RU146484U1

RU146484U1 - VIBRATION DAMPING DEVICE

Info

Publication number: RU146484U1
Application number: RU2014124544/11U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Борисович Корчагин; Геннадий Сергеевич Аверьянов; Валентин Николаевич Бельков
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2014-10-10

Abstract

Устройство для демпфирования колебаний, содержащее цилиндр, заполненный магнитной жидкостью, подвижные в осевом направлении шток с поршнем, размещенные в цилиндре, соленоидную катушку, охватывающую цилиндр, подключенную к регулируемому источнику питания, содержащему измерители положения и направления перемещения поршня, выходы которых соединены с первым и вторым информационными входами логического блока, силовой вход которого соединен с источником питания, а выход соединен с управляющим входом коммутатора, причем выходы коммутатора соединены с входами секций соленоидной катушки, отличающееся тем, что цилиндр снабжен пневматическим упругим элементом, размещенным в пуансоне соосно штоку и поршню и жестко связанным со штоком и компенсационной камерой с разделителем, связанный со штоком поршень снабжён не менее, чем одним сквозным каналом, а соленоидная катушка состоит из двух секций и жестко закреплена на пуансоне таким образом, чтобы она перекрывала боковую поверхность поршня, причём соленоидная катушка установлена с возможностью перемещения по цилиндру вместе с пуансоном.A device for damping oscillations, comprising a cylinder filled with magnetic fluid, axially movable rod with a piston placed in the cylinder, a solenoid coil enclosing the cylinder, connected to an adjustable power source, containing meters for the position and direction of movement of the piston, the outputs of which are connected to the first and the second information inputs of the logical unit, the power input of which is connected to the power source, and the output is connected to the control input of the switch, and the outputs of the switch connected to the inputs of the sections of the solenoid coil, characterized in that the cylinder is equipped with a pneumatic elastic element placed in the punch coaxially to the rod and piston and rigidly connected to the rod and the compensation chamber with a separator, the piston connected to the rod is equipped with at least one through channel, and the solenoid the coil consists of two sections and is rigidly fixed to the punch so that it overlaps the side surface of the piston, and the solenoid coil is mounted with the possibility of movement along the cylinder along with the punch.

Description

Полезная модель относится к области демпфирования механических колебаний и может быть использовано для устранения вредных колебаний в различных механических системах.The utility model relates to the field of damping of mechanical vibrations and can be used to eliminate harmful vibrations in various mechanical systems.

Известен амортизатор, содержащий корпус с магнитореологической жидкостью, установленный в корпусе шток с поршнем и охватывающую корпус соленоидную катушку с источником питания, выполненный из ферромагнитного материала кожух, охватывающий соленоидную катушку, крышку, герметично установленную на кожухе так, что между поверхностью магнитореологической жидкости и крышкой имеется полость (SU 1796797, F16F 6/00).A known shock absorber comprising a housing with magnetorheological fluid, a rod with a piston installed in the housing and a solenoid coil with a power source enclosing the housing, a casing made of ferromagnetic material, a solenoid coil surrounding the coil, a cap sealed on the casing so that there is a surface between the magnetorheological fluid surface and the cap cavity (SU 1796797, F16F 6/00).

Недостатками амортизатора являются отсутствие упругого элемента, возвращающего шток поршня в исходное (статическое) положение, необходимость в начальной регулировке напряженности магнитного поля путем изменения положения подвижной части составной крышки корпуса.The disadvantages of the shock absorber are the lack of an elastic element that returns the piston rod to its original (static) position, the need for initial adjustment of the magnetic field by changing the position of the movable part of the composite housing cover.

Наиболее близким по совокупности признаков устройством того же назначения является 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 (прототип).The closest set of features for the same purpose is a device for damping oscillations, containing a cylinder filled with magnetorheological liquid, axially movable rod with a piston placed in the cylinder, a solenoid coil covering the cylinder and connected to an adjustable power source containing position meters and the direction of movement of the piston, the outputs of which are connected to the first and second information inputs of the logical unit, the power input of the logical unit, connected to the power source, and the output is connected to the control input of the switch, and the outputs of the switch are connected to the inputs of the sections of the solenoid coil (RF patent 2426922, IPC F16F 9/53, F16F 6/00, F16F 15/03, publ. 08/20/2011 (prototype )

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- ограниченный динамический диапазон регулирования коэффициента сопротивления амортизатора из-за постоянной жесткости пружин амортизатора;- limited dynamic range of regulation of the coefficient of resistance of the shock absorber due to the constant stiffness of the springs of the shock absorber;

