RU193639U1

RU193639U1 - TWO-STAGE COMBINED DAMPER WITH EMERGENCY DAMPING FUNCTION

Info

Publication number: RU193639U1
Application number: RU2019104503U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Скрипкин; Альберт Викторович Королев; Андрей Альбертович Королев
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2019-11-07

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах демпфирования различных типов. Техническим результатом полезной модели является увеличение жесткостных и прочностных свойств комбинированного упругого элемента с функцией аварийного демпфирования под действием высокой скорости деформирования. Комбинированный упругий элемент для систем демпфирования, выполненный из металлической пружины, заключенной в упругую оболочку, в качестве упругой оболочки содержит полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью, дополнительно содержит наружную вторую полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью с другими параметрами вязкости. 1 ил.The utility model relates to mechanical engineering and can be used in various types of damping systems. The technical result of the utility model is to increase the stiffness and strength properties of a combined elastic element with emergency damping under the action of a high deformation rate. The combined elastic element for damping systems, made of a metal spring enclosed in an elastic shell, as an elastic shell contains a hollow spiral of a polymeric material with a closed cavity, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid, further comprises an external second hollow spiral of a polymeric material with a closed cavity, which is filled with a dilatant non-Newtonian fluid with other viscosity parameters. 1 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах демпфирования различных типов.The proposed utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used in various types of damping systems.

Известны упругие элементы для систем демпфирования [Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник/Под ред. Н.С. Ачеркана. Том 1. М.: Машиностроение, 1968. - 440 с.], выполненные из металла, а также в машиностроении широко применяются неметаллические упругие элементы, выполненные, как правило, из резины или полимерных материалов. Такие резиновые упругие элементы применяются в конструкциях упругих муфт, виброизолирующих опор, мягких подвесок агрегатов и ответственных грузов. При этом компенсируются перекосы и несоосности. Для защиты резины от износа и передачи нагрузки в них применяют металлические детали - трубки, пластины и т.п.; в качестве материала элементов используется техническая резина с пределом прочности σ_в≥8 МПа и модулем сдвига G=500…900 МПа. В технической резине, из-за малого модуля упругости, рассеивается от 30 до 80% энергии колебаний, что примерно в 10 раз больше, чем в стали.Known elastic elements for damping systems [Machine parts. Calculation and design. Handbook / Ed. N.S. Acerkana. Volume 1. M .: Mechanical engineering, 1968. - 440 p.], Made of metal, and non-metallic elastic elements, usually made of rubber or polymeric materials, are widely used in engineering. Such rubber elastic elements are used in the construction of elastic couplings, vibration isolating supports, soft suspensions of aggregates and critical loads. In this case, distortions and misalignments are compensated. To protect rubber from wear and load transfer, metal parts are used in them - tubes, plates, etc .; technical rubber with a tensile strength σ _of ≥8 MPa and a shear modulus G = 500 ... 900 MPa is used as the material of the elements. In technical rubber, due to the small modulus of elasticity, from 30 to 80% of the vibration energy is dissipated, which is about 10 times more than in steel.

Преимуществами резиновых упругих элементов являются электроизолирующая способность; высокая демпфирующая способность (рассеяние энергии в резине достигает 30…80%); способность аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем пружинная сталь (до 10 раз).The advantages of rubber elastic elements are electrical insulating ability; high damping ability (energy dissipation in rubber reaches 30 ... 80%); the ability to accumulate more energy per unit mass than spring steel (up to 10 times).

Однако такие упругие элементы не пригодны для использования в машинах и механизмах при повышенных деформациях сжатия, изгиба и сдвига, так как такие демпфирующие элементы быстро разрушаются.However, such elastic elements are not suitable for use in machines and mechanisms with increased compression, bending and shear deformations, since such damping elements quickly collapse.

