Амортизатор

 

Использование: в устройствах виброзащитной техники и может быть использовано в подвесках сидений тракторов, дорожных и сельскохозяйственных машин для защиты оператора от действия случайных колебаний. Сущность изобретения: амортизатор, содержащий два основания, упругий элемент между основаниями, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе - с источником вибрации, ось, установленный на оси маховик, зубчатую рейку и шестерню, установленную на оси и входящую в зацепление с зубчатой рейкой, причем ось и зубчатая рейка закреплены на противоположных основаниях, отличающийся тем, что он снабжен блоком управления, датчиком скорости, установленным на первом основании, двумя датчиками угловых скоростей, выполненных в виде генератора постоянного тока и механически связанных, соответственно, с шестерней и маховиком, второй зубчатой рейкой, закрепленной на первом основании, второй шестерней, установленной на оси и входящей в зацепление со второй зубчатой рейкой, и двумя фрикционными парами с электромагнитами, причем шестерни установлены на оси с возможностью продольного перемещения и с противоположных сторон маховика, зубчатые рейки пропущены с противоположных сторон оси, взаимодействующие части фрикционных пар закреплены, соответственно, на торцах шестерен и маховика. Датчик скорости и датчик угловых скоростей подключены к входам блока управления, а электромагниты электрически связан с выходами блока управления. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам виброзащитной техники и может быть использовано в подвесках сидений, тракторов, дорожных и сельскохозяйственных машин для защиты человека-оператора от действия случайных колебаний.

Известен амортизатор [1] содержащий упругий элемент, закрепленный между основаниями, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации, ось и установленный на оси маховик, взаимодействующий с первым основанием.

Угловая скорость маховика не пропорциональна относительной скорости оснований и поэтому организовать взаимодействие маховика с объектом на основе оптимального рекуперативного процесса накопления маховиком кинетической энергии и возвращение ее в систему затруднено. Кроме того, использование маховика в качестве ограничителя перемещений оснований приводит к возбуждению ударных нагрузок, передающихся на объект.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому амортизатору является амортизатор [2] содержащий два основания, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации, упругий элемент, размещенный между основаниями, закрепленную на втором основании ось, установленные на ней маховик, шестерню, входящую в зацепление с последней зубчатую рейку, закрепленную на первом основании.

Последовательность накопления маховиком кинетической энергии и возвращение ее в систему не согласуется с направлением скорости объекта и относительной скоростью основания или, пропорциональной ей, угловой скоростью шестерни, т. е. процесс рекуперации кинетической энергии неоптимален - периодически усилия воздействия между маховиком и первым основанием увеличивают скорость объекта.

В результате этого не обеспечивается снижение уровня колебаний объекта по сравнению с уровнем колебаний источника вибрации.

Изобретение решает задачу организации оптимального рекуперативного процесса работы амортизатора, при котором усилия взаимодействия между маховиком и первым основание всегда направлены против движения объекта, уменьшая его скорость, и, тем самым, обеспечивая снижение уровня колебаний объекта по сравнению с уровнем колебаний источника вибрации.

Для этого в амортизаторе, содержащем два основания, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации, упругий элемент, размещенный между основаниями, закрепленную на втором основании ось, установленные на ней маховик, шестерню, входящую в зацепление с последней зубчатую рейку, закрепленную на первом основании, отличием является то, что он снабжен блоком управления, датчиком скорости, установленным на первом основании, двумя датчиками угловых скоростей, выполненными в виде генераторов постоянного тока и механически связанных с шестерней и маховиком, второй зубчатой рейкой, закрепленной на первом основании, второй шестерней, размещенной на оси и входящей в зацепление со второй зубчатой рейкой, закрепленными на торцах маховика двумя фрикционными парами с электромагнитами, причем шестерни установлены с возможностью осевого перемещения и закреплены на торцах соответствующих фрикционных пар, датчики скорости и датчики угловых скоростей подключены к входам блока управления, а электромагниты электрически связаны с выходами блока управления.

На фиг. 1 изображен общий вид амортизатора; на фиг. 2 маховик и зацепление первой шестерни с первой зубчатой рейкой; на фиг. 3 зацепление второй шестерни со второй зубчатой рейкой.

Амортизатор содержит основание 1, предназначенное для связи с объектом, основание 2, предназначенное для связи с источником вибрации, упругий элемент 3, закрепленный между основаниями 1 и 2, ось 4, закрепленную на основание 2, установленный на оси 4 маховик 5, шестерни 6 и 7, установленные на оси 4 с возможностью продольного перемещения, зубчатые рейки 8 и 9, закрепленные на основании 1 и входящие в зацепление, соответственно с шестернями 6 и 7, фрикционные пары 10 и 11 с электромагнитами 12 и 13, блок управления 14, датчик скорости 15, установленный на основании 1, датчики угловых скоростей 16 и 17, выполненные в виде генераторов постоянного тока и механически связанных, соответственно, с шестерней 6 и маховиком 5.