- необходимость в начальной технологической настройке взаимного расположения элементов системы, которое определяется начальными положениями пружин амортизатора и других элементов подвески, а также нагрузкой на подвеску автомобиля,- the need for initial technological adjustment of the relative positioning of the system elements, which is determined by the initial positions of the shock absorber springs and other suspension elements, as well as the load on the vehicle suspension,

- большие габариты и сложность конструкции соленоидной катушки,- large dimensions and design complexity of the solenoid coil,

- повышенные энергозатраты на эксплуатацию и управление амортизатором, а также недостаточная эффективность гашения колебаний объекта.- increased energy costs for the operation and management of the shock absorber, as well as the insufficient efficiency of damping object vibrations.

Техническим результатом от использования предложенного устройства является увеличение динамического диапазона регулирования коэффициента сопротивления амортизатора и исключение необходимости начальной технологической настройки взаимного расположения подвижных частей и малоподвижных частей системы, как следствие, снижение энергозатрат на эксплуатацию и управление амортизатором и увеличение эффективности гашения колебаний подрессоренного объекта.The technical result from the use of the proposed device is to increase the dynamic range of adjusting the coefficient of resistance of the shock absorber and eliminating the need for initial technological adjustment of the relative position of the moving parts and inactive parts of the system, as a result, reducing energy consumption for operation and control of the shock absorber and increasing the efficiency of damping oscillations of the sprung object.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для демпфирования колебаний, содержащем цилиндр, заполненный магнитореологической жидкостью, подвижные в осевом направлении шток с поршнем, размещенные в цилиндре, соленоидную катушку, охватывающую цилиндр, подключенную к регулируемому источнику питания, содержащему измерители положения и направления перемещения поршня, выходы которых соединены с первым и вторым информационными входами логического блока, силовой вход которого соединен с источником питания, а выход соединен с управляющим входом коммутатора, причем выходы коммутатора соединены с входами секций соленоидной катушки, отличающееся тем, что цилиндр снабжен пневматическим упругим элементом, размещенным в пуансоне соосно штоку и поршню и жестко связанным со штоком, и компенсационной камерой с разделителем, связанный со штоком поршень снабжен не менее чем одним сквозным каналом, а соленоидная катушка состоит из двух секций и жестко закреплена на пуансоне таким образом, чтобы она перекрывала боковую поверхность поршня, причем соленоидная катушка установлена с возможностью перемещения по цилиндру вместе с пуансоном.The specified technical result is achieved in that in a device for damping oscillations containing a cylinder filled with magnetorheological fluid, axially movable rod with a piston placed in the cylinder, a solenoid coil enclosing the cylinder, connected to an adjustable power source containing position and direction measuring instruments pistons, the outputs of which are connected to the first and second information inputs of the logic unit, the power input of which is connected to the power source, and the output with is single with the control input of the switch, and the outputs of the switch are connected to the inputs of the sections of the solenoid coil, characterized in that the cylinder is equipped with a pneumatic elastic element placed in the punch coaxially to the rod and piston and rigidly connected to the rod, and a compensation chamber with a separator, the piston connected to the rod is provided at least one through channel, and the solenoid coil consists of two sections and is rigidly fixed to the punch so that it overlaps the side surface of the piston, and the solenoid tab movably mounted on the cylinder together with the punch.

На фиг. 1 изображен схематично продольный разрез устройства для демпфирования колебаний, на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1.In FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an oscillation damping device; FIG. 2 is a section A-A in FIG. one.

Устройство для демпфирования колебаний содержит корпус 1 с установочным узлом 2, в котором размещен цилиндр 3, заполненный магнитореологической жидкостью 4. В цилиндре 3 с магнитореологической жидкостью размещен поршень 5 с выполненными в нем в количестве не менее одного сквозными каналами 6, соединенный со штоком 7. Поршень 5 и шток 7 изготовлены из магнитомягкого материала. Цилиндр 3 снабжен пневматическим упругим элементом 8, размещенным в пуансоне 9, жестко связанным одним концом со штоком 7, а другим концом с установочным узлом 10.The device for damping oscillations comprises a housing 1 with a mounting unit 2, in which a cylinder 3 is placed, filled with magnetorheological liquid 4. In the cylinder 3 with magnetorheological liquid is placed a piston 5 with at least one through-channel 6 made therein, connected to the rod 7. The piston 5 and the stem 7 are made of soft magnetic material. The cylinder 3 is equipped with a pneumatic elastic element 8, located in the punch 9, rigidly connected at one end with the rod 7, and the other end with the installation node 10.