Известен упругий элемент для систем демпфирования, выполненный из металлической пружины, заделанной в корпус упругого элемента [Авторское свидетельство СССР №136608, кл. 47 а8. Упругий элемент для систем демпфирования /A.M. Сойфер, В.Н. Бузицкий, В.А. Першин. Опубликовано "Бюллетень изобретений" №5, 1961 г.]. Известный упругий элемент для систем демпфирования представляет собой пористую структуру, получаемую путем холодного прессования упругого материала, например, технической резины с расположенной внутри нее заготовки из хаотически уложенной проволочной спирали. В качестве исходного материала для изготовления такого упругого элемента применяется тонкая металлическая проволока различных марок диаметром от 0,03 до 0,3 (мм).Known elastic element for damping systems made of a metal spring embedded in the body of the elastic element [USSR Author's Certificate No. 136608, class. 47 a8. Elastic element for damping systems /A.M. Soifer, V.N. Buzitsky, V.A. Pershin. Published "Bulletin of inventions" No. 5, 1961]. The known elastic element for damping systems is a porous structure obtained by cold pressing of an elastic material, for example, technical rubber with a workpiece from a randomly laid wire spiral located inside it. As the starting material for the manufacture of such an elastic element, thin metal wire of various grades with a diameter of 0.03 to 0.3 (mm) is used.

Недостатком известного упругого элемента для систем демпфирования является слабая зависимость его упругих свойств от скорости деформирования. На практике часто бывает необходимо использовать материалы деталей переменной жесткости, зависящей от скорости их деформирования, например, при изготовлении различных пуленепробиваемых защитных чехлов, кожухов, жилетов, закрывающие подвижные узлы от внешних воздействий, в военной технике. При отсутствии воздействия на них различных деталей, например, снарядов, пуль они должны работать как обычные упругие изделия. При воздействии на них снарядов, имеющих высокую скорость, они должны мгновенно становиться жесткими, пуленепробиваемыми, что обеспечивает их сохранность и, следовательно, повышение надежности и долговечности военной техники. [Сравнение российских и зарубежных виброизоляторов из проволочных демпфирующих материалов./Ю.К. Пономарев, A.M. Уланов. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 11, №3, с. 214-218, 2009 г. Самарский государственный аэрокосмический университет.]A disadvantage of the known elastic element for damping systems is the weak dependence of its elastic properties on the strain rate. In practice, it is often necessary to use materials of parts of varying stiffness, depending on the speed of their deformation, for example, in the manufacture of various bulletproof protective covers, covers, vests, covering mobile units from external influences, in military equipment. In the absence of exposure to them of various parts, for example, shells, bullets, they should work like ordinary elastic products. When exposed to high-velocity shells, they must instantly become stiff, bulletproof, which ensures their safety and, consequently, increase the reliability and durability of military equipment. [Comparison of Russian and foreign vibration isolators from wire damping materials. / Yu.K. Ponomarev, A.M. Ulanov. Bulletin of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, vol. 11, No. 3, p. 214-218, 2009, Samara State Aerospace University.]

Кроме того, указанные упругие элементы необходимы, например, для крепления контейнеров с взрывоопасными грузами для снижения вероятности взрыва при столкновении поездов в железнодорожной аварии. Повышенная жесткость демпфера также требуется для предотвращения аварий на атомных электростанциях (АЭС), которые могут возникнуть из-за падения тяжелых объектов, например, контейнеров с отработавшими сборками ТВЭЛ - тепловыделяющих элементов ядерных реакторов - на строительные конструкции здания, так как демпфер должен эффективно затормозить падающий объект и при соответствующем выборе его жесткости, зависящей от скорости удара, обеспечить условие, при котором силовое воздействие на основание, например, на междуэтажное перекрытие здания АЭС, не превзойдет достаточно низкий допустимый уровень, а также и во многих других случаях.In addition, these elastic elements are necessary, for example, for securing containers with explosive loads to reduce the likelihood of an explosion in a collision of trains in a railway accident. Increased damper rigidity is also required to prevent accidents at nuclear power plants (NPPs) that can occur due to the fall of heavy objects, for example, containers with spent fuel assemblies - fuel elements of nuclear reactors - on building structures, since the damper must effectively inhibit the falling the object and with the appropriate choice of its stiffness, depending on the speed of impact, to provide a condition under which the force impact on the base, for example, on the floor of a building Nia nuclear power plant, does not exceed the permissible level is quite low, as well as in many other cases.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является комбинированный упругий элемент для систем демпфирования, выполненный из металлической пружины, заключенной в упругую оболочку, в качестве упругой оболочки содержащий полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью [«Комбинированный упругий элемент с функцией аварийного демпфирования»; RU 186280 от 27.09.2018 г., решение о выдаче патента (ПМ) от 03.12.2018 г., /А.В. Королев, А.А. Скрипкин] - прототип.Closest to the claimed utility model is a combined elastic element for damping systems made of a metal spring enclosed in an elastic shell, as an elastic shell containing a hollow spiral of polymer material with a closed cavity, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid ["Combined elastic element with function emergency damping "; RU 186280 dated 09/27/2018, the decision on the grant of a patent (PM) dated 12/03/2018, / A.V. Korolev, A.A. Skripkin] is a prototype.

