ES2691977T3 - Protección contra fuerzas excesivas en una disposición de suspensión - Google Patents
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Abstract
Una disposición de suspensión (100) para suspender un objeto (130) a un bastidor (200) y para protección contra fuerzas de excitación excesivas (Fe) transmitidas entre el bastidor (200) y el objeto (130), comprendiendo la disposición (100): - un primer elemento de suspensión (110), que está configurado para suspender directamente el objeto (130) al bastidor (200), - un segundo elemento de suspensión (120), que está configurado para suspender el objeto (130) al bastidor (200), caracterizada por que - el segundo elemento de suspensión (120) está configurado para suspender el objeto (130) al bastidor (200) a través de un acoplamiento magnético (140) entre el objeto (130) y el segundo elemento de suspensión (120), y por que - el acoplamiento magnético (140) está configurado para proporcionar una fuerza de acoplamiento magnético (Fh) para actuar como un umbral, en el que la disposición de suspensión (100) está configurada para desacoplar magnéticamente el segundo elemento de suspensión (120) del objeto (130) cuando la fuerza de excitación (Fe) transmitida entre el bastidor (200) y el objeto (130) excede la fuerza de acoplamiento magnético (Fh).
Description
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DESCRIPCION
Proteccion contra fuerzas excesivas en una disposicion de suspension Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a disposiciones de suspension. Mas espedficamente, la invencion se refiere a una disposicion de suspension de acuerdo con la porcion de preambulo de la reivindicacion 1.
Tecnica anterior
La suspension de un objeto a un bastidor es un compromiso entre la estabilidad y la comodidad. Para proteger un equipo, personal o una estructura, tal como un vedculo contra golpes, la suspension debe ser lo suficientemente blanda para absorber los impactos entre el bastidor y el objeto suspendido. Sin embargo, en la mayona de las aplicaciones, el aislamiento blando por sf solo no se puede utilizar porque el aislamiento maximizado rtpicamente hara que el objeto sea inestable, impidiendo asf el uso normal del mismo. Por otro lado, la suspension entre el objeto y el bastidor debe ser ngida durante la operacion normal para mantener la estabilidad y tambien evitar que el personal aislado o suspendido sienta mareos por la oscilacion de baja frecuencia. Consideremos la suspension de un vedculo, por ejemplo. Durante la conduccion sobre una superficie lisa, se prefiere que la suspension sea ngida para la estabilidad del vedculo, mientras que la suspension debe ser blanda durante los golpes causados por baches u orificios en la carretera. Esta suspension pasiva no es ideal.
Se han realizado numerosos intentos para optimizar las disposiciones de suspension entre un bastidor y el objeto suspendido. Tales intentos rtpicamente presentan un regulador en la suspension disenado para detectar la dinamica del objeto, tal como la aceleracion, y para alterar las caractensticas de amortiguacion de los elementos de suspension en consecuencia. Alternativamente, las caractensticas de suspension son alteradas por el usuario. Un ejemplo de tal disposicion de suspension se presenta en el documento US 2010/0276906 A1, que divulga un sistema de suspension para un vedculo, cuyo sistema de suspension con un conjunto de amortiguacion conectado operativamente a un actuador y un controlador para controlar el movimiento del actuador, regulando asf la tasa de amortiguacion del conjunto de amortiguacion. El sistema de suspension hace uso de un dispositivo de generacion de senal, que proporciona una senal electrica de salida que representa un ajuste de usuario deseado a la tasa de amortiguacion del conjunto de amortiguacion.
Ya sea que el ajuste sea realizado por el usuario o automaticamente por una disposicion de sensor, tales sistemas tienden a ser bastante complicados y, por lo tanto, costosos y delicados.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invencion es proporcionar una disposicion de suspension simple y robusta capaz de tener en cuenta diferentes modos de suspension sin la necesidad de sensor o electronica excesiva.
Sumario
El objetivo de la presente invencion se consigue con la ayuda de una nueva disposicion de suspension para suspender un objeto a un bastidor para proteccion contra fuerzas de excitacion excesivas transmitidas desde el bastidor o el objeto. La disposicion incluye un primer elemento de suspension, que suspende directamente el objeto al bastidor, y un segundo elemento de suspension, que suspende el objeto al bastidor a traves de un acoplamiento magnetico entre el objeto y el segundo elemento de suspension. El acoplamiento magnetico proporciona una fuerza de acoplamiento magnetico para actuar como un umbral tal que la disposicion de suspension esta disenada para desacoplar magneticamente el segundo elemento de suspension del objeto cuando la fuerza de excitacion transmitida entre el bastidor y el objeto excede la fuerza de acoplamiento magnetico.