На пуансоне 9 жестко закреплена соленоидная катушка 11, охватывающая цилиндр 3 с возможностью перемещения по цилиндру вместе с пуансоном, состоящая из двух секций - нижней 12 и верхней 13, размещенных в ферромагнитном корпусе 14 таким образом, чтобы она перекрывала боковую поверхность поршня, т.е. высота соленоидной катушки превышает высоту поршня, согласно рис.1.A solenoid coil 11 is fixed on the punch 9, covering the cylinder 3 with the possibility of moving along the cylinder together with the punch, consisting of two sections - the lower 12 and the upper 13, located in the ferromagnetic housing 14 so that it overlaps the side surface of the piston, i.e. . the height of the solenoid coil exceeds the height of the piston, according to Fig. 1.

Установочный узел 10 подрессоренного объекта, поршень 5, шток 7, пуансон 9 и соленоидная катушка 11 находятся в неизменном положении один относительно другого. Установочный узел 2 и корпус 1 с цилиндром 3 также находятся в неизменном положении один относительно другого.The mounting unit 10 of the sprung object, the piston 5, the rod 7, the punch 9 and the solenoid coil 11 are in the same position relative to each other. The mounting unit 2 and the housing 1 with the cylinder 3 are also in the same position relative to each other.

Входы секций 12 и 13 соленоидной катушки 11 соединены с выходами коммутатора электрического напряжения 15, один из входов которого соединен с источником питания 16, а второй с выходом логического блока (микропроцессора) 17. Один из входов логического блока 17 соединен с выходом датчика положения 18, а второй - с выходом датчика направления перемещения 19. Датчик положения 18 и датчик направления перемещения 19 определяют соответственно положение и направление перемещения поршня 5 демпфирующего элемента.The inputs of sections 12 and 13 of the solenoid coil 11 are connected to the outputs of the electrical voltage switch 15, one of the inputs of which is connected to the power source 16, and the second to the output of the logic unit (microprocessor) 17. One of the inputs of the logic unit 17 is connected to the output of the position sensor 18, and the second, with the output of the displacement direction sensor 19. The position sensor 18 and the displacement direction sensor 19 determine, respectively, the position and direction of movement of the piston 5 of the damping element.

В подпоршневой части цилиндра установлен разделитель 20, образующий в цилиндре компенсационную камеру 21, заполненную сжатым воздухом.A separator 20 is installed in the under-piston part of the cylinder, forming a compensation chamber 21 in the cylinder filled with compressed air.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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 8, размещенный в пуансоне 9.In the initial state, in the absence of oscillations and relative movements of the sprung object with the mounting unit 10 and the unsprung base with the installation node 2, the load from the side of the sprung object is absorbed by the pneumatic elastic element 8 located in the punch 9.

Взаимное расположение установочного узла 10 подрессоренного объекта, поршня 5, штока 7, пуансона 9 и соленоидной катушки 11 неизменно, поэтому не требуется начальная технологическая настройка всей системы.The relative position of the mounting unit 10 of the sprung object, the piston 5, the rod 7, the punch 9 and the solenoid coil 11 is constant, therefore, the initial technological adjustment of the entire system is not required.

При движении поршня вниз (ход сжатия для пневматического упругого элемента 8) магнитореологическая жидкость 4 начинает перетекать через каналы 6 поршня 5 между надпоршневой и подпоршневой полостями цилиндра 3 в направлении, противоположном движению поршня. По мере приближения поршня 5 к нижнему положению на рис.1 газ сжимается в пневматическом упругом элементе 8, опирающемся на пуансон 9, а разделитель 20 сжимает газ в компенсационной полости 21.When the piston moves downward (the compression stroke for the pneumatic elastic element 8), the magnetorheological liquid 4 begins to flow through the channels 6 of the piston 5 between the piston and piston cavities of the cylinder 3 in the opposite direction to the piston movement. As the piston 5 approaches the lower position in Fig. 1, the gas is compressed in the pneumatic elastic element 8 supported by the punch 9, and the separator 20 compresses the gas in the compensation cavity 21.

