Амортизатор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Коробко Евгения Викторовна Кузьмин Владимир Алексеевич Глеб Владимир Константинович Билык Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Амортизатор двойного управления для гашения колебаний тела, содержащий цилиндр, заполненный текучей композицией, внутри которого расположен шток с поршнем,подвижным в осевом направлении, индукционную катушку, подключенную к регулируемому источнику питания, отличающийся тем, что индукционная катушка установлена внутри цилиндра, в верхней его части, с образованием рабочей камеры с текучей композицией, чувствительной к воздействию на нее как электрическим, так и магнитным полем,76322011.10.30 поршень соединен со штоком диэлектрической втулкой, снабжен центрирующим диском и расположен с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндра, в нижней внутренней части цилиндра установлен подвижный разделительный поршень, отделяющий текучую композицию от инертного газа, находящегося в пневматической компенсационной полости, образованной разделительным поршнем, внутренней поверхностью цилиндра и нижней крышкой, прикрепленной к цилиндру, причем на наружной боковой поверхности цилиндра установлены теплообменные кольцевые ребра. 2. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр снабжен верхней крышкой с установленным в ней уплотнительным кольцом и нижней крышкой, в которой закреплен ниппель и расположена уплотнительная прокладка. 3. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что поршень подключен к источнику электрических напряжений. 4. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндр, шток и поршень выполнены из магнитопроводящего материала.(56) 1. Патент США 5,259,487 МПК 16 15/03, 1993. 2. Коробко Е.В. Электроструктурированные (электрореологические) жидкости особенности гидромеханики и возможности использования. - Минск АНК ИТМО им. А.В.Лыкова АН БССР, 1996. - С. 103-106. 3. А.с. СССР 1021835, МПК 16 6/00, 1983 (прототип). Полезная модель относится к средствам для гашения колебаний, в частности к амортизаторам как к устройствам для демпфирования, и может быть использована в авто- и машиностроении. Известен амортизатор, управляемый электрическим полем 1, содержащий корпус,внутри которого размещен внутренний цилиндр с образованием кольцевого зазора, верхний разделительный поршень со штоком, подвижный в осевом направлении, разделяющий внутреннее пространство цилиндра на верхнюю и нижнюю камеры. Зазор заполнен электрореологической жидкостью с возможностью ее перетекания в верхнюю и нижнюю камеры. В нижней части корпуса расположен нижний подвижный разделительный поршень, который отделяет пневматическую компенсационную полость от электрореологической жидкости, находящейся в нижней камере. Корпус амортизатора заземлен, а к внутреннему электроизолированному цилиндру подведен положительный потенциал от источника электрического напряжения. Электрореологический амортизатор работает следующим образом. При воздействии на шток внешних сил верхний поршень со штоком начинает перемещаться вниз во внутреннем цилиндре, вследствие чего из нижней камеры через зазор электрореологическая жидкость поступает в верхнюю камеру. Возникающее при этом гидравлическое сопротивление жидкости демпфирует колебания тела, что фиксируется на штоке амортизатора. Известно, что при подаче электрического напряжения на внутренний цилиндр в электрореологической жидкости, находящейся в кольцевом зазоре, происходят процессы структурообразования 2, связанные с образованием мостиков из частиц твердой фазы,сцепляющихся с наружной поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью корпуса. В результате этого эффективная вязкость электрореологической жидкости в зазоре увеличивается, что ведет к возрастанию гидравлического сопротивления движению поршня относительно корпуса и повышению демпфирующего усилия. 76322011.10.30 Данный амортизатор позволяет регулировать демпфирующее усилие. Однако его недостатком является сравнительно небольшая величина демпфирующего усилия, ограниченная прочностью созданных в зазоре структур. Известно применение текучей композиции, обладающей как электро- так и магнитореологическими свойствами 2. Такой, например, как электрореологическая суспензия диатомита в минеральном масле с введением в состав суспензии предварительно обработанного раствором полистирола в толуоле карбонильного железа. Мелкодисперсные частицы диатомита и карбонильного железа (размером до 0,025 мм) составляют твердую дисперсную фазу, а минеральное масло является дисперсионной средой. Наиболее близким к