RU2424124C2

RU2424124C2 - Air shock absorber

Info

Publication number: RU2424124C2
Application number: RU2009112687/11A
Authority: RU
Inventors: Рустам Нуриманович Хамитов (RU); Рустам Нуриманович Хамитов; Геннадий Сергеевич Аверьянов (RU); Геннадий Сергеевич Аверьянов; Юрий Захарович Ковалев (RU); Юрий Захарович Ковалев; Анатолий Борисович Корчагин (RU); Анатолий Борисович Корчагин
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2011-07-20
Also published as: RU2009112687A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to support vibration protection elements for lathe-size structures. Proposed shock absorber comprises cartridge 1 and hub 2 jointed together by elastic flexible element 3, rod 5 coupled with cartridge 1 and correction device arranged inside hub 6. Rod 5 is provided with guide element 7 arranged inside hub 2 and double-sided toothed rack 8. Correction device is arranged inside hub 2 and consists of two motors 9, 10. Gear wheel 12 engaged with first side of toothed rack 8 of rod 5 is fitted on shaft 11 of first motor 9. Gear wheel 14 engaged with second side of toothed rack 8 of rod 5 is fitted on shaft 13 of second motor 10. Motors 9, 10 are coupled with control unit 15.

EFFECT: higher efficiency of damping.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к виброзащитной технике, а именно к опорным виброзащитным элементам для крупногабаритных объектов, в том числе для подвески транспортных средств.The invention relates to vibration protection technology, namely, supporting vibration protection elements for large objects, including for suspension of vehicles.

Известна конструкция пневмоамортизатора, описанная в а.с. №1106936, М. кл. F16F 9/04, содержащая обойму, пуансон, резинокордные диафрагму и догружающую оболочку. В уравновешенном состоянии нагрузка воспринимается только диафрагмой, усилия, создаваемые обеими гофрами догружающей оболочки, уравновешены, оболочка в восприятии нагрузки не участвует. При работе амортизатора догружающая оболочка создает дополнительное усилие, направленное в сторону, противоположную усилию диафрагмы, тем самым уменьшая упругие свойства пневмоамортизатора. Регулирование упругой характеристики происходит за счет изменения давления газа в догружающей оболочке.A known design of a pneumatic shock absorber described in A.S. No. 1106936, M. cl. F16F 9/04, comprising a ferrule, a punch, a rubber cord diaphragm and a loading shell. In a balanced state, the load is perceived only by the diaphragm, the forces created by both corrugations of the loading shell are balanced, the shell is not involved in the perception of the load. During the operation of the shock absorber, the loading shell creates an additional force directed in the direction opposite to the diaphragm force, thereby reducing the elastic properties of the pneumatic shock absorber. The regulation of the elastic characteristic occurs due to a change in the gas pressure in the loading shell.

Однако регулирование упругой характеристики пневмоамортизатора затруднено из-за значительного объема догружающей оболочки.However, the regulation of the elastic characteristics of the pneumatic shock absorber is difficult due to the significant volume of the loading shell.

Известно также устройство пневматического амортизатора, описанное в а.с. №1758308, М. кл. F16F 9/00 (прототип), содержащее обойму, пуансон, соединенные между собой эластичным упругим элементом, установленные коаксиально последним и соосно между собой соленоиды, составной сердечник, жестко соединенный с обоймой, имеющий две магнитных части, установленные на равном расстоянии между катушками соленоидов в положении статического равновесия, и немагнитную проставку между магнитными частями.Also known is a pneumatic shock absorber device described in A.S. No. 1758308, M. cl. F16F 9/00 (prototype) containing a cage, a punch connected to each other by an elastic elastic element, mounted coaxially last and coaxially between each other solenoids, a composite core rigidly connected to the cage, having two magnetic parts mounted at equal distance between the coils of the solenoids in the position of static equilibrium, and a non-magnetic spacer between the magnetic parts.

