PL213046B1 - Sterowany zawór dławiący przepływ cieczy magnetoreologicznej, dwustronnego działania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sterowany zawór dławiący przepływ cieczy magnetoreologicznej, dwustronnego działania. Zawór służy do regulacji ilości przepływającej cieczy magnetoreologicznej przez zmianę jej lepkości pod wpływem zmiany natężenia pola magnetycznego. Stosowany jest w hydraulicznych urządzeniach o ruchu liniowym i obrotowym, zwłaszcza w tłumikach drgań i amortyzatorach.

Znane rozwiązanie tłumika drgań liniowych, przedstawione w polskim opisie patentowym PL nr 197 112, zawiera sterowany zawór dławiący dwustronnego działania, wbudowany w tłok poruszający się w cylindrze wykonanym z materiału ferromagnetycznego i wypełnionym cieczą magnetoreologiczną. Współosiowo w tłoku zamocowana jest cewka prądowa objęta z obu stron pokrywami, stanowiącymi pierścienie magnetowodowe. Dławiony przepływ cieczy magnetoreologicznej - między komorą tłokową i tłoczyskową tłumika - następuje przez pierścieniową szczelinę między powierzchniami zewnętrznymi pokryw i cylindrem. Cewka prądowa w przekroju osiowym ma postać prostokąta, którego podstawa jest równoległa do szczeliny. Przepływ prądu przez uzwojenie cewki inicjuje pole magnetyczne, którego obwód zamyka się przez pierścieniowe szczeliny na odcinkach między pokrywami a cylindrem. Wymagana zmiana wielkości siły tłumienia ruchu tłoczyska sterowana jest przez zmianę lepkości cieczy magnetoreologicznej w wyniku sterowanej zmiany natężenia pola magnetycznego. Podobne do powyżej opisanego rozwiązania są przedstawione między innymi w opisach patentowych EP 2037150, WO 2009149132 i US 20090084646. Ostatnie z wymienionych wyposażone jest w kilka zaworów z cewkami, których strumienie magnetyczne przenikają szczelinę przepływu cieczy w kilku miejscach. Wymienione rozwiązania dotyczą zaworów dławiących zabudowanych w ruchomym tłoku tłumika drgań lub amortyzatora, gdzie strumień magnetyczny zamyka obwód przenikając przez szczelinę między elementami będącymi w ruchu względem siebie. Na tym tle oczywistymi są znane rozwiązania z zaworem zabudowanym w nieruchomej przegrodzie, oddzielającej dwie komory przykładowo tłumika ruchu obrotowego. Zawory takie mają pierścieniową szczelinę przepływu na obwodzie walcowego rdzenia ustalonego w osi i wewnątrz cewki prądowej.

Z uwagi na potrzebę uzyskania jak najwyższej wartości stosunku części sterowanej strumienia cieczy do części niesterowalnego oddziaływania na przepływ, stosuje się ciecze magnetoreologiczne o wysokiej wartości nasycenia magnetycznego przy odpowiednio dobranej grubości pierścieniowej szczeliny. Wymagania takie narzucają konieczność wytwarzania pola magnetycznego o dużym zakresie wartości indukcji magnetycznej B. Stosowane cewki prądowe wielozwojowe zajmują znaczną cześć długości szczeliny przepływu, a odcinek tego sąsiedztwa stanowi część niesterowalną. Strumień magnetyczny zamyka się po obu stronach cewki a pole magnetyczne na jej długości przyjmuje wartość praktycznie zerową.

Zawór dławiący według niniejszego wynalazku podobnie jak w powyżej opisanych posiada tulejowe gniazdo ferromagnetyczne, w którym współosiowo zamocowane są: co najmniej jedna cewka prądowa, pierścienie magnetowodowe obejmujące z obu stron cewkę prądową, oraz ferromagnetyczny walcowy rdzeń zaworu. Kanał przepływu cieczy magnetoreologicznej stanowi pierścieniowa szczelina między rdzeniem zaworu a pierścieniami magnetowodów. Istota rozwiązania polega na tym, że cewka prądowa w przekroju osiowym ma kształt trapezu równoramiennego, skierowanego podstawą o mniejszej długości w stronę rdzenia zaworu, przy czym pierścienie magnetowodowe powierzchniami bocznymi przylegają do pochyłych boków trapezu cewki prądowej.

W wyniku takiego ukształtowania przy zachowaniu tego samego pola przekroju cewki prądowej uzyskuje się większą sterowaną długość szczeliny przepływu cieczy oraz zmniejszenie wymiarów gabarytowych zaworu. Alternatywnie możliwym jest zmniejszenie natężenia prądu zasilającego cewkę, będącego głównym źródłem ciepła. Stanowi to istotną zaletę w warunkach ograniczeń pracy cieczy magnetoreologicznych do zakresu poniżej 150°C.

Korzystnym jest, gdy rdzeń zaworu ustalony jest współosiowo względem zewnętrznych pierścieni magnetowodowych za pośrednictwem elementów centrujących zamocowanych do końców rdzenia zaworu i w których wykonane są obwodowe wycięcia szczelinowe, współosiowe ze szczeliną przepływu cieczy magnetoreologicznej.