Одновременно измерители положения 18 и направления перемещения 19 поршня 5 подают сигнал на логический блок 17, от регулируемого источника питания 16 включается нижняя секция 12 соленоидной катушки 11, что приводит к увеличению вязкости магнитореологической жидкости и созданию за счет этого диссипативной смилы, а за счет возбуждения импульсов магнитного поля создается дополнительная диссипативная сила сопротивления. Таким образом, 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 части поршня.At the same time, the position meters 18 and the direction of movement 19 of the piston 5 provide a signal to the logic block 17, from the regulated power source 16 the lower section 12 of the solenoid coil 11 is turned on, which leads to an increase in the viscosity of the magnetorheological fluid and, due to this, creates a dissipative resin, and due to the excitation of pulses magnetic field creates an additional dissipative resistance force. Thus, vibration damping is carried out both by increasing the viscosity of the magnetorheological fluid when exposed to a magnetic field, and by applying an additional dissipative resistance force to the system that occurs when magnetic pulses are excited in the damping magnetorheological fluid, and an additional dissipative resistance force is created in the region of the damping magnetorheological fluid located at the front along the end of the end of the piston.

В магнитореологической жидкости, которая является неполярной средой, возникает течение в область наибольшей напряженности магнитного поля, т.е. это означает, что при движении поршня 5 вниз (ход сжатия для пневматического упругого элемента 8) магнитореологическая жидкость в каналах 6 поршня 5 будет течь в направлении перемещения поршня 5.In a magnetorheological fluid, which is a nonpolar medium, a flow occurs in the region of the highest magnetic field strength, i.e. this means that when the piston 5 moves down (the compression stroke for the pneumatic elastic element 8), the magnetorheological fluid in the channels 6 of the piston 5 will flow in the direction of movement of the piston 5.

При этом необходимо учесть, что при перемещении поршня 5 в отсутствие поля магнитореологическая жидкость 4 в каналах 6 поршня 5 и цилиндром 3 всегда перемещается противоположно перемещению поршня (уравнение Навье-Стокса и профиль течения, как правило, имеет так называемый профиль Пуазейля).It should be noted that when moving the piston 5 in the absence of a field, the magnetorheological liquid 4 in the channels 6 of the piston 5 and the cylinder 3 always moves opposite to the piston movement (the Navier-Stokes equation and the flow profile, as a rule, have the so-called Poiseuille profile).

Возникают две скорости магнитореологической жидкости 4 каналах 6 поршня 5: V_M - механическая скорость магнитореологической жидкости за счет перемещения поршня 5 в цилиндре 3, которая не зависит от магнитного поля и всегда направлена противоположно перемещению поршня 5; V_H - магнитная скорость магнитореологической жидкости за счет наличия градиента магнитного поля в каналах 6 при подаче напряжения на секцию, находящуюся у передней по ходу движения части поршня 5 в цилиндре 3 (т.е. всегда направлена в сторону перемещения поршня 5).There are two speeds of the magnetorheological fluid 4 channels 6 of the piston 5: V _M - the mechanical speed of the magnetorheological fluid due to the movement of the piston 5 in the cylinder 3, which is independent of the magnetic field and is always directed opposite to the movement of the piston 5; V _H is the magnetic speed of the magnetorheological fluid due to the presence of a magnetic field gradient in the channels 6 when voltage is applied to the section located at the front along the part of the piston 5 in the cylinder 3 (i.e., always directed towards the movement of the piston 5).

Следовательно, возможны условия: V_M>V_H - демпфирование нормальное и поршень 1 может перемещаться, поскольку магнитное поле не полностью его тормозит; V_M=V_H - демпфирование отсутствует, поскольку отсутствует относительное движение частей устройства (подвижная и неподвижная части «соединены» в единое целое); V_M<V_H - магнитное поле усиливает колебания подвижной системы, переводя ее при определенных условиях из устойчивого положения в неустойчивое.Consequently, the following conditions are possible: V _M > V _H - damping is normal and piston 1 can move because the magnetic field does not completely slow it down; V _M = V _H - there is no damping, since there is no relative movement of the parts of the device (the movable and fixed parts are “connected” into a single whole); V _M <V _H - the magnetic field enhances the vibrations of the mobile system, transferring it under certain conditions from a stable position to an unstable one.

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 магнитореологическую жидкость в направлении перемещения.A second damping factor arises when magnetic field pulses are excited in a damping magnetorheological fluid, and an additional dissipative resistance force is created in the area of the damping magnetorheological fluid, which constitutes the leading front of the movement of the part of the moving system immersed in the magnetorheological fluid in the direction of travel.