Mas espedficamente, la disposicion de suspension de acuerdo con la presente invencion se caracteriza por la porcion caracterizadora de la reivindicacion 1.
Se obtienen beneficios considerables con la ayuda de la presente invencion.
En comparacion con las disposiciones de suspension pasiva convencionales, la solucion propuesta proporciona una mejora notable a las propiedades de aislamiento de la suspension. Por ejemplo, cuando un impacto es de un orden de 10-200 G, la disposicion de suspension propuesta puede reducir el impacto transmitido al objeto aislado a menos de un G. Esta es una reduccion considerable, que es beneficiosa para la proteccion, por ejemplo, de aparatos de medicion delicados o personal de embarcaciones mantimas o vedculos terrestres contra golpes repentinos imprevistos, o personal en vedculos o embarcaciones disenadas para mar embravecido o terreno irregular.
Los beneficios de la disposicion de suspension propuesta en comparacion con los metodos pasivos convencionales incluyen proteccion sobresaliente contra golpes, lo que lleva a una mayor durabilidad y estabilidad. Una ventaja particular en comparacion con los sistemas de seguridad de tipo fusible es que la nueva disposicion es reversible, por lo que la disposicion se puede usar una y otra vez. En comparacion con las disposiciones de suspension activas o semiactivas, la solucion propuesta es significativamente mas simple en construccion, lo que la hace fiable y
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asequible. Ademas, la nueva disposicion de suspension puede reaccionar instantaneamente a cargas de golpes, transitorias o de alta vibracion. Debe tenerse en cuenta que los sistemas activos siempre tendran un retardo interno integrado porque los sensores, etc. deben notar la carga del golpe antes de que pueda entregar una orden para pasar de un estado ngido a uno blando. La disposicion de suspension propuesta es reversible, lo que es una gran ventaja en comparacion con muchas disposiciones de un solo uso que se usan en aplicaciones militares.
Breve descripcion de los dibujos
A continuacion, se describiran en mayor detalle realizaciones de ejemplo de la invencion, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 presenta una ilustracion esquematica de una disposicion de suspension segun una primera realizacion antes y despues de un golpe,
La figura 2 presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 1 durante un golpe,
Las figuras 3a a 3c presentan graficos que muestran mediciones de tres pruebas de una disposicion de la figura
1,
La figura 4a presenta una ilustracion esquematica de una disposicion de suspension de acuerdo con una segunda realizacion durante un golpe,
La figura 4b presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 4a durante un golpe, donde el bastidor se ha movido hacia arriba,
La figura 4c presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 4a durante un golpe, donde el bastidor se ha movido hacia abajo,
La figura 5a presenta una ilustracion esquematica de una disposicion de suspension segun una tercera realizacion antes y despues de un golpe,
La figura 5b presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 5a durante un golpe, donde el bastidor se ha movido hacia arriba,
La figura 5c presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 5a durante un golpe, donde el bastidor se ha movido hacia abajo,
La figura 6a presenta una ilustracion esquematica de una disposicion de suspension segun una cuarta realizacion antes y despues de un golpe,
La figura 6b presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 6a durante un golpe, donde el bastidor se ha movido hacia arriba,
La figura 6c presenta una ilustracion esquematica de la disposicion de suspension de la figura 6a durante un golpe, donde el bastidor se ha movido hacia abajo, y
La figura 7 presenta un diagrama que ilustra los resultados de prueba de una prueba de excitacion realizada con una disposicion de suspension de acuerdo con las figuras 5a a 5c, donde se muestra una curva de excitacion en una lmea gruesa discontinua y la curva de respuesta del objeto aislado se muestra como una lmea fina y solida.