предлагаемому решению, принятым за прототип является амортизатор, управляемый магнитным полем 3. Данный амортизатор содержит корпус в виде цилиндра, заполненный магнитной жидкостью (текучая композиция), шток с поршнем, подвижный в осевом направлении и размещенный в корпусе, индукционную катушку, подключенную к регулируемому источнику питания, и емкость-теплообменник. Амортизатор работает следующим образом. При воздействии на шток внешних сил поршень начинает перемещаться в корпусе,вследствие чего магнитная жидкость из полости под поршнем перетекает в полость над поршнем, демпфируя колебания, воспринимаемые амортизатором. Вязкость магнитной жидкости под влиянием магнитного поля, создаваемого индукционной катушкой, увеличивается, благодаря чему возрастает гидравлическое сопротивление движению поршня и,соответственно, демпфирующее усилие амортизатора. Недостатками данного амортизатора являются недостаточная эффективность гашения колебаний и небольшой диапазон регулирования демпфирующего усилия. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности гашения колебаний и расширение возможностей регулирования демпфирующего усилия. Задача решается следующим образом. Известный амортизатор содержит корпус (цилиндр), заполненный текучей композицией, внутри которого расположен шток с поршнем, подвижный в осевом направлении, и индукционную катушку, подключенную к регулируемому источнику питания. Согласно предлагаемому техническому решению, индукционная катушка установлена внутри цилиндра, в верхней его части, с образованием рабочей камеры, заполненной текучей композицией, чувствительной к воздействию на нее как электрическим, так и магнитным полем. Поршень соединен со штоком диэлектрической втулкой, снабжен центрирующим диском, выполненным из электроизоляционного материала, и расположен с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндра. В нижней части цилиндра установлен подвижный разделительный поршень, отделяющий текучую композицию от инертного газа, находящегося в пневматической компенсационной полости, образованной разделительным поршнем, нижней внутренней частью поверхности цилиндра и нижней крышкой, прикрепленной к цилиндру. Цилиндр снабжен верхней крышкой с установленным в ней уплотнительным кольцом и нижней крышкой, в которой закреплен регулировочный ниппель и расположена уплотнительная прокладка. На наружной боковой поверхности цилиндра установлены теплообменные кольцевые ребра. Поршень подключен к источнику электрических напряжений. Цилиндр, шток и поршень выполнены из магнитопроводящего материала. Предлагаемый амортизатор для гашения колебаний тела относится к амортизаторам двойного управления, так как демпфирующее усилие, создаваемое амортизатором, можно регулировать по величине как электрическим, так и магнитным полем, а также совместным воздействием обоих полей. Он обеспечивает повышение эффективности гашения колебаний и расширяет диапазон регулирования демпфирующего усилия. На фигуре показан продольный разрез предлагаемого амортизатора. 3 76322011.10.30 Предлагаемый амортизатор для гашения колебаний тела содержит цилиндр 1, шток 2,подвижный в осевом направлении, соединенный с поршнем 3 диэлектрической втулкой 4,предназначенной для электроизоляции штока от поршня. Для электроизоляции поршня 3 от цилиндра 1 нижняя часть поршня 3 оснащена пальцем 5, на котором неподвижно закреплен (например, приклеен) центрирующий диск 6, выполненный из электроизоляционного материала, например керамики. Диск 6 предназначен для центрирования поршня 3 относительно внутренней поверхности цилиндра 1 с образованием кольцевого зазора 7. В верхней части цилиндра, внутри него, соосно со штоком 2 установлена индукционная катушка 8 для создания магнитного поля, силовые линии которого пересекают кольцевой зазор 7 между цилиндром 1 и поршнем 3. В нижней части цилиндра расположен подвижный разделительный поршень 9 с образованием под ним пневматической компенсационной полости 10. Поршень 9 отделяет сжатый инертный газ (например, воздух) пневматической компенсационной полости 10 от текучей композиции 11, чувствительной к воздействию на нее как электрическим, так и магнитным полем, помещенной в рабочую камеру 12. На внутренней поверхности цилиндра 1 над разделительным поршнем 9 выполнен круговой буртик 13 для ограничения хода поршня 9 вверх при заполнении пневматической компенсационной полости 10 сжатым газом перед началом работы амортизатора. На наружной боковой поверхности цилиндра установлены теплообменные кольцевые ребра 14 для отвода тепла от текучей композиции 11 через стенку цилиндра 1 