Основным недостатком устройства является низкая эффективность гашения колебаний амортизируемого объекта в связи с тем, что катушки соленоидов постоянно включены в работу и создают разностное суммарное усилие. Причем непосредственно при смене режимов работы пневматического амортизатора это усилие имеет направление, способствующее развитию колебания. Так, при движении вниз основное усилие, направленное также вниз за счет втягивания магнитного сердечника в катушку, будет создавать нижний электромагнит. При движении амортизируемого объекта вверх за счет энергии упругого эластичного элемента аналогичная ситуация происходит с верхним электромагнитом. Эти явления снижают эффективность гашения колебаний и плавность хода транспортного средства.The main disadvantage of the device is the low efficiency of damping the oscillations of the depreciable object due to the fact that the solenoid coils are constantly included in the work and create a differential total force. Moreover, directly when changing the operating modes of the pneumatic shock absorber, this force has a direction that contributes to the development of oscillations. So, when moving down, the main force, also directed downward by pulling the magnetic core into the coil, will create a lower electromagnet. When the depreciable object moves up due to the energy of the elastic elastic element, a similar situation occurs with the upper electromagnet. These phenomena reduce the damping efficiency and smoothness of the vehicle.

Недостатком является то, что данное устройство может работать только в составе «короткоходовых» амортизаторов при размахе колебаний не более нескольких сантиметров, также соленоиды способны создавать незначительные усилия на сердечнике и при больших массах амортизируемого объекта подобное корректирующее устройство неэффективно. Если при работе возможны перекосы обоймы относительно пуансона, то вследствие этого возможно заклинивание сердечника или его поломка.The disadvantage is that this device can only work as part of "short-stroke" shock absorbers with an oscillation amplitude of not more than a few centimeters, solenoids are also able to create insignificant forces on the core, and such a corrective device is ineffective with large masses of the object to be shocked. If during operation possible misalignment of the holder relative to the punch, then as a result, jamming of the core or its breakage is possible.

Также при ударных нагрузках при быстрых сменах режимов работы пневматического амортизатора корректирующее устройство при значительных индуктивностях соленоидов обладает большой инерционностью и эффективно только при относительно низких частотах колебаний амортизируемого объекта.Also, under shock loads during rapid changes in the operating modes of the pneumatic shock absorber, the corrective device with significant inductances of the solenoids has a high inertia and is effective only at relatively low vibration frequencies of the shock-absorbing object.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности гашения колебаний при значительных размахах колебаний и массе амортизируемого объекта, повышение устойчивости пневматического амортизатора к перекосам, а также повышение быстродействия его работы.The task of the invention is to increase the efficiency of damping fluctuations with a significant range of fluctuations and the mass of the cushioned object, increasing the stability of the pneumatic shock absorber to distortions, as well as increasing the speed of its operation.

Поставленная задача достигается тем, что в известном пневматическом амортизаторе, содержащем обойму, пуансон, соединенные между собой эластичным упругим элементом, шток, соединенный с обоймой, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона, согласно изобретению корректирующее устройство содержит два электродвигателя, имеющих каждый на своем валу зубчатое колесо, шток соединен с обоймой через шарнир Гука, снабжен направляющим элементом внутри пуансона и имеет двухстороннюю зубчатую рейку, зацепляемую с зубчатыми колесами обоих электродвигателей, зубчатые колеса сцеплены с разными сторонами зубчатой рейки штока, а оба электродвигателя соединены с блоком управления.The problem is achieved in that in the known pneumatic shock absorber containing a cage, a punch connected to each other by an elastic elastic element, a rod connected to the cage, a correction device located inside the punch, according to the invention, the correction device contains two electric motors, each having a gear on each shaft the wheel, the rod is connected to the cage through the Hook joint, is equipped with a guiding element inside the punch and has a double-sided gear rack engaged with gears of both x motors, gears are engaged with different sides of the toothed rack rod, and both are connected to the motor control unit.