Descripcion detallada de modos de realizacion ejemplares
Una realizacion de ejemplo se describe con referencia a las figuras 1 y 2, en las que se ilustra una disposicion de suspension simple 100. En el ejemplo mostrado, un objeto 130 se suspende a un bastidor 200 por medio de dos elementos de suspension, a saber, un primer y segundo elemento de suspension 110, 120, respectivamente. El primer y segundo elementos de suspension 110, 120 estan acoplados al objeto 130 a traves de una interfaz de acoplamiento 132, que en las figuras se ha representado como una mera plataforma que conecta los elementos de suspension 110, 120 al objeto 130 en paralelo. Tambien sena posible disponer los elementos de suspension 110, 120 en lados opuestos del objeto 130, por lo que el bastidor 200 rodeana el objeto 130 (no mostrado). La interfaz de acoplamiento 132 se conecta o forma parte de una masa 131, que se suspende en el bastidor 200. En el ejemplo ilustrado, la masa 131 se aproxima para formar toda la masa del objeto 130, mientras que la interfaz de acoplamiento 132 se supone que no tiene peso. En lugar de una disposicion de suspension, el nuevo concepto tambien podna denominarse un aparato de suspension, que incluye los elementos divulgados. Sin embargo, la expresion disposicion de suspension se usa a lo largo de esta divulgacion.
En la realizacion mostrada, ambos elementos de suspension 110, 120 incluyen un muelle y un amortiguador. En este contexto, debe entenderse que el amortiguador puede emplear cualquier metodo adecuado para la amortiguacion, por ejemplo, viscosidad, friccion, electricidad, neumatico, etc. En las realizaciones ilustradas, se representa un amortiguador viscoso convencional. El muelle 111 y el amortiguador 112 del primer elemento de
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suspension 110 estan acoplados en paralelo y permanentemente a la interfaz de acoplamiento 132 y finalmente a la masa 131 y, por otra parte, al bastidor 200. En otras palabras, un primer elemento de suspension 110 esta configurado para suspender directamente el objeto 130 al bastidor 200. En este contexto, la expresion suspension directa significa que el objeto esta fijado elasticamente al bastidor mediante el primer elemento de suspension de manera permanente. Esta union permanente debe entenderse como que carece de una conexion a traves de un embrague o acoplamiento separable similar, que esta configurado para desconectarse automaticamente en una reaccion a la carga (vease la conexion del segundo elemento de suspension 120 a traves de un acoplamiento magnetico 140). Debe observarse que el ejemplo mostrado muestra un muelle y un amortiguador en ambos elementos de suspension. Sin embargo, como se muestra a continuacion en conexion con las figuras 6a a 6c, un elemento de suspension tambien puede disponerse con un muelle o amortiguador solamente. El muelle 121 y el amortiguador 122 de la segunda suspension 120 tambien estan dispuestos en paralelo para conectar el bastidor 200 al objeto 130, pero dicho muelle 121 y el amortiguador 122 estan conectados a la interfaz de acoplamiento 132 a traves de un acoplamiento magnetico 140. El acoplamiento magnetico 140 incluye dos componentes principales. En primer lugar, el acoplamiento magnetico 140 presenta un iman 141, que en la realizacion mostrada es un iman permanente conectado al segundo elemento de suspension 120 combinando el muelle 121 y el amortiguador 122 del mismo. En segundo lugar, el acoplamiento magnetico 140 incluye un elemento cooperante magneticamente 142, que puede ser de material ferromagnetico o un electroiman, que esta conectado a la interfaz de acoplamiento 132. Mas espedficamente, la interfaz de acoplamiento 132 tiene una abertura, cuyo perimetro esta provisto del elemento cooperante magneticamente 142, que puede ser un elemento de anillo metalico, que recubre la abertura. Alternativamente, se puede usar una placa metalica, dos partes metalicas por encima y por debajo del iman o un iman.
Como una realizacion alternativa (figura 4), la interfaz de acoplamiento puede construirse tambien de modo que el iman 141 se encuentre en el medio del elemento magnetico 142 o el iman 141 contenga el elemento magnetico 142 desde el lado. De este modo, se proporciona una fuerza de retencion adicional mediante la friccion entre los elementos 141, 142 del acoplamiento magnetico 140. Se puede construir una gran cantidad de variedades sin utilizar una abertura en la interfaz de acoplamiento como se muestra en las figuras. Alternativamente, una interfaz en forma de L, C o U (no mostrada) podria usarse para establecer un efecto similar.
Esta claro que en todas las realizaciones, las posiciones mutuas de los elementos 141, 142 del acoplamiento magnetico 140 pueden invertirse sin afectar la funcion del acoplamiento magnetico 140.
El segundo elemento de suspension 120 puede tener propiedades dinamicas que son diferentes de las del primer elemento de suspension 110. Mas espedficamente, el segundo elemento de suspension 120 es considerablemente mas rigido que el primer elemento de suspension 110. Si bien este es el caso en las realizaciones ilustradas, tambien seria posible disponer elementos de suspension similares para que actuen cuando el primer y el segundo elemento de suspension 110, 120 o el segundo elemento de suspension 120 puedan ser mas blandos que el primer elemento de suspension 110.
