена в поршне, а другие размещены в полом штоке на сердечниках (патент РФ 2449188, F16F 9/08, F16F 9/53, опубл. 27.04.2012 г., 3 с. (прототип)).

Недостатком амортизатора является ограниченная эффективность демпфирования колебаний в силу низкого коэффициента использования индуцируемого магнитного поля, что приводит к ограниченности достигаемых технико-экономических показателей устройства.

Техническим результатом от использования предложенного магнитореологического пневматического амортизатора является увеличение коэффициента использования индуцируемого магнитного поля, что приводит к повышению достигаемых технико-экономических показателей устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитореологическом пневматическом амортизаторе, содержащем заполненный магнитореологической жидкостью корпус с цилиндрической камерой, компенсационной камерой и разделительным поршнем, размещенные в цилиндрической камере соленоидную катушку и полый шток с поршнем, содержащим сердечник, систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующие шайбы, антифрикционную прокладку, причем корпус снабжен пневматическим упругим элементом, размещенным в пуансоне, жестко связанном с полым штоком, полый шток содержит не менее двух магнитных сердечников, соленоидная катушка содержит не менее трех секций, одна из которых размещена в поршне, а другие размещены в полом штоке на сердечниках, согласно заявленному техническому решению, размещенная в поршне секция соленоидной катушки, снабженная сердечником с системой чередующихся полюсов, установлена у верхней торцовой плоскости поршня, а у нижней торцовой плоскости плоскости установлена дополнительная секция соленоидной катушки, снабженная сердечником с системой чередующихся полюсов и магнитоизолирующей шайбой с пазами, причем указанные секции соленоидной катушки включены встречно.

Исполнение магнитореологического пневматического амортизатора, в котором размещенная в поршне секция соленоидной катушки, снабженная сердечником с системой чередующихся полюсов, установлена у верхней торцовой плоскости поршня, а у нижней торцовой плоскости плоскости установлена дополнительная секция соленоидной катушки, снабженная сердечником с системой чередующихся полюсов и магнитоизолирующей шайбой с пазами, причем указанные секции соленоидной катушки включены встречно, обеспечивает увеличение коэффициента использования индуцируемого магнитного поля, что приводит к повышению технико-экономических показателей устройства.

На фиг. 1 изображен схематично продольный разрез регулируемого магнитореологического пневматического амортизатора, на фиг. 2 - узел А на фиг. 1, на фиг 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Магнитореологический пневматический амортизатор содержит корпус 1 с установочным узлом 2, в котором размещена цилиндрическая камера 3, заполненная магнитореологической жидкостью. Цилиндрическая камера 3 содержит компенсационную камеру 4 и разделительный поршень 5. В цилиндрической камере 3 с магнитореологической жидкостью размещен поршень 6, соединенный с полым штоком 7. В полом штоке 7 расположены электрические провода для подвода к соленоидной катушке 8 электрического сигнала от блока управления 9 и установочный узел 10.

Поршень 6 содержит установленный на верхней плоскости магнитоизолирующей шайбы 11 сердечник с системой чередующихся полюсов 12 и 13 с минимальными зазорами между полюсами и размещенную над верхним полюсом 13 магнитоизолирующую шайбу 14 с пазами шириной Δ. На нижней плоскости магнитоизолирующей шайбы 11 установлен дополнительный сердечник с системой чередующихся полюсов 15 и 16, также установленных с минимальными зазорами, а под нижним полюсом 16 размещена магнитоизолирующая шайба 17 с пазами шириной Δ. Магнитоизолирующая шайба 11 содержит антифрикционную прокладку 18.

Корпус 1 снабжен пневматическим упругим элементом 19, размещенным в пуансоне 20, жестко связанным с полым штоком 7.

Полый шток 7 содержит два сердечника 21 и 22.

Соленоидная катушка 8 выполнена из следующих секций: секции 23, расположенной в поршне 6 между полюсами 12 и 13 сердечника, дополнительной секции 24, расположенной в поршне 6 между полюсами 15 и 16 дополнительного сердечника и секций 25 и 26, расположенных на сердечниках 21 и 22 полого штока 7. Секции 23 и 24 поршня 6 включены встречно.