Электродвигатели могут быть асинхронными. В этом случае блок управления содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения объекта, формирователь сигнала скорости объекта, устройство разделения сигнала управления, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности и формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности, причем выходы формирователя трехфазного напряжения прямой последовательности соединены со статорными обмотками первого асинхронного электродвигателя, а выходы формирователя трехфазного напряжения обратной последовательности соединены со статорными обмотками второго асинхронного электродвигателя.Electric motors can be asynchronous. In this case, the control unit comprises an object displacement converter, an object speed signal generator, a control signal separation device, the outputs of which are connected to a three-phase voltage generator of a direct sequence and a three-phase voltage generator of a negative sequence, the outputs of a three-phase voltage generator of a direct sequence connected to the stator windings of the first asynchronous electric motor, and the outputs of the shaper are three-phase of the reverse sequence voltage connected to the stator windings of the second induction motor.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 представлен предложенный пневматический амортизатор;figure 1 presents the proposed pneumatic shock absorber;

на фиг.2 представлен поперечный разрез А-А на фиг.1 предложенного пневматического амортизатора;figure 2 presents a cross section aa in figure 1 of the proposed pneumatic shock absorber;

на фиг.3 приведена структурная схема блока управления;figure 3 shows the structural diagram of the control unit;

на фиг.4 приведена упругодемпфирующая характеристика пневматического амортизатора.figure 4 shows the elastic damping characteristic of a pneumatic shock absorber.

Пневматический амортизатор содержит обойму 1, пуансон 2, соединенные между собой эластичным упругим элементом 3, образующие упругий элемент 4, заполненный сжатым газом (или воздухом), шток 5, соединенный с обоймой 1 с помощью шарнира Гука 6, снабженный направляющим элементом 7 внутри пуансона 2, имеет двухстороннюю зубчатую рейку 8, корректирующее устройство, размещенное внутри пуансона 2, состоящее из двух электродвигателей 9 и 10. На валу 11 первого электродвигателя 9 расположено зубчатое колесо 12, зацепляемое с первой стороной зубчатой рейки 8 штока 5. На валу 13 второго электродвигателя 10 расположено зубчатое колесо 14, зацепляемое со второй стороной зубчатой рейки 8 штока 5. Электродвигатели 9 и 10 соединены с блоком управления 15.The pneumatic shock absorber comprises a ferrule 1, a punch 2, interconnected by an elastic elastic element 3, forming an elastic element 4 filled with compressed gas (or air), a rod 5 connected to the ferrule 1 by means of a Hook 6, provided with a guiding element 7 inside the punch 2 has a double-sided gear rack 8, a correction device located inside the punch 2, consisting of two electric motors 9 and 10. On the shaft 11 of the first electric motor 9 there is a gear wheel 12 engaged with the first side of the gear rack 8 w eye 5. On the shaft 13 of the second motor 10 is arranged gear wheel 14 engages a second side of the rack shaft 5. Electric motors 8 and 10 9 are connected to the control unit 15.

Наиболее предпочтительно использовать в качестве электродвигателей 9 и 10 асинхронные электродвигатели, т.к. они наиболее простые по конструкции по обслуживанию в процессе эксплуатации, наиболее дешевы по стоимости по сравнению с электродвигателями других типов. В этом случае блок управления 15 содержит соединенные последовательно преобразователь перемещения 16 объекта, формирователь сигнала скорости 17 объекта, устройство разделения сигнала управления 18, выходы которого соединены с формирователем трехфазного напряжения прямой последовательности 19 и формирователем трехфазного напряжения обратной последовательности 20, причем выходы формирователя трехфазного напряжения прямой последовательности 19 поданы на статорные обмотки первого асинхронного электродвигателя 9, а выходы формирователя трехфазного напряжения обратной последовательности 20 поданы на статорные обмотки второго асинхронного электродвигателя 10. It is most preferable to use asynchronous motors as electric motors 9 and 10, since they are the simplest in design for maintenance during operation, the cheapest in cost compared to other types of electric motors. In this case, the control unit 15 comprises an object displacement transducer 16 connected in series, an object speed signal shaper 17, a control signal separation device 18, the outputs of which are connected to a three-phase voltage generator of the forward sequence 19 and three-phase voltage generator of the reverse sequence 20, the outputs of the three-phase voltage generator sequences 19 are applied to the stator windings of the first induction motor 9, and the outputs of the shaper tr hfaznogo negative sequence voltage 20 fed to the second stator winding of the induction motor 10.