Шестерни 6 и 7 выполнены в виде зубчатых венцов с втулками. Последние выполняют роль подшипников скольжения и соединены с осью 4 посредством шлицевых соединений.

Взаимодействующие части фрикционных пар 10 и 11 выполнены в виде дисков, закрепленных на торцах зубчатых венцов, шестерен 6 и 7 и маховика 5.

Электромагниты 12 и 13 снабжены пружинами, предназначенными для включения фрикционных пар 10 и 11. Пружины зажаты между соответствующими стенками корпусов электромагнитов 12, 13 и втулками шестерен 6 и 7.

Датчик скорости 15 и датчики угловых скоростей 16 и 17 подключены к входам блока управления 14, а электромагниты 12 и 13 электрически связаны с выходами блока управления 14.

Скорость основания 1 отслеживают при помощи датчика скорости 15, который преобразует колебания основания 1 в электрический сигнал U₁.

Сигнал U₁ подается на первый вход блока управления 14.

Датчики угловых скоростей 16 и 17 генерируют электрические сигналы U₂ и U₃ пропорциональные угловым скоростям шестерни 6 и маховика 5. Сигналы U₂ и U₃ подаются на второй и третий входы блока управления 14.

При помощи блока управления 14 сигналы U₁, U₂, U₃ сравниваются по величине и направлению. Полученная информация в виде сигналов U₄, U₅ подается на выходы блока управления 14, где они принимают следующие значения: Здесь U₀ постоянный сигнал.

Если электроклапан 12 обесточен (U₄ 0), то пружина отжимает шестерню 6 в направлении маховика 5, прижимая диск фрикционной пары 10, т.е. фрикционная пара 10 включается в работу.

Если сигнал U₄ U₀, то шестерня 6 притягивается к электромагниту 12, сжимая при этом пружину и разъединяя диск фрикционной пары 10, т.е. фрикционная пара 10 выключается из работы.

Аналогично работает и фрикционная пара 11. При сигнале U₅ 0 электромагнит 13 обесточен и фрикционная пара 11 включается в работу. При сигнале U₅ U₀ электромагнит 13 срабатывает и выключает из работы фрикционную пару 11.

Логика формирования сигналов U₄ и U₅ исключает одновременное включение в работу фрикционных пар 10 и 11, но допускает одновременное их выключение из работы.

Угловая скорость шестерни 6 устанавливается в зависимости от направления и величины относительной скорости оснований . Вращение маховика 5 по отношению шестерни 6 может быть произвольным. Генерируемые датчики угловых скоростей 16 и 17 сигналы U₂ и U₃ принимают положительные значения, если шестерня 6 и маховик 5 вращаются против часовой стрелки так, как это показано на фиг. 2 .

Если разность этих сигналов положительна U₂ U₃>0 или отрицательна U₂ U₃<0, то при включенной в работу фрикционной паре 10 силы трения между ее дисками создают усилия, передаваемые через шестерню 6 и зубчатую рейку 8 на основание 1, направленное, соответственно, вниз или вверх.

Поскольку направление вращения шестерен 6 и 7 противоположно, то при включенной в работу фрикционной паре 11 сила трения между ее дисками создает усилие, передаваемое через шестерню 7 и зубчатую рейку 9 на основание 1, направленное вниз при U₂ + U₃>0 и вверх при U₂ + U₃<0.

и сигнал U₁>0. Если основание 1 движется вниз, то и U₁<0. Отсюда, при включении в работу фрикционной пары 10 или 11, когда U₄ 0 и U₁(U₂ U₃)>0 или U₅ 0 и U₁(U₂ + U₃)>0, передаваемое от маховика 5 на основание 1 усилие всегда направлено против движения объекта и уменьшает его скорость.

Взаимодействие между маховиком 5 и основанием 1 происходит на основе рекуперативного процесса накопления маховиком 4 кинетической энергии и возвращения ее в систему.

В положении статического равновесия, показанном на фиг. 1; маховик 5 не вращается U₃ 0. При движении оснований 1 и 2 вверх (U₁>0), когда скорость основания 2 превышает скорости основания 1, угловая скорость шестерни 6 отрицательна и сигнал U₂<0. В результате на выходе блока управления 14 формируются следующие сигналы: U₄ U₀, U₅ U₀. Под воздействием этих сигналов электромагниты 12 и 13 срабатывают и выключают из работы фрикционные пары 10 и 11, исключая тем самым, увеличение скорости объекта за счет усилий, направленных по движению основания 1 (U₂ U₃<0, U₂ + U₃<0). Cкорость основания 1 изменяется здесь только в результате действия восстанавливающей силы упругого элемента 3.

