RU2234015C1

RU2234015C1 - Shock absorber

Info

Publication number: RU2234015C1
Application number: RU2002131423/11A
Authority: RU
Inventors: В.И. Чернышев (RU); В.И. Чернышев; Е.Е. Прокопов (RU); Е.Е. Прокопов
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: shock absorber has first base, second base, carrying flexible member interposed between the first and second bases, race mounted on the second base, control unit, first velocity pickup mounted on the first base and connected to the first input of the control unit, second velocity pickup mounted on the second base and connected with the second input of the control unit, and controlled valve mounted on the first base and made of a hydraulic cylinder with piston and outlet rod.

EFFECT: enhanced damping efficiency.

2 dwg

Description

Предлагаемый амортизатор относится к устройствам виброзащитной техники и предназначен для защиты от вибрации различных объектов, в частности, может использоваться в сиденьях дорожных и сельскохозяйственных машин для защиты человека-оператора от широкополосного случайного кинематического возмущения.The proposed shock absorber relates to devices of vibration-protecting equipment and is designed to protect various objects from vibration, in particular, it can be used in the seats of road and agricultural machines to protect a human operator from broadband random kinematic disturbances.

Известен амортизатор [1], содержащий два основания, первое из которых предназначено для соединения с объектом, а второе - с источником колебаний, несущий упругий элемент, закрепляемый между основаниями, блок управления, первый датчик скорости, установленный на первом основании и подключенный к первому входу блока управления, управляемый затвор с электроклапаном и опорную шайбу, причем управляемый затвор выполнен в виде гидравлического цилиндра с поршнем и штоком, над- и подпоршневые полости гидравлического цилиндра соединены каналом, а электроклапан встроен в канал и электрически связан с выходом блока управления.Known shock absorber [1], containing two bases, the first of which is intended to be connected to the object, and the second to the oscillation source, carrying an elastic element fixed between the bases, a control unit, a first speed sensor mounted on the first base and connected to the first input the control unit, a controlled shutter with an electrovalve and a support washer, moreover, a controlled shutter is made in the form of a hydraulic cylinder with a piston and a rod, the over- and under-piston cavities of the hydraulic cylinder are connected by a channel, and ektroklapan embedded into the channel and electrically connected to the output of the control unit.

Переключение жесткости несущего упругого элемента не позволяет обеспечить оптимального закона изменения восстанавливающей силы во времени. Это связано с тем, что в момент переключения жесткости восстанавливающая сила несущего упругого элемента не изменяется ступенчато. Кроме того, в момент открытия электроклапана деформации заблокированной и рабочей части несущего упругого элемента различны и поэтому в процессе выравнивания деформаций возникают собственные затухающие колебания несущего упругого элемента и штока, которые непосредственно передаются на объект виброзащиты.Switching the stiffness of the bearing elastic element does not allow to provide the optimal law of change of the restoring force in time. This is due to the fact that at the moment of stiffness switching, the restoring force of the bearing elastic element does not change stepwise. In addition, at the time of opening of the solenoid valve, the deformations of the blocked and working parts of the supporting elastic element are different, and therefore, in the process of leveling the deformations, their own damped vibrations of the supporting elastic element and rod arise, which are directly transmitted to the vibration protection object.

Наиболее близким к предлагаемому амортизатору по технической сущности и достигаемому результату является амортизатор [2], содержащий два основания, первое из которых предназначено для соединения с объектом, а второе с источником колебаний, несущий упругий элемент, закрепляемый между основаниями, блок управления, первый датчик скорости, установленный на первом основании и подключенный к первому входу блока управления, второй датчик скорости, установленный на втором основании и подключенный ко второму входу блока управления, управляемый затвор с электроклапаном, опорную шайбу и первую цилиндрическую пружину, причем управляемый затвор выполнен в виде гидравлического цилиндра с поршнем и штоком, над- и подпоршневые полости гидравлического цилиндра соединены каналом, электроклапан встроен в канал и электрически связан с выходом блока управления, опорная шайба жестко закреплена на штоке, а гидравлический цилиндр установлен на первом основании.The closest to the proposed shock absorber in technical essence and the achieved result is a shock absorber [2], containing two bases, the first of which is designed to connect to the object, and the second with a vibration source that carries an elastic element fixed between the bases, a control unit, the first speed sensor mounted on the first base and connected to the first input of the control unit, a second speed sensor installed on the second base and connected to the second input of the control unit, controlled a shutter with an electrovalve, a support washer and a first cylindrical spring, moreover, the controlled shutter is made in the form of a hydraulic cylinder with a piston and a rod, the over- and piston cavities of the hydraulic cylinder are connected by a channel, the electrovalve is built into the channel and is electrically connected to the output of the control unit, the support washer is rigidly fixed on the stem, and the hydraulic cylinder is mounted on the first base.