Пневматический амортизатор работает следующим образом.Pneumatic shock absorber works as follows.

В статическом положении пневматического амортизатора и при колебаниях с малой амплитудой сила тяжести амортизируемого объекта уравновешивается только за счет избыточного давления Р_ст сжатого газа упругого элемента 4 в соответствии с рабочей характеристикой упругого элемента «а-д-в» (Фиг.4), т.е.:In the static position of the pneumatic shock absorber and with fluctuations with a small amplitude, the gravity of the shock-absorbing object is balanced only due to the excess pressure P _{article of the} compressed gas of the elastic element 4 in accordance with the operating characteristic of the elastic element "a-d-c" (Figure 4), t. e .:

M×g=Р_ст,M × g = P _article

где М - масса амортизируемого объекта;where M is the mass of the depreciable object;

g - ускорение свободного падения тела.g is the acceleration of gravity of the body.

При колебаниях амортизируемого объекта происходит вертикальное смещение обоймы 1 с амортизируемым объектом относительно пуансона 2. При движении обоймы 1 и штока 5 вниз осуществляется процесс сжатия газа в упругом элементе 4. При этом блок управления 15 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 9 формирователь трехфазного напряжения прямой последовательности 19. При этом ротор электродвигателя 9 вращается в одном направлении. За счет зацепления зубчатого колеса 12 вала 11 ротора электродвигателя 9 с одной стороной зубчатой рейки 8 штока 5 на нем создается электромагнитное усилие, противодействующее его перемещению вниз. Это усиливает жесткостные характеристики пневматического амортизатора, характеристика нагружения на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «а-б-в») находится выше характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-д-в»). Электромагнитная сила электродвигателя противодействует совместно с упругой силой сжатого газа перемещению штока 5 и амортизируемого объекта, при этом снижается ход перемещения амортизируемого объекта вниз и аккумулирование энергии упругого элемента 4 за счет сжатия газа.With fluctuations of the cushioned object, the cage 1 is vertically displaced with the cushioned object relative to the punch 2. When the cage 1 and rod 5 move downward, the gas is compressed in the elastic element 4. In this case, the control unit 15 connects the three-phase voltage generator of direct sequence 19 to the stator windings of the electric motor 9 . In this case, the rotor of the electric motor 9 rotates in one direction. Due to the engagement of the gear wheel 12 of the shaft 11 of the rotor of the electric motor 9 with one side of the gear rack 8 of the rod 5, an electromagnetic force is created on it, counteracting its movement down. This enhances the stiffness characteristics of the pneumatic shock absorber, the loading characteristic on the elastic-damping characteristic of the pneumatic shock absorber (curve "a-b-c") is higher than the characteristic of the elastic element 4 (curve "a-d-c"). The electromagnetic force of the electric motor, together with the elastic force of the compressed gas, counteracts the movement of the rod 5 and the shock-absorbing object, while the travel of the shock-absorbing object downward and the energy storage of the elastic element 4 are reduced due to gas compression.

