Магнитореологический пневматический амортизатор
Полезная модель относится к области демпфирования механических колебаний. Магнитореологический пневматический амортизатор содержит корпус (1) с установочным узлом (2), в котором размещена цилиндрическая камера (3), заполненная магнитореологической жидкостью, содержащая компенсационную камеру (4) и разделительный поршень (5), поршень (6) и полый шток (7), внутри последнего размещены провода, соединяющие соленоидную катушку (8) с блоком управления (9). На корпусе (1) смотирован установочный узел (10). В поршне (6) на верхней плоскости магнитоизолирую-щей шайбы (11) установлен сердечник с системой чередующихся полюсов (12) и (13). Над полюсом (13) размещена магнитоизолирующая шайба (14) с пазами. На нижней плоскости магнитоизолирующей шайбы (11) установлен дополнительный сердечник с системой чередующихся полюсов (15) и (16). Под полюсом (13) размещена магнитоизолирующая шайба (17) с пазами. Магнитоизолирующая шайба (11) содержит антифрикционную прокладку (18). Корпус (1) содержит пневматический упругий элемент (19), размещенный в пуансоне (20), жестко связанным с полым штоком (7), содержащим два сердечника (21) и (22). Соленоидная катушка (8) состоит из секций (23) и дополнительной (24), включенных встречно, расположенных в поршне (6), соответственно, между полюсами (12) и (13) сердечника, и полюсами (15) и (16) дополнительного сердечника, и секций (25) и (26), расположенных на сердечниках (21) и (22) полого штока (7). Блок управления (9) содержит коммутатор электрического напряжения (27), источник питания (28), логический блок (29), датчик положения (30), датчик направления перемещения (31). В поршне (6) выполнены сквозные пазы (32).
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 
. 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 . 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 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: V M - 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); V М<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.
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.