Недостатком такого амортизатора является то, что в момент включения в работу цилиндрической пружины ее потенциальная энергия деформации равна нулю. Как следствие, скачкообразное изменение жесткости при включении в работу цилиндрической пружины не обеспечивает соответствующего скачкообразного изменения восстанавливающей силы, что существенно снижает эффективность виброзащиты.The disadvantage of such a shock absorber is that at the time the coil spring is turned on, its potential strain energy is zero. As a result, an abrupt change in stiffness when a coil spring is turned on does not provide a corresponding abrupt change in the restoring force, which significantly reduces the effectiveness of vibration protection.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности работы амортизатора за счет обеспечения ступенчатого (скачкообразного) изменения восстанавливающей силы.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the shock absorber by providing a stepwise (stepwise) change in the restoring force.

Для этого амортизатор, содержащий два основания, первое из которых предназначено для соединения с объектом, а второе с источником колебаний, несущий упругий элемент, закрепляемый между основаниями, блок управления, первый датчик скорости, установленный на первом основании и подключенный к первому входу блока управления, второй датчик скорости, установленный на втором основании и подключенный ко второму входу блока управления, управляемый затвор с электроклапаном, опорную шайбу и первую цилиндрическую пружину, причем управляемый затвор выполнен в виде гидравлического цилиндра с поршнем и штоком, над- и подпоршневые полости гидравлического цилиндра соединены каналом, электроклапан встроен в канал и электрически связан с выходом блока управления, опорная шайба жестко закреплена на штоке, а гидравлический цилиндр установлен на первом основании, дополнительно снабжен закрепленной на втором основании обоймой и второй цилиндрической пружиной, обойма выполнена в виде прямоугольной рамы с перегородкой, в перегородке, в верхней и нижней полках обоймы, выполнены соосные отверстия, шток пропущен через цилиндрические пружины и эти отверстия, опорная шайба закреплена в средней части штока, первая цилиндрическая пружина расположена под опорной шайбой между нижней полкой и перегородкой обоймы, а вторая цилиндрическая пружина расположена над опорной шайбой между верхней полкой и перегородкой обоймы.For this, a shock absorber containing two bases, the first of which is intended to be connected to the object, and the second with a vibration source, carrying an elastic element fixed between the bases, a control unit, a first speed sensor installed on the first base and connected to the first input of the control unit, a second speed sensor mounted on the second base and connected to the second input of the control unit, a controlled shutter with an electrovalve, a support washer and a first coil spring, with a controlled shutter made in the form of a hydraulic cylinder with a piston and a rod, the over- and sub-piston cavities of the hydraulic cylinder are connected by a channel, an electrovalve is integrated in the channel and is electrically connected to the output of the control unit, the support washer is rigidly fixed to the rod, and the hydraulic cylinder is mounted on the first base, additionally equipped with a fixed on the second base, the cage and the second coil spring, the cage is made in the form of a rectangular frame with a partition, in the partition, in the upper and lower shelves of the cage, made coaxial holes Stia, the rod is passed through the coil springs and these openings, the bearing washer is fixed in the middle part of the stem, the first coil spring is located under the support washer between the lower shelf and the baffle holder and a second coil spring disposed over the support washer between the upper shelf and the baffle cage.

На фиг.1 изображен общий вид амортизатора; на фиг.2 - осциллограммы смещений (а), скоростей объекта и источника колебаний (б), а также график восстанавливающей силы (в).Figure 1 shows a General view of the shock absorber; figure 2 - oscillograms of the displacements (a), the velocities of the object and the source of oscillations (b), as well as a graph of the restoring force (c).