при высоких частотах колебания поршня 3. Цилиндр 1 снабжен верхней крышкой 15, установленной, например, на резьбе,и нижней крышкой 16, в которой установлен регулировочный ниппель 17, предназначенный для заполнения полости 10 сжатым инертным газом под требуемым давлением от внешнего источника (например, от компрессора, на фигуре не показан) для компенсации объема части штока 2 при движении его вверх или вниз в рабочей камере 12. В крышке 15 размещено уплотнительное кольцо 18, а между крышкой 16 и цилиндром 1 - уплотнительная прокладка 19 для обеспечения герметичности цилиндра 1. В разделительном поршне 9 и центрирующем диске 6 установлены уплотнительные кольца 20 для обеспечения герметичности. В центрирующем диске 6 выполнены перепускные отверстия 21 для перетекания текучей композиции 11 в область над диском 6 и обратно. Диск 6 обеспечивает центрирование поршня 3 относительно внутренней поверхности цилиндра. К поршню 3 прикреплен (например, припаян) проводник 22 для подачи на поршень электрического потенциала от источника 23 электрических напряжений. Индукционная катушка 8 соединена с регулируемым источником электрического тока 24 проводниками 25. Цилиндр 1 заземлен. Работа амортизатора осуществляется следующим образом. С помощью ниппеля 17 компенсационную полость 10 заполняют сжатым инертным газом, например от компрессора (на фигуре не показан), под требуемым давлением до прижатия разделительного поршня 9 к круговому буртику 13. В исходном положении амортизатора, при отсутствии внешнего электрического или магнитного поля, при воздействии внешних сил (на фигуре не показаны) на шток 2, проходящий через верхнюю крышку 15 и индукционную катушку 8, поршень 3, снабженный пальцем 5, с неподвижно установленным на нем центрирующим диском 6 начинает перемещаться вниз, вытесняя текучую композицию 11 по зазору 7 из области под поршнем 3 в область над поршнем, демпфируя колебания тела. Объем штока 2, погружаемого в камеру 12,вытесняет такой же объем текучей композиции 11 через перепускные отверстия 21 в диске 6,вследствие чего текучая композиция надавливает на подвижный разделительный поршень 9,сжимая инертный газ в пневматической компенсационной полости 10, закрытой крышкой 16 с уплотнительной прокладкой 19. Регулировочный ниппель 17 удерживает сжатый газ в полости 10. Герметичность в подвижных соединениях амортизатора обеспечивается уплотнительными кольцами 18 и 20. При подаче на поршень 3, электроизолированный от штока 2 диэлектрической втулкой 4,4 76322011.10.30 а от цилиндра 1 диском 6, электрического напряжения от источника 23 через проводник 22 в текучей композиции 11, расположенной в кольцевом зазоре 7, происходят процессы переориентации частиц твердой фазы и структурообразования. Образуются мостики, связывающие между собой поршень 3 и цилиндр 1. В результате эффективная вязкость текучей композиции увеличивается, а следовательно, возрастает гидравлическое сопротивление в кольцевом зазоре 7 и повышается усилие демпфирования на штоке 2. С целью достижения еще большего усилия демпфирования, не отключая источник 23 электрических напряжений, на индукционную катушку 8 подают электрический ток проводниками 25 от регулируемого источника электрического тока 24. В индукционной катушке 8 возбуждается магнитное поле, которое концентрируется в магнитопроводе,состоящем из цилиндра 1, штока 2 и поршня 3, выполненных из магнитопроводящего материала. Магнитное поле направлено перпендикулярно к боковой поверхности поршня 3 и воздействует на текучую композицию 11, расположенную в зазоре 7. Эффективная вязкость композиции в зазоре увеличивается за счет процессов структурообразования, что приводит к дополнительному росту гидравлического сопротивления движению поршня 3 и возрастанию демпфирующего усилия. При высоких частотах колебания поршня 3 происходит нагрев текучей композиции в кольцевом зазоре 7. Для отвода дополнительного тепла служат теплообменные кольцевые ребра 14, жестко установленные на наружной боковой поверхности цилиндра 1. В тех случаях, когда амортизатор используется для создания небольшого усилия демпфирования, регулировать усилие можно, воздействуя на текучую композицию электрическим или магнитным полем. Наибольшее демпфирующее усилие достигается при одновременном приложении обоих полей. Таким образом, в предлагаемой конструкции амортизатора для гашения колебаний тела реализована возможность двойного управления работой амортизатора, что повышает эффективность виброзащиты тела и расширяет диапазон регулирования демпфирующего усилия. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5