Блок управления 9 содержит коммутатор электрического напряжения 27, источник питания 28, логический блок 29, датчик положения 30, датчик направления перемещения 31. Входы секций 23, 24, 25 и 26 соленоидной катушки 8 соединены с выходами коммутатора электрического напряжения 27, один из входов которого соединен с источником питания 28, а второй с выходом логического блока 29. Один из входов логического блока 29 соединен с выходом датчика положения 30, а второй - с выходом датчика направления перемещения 31. Датчик положения 30 и датчик направления перемещения 31 определяют соответственно положение и направление перемещения поршня 6 демпфирующего устройства.

Выполненные в поршне 6 сквозные пазы 32 шириной Δ каждый в количестве не менее одного размещены с условием их совпадения в полюсах 11 и 12, 15 и 16, магнитоизолирующих шайбах 11, 14 и 17 и антифрикционной прокладке 18.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, при отсутствии колебаний и относительных перемещений подрессоренного объекта с установочным узлом 10 и неподрессоренного основания с установочным узлом 2, нагрузку со стороны подрессоренного объекта воспринимает пневматический упругий элемент 19, размещенный в пуансоне 20.

При движении поршня вниз (ход сжатия для пневматического упругого элемента 19) магнитореологическая жидкость начинает перетекать через каналы 32 поршня 6 между надпоршневой и подпоршневой полостями цилиндрической камеры 3 в направлении, противоположном движению поршня. По мере приближения поршня 6 к нижнему положению на рис.1 газ сжимается в пневматическом упругом элементе 19, опирающемся на пуансон 20, а разделительный поршень 5 сжимает газ в компенсационной камере 4.

Одновременно датчики положения 30 и направления перемещения 31 поршня 6 подают сигнал на логический блок 29, от регулируемого источника питания 28 включается нижняя секция 23 соленоидной катушки 8, что приводит к увеличению вязкости магнитореологической жидкости и созданию за счет этого диссипативной силы, а за счет возбуждения импульсов магнитного поля у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня создается дополнительная диссипативная сила сопротивления.

Демпфирование колебаний осуществляется как путем увеличения вязкости магнитореологической жидкости при воздействии магнитного поля, так и путем приложения к системе дополнительной диссипативной силы сопротивления, возникающей при возбуждении импульсов магнитного поля в демпфирующей магнитореологической жидкости, причем дополнительная диссипативная сила сопротивления создается в области демпфирующей магнитореологической жидкости, находящейся у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня.

В магнитореологической жидкости, которая является неполярной средой, возникает течение в область наибольшей напряженности магнитного поля, т.е. это означает, что при движении поршня 6 вниз (ход сжатия для пневматического упругого элемента 19) магнитореологическая жидкость в пазах 32 поршня 6 будет течь в направлении перемещения поршня 6 при включенной дополнительной секции 24 соленоидной катушки 8, т.к. создаваемые ей импульсы магнитного поля, формируемые между магнитоизолирующих шайб у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня 6, возбуждают дополнительное движение магнитореологической жидкости по ходу поршня, увеличивающее сопротивление движению поршня.

При этом необходимо учесть, что при перемещении поршня 6 в отсутствие поля магнитореологическая жидкость в пазах 32 поршня 6 и цилиндрической камеры 3 всегда перемещается противоположно перемещению поршня 6 (уравнение Навье-Стокса и профиль течения, как правило, имеет так называемый профиль Пуазейля).

Возникают две скорости магнитореологической жидкости в пазах 32 поршня 6: VM - механическая скорость магнитореологической жидкости за счет перемещения поршня 6 в цилиндрической камере 3, которая не зависит от магнитного поля и всегда направлена противоположно перемещению поршня 6; VН - магнитная скорость магнитореологической жидкости за счет наличия градиента магнитного поля в каналах поршня 6 при подаче напряжения на секцию, находящуюся у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня 6 в цилиндрической камере 3 (т.е. всегда направлена в сторону перемещения поршня 6).