Амортизатор содержит первое основание 1, предназначенное для связи с объектом 2, второе основание 3, предназначенное для связи с источником колебаний 4, несущий упругий элемент 5, закрепленный между первым и вторым основаниями 1, 3, обойму 6, установленную на втором основании 3, блок управления 7, первый датчик скорости 8, установленный на первом основании 1 и подключенный к первому входу блока управления 7, второй датчик скорости 9, установленный на втором основании 3 и подключенный ко второму входу блока управления 7, размещенный на первом основании 1 управляемый затвор 10 и две соосно расположенные в обойме 6 цилиндрические пружины 11, 12.The shock absorber contains a first base 1, designed to communicate with the object 2, a second base 3, designed to communicate with the oscillation source 4, bearing an elastic element 5, mounted between the first and second bases 1, 3, a clip 6 mounted on the second base 3, block control 7, the first speed sensor 8, installed on the first base 1 and connected to the first input of the control unit 7, the second speed sensor 9, installed on the second base 3 and connected to the second input of the control unit 7, located on the first AI 1 controlled shutter 10 and two cylindrical springs 11, 12 coaxially located in the holder 6.

Управляемый затвор 10 в гидравлическом исполнении, включает цилиндр 13, поршень 14 с выходным штоком 15, закрепленную в средней части штока 15 опорную шайбу 16, канал 17, соединяющий над- и подпоршневую полость цилиндра 13, и электроклапан 18, встроенный в канал 17 и электрически связанный с выходом блока управления 7.The controlled shutter 10 in hydraulic design includes a cylinder 13, a piston 14 with an output rod 15, a support washer 16 fixed in the middle part of the rod 15, a channel 17 connecting the over- and under-piston cavity of the cylinder 13, and an electrovalve 18 integrated in the channel 17 and electrically associated with the output of the control unit 7.

Обойма 6 выполнена в виде двух стоек 19, закрепленных на втором основании 3, двух полок 20, 21 и перегородки 22 с соосными отверстиями.The holder 6 is made in the form of two racks 19, mounted on a second base 3, two shelves 20, 21 and partitions 22 with coaxial holes.

Цилиндрическая пружина 11 установлена с предварительным натягом между нижней полкой 20 и перегородкой 22 (под опорной шайбой 16), а цилиндрическая пружина 12 установлена с предварительным натягом между верхней полкой 21 и перегородкой 22 (над опорной шайбой 16).A coil spring 11 is preloaded between the lower shelf 20 and the baffle 22 (under the support washer 16), and a coil spring 12 is preloaded between the upper shelf 21 and the baffle 22 (above the support washer 16).

Шток 15 пропущен через цилиндрические пружины 11, 12 и соосные отверстия в полках 20, 21 и перегородке 22.The rod 15 is passed through the coil springs 11, 12 and coaxial holes in the shelves 20, 21 and the partition 22.

Амортизатор работает следующим образом.The shock absorber works as follows.

В процессе кинематического возмущения, исходящего от источника колебаний 4, первое и второе основания 1 и 3 взаимно перемещаются. Восстанавливающая сила, действующая на первое основание 1, формируется несущим упругим элементом 5 и цилиндрическими пружинами сжатия 11, 12. Скорости первого и второго оснований 1 и 3 отслеживаются датчиками скорости 8 и 9, которые генерируют пропорциональные соответствующим скоростям электрические сигналы U1 и U2.In the process of kinematic disturbance emanating from the oscillation source 4, the first and second bases 1 and 3 are mutually displaced. The restoring force acting on the first base 1 is formed by the supporting elastic element 5 and the compression coil springs 11, 12. The speeds of the first and second bases 1 and 3 are monitored by speed sensors 8 and 9, which generate electrical signals U1 and U2 proportional to the corresponding speeds.

Сигнал U1 подается на первый вход блока управления 7, а сигнал U2 - на второй вход блока управления 7.The signal U1 is supplied to the first input of the control unit 7, and the signal U2 is sent to the second input of the control unit 7.

Блок управления 7 сравнивает по величине и знаку сигналы U1, U2 и формирует управляющий сигналThe control unit 7 compares the magnitude and sign of the signals U1, U2 and generates a control signal

который подается на электроклапан 18.which is supplied to the electrovalve 18.