Так как металлическая пружина помещена в полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью, то жесткость упругого элемента будет существенно зависеть от скорости его деформации. Известно, что неньютоновские жидкости могут менять свою структуру и вязкость в зависимости от колебания давления или температуры, а при высокой скорости деформации вообще могут превращаться в очень жесткий и прочный материал.Since the metal spring is placed in a hollow spiral of a polymeric material with a closed cavity that is filled with a dilatant non-Newtonian fluid, the stiffness of the elastic element will substantially depend on its deformation rate. It is known that non-Newtonian fluids can change their structure and viscosity depending on pressure or temperature fluctuations, and at high strain rate they can generally turn into a very hard and durable material.

При увеличении скорости деформации жесткость неньютоновской жидкости резко возрастает, она начинает выполнять функцию второй упругой спирали, подсоединенной параллельно к металлической пружине. При этом возрастает жесткость комбинированного упругого элемента, который может выполнять функцию аварийного демпфирования.With an increase in the strain rate, the rigidity of a non-Newtonian fluid increases sharply, it begins to fulfill the function of a second elastic spiral connected in parallel to a metal spring. This increases the rigidity of the combined elastic element, which can perform the function of emergency damping.

Недостатком известного комбинированного упругого элемента является невозможность изменения коэффициента демпфирования (то есть, жесткости) при различных величинах ударной знакопеременной нагрузки, что ограничивает его область применения в реальных условиях эксплуатации.A disadvantage of the known combined elastic element is the impossibility of changing the damping coefficient (i.e., stiffness) for various values of alternating impact sign, which limits its scope in actual use.

Задачей полезной модели является придание комбинированному упругому элементу с функцией аварийного демпфирования способности изменять свою жесткость в зависимости от скорости его деформирования.The objective of the utility model is to give the combined elastic element with emergency damping function the ability to change its stiffness depending on its deformation rate.

Техническим результатом полезной модели является увеличение жесткостных и прочностных свойств комбинированного упругого элемента с функцией аварийного демпфирования под действием высокой скорости деформирования.The technical result of the utility model is to increase the stiffness and strength properties of a combined elastic element with emergency damping under the action of a high deformation rate.

Указанная задача решается тем, что двухступенчатый комбинированный демпфер с функцией аварийного демпфирования для систем демпфирования, выполненный из металлической пружины, заключенной в упругую оболочку, в качестве упругой оболочки содержащий полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью, дополнительно содержит наружную полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью с другими параметрами вязкости.This problem is solved in that the two-stage combined damper with emergency damping function for damping systems, made of a metal spring enclosed in an elastic shell, as an elastic shell containing a hollow spiral of a polymeric material with a closed cavity, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid, additionally contains an external a hollow spiral of a polymer material with a closed cavity, which is filled with a dilatant non-Newtonian fluid with other parameters bones.

Отметим, что дилатантные жидкости (или по-другому - дилатантные материалы) - один из видов неньютоновских жидкостей, у которых вязкость возрастает при увеличении скорости деформации сдвига.Note that dilatant fluids (or, in other words, dilatant materials) are one of the types of non-Newtonian fluids in which the viscosity increases with increasing shear strain rate.