Durante la operacion normal, donde la fuerza entre el bastidor 200 y el primer y segundo elemento de suspension 110 y 120 es menor que la fuerza de retencion del acoplamiento magnetico 140 entre el iman permanente 141 y el elemento cooperante magneticamente 142, las fuerzas transmitidas entre el bastidor 200 y el objeto 130 se transmiten a traves del primer y segundo elemento de suspension 110, 120. Cuando se produce una carga de un golpe, la fuerza entre el bastidor 200 y el objeto 130 excede la fuerza de sujecion del acoplamiento magnetico 140, el contacto entre los elementos del acoplamiento magnetico 140, es decir, el elemento cooperante magneticamente 142 y el iman 141, se pierde. En consecuencia, la fuerza entre el bastidor 200 y el objeto 130 se transmite solo a traves del primer elemento de suspension 110. En este contexto, el termino "golpe" se refiere a cualquier impulso o carga transitoria o tal impacto transmitido desde el bastidor 200 o desde el objeto 130. Ejemplos de tales golpes incluyen explosiones, golpeo de una rueda de un vedculo (automovil, motocicleta, bicicleta, etc.) en un bache o terreno accidentado, arranque o parada de un motor, fallo en la maquina, etc.
A continuacion, la dinamica de la suspension se analiza con mayor detalle. En particular, se describen las propiedades dinamicas del primer y segundo elemento de suspension 110, 120. En este contexto, la expresion propiedades dinamicas se refiere a las propiedades de suspension tipicas, que afectan el rendimiento de la configuracion de la suspension. Dichas propiedades de suspension tipicas incluyen, entre otras, constante elastica, constante de amortiguacion o la combinacion de las mismas. La fuerza transmitida desde el movimiento del bastidor 200 y transmitida al objeto 130 a traves de la suspension 110, 120 en operacion normal (vease la figura 1) se puede equiparar de la siguiente manera:
Fe = mx2 + q(x2 - xr) + kt(x2 - xr) + c2(x2 - xr) + k2(x2 - xr), (1)
donde Fe es la fuerza de excitacion transmitida a la masa 131, m es la masa del objeto 130, x2 es la aceleracion de la masa 131,
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ci es la constante de amortiguacion del amortiguador 112 del primer elemento de suspension 110, ki es la constante elastica del muelle 111 del primer elemento de suspension 110,
C2 es la constante de amortiguacion del amortiguador 122 del segundo elemento de suspension 120, k2 es la constante elastica del muelle 121 del segundo elemento de suspension 120,
xi y X2 son las posiciones del bastidor 200 y del objeto 130 en una coordenada de referencia, respectivamente, mediante el cual X2 - xi es el desplazamiento del bastidor 200 en relation a la masa 131. En consecuencia, x y x indican la primera y segunda derivadas de la position con respecto al tiempo, es decir, la velocidad y la aceleracion. Debe observarse que el amortiguador 112 y 122 tambien puede basarse en friction o neumatico, etc. Este ejemplo de calculo se basa en elementos amortiguadores viscosos. Ademas, el movimiento de excitation tambien puede ser causado por el objeto 130 y luego la disposition de suspension esta aislada el bastidor 200 (en el ejemplo de calculo anterior, el movimiento de excitacion proviene del bastidor 200 y la disposicion de suspension aisla el objeto 130).
Mientras que la fuerza de excitacion Fe es mayor que la fuerza de retention del acoplamiento magnetico 140, el contacto entre el elemento cooperante magneticamente 142 y el iman permanente 141 se pierde y la potencia de retencion disminuye significativamente. Cuando el iman permanente 141 no esta en contacto con el elemento cooperante magneticamente 142 (vease la figura 2), la fuerza transmitida al objeto 130 puede equipararse aproximadamente de la siguiente manera:
Fe=mx2 + c1(x2 - x^) + k1{x2 - xt) (2)
donde Fe es la fuerza de excitacion transmitida a la masa 131, m es la masa del objeto 130,
X2 es la aceleracion de la masa 131,
ci es la constante de amortiguacion del amortiguador 112 del primer elemento de suspension 110, ki es la constante elastica del muelle 111 del primer elemento de suspension 110,
xi y X2 son las posiciones del bastidor 200 y de la masa 131 en una coordenada de referencia, respectivamente, mediante el cual X2 - xi es el desplazamiento del bastidor 200 en relacion al objeto 130. En consecuencia, x y x indican la primera y segunda derivadas de la posicion con respecto al tiempo, es decir, la velocidad y la aceleracion.