Если управляющий сигнал U=U₀, то электроклапан 18 срабатывает и открывает канал 17 управляемого затвора 10. Поршень 14 со штоком 15 под действием восстанавливающей силы цилиндрических пружин 11 и 12 свободно перемещается относительно первого и второго оснований 1 и 3, поскольку рабочая жидкость не препятствует перемещению поршня 14 и свободно перетекает по каналу 17 из одной полости гидроцилиндра 13 в другую. В результате этого цилиндрические пружины 11 и 12 выключены из работы и восстанавливающая сила амортизатора Рв формируется только несущим упругим элементом 5.If the control signal U = U ₀ , then the electrovalve 18 is activated and opens the channel 17 of the controlled shutter 10. The piston 14 with the rod 15 under the action of the restoring force of the coil springs 11 and 12 moves freely relative to the first and second bases 1 and 3, since the working fluid does not interfere the movement of the piston 14 and flows freely along the channel 17 from one cavity of the hydraulic cylinder 13 to another. As a result of this, the coil springs 11 and 12 are turned off and the restoring force of the shock absorber Pb is formed only by the supporting elastic element 5.

Если управляющий сигнал U=0, то электроклапан 18 обесточивается и перекрывает канал 17 управляемого затвора 10. Рабочая жидкость не перетекает по каналу 17 из одной полости гидроцилиндра 13 в другую и, как следствие, положение поршня 14 и штока 15 фиксируется относительно первого основания 1. В результате, когда относительная скорость (

-

)<0, то дополнительно включается в работу цилиндрическая пружина 11. Восстанавливающая сила амортизатора Рв формируется несущим упругим элементом 5 и цилиндрической пружиной 11. Аналогично, когда относительная скорость (

-

)>0, то дополнительно включается в работу цилиндрическая пружина 12. Восстанавливающая сила амортизатора Рв формируется несущим упругим элементом 5 и цилиндрической пружиной 12. Поскольку цилиндрические пружины 11 и 12 предварительно поджаты, то в момент их включения в работу восстанавливающая сила амортизатора Рв изменяется ступенчато (скачком).If the control signal is U = 0, then the electrovalve 18 is de-energized and closes the channel 17 of the controlled shutter 10. The working fluid does not flow through the channel 17 from one cavity of the hydraulic cylinder 13 to another and, as a result, the position of the piston 14 and the rod 15 is fixed relative to the first base 1. As a result, when the relative velocity (

-

) <0, then a cylindrical spring 11 is additionally included in the operation. The restoring force of the shock absorber Pb is formed by the supporting elastic element 5 and the cylindrical spring 11. Similarly, when the relative velocity (

-

)> 0, then a cylindrical spring 12 is additionally included in the operation. The restoring force of the shock absorber Pb is formed by the supporting elastic element 5 and the cylindrical spring 12. Since the cylindrical springs 11 and 12 are pre-loaded, at the moment of their inclusion in the work, the restoring force of the shock absorber Pb changes stepwise ( leap).

В процессе работы амортизатора в пределах, показанных на фиг.2 интервалов t₁, t₂, t₃, t₄, выделяются четыре периодически повторяющихся априорных ситуации.In the process of operation of the shock absorber within the intervals shown in FIG. 2 of the intervals t ₁ , t ₂ , t ₃ , t ₄ , four periodically repeating a priori situations are distinguished.

Первая априорная ситуация:

·(

-

)<0, причем

>0, a

-

<0. Управляющий сигнал U = U₀. Цилиндрические пружины 11 и 12 выключены из работы. При этом жесткость амортизатора минимальна. В результате скорость первого основания 1, а следовательно, и скорость объекта 2 увеличиваются только за счет действия восстанавливающей силы несущего упругого элемента 5.The first a priori situation:

· (

-

) <0, and

> 0, a

-

<0. Control signal U = U ₀ . The coil springs 11 and 12 are turned off. In this case, the stiffness of the shock absorber is minimal. As a result, the speed of the first base 1 and, consequently, the speed of the object 2 increase only due to the action of the restoring force of the bearing elastic element 5.

Вторая априорная ситуация:

·(

-

)>0, причем

>0, а

-

>0. Управляющий сигнал U=0. Цилиндрическая пружина 12 включается в работу. При этом жесткость амортизатора максимальна, а суммарная восстанавливающая сила Рв изменяется ступенчато (скачком) и направлена против движения первого основания 1 (

>0 - объект движется вверх, Рв<0 - восстанавливающая сила направлена вниз). В результате скорость первого основания 1, а следовательно, и скорость объекта 2 уменьшаются.The second a priori situation:

· (

-

)> 0, moreover

> 0, and

-

> 0. Control signal U = 0. The coil spring 12 is included in the work. In this case, the stiffness of the shock absorber is maximum, and the total restoring force Рв changes stepwise (in steps) and is directed against the movement of the first base 1 (

> 0 - the object moves up, Рв <0 - the restoring force is directed down). As a result, the speed of the first base 1, and therefore the speed of the object 2 is reduced.