При увеличении скорости деформации жесткость неньютоновской жидкости резко возрастает, она начинает выполнять функцию второй упругой спирали, подсоединенной параллельно к металлической пружине. При этом возрастает жесткость комбинированного упругого элемента.With an increase in the strain rate, the rigidity of a non-Newtonian fluid increases sharply, it begins to fulfill the function of a second elastic spiral connected in parallel to a metal spring. This increases the rigidity of the combined elastic element.

Дилатантная неньютоновская жидкость, заполняющая наружную полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, имеет другие параметры вязкости и предназначена для большей величины ударных ускорений, чем неньютоновская жидкость, помещенная в полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, в которой расположена металлическая пружина. Поэтому, при воздействии ударных ускорений одного диапазона, неньютоновская жидкость, помещенная в полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, в которой расположена металлическая пружина, начинает выполнять функцию второй упругой спирали, подсоединенной параллельно к металлической пружине. При этом возрастает жесткость комбинированного упругого элемента. При увеличении скорости деформации - то есть, при возрастании значений ударной знакопеременной нагрузки, дилатантная неньютоновская жидкость, заполняющая наружную полую спираль из полимерного материала с закрытой полостью, также начинает выполнять функцию упругой спирали, подсоединенной параллельно к металлической пружине. При этом возрастает жесткость двухступенчатого комбинированного упругого элемента, который может выполнять функцию аварийного демпфирования, что решает поставленную задачу.A dilatant non-Newtonian fluid filling an external hollow spiral of a closed-cavity polymer material has different viscosity parameters and is designed for a greater value of shock accelerations than a non-Newtonian fluid placed in a closed spiral cavity of a polymeric material in which a metal spring is located. Therefore, under the influence of shock accelerations of the same range, a non-Newtonian fluid placed in a hollow spiral of polymer material with a closed cavity in which the metal spring is located begins to fulfill the function of a second elastic spiral connected in parallel to the metal spring. This increases the rigidity of the combined elastic element. With an increase in the strain rate - that is, with an increase in the values of an alternating shock load, the dilatant non-Newtonian fluid filling the outer hollow spiral of a polymer material with a closed cavity also begins to fulfill the function of an elastic spiral connected in parallel to a metal spring. This increases the stiffness of the two-stage combined elastic element, which can perform the function of emergency damping, which solves the problem.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. показана схема двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования. На чертеже цифрами обозначены: 1 - металлическая пружина; 2 - дилатантная неньютоновская жидкость в наружной полой упругой спирали с другими параметрами вязкости; 3 - наружная полая упругая спираль из полимерного материала с закрытой полостью; 4 - элементы заделки концов упругой спирали; 5 - полая спираль из полимерного материала с закрытой полостью; 6 - дилатантная неньютоновская жидкость.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. shows a diagram of a two-stage combined damper with emergency damping function. In the drawing, the numbers denote: 1 - metal spring; 2 - dilatant non-Newtonian fluid in an external hollow elastic spiral with other viscosity parameters; 3 - external hollow elastic spiral of a polymeric material with a closed cavity; 4 - sealing elements of the ends of the elastic spiral; 5 - a hollow spiral of a polymeric material with a closed cavity; 6 - dilatant non-Newtonian fluid.

Двухступенчатый комбинированный демпфер с функцией аварийного демпфирования состоит из металлической пружины 1, помещенной в полую упругую оболочку в виде спирали из полимерного материала с закрытой полостью 5, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью 6. Полая упругая спираль из полимерного материала с закрытой полостью 5, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью 6, помещена в наружную полую упругую спираль из полимерного материала с закрытой полостью 3, которая заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью 2 с другими параметрами вязкости.A two-stage combined damper with emergency damping function consists of a metal spring 1 placed in a hollow elastic shell in the form of a spiral of polymer material with a closed cavity 5, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid 6. A hollow elastic spiral of polymer material with a closed cavity 5, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid 6, is placed in an external hollow elastic spiral of a polymer material with a closed cavity 3, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid New 2 with other viscosity parameters.

На концах металлической пружины 1 для повышения долговечности конструкции установлены элементы заделки 4, например, диски или шайбы.At the ends of the metal spring 1, in order to increase the durability of the structure, embedment elements 4 are installed, for example, disks or washers.

Полая упругая спираль из полимерного материала с закрытой полостью 5 может быть выполнена, например, из полиамида, наполненного стекловолокном, или полипропилена. В качестве дилатантной неньютоновской жидкостью 6 может использоваться, например, смесь вискозы, этиленгликоля и кремнезема.A hollow elastic spiral of a polymeric material with a closed cavity 5 can be made, for example, of polyamide filled with fiberglass or polypropylene. As a dilatant non-Newtonian fluid 6, for example, a mixture of viscose, ethylene glycol and silica can be used.

Наружная полая упругая спираль из полимерного материала с закрытой полостью 3 также может быть выполнена, например, из полиамида, наполненного стекловолокном, или полипропилена. В качестве дилатантной неньютоновской жидкости 2 с другими параметрами вязкости может использоваться, например, смесь вискозы, этиленгликоля и кремнезема другой концентрации, чем у дилатантной неньютоновской жидкостью 6; в качестве элементов заделки 4 для повышения долговечности конструкции для упругой спирали с полостью 3 могут быть использованы, например, металлические шайбы.An external hollow elastic spiral of a polymeric material with a closed cavity 3 can also be made, for example, of polyamide filled with fiberglass or polypropylene. As a dilatant non-Newtonian fluid 2 with different viscosity parameters, for example, a mixture of viscose, ethylene glycol and silica of a different concentration than that of the dilatant non-Newtonian fluid 6 can be used; as elements of the seal 4 to increase the durability of the structure for an elastic spiral with a cavity 3 can be used, for example, metal washers.

При деформировании упругой спирали 5 с низкой скоростью она будет деформироваться в зависимости от модуля упругости материала пружины 1, то есть как обычный упругий материал, так как дилатантная неньютовская жидкость 6 при малой скорости деформации ведет себя как обычная жидкость. При увеличении скорости деформации - (первый диапазон ударных ускорений) - жесткость неньютоновской жидкости 6 резко возрастает, она приобретает свойство твердого упругого тела и начинает выполнять функцию второй упругой спирали, подсоединенной параллельно к упругой спирали 3; при этом дилатантная неньютоновская жидкость 2, заполняющая наружную полую упругую спираль из полимерного материала с закрытой полостью 3, ведет себя как обычная жидкость. При последующем возрастании скорости деформации - (второй диапазон ударных ускорений) -жесткость неньютоновской жидкости 2 с другими параметрами вязкости резко возрастает, она приобретает свойство твердого упругого тела и начинает выполнять функцию следующей упругой спирали, также подсоединенной параллельно к упругой спирали 3.When the elastic spiral 5 is deformed at a low speed, it will deform depending on the elastic modulus of the material of the spring 1, that is, as a normal elastic material, since the dilated non-Newtian fluid 6 behaves like a normal fluid at a low strain rate. With increasing strain rate - (the first range of shock accelerations) - the stiffness of the non-Newtonian fluid 6 increases sharply, it acquires the property of a solid elastic body and begins to fulfill the function of a second elastic spiral connected in parallel to the elastic spiral 3; while dilatant non-Newtonian fluid 2, filling the outer hollow elastic spiral of a polymer material with a closed cavity 3, behaves like an ordinary fluid. With a subsequent increase in the strain rate, (the second range of shock accelerations), the rigidity of the non-Newtonian fluid 2 with other viscosity parameters sharply increases, it acquires the property of a solid elastic body and begins to fulfill the function of the next elastic spiral, also connected in parallel to the elastic spiral 3.