En vista de las ecuaciones (1) y (2) anteriores, la fuerza de retencion Fh del acoplamiento magnetico 140 puede disenarse con una ecuacion simplificada:
Fh = m - a, (3)
donde m es la masa del objeto 130, a es la aceleracion del bastidor 200, y
Fh es la fuerza de retencion del acoplamiento magnetico 140, cuando (x2 - xi) ki << Fh y ci(x2 - x1) << Fh.
Por ejemplo, cuando la masa del objeto 130 - tal como equipo o personal protegido - es 100 kg y la fuerza de retencion del acoplamiento magnetico 140 es 80 kg, la maxima aceleracion que se puede transmitir a traves de la disposicion de suspension 100 es:
0.8 -g (4)
donde g es la gravedad (~ 9,82 m/s2), cuando la frecuencia natural del primer elemento de suspension 110 y el objeto 130 es inferior a 1 Hz y el desplazamiento/fuerza de excitacion es razonable (por ejemplo, un automovil conduciendo a un bache o explosion de una mina cerca de un buque o vehiculo). Esta estimation aproximada se basa en el hecho de que cuando ki y ci del elemento de suspension 110 se eligen para ser muy sueltos, la fuerza de excitacion no llega a la masa 131 debido a las excelentes propiedades de aislamiento de vibraciones de la primera pieza de suspension suelta 110.
En operation normal (figura 1), el primer elemento de suspension 110 suelto no seria optimo como el unico elemento de suspension entre el bastidor 200 y el objeto 130 porque el objeto 130 no seria estable en la mayoria de las aplicaciones. Como ejemplo, consideremos un giroscopio en un buque maritimo. En circunstancias normales, el giroscopio debe estar rigidamente unido al bastidor del buque para mediciones precisas. Por lo tanto, el segundo elemento de suspension 120 mas rigido esta provisto de un acoplamiento magnetico 140. El segundo elemento de suspension 120 puede ser rigido, incluso una barra de acero, por ejemplo, o al menos mucho mas
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ngido que el primer elemento de suspension 110 para mantener estable el objeto protegido o aislado 130. Debido a que el acoplamiento magnetico l4o mantiene el objeto 130 suspendido en el bastidor 200 en circunstancias normales, el primer y segundo elementos de suspension 110, 120 actuan en paralelo. Por lo tanto, el segundo elemento de suspension 120, que es mas ngido que el primero 110, es dominante, por lo que las caractensticas de suspension globales de la disposicion de suspension 100 estan determinadas por el segundo elemento de suspension 120 mas ngido.
Cuando el buque mantimo experimenta un golpe repentino en la direccion de excitacion ED, tal como una gran ola proxima o una explosion subacuatica, por ejemplo, el giroscopio delicado debe suspenderse suavemente en el bastidor del buque mantimo. Para pasar de la suspension ngida proporcionada por el segundo elemento de suspension 120 a una suspension mas suelta, el segundo elemento de suspension 120 se libera del objeto 130 por medio de un acoplamiento magnetico 140 adecuadamente dimensionado entre el segundo elemento de suspension 120 y el objeto 130 (vease el principio anterior). Durante el golpe (vease la figura 2), la fuerza de excitacion (Fe) que se origina en el bastidor 200 excede la fuerza de retencion magnetica (Fh) entre el elemento cooperante magneticamente 142, por lo que el acoplamiento magnetico 140 se separa y desacopla el segundo elemento de suspension 120 del objeto 130. Debe observarse que todas las fuerzas actuan en la direccion de excitacion ED. Con el segundo elemento de suspension 120 separado del objeto 130, el objeto 130 (por ejemplo, giroscopio) se suspende al bastidor 200 (por ejemplo, un buque mantimo) solamente a traves del primer elemento de suspension 110, que es mas blando que el segundo 120. La suspension mas suelta afsla el objeto 130 del bastidor 200 durante el golpe, permitiendo que el bastidor 200 experimente desplazamientos violentos sin ejercer fuerzas excesivas sobre el objeto 130.