Когда скорость основания 1 начинает превышать скорость основания 2 и угловая скорость шестерни 6 становится положительной (U₂>0 и U₂ U₃>0) сигнал U₄ на выходе блока управления 14 изменяется (U₄ 0), электромагнит 12 обесточивается и включает в работу фрикционную пару 10.

Силы трения между дисками фрикционной пары 10 раскручивают маховик 5 (U₃>0) и процесс торможения объекта, при передаче усилия на основание 1, сопровождается процессом накопления кинетической энергии маховика 5.

Этот режим сохраняется и при изменении направления скорости основания 2 до тех пор пока относительная скорость оснований 1 и 2 или, что одно и то же, угловая скорость шестерни 6 не достигнет максимума и не начнет уменьшаться.

В этом случае угловая скорость маховика 5 начинает превышать угловую скорость шестерни 6 (U₂ U₃<0) и, если одновременно изменяется направление скорости основания 1 (U₁<0), то сигналы U₄ и U₅ на выходе блока управления 14 не изменяются. Однако, силы трения между дисками фрикционной пары 10 начинают замедлять вращение маховика 5 и процесс торможения объекта, при передаче усилий на основание 1, осуществляется за счет возвращения кинетической энергии маховика 5 в систему. При неустановившемся движении, когда основание 1 еще продолжает движение вверх (U₁>0) на выходе блока управления 14 сигналы U₄ U₀, U₅ 0. Под воздействием этих сигналов электромагнит 12 срабатывает и выключает фрикционную пару 10, а электромагнит 12 обесточен и включает в работу фрикционную пару 11. Здесь силы трения между дисками фрикционной пары 11 по-прежнему замедляют вращение маховика 5 и тормозят движение объекта и, как только, направление скорости основания 1 изменится (U₁<0) устанавливается предыдущий режим работы амортизатора.

Данный рекуперативный процесс сохраняется до тех пор, пока основания 1 и 2 движутся вниз, а скорость основания 2 не превышает по абсолютной величине скорости основания 1 или, что одно и то же, до момента, времени, когда угловая скорость шестерни 6 не начинает вращаться по часовой стрелке, т.е. при U₁<0, U₂>0 и U₂ U₃<0.

2 U₃>0 U₂ + U₃>0 и, поскольку, U₁<0 на выводе блока управления 14 формируется следующие сигналы U₄ U₀, U₅ U₀. Под воздействием этих сигналов электромагниты 12 и 13 срабатывают и выключают из работы фрикционные пары 10 и 11. Скорость основания 1 изменяется здесь только в результате действия восстанавливающей силы упругого элемента 3. В любом случае, как только угловая скорость маховика 5 вновь становится больше угловой скорости шестерни 6 (U₁<0, U₂>0, U₂ U₃<0) устанавливается предыдущий режим работы амортизатора.

Рассмотренная последовательность рекуперативного процесса на интервале движения при U₂>0 повторяется и на последующих интервалах движения при U₂<0 и т.д.

Конструкция амортизатора обеспечивает оптимальный рекуперативный процесс взаимодействия маховика 5 и основания 1 при котором усилия, передаваемые на объект, всегда направлены против движения и уменьшают его скорость. Режимы, при которых усилия увеличивают скорость объекта исключены. Все это позволяет гарантировать снижение уровня колебаний объекта по сравнению с уровнем колебаний источника вибрации.

Формула изобретения

Амортизатор, содержащий два основания, первое из которых предназначено для связи с объектом, второе с источником вибрации, упругий элемент, размещенный между ними, закрепленную на втором основании ось, установленные на ней маховик, шестерню, входящую в зацепление с последней зубчатую рейку, закрепленную на первом основании, отличающийся тем, что он снабжен блоком управления, датчиком скорости, установленным на первом основании, двумя датчиками угловых скоростей, выполненными в виде генераторов постоянного тока и механически связанными с шестерней и маховиком, второй зубчатой рейкой, закрепленной на первом основании, второй шестерней, размещенной на оси и входящей в зацепление с второй зубчатой рейкой, закрепленными на торцах маховика двумя фрикционными парами с электромагнитами, шестерни установлены с возможностью осевого перемещения и закреплены на торцах соответствующих фрикционных пар, датчик скорости и датчик угловых скоростей подключены к входам блока управления, а электромагниты электрически связаны с выходом блока управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3