При этом возрастает жесткость всего двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования, что обеспечивает возможность аварийного демпфирования в необходимых случаях. Изменяя геометрические параметры и материал пружины 1, геометрические параметры полой упругой спирали из полимерного материала 5 и тип дилатантной неньютоновской жидкости 6, а также геометрические параметры наружной полой упругой спирали из полимерного материала 3 и тип дилатантной неньютоновской жидкости 2, можно существенно изменять упругие свойства двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования и обеспечить увеличение жесткостных и прочностных свойств под действием высокой скорости деформирования.At the same time, the rigidity of the entire two-stage combined damper with the emergency damping function increases, which provides the possibility of emergency damping in necessary cases. By changing the geometric parameters and the material of the spring 1, the geometric parameters of the hollow elastic spiral made of polymer material 5 and the type of dilated non-Newtonian fluid 6, as well as the geometric parameters of the external hollow elastic spiral made of polymer material 3 and the type of dilated non-Newtonian fluid 2, the elastic properties of the two-stage combined damper with emergency damping function and to provide increased stiffness and strength properties under the influence of high deformation rate .

Пример. Металлическая пружина изготовлена из металлической проволоки, имеющей модуль сдвига G=80 ГПа. Диаметр проволоки d_p=2⋅10^-3 (м), диаметр намотки Dp=3⋅10^-2 (м), число витков равно n=3. Полая упругая спираль из полимерного материала с закрытой полостью выполнена из полиамида, имеет диаметр полости d_o=4⋅10^-3 (м); наружная полая упругая спираль также выполнена из полиамида и имеет диаметр полости d_н=5⋅10^-3 (м). Шаг и число витков полой упругой спирали совпадает с шагом и числом витков металлической пружины.Example. The metal spring is made of metal wire having a shear modulus G = 80 GPa. The diameter of the wire d _p = 2⋅10 ^-3 (m), the diameter of the winding Dp = 3⋅10 ^-2 (m), the number of turns is n = 3. A hollow elastic spiral of a polymeric material with a closed cavity is made of polyamide, has a cavity diameter d _o = 4⋅10 ^-3 (m); the external hollow elastic spiral is also made of polyamide and has a cavity diameter d _n = 5⋅10 ^-3 (m). The pitch and number of turns of a hollow elastic spiral coincides with the pitch and number of turns of a metal spring.

Полость упругой спирали из полимерного материала заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью d3o, разработанный одной из британских компаний.The cavity of an elastic spiral made of a polymer material is filled with a dilated non-Newtonian d3o fluid, developed by one of the British companies.

В неньютоновской жидкости d3o роль жидкой фазы играет вискоза -производное целлюлозы, жидкий полимер - раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном NaOH, получаемый, в основном, из древесного сырья. Твердой фазой служат наночастицы полиборметилсилоксана - сложного боркремнийорганического полимера.In non-Newtonian d3o liquid, the role of the liquid phase is played by viscose, a cellulose derivative, and the liquid polymer is a solution of cellulose xanthate in diluted NaOH, obtained mainly from wood raw materials. The solid phase is nanoparticles of polyboromethylsiloxane, a complex organosilicon polymer.

При скорости деформации 10 (м/с) - (первый диапазон ударных ускорений) - данная жидкость имеет модуль сдвига G=16 ГПа. Произведем оценку жесткости системы двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования.At a strain rate of 10 (m / s) - (the first range of shock accelerations) - this fluid has a shear modulus G = 16 GPa. Let us evaluate the rigidity of a two-stage combined damper system with emergency damping function.

Коэффициент жесткости для упругого элемента - витой цилиндрической пружины сжатия определяется по соотношению [Яворский Д.М. и др. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. 8- изд. М.:"Оникс", 2006 г. - 1056 с.]:The stiffness coefficient for an elastic element - a twisted cylindrical compression spring is determined by the ratio [Yavorsky DM and other Handbook of physics for engineers and university students. 8th ed. M.: Onyx, 2006 - 1056 p.]:

.

Такую жесткость комбинированный упругий элемент будет иметь при скорости деформации примерно до 1 (м/с), так как при такой скорости деформации жесткостью полой упругой спирали из полимерного материала и жесткостью наружной полой упругой спирали из полимерного материала можно пренебречь по сравнению с жесткостью пружины.The combined elastic element will have such rigidity at a strain rate of up to about 1 (m / s), since at such a strain rate, the rigidity of a hollow elastic spiral made of a polymeric material and the rigidity of an external hollow elastic spiral made of a polymeric material can be neglected in comparison with the spring stiffness.