Despues de que el bastidor 200 ha vuelto a la posicion de reposo, el acoplamiento magnetico 140 reanuda su configuracion acoplada cuando el iman permanente 141 unido al segundo elemento de suspension 120 y el elemento cooperante magneticamente 142 unido al objeto 130 vuelven al estado conectado (figura 1). Por lo tanto, el objeto 130 se suspende ngidamente de nuevo al bastidor 200.
La realizacion descrita anteriormente representa un mero ejemplo del concepto inventivo para disponer una suspension para una masa con respecto a un bastidor. Debe entenderse que podna establecerse una disposicion de suspension inventiva similar en un gran numero de variantes a los ejemplos de las figuras 1 y 2. Por ejemplo, los elementos de suspension 110, 120 podnan contener alternativamente solo un muelle o amortiguador o el primer elemento de suspension 110 podna incluir solamente un muelle, mientras que el segundo elemento de suspension 120 podna incluir solamente un amortiguador. Alternativamente, los elementos de suspension 110, 120 podnan establecerse en una combinacion de los ejemplos dados anteriormente. Los elementos de suspension 110, 120 tambien se pueden controlar activamente ajustando las propiedades de amortiguacion de los amortiguadores, por ejemplo, por medio de un ajuste electromagnetico. Ademas de la mera rigidez, los elementos de suspension 110, 120 pueden configurarse de forma diferente en caractensticas de suspension porque el muelle 111 del primer elemento de suspension 110 puede ser regresivo, mientras que el muelle 121 del segundo elemento de suspension 120 puede ser progresivo o decreciente, por ejemplo.
Con respecto al acoplamiento magnetico 140, el acoplamiento reutilizable entre el segundo elemento de suspension 120 y el objeto 130 puede proporcionarse de varias maneras diferentes a las descritas anteriormente. Por ejemplo, el elemento cooperante magneticamente se puede proporcionar alternativamente al segundo elemento de suspension para combinar el muelle y el amortiguador. De manera similar, el iman puede proporcionarse en la interfaz de acoplamiento. En lugar de un iman permanente, que se describe como la opcion preferida, el iman se puede proporcionar como un iman activo, que se emplea electronicamente, cuando los sensores detectan un golpe desde el bastidor. Aunque esta opcion es factible, no es tan rapida y robusta como la disposicion de iman permanente virtualmente instantanea descrita anteriormente.
Volviendo ahora a las figuras 3a a 3c, que presentan graficos que muestran las mediciones de dos pruebas de una disposicion de la figura 1. En el primer estudio (figura 3a), una bicicleta se probo de manera efectiva con tres configuraciones diferentes de suspension trasera; primero con el muelle helicoidal ngido original (rigidez: 132 N/mm) de la bicicleta solalmente y luego junto con un muelle helicoidal suelto (rigidez: 23 N/mm) acoplado a una disposicion de suspension 100 como se muestra en la figura 1. La suspension se instalo en la suspension trasera de la bicicleta con un muelle helicoidal suelto (rigidez: 23 N/mm) en paralelo con un iman (fuerza de retencion: 215 N) que estaba en serie con un muelle ngido de caucho (rigidez: 250 N/mm). En primer lugar, la bicicleta fue conducida cuesta arriba con un muelle en espiral liso (figura 3a, lmea gruesa) y luego con la nueva disposicion de suspension (figura 3a, lmea delgada). Los resultados de la medicion se presentan en la figura 3a en el dominio de tiempo (eje X: tiempo y eje Y: desplazamiento relativo de la suspension trasera). La bicicleta con un muelle suelto rebotaba hacia arriba y hacia abajo durante el desplazamiento cuesta arriba. Con la novedosa disposicion de suspension, la estabilidad se mejoro enormemente. La diferencia entre el muelle suelto y la nueva disposicion de suspension se puede ver en la figura 3a: con el resorte suelto, el desplazamiento relativo oscila a la frecuencia natural del sistema de masa del muelle con, por ejemplo, una amplitud de +- 8 mm. La amplitud oscilante es claramente mas baja con una nueva disposicion de suspension y no es un estado estable. La suspension se atiende principalmente con muelles ngidos de caucho durante el desplazamiento cuesta arriba con la nueva disposicion de suspension. Si se producen cargas transitorias con una fuerza superior a 215 N, la suspension cambia a un muelle helicoidal suelto.