Следовательно, возможны условия: VM>VН - демпфирование нормальное и поршень 6 может перемещаться, поскольку магнитное поле не полностью его тормозит; VМ=VН - демпфирование отсутствует, поскольку отсутствует относительное движение частей устройства (подвижная и неподвижная части «соединены» в единое целое); VМ<VН - магнитное поле усиливает колебания подвижной системы, переводя ее при определенных условиях из устойчивого положения в неустойчивое.

Возникает второй демпфирующий фактор при возбуждении импульсов магнитного поля в демпфирующей магнитореологической жидкости, причем дополнительная диссипативная сила сопротивления создается в области демпфирующей магнитореологической жидкости, которая составляет передний фронт перемещения части подвижной системы, погруженной в магнито-реологическую жидкость в направлении перемещения.

При движении поршня 6 вверх (ход отбоя, происходящий благодаря энергии, запасенной в пневматическом упругом элементе 19), измерители положения 30 и направления перемещения 31 поршня 6 подают сигнал на логический блок 29, включается верхняя секция 24 соленоидной катушки 8, что приводит к увеличению вязкости магнитореологической жидкости, а за счет возбуждения импульсов магнитного поля создается дополнительная диссипативная сила сопротивления. Происходящие в верхней секции 24 процессы аналогичны процессам, возникающим при включении нижней секции 23 соленоидной катушки 8, т.е. создаются основная и дополнительная диссипативные силы, обеспечивающие демпфирование, причем противоположное направление действия дополнительных диссипативных сил при ходах поршня вниз и вверх достигается путем встречного включения секций 23 и 24. После перехода поршня 6 через среднее положение включаются последовательно секции 25 и 26 соленоидной катушки 8. Благодаря такому включению секций 25 и 26 изменяется состояние магнитореологической жидкости в надпоршневой части цилиндрической камеры 3 и происходит более эффективное замедление хода штока 7 за счет дросселирования магнитореологической жидкости через пазы 32 поршня 6 и увеличение сопротивления жидкости у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня, расположенной у штока. Выделяющееся в процессе движения тепло уносится магнитореологической жидкостью и рассеивается через корпус 1 в окружающую среду.

Таким образом, в предложенном магнитореологическом пневматическом амортизаторе, в котором соленоидная катушка содержит дополнительную секцию в поршне, за счет раздельного включения секций соленоидной катушки в заданной последовательности, осуществляется демпфирование колебаний как путем увеличения вязкости магнитореологической жидкости при воздействии магнитного поля, так и путем приложения к системе дополнительной диссипативной силы сопротивления, возникающей при возбуждении импульсов магнитного поля в демпфирующей магнитореологической жидкости, причем дополнительная диссипативная сила сопротивления создается в области демпфирующей магнитореологической жидкости, находящейся у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня импульсами магнитного поля, формируемыми между магнитоизолирующих шайбами с пазами у передней по ходу движения торцовой поверхности поршня.

Формула полезной модели

Магнитореологический пневматический амортизатор, содержащий заполненный магнитной жидкостью корпус с цилиндрической камерой и компенсационную камеру с разделительным поршнем, размещенные в цилиндрической камере соленоидную катушку, полый шток с поршнем, содержащим сердечник, систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующие шайбы с пазами, антифрикционную прокладку, при этом соленоидная катушка установлена на сердечнике, корпус снабжен пневматическим упругим элементом, размещенным в пуансоне, жестко связанным с полым штоком, полый шток содержит не менее двух сердечников, соленоидная катушка содержит не менее трех секций, одна из которых размещена в поршне, а другие размещены в полом штоке на сердечниках, отличающийся тем, что размещенная в поршне секция соленоидной катушки, снабженная сердечником с системой чередующихся полюсов, установлена у верхней торцовой плоскости поршня, а у нижней торцовой плоскости поршня установлена дополнительная секция соленоидной катушки, снабженная сердечником с системой чередующихся полюсов и магнитоизолирующей шайбой с пазами, причем указанные секции соленоидной катушки включены встречно.

Изобретение "МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР" (Корчагин А. Б., Аверьянов Г. С., Бельков В. Н.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога