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 Билык Вячеслав Алексеевич Коробко Евгения Викторовна Кузьмин Владимир Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Амортизатор для регулирования величины дорожного просвета транспортного средства, содержащий цилиндр, в верхней части которого установлен разделительный поршень с уплотнительным кольцом с образованием пневматической компенсационной камеры, оснащенной ниппелем поршень со штоком, разделяющий цилиндр на верхнюю и нижнюю камеры, заполненные электрореологической жидкостью обойму из немагнитного материала с защитной гофрой и диском, жестко связанным со штоком, при этом обойма выполнена из немагнитного материала с размещенными в ней плоскими соленоидными катушками, обращенными друг к другу одноименными магнитными полюсами, с возможностью их передвижения вдоль штока, и подключенными к источнику электрического тока,91372013.04.30 связанному с блоком управления, к которому подсоединены датчики положения и скорости, отличающийся тем, что верхняя камера выполнена в виде наружного корпуса с разделительным поршнем в верхней его части и неподвижно прикрепленной обоймой с соленоидными катушками в нижней его части внутренний цилиндр, образованный нижней камерой, содержащей поршень со штоком, установлен внутри наружного корпуса и образует кольцевой канал между ними, который заполнен электрореологической жидкостью, причем торцы внутреннего цилиндра сверху и снизу снабжены диэлектрическими прокладками, а в его стенках выполнены перепускные отверстия, при этом наружный корпус заземлен, а внутренний цилиндр связан высоковольтным проводом с источником электрических напряжений.(56) 1. Патент США 4,033,423, МПК 60 17/00, 1977. 2. Патент США 6,253,889, МПК 16 9/34, 2001. 3. Патент РБ на полезную модель 8163, МПК 16 6/00, 2012 (прототип). Полезная модель относится к средствам гашения колебаний, в частности к электромагнитножидкостным амортизаторам, и может быть использована в автомобилестроении. Транспортное средство (например, грузовой автомобиль) имеет шасси, которое включает двигатель, трансмиссию, мосты, механизмы управления, подвеску и раму, опирающуюся посредством пружин на мосты. Подвеска представляет собой совокупность деталей, узлов и механизмов, выполняющих роль соединительного звена между рамой транспортного средства и дорогой. Упругие элементы, в частности пружины, позволяют снизить негативное влияние вибрационных колебаний подвески при движении транспортного средства по неровной дороге. Для обеспечения более комфортных условий работы водителя большинство подвесок дополнительно оснащены амортизаторами, которые гасят вынужденные колебания при движении транспортного средства. Амортизаторы бывают нерегулируемые (пассивные) и регулируемые (управляемые). К управляемым амортизаторам относятся электрореологические амортизаторы, которые используют электрочувствительную жидкость и позволяют создать управляемое демпфирование при изменении ее вязкости под воздействием на нее внешнего электрического поля. Любое транспортное средство характеризуется величиной дорожного просвета (клиренса), т.е. расстоянием между опорной поверхностью колес и самой нижней точкой элемента узлов, неподвижно закрепленных на раме. Это расстояние определяет максимальную высоту препятствия, которое транспортное средство способно преодолеть при определенной массе перевозимого груза, что, соответственно, влияет на проходимость. Однако при движении по неровной, например, ухабистой дороге, возникают ситуации, когда высота неровности превышает величину допускаемого дорожного просвета. В этом случае для преодоления препятствия необходимо приподнять раму подвески, опирающуюся на пружины, на некоторую высоту, т.е. увеличить расстояние между рамой и мостом, и вернуть ее в первоначальное положение после преодоления препятствия. Обычно дорожный просвет грузовых автомобилей составляет 130-220 мм. Известна гидравлическая система регулирования высоты подвески транспортного средства 1, включающая гидравлические ресиверы, цилиндры и насос, буферные элементы и соединительные трубопроводы. При необходимости увеличения клиренса водитель включает гидронасос и с помощью гидроцилиндров приподнимает раму. После преодоления препятствия водитель возвращает гидросистему в исходное положение. Данному устройству характерны низкое быстродействие в связи с инерционностью работы гидравлической системы и сложность конструкции, а также отсутствие управляемого демпфирования. 2 91372013.04.30 Известен амортизатор подвески транспортного средства, чувствительный к ускорению 2, включающий цилиндр, разделенный поршнем на две части (верхнюю и нижнюю камеры), заполненные жидкостью, которая имеет возможность перетекать из верхней части в нижнюю через отверстия в поршне, при этом цилиндр связан с рамой транспортного средства, а поршень соединен с мостом. Положение колеса транспортного средства относительно земли фиксируется промежуточными элементами, которые регулируют давление жидкости, необходимое для подъема рамы перед преодолением препятствия. Недостатками этого амортизатора являются запаздывание подъема рамы при набегании колеса на препятствие, высота которого больше величины дорожного просвета, что может вызвать повреждение узлов транспортного средства при движении по дорогам со сложным профилем, а также отсутствие регулирования величины дорожного просвета и управляемого демпфирования. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению и принятым за прототип является амортизатор для регулирования величины дорожного просвета транспортного средства 3, который содержит цилиндр с присоединенной к нему в нижней части, например, резьбовым соединением обоймой, выполненной из немагнитного материала. Внутри обоймы, соосно ей расположены плоские соленоидные катушки с возможностью передвижения по штоку. Соленоидные катушки установлены так, что две соседние катушки обращены одна к другой одноименными магнитными полюсами (полюсодной катушки к полюсусоседней катушки, полюсодной катушки - к полюсусоседней катушки). Соленоидные катушки подключены к источнику электрического тока и взаимодействуют между собой при подаче наних электрического тока от источника электрического тока, отталкиваясь одна от другой. Шток с поршнем разделяет внутреннее пространство цилиндра на две камеры - нижнюю и верхнюю, заполненные жидкостью,которая может перетекать из одной камеры в другую и обратно через дросселирующие отверстия в поршне. Между обоймой и штоком установлено уплотнительное кольцо для предупреждения перетекания жидкости из нижней камеры внутрь обоймы, а между внутренней поверхностью цилиндра и поршнем установлено уплотнительное кольцо. Обойма герметично снабжена защитной гофрой и диском, жестко связанным со штоком. Датчики положения и скорости предназначены для контроля положения рамы относительно моста,а также контроля направления и величины скорости перемещения рамы и моста. Датчики положения и скорости соединены с блоком управления, который подключен к источнику электрического тока. В верхней части цилиндра установлен разделительный поршень, оснащенный уплотнительным кольцом, с образованием пневматической камеры, заполненной воздухом, для компенсации объема части штока, погружаемого в цилиндр. Ниппель,установленный в стенке цилиндра, служит для заполнения пневматической полости сжатым воздухом перед установкой амортизатора на транспортное средство. Предлагаемый амортизатор обеспечивает улучшенные комфортные условия работы водителю транспортного средства при езде на неровной дороге, так как набор плоских соленоидных катушек при подаче на них тока определенной величины, за счет отталкивания одной катушки от другой позволяет регулировать величину дорожного просвета и создает воздушную подушку, дополнительно смягчающую вынужденные колебания подвески. Недостатками этого технического решения является невозможность осуществлять управляемое демпфирование, которое позволяло бы быстро и эффективно гасить колебания подвески транспортного средства при различных условиях езды по неровному профилю дорожного покрытия. Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей амортизатора при различных условиях дорожного движения транспортного средства и повышение быстродействия управляемого демпфирования при регулировании дорожного просвета. Задача решается следующим образом. 3 91372013.04.30 Известный амортизатор содержит цилиндр, в верхней части которого установлен разделительный поршень с уплотнительным кольцом с образованием пневматической компенсационной камеры, оснащенной ниппелем и обеспечивающей компенсацию объема жидкости выдавливаемого движущимся штоком поршень со штоком, разделяющий цилиндр на верхнюю и нижнюю камеры, заполненные жидкостью, обойму с размещенными в ней плоскими соленоидными катушками, обращенными одна к другой одноименными магнитными полюсами, с возможностью их передвижения вдоль штока, и подключенными к источнику электрического тока. Это позволяет регулировать величину дорожного просвета. Обойма герметично соединена защитной гофрой с диском, жестко связанным со штоком. Это обеспечивает защиту от попадания грязи в соленоидные катушки и их механического повреждения. Причем источник электрического тока связан с блоком управления, к которому присоединены датчики положения и скорости. Согласно предлагаемому техническому решению, верхняя камера выполнена в виде наружного корпуса с разделительным поршнем в верхней его части и неподвижно прикрепленной обоймой с соленоидными катушками в нижней его части внутренний цилиндр, образованный нижней камерой, содержащей поршень со штоком, установлен внутри наружного корпуса и образует кольцевой канал между ними, который заполнен электрореологической жидкостью, причем торцы внутреннего цилиндра сверху и снизу снабжены диэлектрическими прокладками, а в его стенках выполнены перепускные отверстия, при этом наружный корпус заземлен, а внутренний цилиндр связан высоковольтным проводом с источником электрических напряжений. На фигуре показана схема предлагаемого амортизатора. Предлагаемый амортизатор содержит наружный корпус 1 и установленный внутри него внутренний цилиндр 2 с образованием кольцевого канала 3 между ними, заполненный электрореологической жидкостью 4. Шток 5 с поршнем 6 разделяет пространство внутри цилиндра 2 на две камеры - нижнюю 7 и верхнюю 8, заполненные электрореологической жидкостью 4. В стенках внутреннего цилиндра 2 выполнены перепускные отверстия 11 для перетекания электрореологической жидкости 4 из нижней камеры 7 в верхнюю камеру 8 и обратно, причем торцы внутреннего цилиндра 2 сверху и снизу снабжены диэлектрическими прокладками 9, установленными на опорных буртиках 10 наружного корпуса 1. К нижней части наружного корпуса 1 присоединена, например, резьбовым соединением, обойма 12, выполненная из немагнитного материала. Внутри обоймы 12, соосно ей расположены плоские соленоидные катушки 13 с возможностью передвижения по штоку 5. Соленоидные катушки 13 установлены так, что две соседние катушки обращены одна к другой одноименными магнитными полюсами (полюсодной катушки - к полюсусоседней катушки, полюсодной катушки к полюсусоседней катушки). Соленоидные катушки 13 подключены к источнику электрического тока 14 и взаимодействуют между собой при подаче на них электрического тока от источника электрического тока 14, отталкиваясь одна от другой. Между обоймой 12 и штоком 5 установлено уплотнительное кольцо 15 для предупреждения перетекания электрореологической жидкости 4 из нижней камеры 7 внутрь обоймы 12, а между внутренней поверхностью внутреннего цилиндра 2 и поршнем 6 установлено уплотнительное кольцо 16. Обойма 12 снабжена герметичной защитной гофрой 17 и диском 18, жестко связанным со штоком 5. Датчики 19 и 20 положения и скорости предназначены для контроля положения рамы относительно моста, а также контроля направления и величины скорости перемещения рамы и моста. Датчики 19 и 20 положения и скорости соединены с блоком управления 21, который подключен к источнику электрического тока 14. В верхней части наружного корпуса 1 установлен разделительный поршень 22, оснащенный уплотнительным кольцом 23, с образованием пневматической компенсационной камеры 24, заполненной воздухом, для компенсации объема части штока 5, погружаемого в наружный корпус 1. Ниппель 25, установленный в 4 91372013.04.30 стенке наружного корпуса 1, служит для заполнения пневматической полости 24 сжатым воздухом перед установкой амортизатора на транспортное средство. Управляемое демпфирование вынужденных колебаний осуществляют с помощью блока управления 21 и дополнительно введенного источника электрических напряжений 26 при подаче напряжения через высоковольтный провод 27 на внутренний цилиндр 2. Диэлектрическая втулка 28,установленная в стенке наружного корпуса 1, служит для изоляции и безопасного подключения внутреннего цилиндра 2 как электрода. При этом наружный корпус 1 соединен с контуром заземления 29. Работа амортизатора осуществляется следующим образом. Наружный корпус 1 присоединяют к раме транспортного средства, а шток 5 - к мосту этого же средства. К раме и мосту соответственно крепят датчики 19 и 20 положения и скорости. Количество и место установки датчиков определяется конструкцией транспортного средства и алгоритмом управления, осуществляемого блоком управления 21. В исходном положении дорожный просвет (клиренс) между рамой и дорожным профилем определяется массой подрессоренной части транспортного средства (рама с установленными на ней узлами) и жесткостью пружин. В том случае, когда на пути движения транспортного средства встречается препятствие, высота которого больше величины дорожного просвета, датчики 19 и 20 положения и скорости выдают электрический сигнал блоку управления 21, который регулирует величину электрического тока, подаваемого от источника электрического тока 14 на соленоидные катушки 13, расположенные в обойме 12 и обращенные одна к другой одноименными магнитными полюсами. В результате соленоидные катушки 13 отталкиваются одна от другой и перемещаются вверх вдоль штока 5, приподнимая обойму 12 и связанный с ней наружный корпус 1, поскольку шток 5 жестко скреплен с мостом. При этом защитная гофра 17, соединенная с диском 18, растягивается. В качестве защитной гофры 17 может быть использована, например, эластичная резина. Наружный корпус 1 приподнимает раму относительно моста транспортного средства. Это позволяет в заданных пределах изменять величину дорожного просвета. После преодоления препятствия, по сигналу датчиков 19 и 20 положения и скорости, подвеска возвращается в исходное положение. Обойма 12 выполнена из немагнитного материала,например силумина, для обеспечения стабильного взаимодействия соленоидных катушек 13 при подаче на них электрического тока. Одновременно датчики 19 и 20 положения и скорости моста и рамы транспортного средства передают информацию блоку управления 21, который в соответствии со своим алгоритмом управления вырабатывает управляющий сигнал для источника электрических напряжений 26 с целью регулирования величины вязкости электрореологической жидкости4 в кольцевом канале 3 при подаче электрического напряжения на внутренний цилиндр 2 через высоковольтный провод 27, изолированный диэлектрической втулкой 28 от наружного корпуса 1 с контуром заземления 29, что позволяет создать управляемое демпфирование вынужденных колебаний рамы транспортного средства, которое приводит к более быстрому затуханию колебаний по сравнению с неуправляемым (пассивным) демпфированием. При этом внутренний цилиндр 2 изолирован диэлектрическими прокладками 9 и жестко связан с наружным корпусом 1 через опорные буртики 10. В транспортном средстве должно быть установлено не менее 4 амортизаторов, управление работой которых возможно от одного блока управления 21 с источниками электрического тока 14 и напряжений 26. Амортизаторы должны быть расположены в плоскости, параллельной вертикальной оси пружин транспортного средства. Управляемое демпфирование колебаний подвески и установленных на ней неподвижных элементов (например, кабины) происходит за счет того, что при движении поршня 6 с уплотнительным кольцом 16, например, вниз электрореологическая жидкость 4 вынуждена проходить в верхнюю камеру 8 из нижней камеры 7 через кольцевой канал 3 между наружным корпусом 1 и внутренним цилиндром 2, в стен 5 91372013.04.30 ках которого выполнены перепускные отверстия 11. Возникающее при этом гидравлическое сопротивление жидкости в кольцевом канале 3 при движении поршня 6, связанного со штоком 5, создает управляемое усилие демпфирования, которое способствует более быстрому затуханию вынужденных колебаний подвески. Пневматическая камера 24 отделяется от верхней камеры 8 разделительным поршнем 22 с уплотнительным кольцом 23 и заполняется через ниппель 25 инертным газом, например воздухом, обеспечивая компенсацию объема жидкости, вытесняемого штоком 5. Уплотнительное кольцо 15 между наружным корпусом 1 и штоком 5 предупреждает протекание электрореологической жидкости 4 из нижней камеры 7 в обойму 12. Предлагаемый амортизатор обеспечивает более комфортные условия работы водителю транспортного средства при езде по неровной дороге, так как регулирование величины гидравлического сопротивления электрореологической жидкости в кольцевом канале при подаче электрического напряжения на внутренний цилиндр позволяет создать управляемое демпфирование с эффективным гашением вынужденных колебаний и параллельно с этим набор плоских соленоидных катушек при подаче на них тока определенной величины за счет отталкивания одной катушки от другой увеличивает дорожный просвет и создает воздушную подушку, дополнительно смягчающую вынужденные колебания подвески. Перемещение соленоидных катушек и управляемое демпфирование в кольцевом канале после подачи на них электрического потенциала происходят практически мгновенно,что обеспечивает быстродействие в работе амортизатора. Обратная связь между датчиками положения и скорости и блоком управления позволяет регулировать величину дорожного просвета в заданных пределах, определяемых конструкцией транспортного средства. Управление величиной дорожного просвета и усилием на штоке амортизатора может происходить вручную или автоматически, без участия водителя. Кроме того, система соленоидных катушек обеспечивает защиту от механического удара узлов транспортного средства о препятствие, так как между соленоидными катушками действуют силы отталкивания, которые практически невозможно преодолеть даже при самых значительных нагрузках. Амортизатор прост в изготовлении, так как не имеет вращающихся деталей. Таким образом, в предлагаемой конструкции амортизатора не только реализована возможность регулируемого преодоления препятствий, высота которых в заданных пределах,определяемых конструкцией транспортного средства, больше минимального дорожного просвета, но и обеспечено быстродействие его работы и повышение эффективности виброзащиты водителя с помощью управляемого демпфирования вынужденных колебаний на основе изменения гидравлического сопротивления при течении электрореологической жидкости через кольцевой канал при движении транспортного средства по неровной дороге. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.