Wynalazek przybliżony jest opisem przykładowego wykonania zaworu pokazanego na rysunku, którego Fig. 1 przedstawia go w wzdłużnym przekroju osiowym a Fig. 2 w widoku czołowym z kierunku B.

Zawór zamocowany jest w gwintowanym otworze przegrody stałej 10 tłumika, za pomocą wkręconych do oporu: gniazda prawego 1 - po stronie odciążonej i gniazda lewego 2 - po stronie dociążonej tłumika. Wewnątrz gniazd 1 i 2 ciasno osadzony jest zespół dwóch cewek prądowych 3, dwóch

PL 213 046 B1 zewnętrznych pierścieni magnetowodowych 4 i dystansowego pierścienia magnetowodowego 5 wprowadzonego między cewki 3. W środku, w osi cewek 3 zamocowany jest rdzeń zaworu 6 o tak dobranej średnicy, że miedzy jego walcową powierzchnią zewnętrzną i powierzchniami wewnętrznymi pierścieni magnetowodowych 4,5 powstaje szczelina S o grubości umożliwiającej sterowanie przepływem cieczy magnetoreologicznej. Zewnętrzne pierścienie magnetowodowe 4, dystansowy pierścień magnetowodowy 5, rdzeń zaworu 6 i gniazda 1 i 2 wykonane są z materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej, i tworzą obwód magnetyczny, który zamyka się Iiniami sił 11 przez ciecz magnetoreologiczną przepływającą przez szczelinę S. Uzwojenia cewek prądowych 3 nawinięte są na karkasach 7, posiadających wnęki o przekroju trapezu równoramiennego, skierowanego mniejszą podstawą w stronę rdzenia zaworu 6. Pierścienie magnetowodowe 4 i 5 powierzchniami bocznymi przylegają do pochyłych boków karkasów 7. Pierścienie magnetowodowe 4 i 5 ustalają poosiowe położenie cewek prądowych 6. Na czołowych powierzchniach zewnętrznych pierścieni 4 wykonane są podtoczenia, służące do współosiowego ustalenia rdzenia zaworu 6. Do obu końców rdzenia zaworu 6 zamocowane są elementy centrujące 8, środkowane zewnętrzną średnicą w podtoczeniach zewnętrznych pierścieni 4. Elementy centrujące 8, wykonane z materiału niemagnetycznego, mają obwodowe wycięcia szczelinowe 12 usytuowane współosiowo ze szczeliną S. W dystansowym pierścieniu magnetowodowym 5 wykonane jest jednostronne ścięcie, które umożliwia zamocowanie zacisków prądowych 9 do cewek 3.

W sytuacji, gdy wymagana jest duża lub zmienna wartość momentu oporowego tłumika, przez cewki prądowe 3 płynie prąd o natężeniu ustalanym przez działający w czasie rzeczywistym algorytm sterowania, zbierający dane z czujników i wysyłający sygnał sterujący za pośrednictwem odpowiedniego sterownika prądowego. Prąd ten wzbudza pole magnetyczne sterujące wartością współczynnika tłumienia poprzez zmianę lepkości pozornej cieczy magnetoreologicznej, przepływającej przez szczelinę S.

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. gniazdo prawe

2. gniazdo lewe

3. cewka prądowa

4. zewnętrzny pierścień magnetowodowy

5. dystansowy pierścień magnetowodowy

6. rdzeń zaworu

7. karkaz uzwojenia cewki

8. element centrujący

9. zacisk prądowy

10. przegroda zabudowy zaworu

11. linie sił pola magnetycznego

12. wycięcie szczelinowe

S. szczelina przepływu cieczy

Claims (2)

1. Sterowany zawór dławiący przepływ cieczy magnetoreologicznej, dwustronnego działania, posiadający tulejowe gniazdo (1) ferromagnetyczne, w którym współosiowo zamocowane są: co najmniej jedna cewka prądowa (3), pierścienie magnetowodowe (4, 5) obejmujące z obu stron cewkę prądową (3), oraz ferromagnetyczny walcowy rdzeń zaworu (6), przy czym kanał przepływu cieczy magnetoreologicznej stanowi pierścieniowa szczelina (S) między rdzeniem zaworu (6) a pierścieniami magnetowodów (4, 5), znamienny tym, że w przekroju osiowym cewka prądowa (3) ma kształt trapezu równoramiennego, skierowanego mniejszą podstawą w stronę rdzenia zaworu (6), przy czym pierścienie magnetowodowe (4, 5) powierzchniami bocznymi przylegają do pochyłych boków trapezu cewki prądowej (3).

2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeń zaworu (6) ustalony jest współosiowo względem zewnętrznych pierścieni magnetowodowych (4) za pośrednictwem elementów centrujących (8) zamocowanych do końców rdzenia zaworu (6) i w których wykonane są obwodowe wycięcia szczelinowe (12), współosiowe ze szczeliną (S) przepływu cieczy magnetoreologicznej.