При движении обоймы 1 и штока 5 вверх осуществляется процесс расширения газа. При этом блок управления 15 подключает к статорным обмоткам электродвигателя 10 формирователь трехфазного напряжения обратной последовательности 20. При этом ротор электродвигателя 10 вращается в другом направлении. За счет зацепления зубчатого колеса 14 вала 13 ротора электродвигателя 10 со второй стороной зубчатой рейки 8 штока 5 на нем создается электромагнитное усилие, противодействующее его перемещению вверх. Это усиливает демпфирующие характеристики пневматического амортизатора, характеристика разгрузки на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «в-г-а») находится ниже характеристики упругого элемента 4 (кривая «а-д-в»). Электромагнитная сила электродвигателя противодействует упругой силе сжатого газа, при этом снижается ход перемещения амортизируемого объекта вверх и энергия колебаний, возвращаемая упругим элементом обратно амортизируемому объекту. Площадь петли «а-б-в-г» на упругодемпфирующей характеристике отражает рассеянную пневматическим амортизатором механическую энергию одного колебания амортизируемого объекта.When the cage 1 and the rod 5 move upward, the gas expansion process is carried out. In this case, the control unit 15 connects to the stator windings of the electric motor 10 a reverse phase three-phase voltage generator 20. In this case, the rotor of the electric motor 10 rotates in the other direction. Due to the engagement of the gear wheel 14 of the shaft 13 of the rotor of the electric motor 10 with the second side of the gear rack 8 of the rod 5, an electromagnetic force is created on it, counteracting its upward movement. This enhances the damping characteristics of the pneumatic shock absorber, the discharge characteristic on the elastic-damping characteristic of the pneumatic shock absorber (curve “d-d”) is below the characteristic of elastic element 4 (curve “d-d”). The electromagnetic force of the electric motor counteracts the elastic force of the compressed gas, while the course of the shock-absorbing object moving upward and the oscillation energy returned by the elastic element back to the shock-absorbing object are reduced. The area of the loop “a-b-c-d” on the elastic-damping characteristic reflects the mechanical energy scattered by the pneumatic shock absorber of one vibration of the shock-absorbing object.

За счет введения шарнира Гука, связывающего обойму 1 со штоком 5, и направляющего элемента 7 для штока 5 внутри пуансона 2 могут быть снижены требования к перекосам обоймы относительно пуансона, пневматический амортизатор останется при этом работоспособным.By introducing the Hook hinge connecting the yoke 1 to the stem 5, and the guide member 7 for the yoke 5 inside the punch 2, the requirements for skewing of the yoke relative to the punch can be reduced, while the pneumatic shock absorber will remain operational.

Блок управления 15 работает следующим образом.The control unit 15 operates as follows.

При незначительных колебаниях амортизируемого объекта, когда их размах не превышает определенного порогового значения Z_пор, корректирующее устройство в работе не участвует, в гашении колебаний участвует только упругий элемент 4. При значительных колебаниях амортизируемого объекта блок управления подключает в работу корректирующее устройство. В соответствии с сигналом преобразователя перемещения 16 объекта формирователь 17 сигнала скорости объекта образует разнополярные сигналы, при перемещении объекта вниз формируется сигнал положительной полярности, а при перемещении объекта вверх - сигнал отрицательной полярности. Устройство разделения управления 18 в зависимости от знака сигнала формирует управляющее воздействие на включение разных формирователей трехфазного напряжения и на их подключение к статорным обмоткам соответствующих электродвигателей.With insignificant fluctuations of the depreciable object, when their range does not exceed a certain threshold value of Z _pore , the correction device does not participate in the work, only elastic element 4 is involved in the damping of oscillations. With significant fluctuations of the depreciable object, the control unit connects the correction device. In accordance with the signal of the object displacement transducer 16, the object speed signal generator 17 generates bipolar signals, when the object is moved down, a signal of positive polarity is generated, and when the object is moved up, a signal of negative polarity is generated. The control separation device 18, depending on the sign of the signal, generates a control action on the inclusion of different three-phase voltage drivers and on their connection to the stator windings of the corresponding electric motors.