Третья априорная ситуация:

-(

-

)<0, причем

<0, a

-

>0. Управляющий сигнал U=U₀. Цилиндрические пружины 11 и 12 выключены из работы. При этом жесткость амортизатора минимальна. В результате скорость первого основания 1, а следовательно, и скорость объекта 2 увеличиваются только за счет действия восстанавливающей силы несущего упругого элемента 5.Third a priori situation:

- (

-

) <0, and

<0, a

-

> 0. Control signal U = U ₀ . The coil springs 11 and 12 are turned off. In this case, the stiffness of the shock absorber is minimal. As a result, the speed of the first base 1 and, consequently, the speed of the object 2 increase only due to the action of the restoring force of the bearing elastic element 5.

Четвертая априорная ситуация:

·[

-

)>0, причем

<0, а

-

<0. Управляющий сигнал U=0. Цилиндрическая пружина 11 включается в работу. При этом жесткость амортизатора максимальна, а суммарная восстанавливающая сила Рв изменяется ступенчато (скачком) и направлена против движения первого основания 1 (

<0 - объект движется вниз, Рв>0 - восстанавливающая сила направлена вверх). В результате скорость первого основания 1, а следовательно, и скорость объекта 2 уменьшаются.Fourth prior situation:

· [

-

)> 0, moreover

<0, and

-

<0. Control signal U = 0. The coil spring 11 is included in the work. In this case, the stiffness of the shock absorber is maximum, and the total restoring force Рв changes stepwise (in steps) and is directed against the movement of the first base 1 (

<0 - the object moves down, Рв> 0 - the restoring force is directed up). As a result, the speed of the first base 1, and therefore the speed of the object 2 is reduced.

Снабжение амортизатора обоймой 6 и второй цилиндрической пружиной 12 позволяет реализовать оптимальный процесс ступенчатого (скачкообразного) изменения восстанавливающей силы амортизатора. При реализуемом алгоритме включений в работу цилиндрических пружин 11 и 12 суммарная восстанавливающая сила изменяется ступенчато (скачком) и на интервалах включения всегда направлена против движения объекта 2.The supply of the shock absorber with a holder 6 and a second cylindrical spring 12 allows you to implement the optimal process of stepwise (spasmodic) changes in the regenerative power of the shock absorber. With the implemented algorithm for switching cylindrical springs 11 and 12 into operation, the total restoring force changes in steps (jumps) and is always directed against the movement of object 2 at the switching intervals.

Это существенно повышает эффективность работы амортизатора.This significantly increases the efficiency of the shock absorber.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР SU №771380, F 16 F 9/06, бюл. №38, 1980.1. USSR copyright certificate SU No. 771380, F 16 F 9/06, bull. No. 38, 1980.

2. Патент на изобретение РФ RU №2184891, F 16 F 9/06, бюл. №2, 2001 (прототип).2. Patent for the invention of the Russian Federation RU No. 2184891, F 16 F 9/06, bull. No. 2, 2001 (prototype).

Claims

A shock absorber containing two bases, the first of which is intended to be connected to the object, and the second to the oscillation source, carrying an elastic element fixed between the bases, a control unit, a first speed sensor mounted on the first base and connected to the first input of the control unit, the second a speed sensor mounted on a second base and connected to the second input of the control unit, a controlled shutter with an electrovalve, a support washer and a first coil spring, and the controlled shutter is made in the form of a hydraulic cylinder with a piston and a rod, the over- and sub-piston cavities of the hydraulic cylinder are connected by a channel, an electrovalve is integrated in the channel and is electrically connected to the output of the control unit, the support washer is rigidly fixed to the rod, and the hydraulic cylinder is mounted on the first base, characterized in that it is additionally equipped with a clip and a second cylindrical spring fixed on the second base, the clip is made in the form of a rectangular frame with a partition, in the partition, in the upper and lower shelves of the clip s coaxial holes, the rod is passed through the coil springs and these openings, the bearing washer is fixed in the middle part of the stem, the first coil spring is located under the support washer between the lower shelf and the baffle holder and a second coil spring disposed over the support washer between the upper shelf and the baffle cage.