При движении поршня 5 вверх (ход отбоя, происходящий благодаря энергии, запасенной в пневматическом упругом элементе 8), измерители положения 18 и направления перемещения 19 поршня 5 подают сигнал на логический блок 17, включается верхняя секция 13 соленоидной катушки 11, что приводит к увеличению вязкости магнитореологической жидкости, а за счет возбуждения импульсов магнитного поля создается дополнительная диссипативная сила сопротивления. Происходящие в верхней секции 13 процессы аналогичны процессам, возникающим при включении нижней секции 12 соленоидной катушки 11, т.е создаются основная и дополнительная диссипативные силы, обеспечивающие демпфирование.When the piston 5 moves up (rebound stroke due to the energy stored in the pneumatic elastic element 8), the position meters 18 and the direction of movement 19 of the piston 5 signal to the logic unit 17, the upper section 13 of the solenoid coil 11 is turned on, which leads to an increase in viscosity magnetorheological fluid, and due to the excitation of magnetic field pulses creates an additional dissipative resistance force. The processes occurring in the upper section 13 are similar to the processes that occur when the lower section 12 of the solenoid coil 11 is turned on, that is, the main and additional dissipative forces are created that provide damping.

Применение пневматического упругого элемента в устройстве вместо металлической пружины предпочтительно, т.к. отношение воспринимаемой нагрузки к собственному весу для металлической пружины составляет ~0,1, а для пневматического упругого элемента составляет ~0,03. Жесткость пневматического упругого элемента регулируется путем изменения давления, что обеспечивает дополнительное увеличение динамического диапазона регулирования коэффициента сопротивления предлагаемого устройства для демпфирования колебаний.The use of a pneumatic elastic element in the device instead of a metal spring is preferable, because the ratio of the perceived load to its own weight for a metal spring is ~ 0.1, and for a pneumatic elastic element it is ~ 0.03. The stiffness of the pneumatic elastic element is regulated by changing the pressure, which provides an additional increase in the dynamic range of regulation of the coefficient of resistance of the proposed device for damping vibrations.

Размещение в цилиндре разделителя и образование компенсационной камеры обеспечивает исключение разрушительного действия ударных воздействий и устранение разности объемов надпоршневой и подпоршневой полостей, которая возникает при движении поршня и штока.The placement of the separator in the cylinder and the formation of a compensation chamber ensures the elimination of the destructive action of shock effects and elimination of the difference in the volume of the piston and piston cavities that occurs when the piston and the rod move.

Выполнение соленоидной катушки жестко закрепленной на пуансоне и, следовательно, неподвижной относительно поршня и подвижной относительно цилиндра устраняет необходимость в начальной технологической настройке взаимного расположения элементов системы.The implementation of the solenoid coil rigidly fixed to the punch and, therefore, stationary relative to the piston and movable relative to the cylinder eliminates the need for initial technological adjustment of the relative positioning of the system elements.

Выполнение соленоидной катушки двухсекционной обусловлено достаточностью двух секций для выполнения заданных функций в полном объеме из-за неизменного относительного расположения катушки и поршня и обеспечивает, вследствие этого, упрощение системы управления ее работой и снижение при этом энергозатрат на эксплуатацию и управление устройством и повышение эффективности гашения колебаний объекта.The implementation of the two-section solenoid coil is due to the sufficiency of two sections to perform the given functions in full due to the constant relative location of the coil and piston and, as a result, simplifies the control system of its operation and reduces energy costs for operation and control of the device and increases the damping efficiency object.

Claims

A device for damping oscillations, comprising a cylinder filled with magnetic fluid, axially movable rod with a piston placed in the cylinder, a solenoid coil enclosing the cylinder, connected to an adjustable power source, containing meters for the position and direction of movement of the piston, the outputs of which are connected to the first and the second information inputs of the logical unit, the power input of which is connected to the power source, and the output is connected to the control input of the switch, and the outputs of the switch connected to the inputs of the sections of the solenoid coil, characterized in that the cylinder is equipped with a pneumatic elastic element placed in the punch coaxially to the rod and piston and rigidly connected to the rod and the compensation chamber with a separator, the piston connected to the rod is equipped with at least one through channel, and the solenoid the coil consists of two sections and is rigidly fixed to the punch so that it overlaps the side surface of the piston, and the solenoid coil is mounted with the possibility of movement along the cylinder along with the punch.