При сжатии газа в упругом элементе 4 формирователь 17 сигнала скорости объекта подает положительный сигнал на устройство разделения управления 18, которое включает в работу формирователь трехфазного напряжения прямой последовательности 19, подключая его силовые выходы к статорным обмоткам электродвигателя 9. При этом на штоке 5 создается противодействующая осевая сила, направленная вверх и увеличивающая жесткостные свойства пневматического амортизатора. Электродвигатель 10 при этом обесточен.When gas is compressed in the elastic element 4, the object speed signal driver 17 provides a positive signal to the control separation device 18, which turns on the three-phase voltage generator of the direct sequence 19, connecting its power outputs to the stator windings of the electric motor 9. In this case, an opposing axial axis is created on the rod 5 the force directed upward and increasing the stiffness of the pneumatic shock absorber. The motor 10 is thus de-energized.

При расширении газа в упругом элементе 4 формирователь 17 сигнала скорости объекта подает отрицательный сигнал на устройство разделения управления 18, которое включает в работу формирователь трехфазного напряжения обратной последовательности 20, подключая его силовые выходы к статорным обмоткам электродвигателя 10. При этом на штоке 5 этом создается противодействующая осевая сила, направленная вниз и увеличивающая демпфирующие свойства пневматического амортизатора. Электродвигатель 9 при этом обесточен.When the gas expands in the elastic element 4, the object speed signal driver 17 provides a negative signal to the control separation device 18, which turns on the reverse phase three-phase voltage generator 20, connecting its power outputs to the stator windings of the electric motor 10. In this case, a counteraction is created on the rod 5 axial force directed downward and increasing the damping properties of the pneumatic shock absorber. The electric motor 9 is thus de-energized.

Таким образом, введение двух электродвигателей, работающих в тормозном режиме, в корректирующее устройство позволяет снизить размах колебаний амортизируемого объекта при его значительной массе. Также каждый электродвигатель работает только при одном режиме пневматического амортизатора (ходе сжатия или ходе отбоя), что позволяет быстро включаться в работу, особенно при ударных нагрузках. При изменении параметров напряжения формирователей трехфазного напряжения можно получать разные усилия на штоке и регулировать, таким образом, упругодемпфирующую характеристику пневматического амортизатора. За счет введения шарнира Гука могут быть снижены требования к возникновению перекосов обоймы относительно пуансона при работе пневматического амортизатора. Использование предлагаемого пневматического амортизатора позволяет повысить эффективность гашения колебаний и плавность хода транспортного средства, а также улучшает условия работы экипажа и обеспечивает требуемую сохранность спецгрузов при транспортировке.Thus, the introduction of two electric motors operating in a braking mode into a corrective device allows to reduce the amplitude of oscillations of the shock-absorbing object with its considerable mass. Also, each electric motor works only with one mode of pneumatic shock absorber (during compression or during rebound), which allows you to quickly get into operation, especially under shock loads. When changing the voltage parameters of the three-phase voltage formers, it is possible to obtain different forces on the rod and thus adjust the elastic-damping characteristic of the pneumatic shock absorber. By introducing the Hook hinge, the requirements for the occurrence of misalignment of the cage relative to the punch during operation of the pneumatic shock absorber can be reduced. The use of the proposed pneumatic shock absorber improves the damping and smoothness of the vehicle, and also improves the working conditions of the crew and ensures the required safety of special cargo during transportation.

Claims

1. A pneumatic shock absorber containing a cage, a punch connected to each other by an elastic elastic element, a rod connected to a cage, a correction device located inside the punch, characterized in that the correction device contains two electric motors, each having a gear wheel on its shaft, the rod is connected with a clip through the Hook joint, equipped with a guide element inside the punch and has a double-sided gear rack engaged with the gears of both electric motors, the gears are engaged with bubbled sides toothed rack rod, and both are connected to the motor control unit.

2. The pneumatic shock absorber according to claim 1, characterized in that the asynchronous electric motors, the control unit comprises an object displacement transducer, an object speed signal shaper, a control signal separation device, the outputs of which are connected to a three-phase voltage generator of a direct sequence and a three-phase voltage generator of a negative sequence moreover, the outputs of the three-phase voltage generator of a direct sequence are connected to the stator winding the first asynchronous electric motor, and the outputs of the three-phase voltage generator of the reverse sequence are connected to the stator windings of the second asynchronous electric motor.