En el segundo estudio (figuras 3b y 3c), despues del estudio cuesta arriba, la misma bicicleta fue conducida a un bache de 6 cm de altura con la nueva disposicion de suspension (figura 3c) y con el muelle helicoidal ngido original (figura 3b). Los resultados de medicion se presentan en las figuras en el dominio de tiempo (eje X: tiempo y eje Y: aceleracion a la direccion vertical medida desde el centro del bastidor de la bicicleta). Aunque la estabilidad de la 5 bicicleta con el muelle helicoidal ngido original era buena, es evidente a partir de la figura 3b que la respuesta durante el desplazamiento al bache fue pobre. Con la novedosa disposicion de suspension, la estabilidad fue similar a la del muelle ngido original, pero la respuesta durante el desplazamiento al bache fue excelente, como se puede ver en la figura 3c. La diferencia entre el muelle ngido y la nueva disposicion de suspension es clara. Con el muelle ngido, la aceleracion del bastidor de la bicicleta en direccion vertical fue de aproximadamente 6 g y con 10 la nueva disposicion de suspension de aproximadamente 1 g (donde g es la gravedad: 9,82 m/s2). Con la nueva disposicion de suspension, la suspension se maneja principalmente por medio del muelle ngido de caucho durante el desplazamiento normal. Cuando se produce la carga transitoria del bache, la suspension cambia a un muelle helicoidal suelto que proporciona una respuesta suave. Despues de la carga transitoria, la suspension cambia a un muelle ngido porque el iman se mantiene, las cargas durante el desplazamiento normal cuando las fuerzas son 15 menores a 215 N.
A continuacion, se presentan valores de dimensionamiento ejemplares para los componentes por medio de un ejemplo referente a un equipo de aislamiento en un buque, que se preve que experimental golpes repentinos. Una disposicion de suspension se construyo de forma similar a la ilustrada en las figuras 5a a 5c con las siguientes especificaciones:
20 m = 300 kg,
ci = 1400 Ns/m,
ki = 70 N/mm,
C2 = 10000 Ns/m,
k2 = 0 N/m,
25 X2-X1 = 30 mm,
X1 = 2,2 m/s,
X2 = 500 m/s2, y Fh = 500 N.
Los resultados de la prueba se muestran en la figura 7, que muestra las medidas del ejemplo de la nueva 30 disposicion de suspension utilizada en una mesa de prueba de golpes para aislar una masa de 300 kg (los valores se indican mas arriba). El resultado de la medicion esta en el dominio de tiempo (el eje horizontal es el tiempo y el eje vertical es la velocidad). La lmea gruesa es una velocidad de excitacion y la lmea delgada es una velocidad de respuesta de 300 kg de masa aislada. Como puede concluirse, se logro un considerable efecto de amortiguacion.
TABLA 1: LISTA DE NUMEROS DE REFERENCIA.
- Numero
- Parte
- 100
- Disposicion de suspension
- 110
- 1er elemento de suspension
- 111
- muelle
- 112
- amortiguador
- 120
- 2° elemento de suspension
- 121
- muelle
- 122
- amortiguador
- 130
- objeto
- Numero
- Parte
- 131
- masa
- 132
- interfaz de acoplamiento
- 140
- acoplamiento magnetico
- 141
- iman
- 142
- elemento cooperante magneticamente
- 200
- bastidor
- X1
- posicion del objeto en una coordenada de referencia
- X2
- posicion del objeto en una coordenada de referencia
- ED
- direccion de excitacion
Claims (12)
10
15
2.
20
3.
25
4.
30 5.
6.
35
7.
40
REIVINDICACIONES
Una disposicion de suspension (100) para suspender un objeto (130) a un bastidor (200) y para proteccion contra fuerzas de excitacion excesivas (Fe) transmitidas entre el bastidor (200) y el objeto (130), comprendiendo la disposicion (100):
- un primer elemento de suspension (110), que esta configurado para suspender directamente el objeto (130) al bastidor (200),
- un segundo elemento de suspension (120), que esta configurado para suspender el objeto (130) al bastidor (200),
caracterizada por que
- el segundo elemento de suspension (120) esta configurado para suspender el objeto (130) al bastidor (200) a traves de un acoplamiento magnetico (140) entre el objeto (130) y el segundo elemento de suspension (120), y por que
- el acoplamiento magnetico (140) esta configurado para proporcionar una fuerza de acoplamiento magnetico (Fh) para actuar como un umbral, en el que la disposicion de suspension (100) esta configurada para desacoplar magneticamente el segundo elemento de suspension (120) del objeto (130) cuando la fuerza de excitacion (Fe) transmitida entre el bastidor (200) y el objeto (130) excede la fuerza de acoplamiento magnetico (Fh).