По той же формуле определим коэффициент жесткости полой упругой спирали из полимерного материала, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью, при скорости деформации 10 (м/с). Он равен K_o=6329 (н/м). Суммарная жесткость системы K=K_р+K_o=7515 (н/м).Using the same formula, we determine the stiffness coefficient of a hollow elastic spiral made of a polymer material filled with a dilatant non-Newtonian fluid at a strain rate of 10 (m / s). It is equal to K _o = 6329 (n / m). The total rigidity of the system K = K _p + K _o = 7515 (n / m).

Как видно, жесткость системы двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования при повышении скорости деформации до 10 (м/с) возросла почти в 7 раз.As can be seen, the stiffness of the two-stage combined damper system with emergency damping function increased almost 7 times with an increase in the strain rate to 10 (m / s).

По той же формуле определим коэффициент жесткости наружной полой упругой спирали из полимерного материала, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью с другим параметрами вязкости, при последующем возрастании скорости деформации - (второй диапазон ударных ускорений) - при скорости деформации 30 (м/с).Using the same formula, we determine the stiffness coefficient of an external hollow elastic spiral made of a polymer material filled with a dilatant non-Newtonian fluid with different viscosity parameters, with a subsequent increase in the strain rate (the second range of shock accelerations) at a strain rate of 30 (m / s).

В качестве дилатантной неньютоновской жидкости наружной полой упругой спирали из полимерного материала может использоваться, например, смесь вискозы, этиленгликоля и кремнезема другой концентрации, подобранная таким образом, что ее жесткость резко возрастает при скорости деформации, например, 30 (м/с) - (второй диапазон ударных ускорений) - и она приобретает свойство твердого упругого тела и начинает выполнять функцию следующей упругой спирали, также подсоединенной параллельно к предшествующей упругой спирали. Для оценки примем в первом приближении значение модуля сдвига данной жидкости G=12 ГПа. Он равен K₁=3124 (н/м).As a dilatant non-Newtonian fluid of an external hollow elastic spiral made of a polymer material, for example, a mixture of viscose, ethylene glycol, and silica of a different concentration can be used, chosen in such a way that its rigidity increases sharply at a strain rate, for example, 30 (m / s) - (second range of shock accelerations) - and it acquires the property of a solid elastic body and begins to fulfill the function of the next elastic spiral, also connected in parallel to the previous elastic spiral. To evaluate, we take, as a first approximation, the shear modulus of a given fluid G = 12 GPa. It is equal to K ₁ = 3124 (n / m).

Суммарная жесткость системы K=K_р+K_o+K₁=10639 (н/м). Отсюда следует, что жесткость системы двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования при повышении скорости деформации до 30 (м/с) возросла практически на порядок.The total rigidity of the system K = K _p + K _o + K ₁ = 10639 (n / m). It follows that the rigidity of the system of a two-stage combined damper with emergency damping function with an increase in the strain rate to 30 (m / s) increased by almost an order of magnitude.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции комбинированного двухступенчатого комбинированного демпфера с функцией аварийного демпфирования позволяет в случае аварийного демпфирования увеличить жесткостные и прочностные свойства системы, что обеспечивает во многих случаях предотвращение аварийных ситуаций.Thus, the use of the proposed design of a combined two-stage combined damper with emergency damping function allows in case of emergency damping to increase the stiffness and strength properties of the system, which in many cases provides the prevention of emergency situations.

Claims

A two-stage combined damper with emergency damping function, made of a metal spring enclosed in an elastic shell, as an elastic shell containing a hollow spiral of polymer material with a closed cavity, which is filled with a dilated non-Newtonian fluid, characterized in that it further comprises an external hollow spiral of polymer material with a closed cavity filled with a dilatant non-Newtonian fluid with other viscosity parameters.