La disposicion de suspension (100) segun la reivindicacion 1, en la que el objeto (130) y el segundo elemento de suspension (120) comprenden porciones de acoplamiento mutuo y en la que el acoplamiento magnetico (140) comprende:
- un iman permanente (141) conectado a cualquiera de dichas porciones de acoplamiento y
- un elemento cooperante magneticamente (142) con la otra porcion de acoplamiento.
La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el segundo elemento de suspension (120) tiene propiedades dinamicas diferentes a las del primer elemento de suspension (110).
La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las propiedades dinamicas del primer (110) y el segundo elemento de suspension (120) proporcionan una suspension mas ngida o mayor amortiguacion, o ambas, que las propiedades dinamicas del primer elemento de suspension (110) en solitario.
La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en la que las propiedades dinamicas de los segundos elementos de suspension (120) proporcionan una suspension mas ngida o mayor amortiguacion, o ambas, que las propiedades dinamicas del primer elemento de suspension (110).
La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el primer elemento de suspension (110) o el segundo elemento de suspension (120), o ambos, comprenden:
- un muelle (111, 112), o
- un amortiguador (121, 122), o
- un resorte (111, 112) y un amortiguador (121, 122).
La disposicion de suspension (100) segun la reivindicacion 6, en la que:
- la constante de amortiguacion (c2) del amortiguador (122) del segundo elemento de suspension (120) es mayor que la constante de amortiguacion (c-i) del amortiguador (112) del primer elemento de suspension (110), o
- la constante elastica (k2) del muelle (121) del segundo elemento de suspension (120) es mayor que la constante elastica (k-i) del muelle (111) del primer elemento de suspension (110), o
- la constante de amortiguacion (c2) del amortiguador (122) del segundo elemento de suspension (120) es menor que la constante de amortiguacion (c-i) del amortiguador (112) del primer elemento de suspension (110), mientras que la constante elastica (k2) del muelle (121) del segundo elemento de suspension (120) es mayor que la constante elastica (k-i) del muelle (111) del primer elemento de suspension (110) o
5
10
15
20
25
30
- la constante de amortiguacion (C2) del amortiguador (122) del segundo elemento de suspension (120) es mayor que la constante de amortiguacion (c-i) del amortiguador (112) del primer elemento de suspension (110), mientras que la constante elastica (k2) del muelle (121) del segundo elemento de suspension (120) es menor que la constante elastica (k-i) del muelle (111) del primer elemento de suspension (110) o
- tanto la constante de amortiguacion (c2) del amortiguador (122) del segundo elemento de suspension (110) como la constante elastica (k2) del muelle (121) del segundo elemento de suspension (120) son mayores que la constante de amortiguacion (c-i) del amortiguador (112) del primer elemento de suspension (110) y la constante elastica (k1) del muelle (111) del primer elemento de suspension (110), respectivamente.
8. La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las fuerzas de excitacion (Fe) se producen en una direccion de excitacion (ED), estando los elementos de suspension (110, 120) configurados para suspender el objeto (130) en la direccion de excitacion (ED).
9. La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el primer elemento de suspension (110) esta configurado para suspender permanentemente el objeto (130) al bastidor (200).
10. La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el primer elemento de suspension (110) esta configurado para soportar la carga de la masa (131) provocada por la gravedad y el segundo elemento de suspension (120) esta configurado para transportar unicamente cargas dinamicas hasta que la fuerza de excitacion (Fe) exceda la fuerza de acoplamiento magnetico (Fh), durante cuyo periodo el primer elemento de suspension (110) esta configurado para soportar la carga dinamica hasta que se vuelve a acoplar el acoplamiento magnetico.
11. La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fuerza de acoplamiento magnetico (Fh) es mayor que cualquier fuerza de friccion estatica dentro del acoplamiento magnetico (140).
12. La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11 anteriores, en la que la fuerza de acoplamiento magnetico (Fh) es mayor que cualquier fuerza de friccion estatica entre el iman permanente (141) y el elemento cooperante magneticamente (142) del acoplamiento magnetico (140).
13. La disposicion de suspension (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la disposicion de suspension (100) comprende una pluralidad de disposiciones de suspension (100) como se define por cualquiera de las reivindicaciones anteriores en serie conectadas entre si de manera que las fuerzas de acoplamiento magnetico (Fh) entre las disposiciones de suspension (100) varian para proporcionar diferentes umbrales para desacoplar los acoplamientos magneticos (140) bajo diferentes cargas.
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