Управляемая подвеска
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а более конкретно к системам виброзащиты транспортных средств, перевозимых грузов и экипажа. Управляемая подвеска содержит гидроцилиндр, рабочий шток с поршнем, систему управления, две секции последовательно соединенных гидромагистралью баллонов со сжатым газом, состоящих из двух камер, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, на входе каждого баллона установлен демпфер на магнитной жидкости, демпферы снабжены электромагнитами и связаны с системой управления, первая секция подключена к поршневой полости гидроцилиндра, вторая - к штоковой полости гидроцилиндра. В статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости
а в качестве жидкости используется магнитная жидкость с процентным содержанием магнитных частиц 1...10% по объему. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства путем исключения влияния постоянного значения давления в газовой полости подвески на степень снижения перегрузок объекта амортизации, быстродействие и устойчивость функционирования управляемой подвески, а также обеспечение повышенного уровня надежности. 1 ил.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а более конкретно к системам виброзащиты на транспорте.
Известна [1] саморегулируемая пневмогидравлическая рессора, содержащая корпус с цилиндром, в котором размещен шток с поршнем, разделяющим полость цилиндра, и регулятор положения транспортного средства (ТС), резервуар с маслом, накопительный и регулирующий гидроаккумуляторы, замерный, корректирующий и обратный клапаны. Такая рессора обеспечивает за счет изменения величины давления постоянство частот собственных колебаний транспортного средства (ТС) при изменении его загрузки [1]:
где 
z, 
- частота колебаний подрессоренной массы ТС в вертикальном и поперечно-угловом направлениях соответственно;
C pi - жесткость рессоры i-ой оси;
n - количество осей ТС;
Мп - величина подрессоренной массы ТС;
Jп - момент инерции подрессоренной массы относительно продольной оси ТС.
Недостатком известной саморегулируемой пневмогидравлической рессоры является влияние величины давления в газовой полости рессоры на устойчивость к вибрационным и ударным воздействиям при движении ТС по дорогам различной категории с переменными скоростями.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство гашения колебаний объекта, содержащее корпус, рабочий шток с поршнем, плавающий поршень, баллон со сжатым газом, состоящий из двух камер, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, систему управления [2].
Недостатками известного устройства для гашения колебаний объекта являются влияние на эффективность работы, а именно на быстродействие и устойчивость к вибрационным и ударным возмущениям, величины давления газа в камере и наличие подвешенных плавающих поршней, снижающих надежность функционирования систем подобного типа.
Требуемый технический результат - расширение функциональных возможностей устройства путем исключения влияния постоянного значения давления в газовой полости подвески на степень снижения перегрузок объекта амортизации, быстродействие и устойчивость функционирования управляемой подвески при действии вибрационных и ударных возмущений, обусловленных движением ТС по дорогам различной категории с переменными скоростями, а также обеспечение повышенного уровня надежности.
Требуемый технический результат достигается тем, что подвеска, содержащая гидроцилиндр, рабочий шток с поршнем, систему управления, снабжена двумя секциями баллонов со сжатым газом, секции выполнены в виде последовательно соединенных гидромагистралью баллонов, состоящих из двух камер (газовой и жидкостной), разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, на входе которых установлены демпферы на магнитной жидкости, демпферы снабжены электромагнитами и связаны с системой управления, первая секция подключена к поршневой полости гидроцилиндра, вторая - к штоковой полости гидроцилиндра; в статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости (2)
где 
- значение давления газа в 1-ом баллоне секции сжатия в статическом положении;
- значение давления газа в i-ом баллоне секции сжатия в статическом положении;
- значение давления газа в j-ом баллоне секции отбоя в статическом положении;
i - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-ом баллоне и i-ом баллоне секции сжатия;
j - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-ом баллоне секции сжатия и j-ом баллоне секции отбоя;
i, j - номера баллонов в секциях сжатия, отбоя соответственно, а в качестве жидкости используется магнитная жидкость с процентным содержанием магнитных частиц 1...10% по объему.
Диапазон значений безразмерных коэффициентов i и j обусловлен их зависимостью от величины и распределения подрессоренной массы по длине транспортного средства. Приведенные диапазоны коэффициентов i и j позволяют обеспечить регулирование величиной упругой и демпфирующей составляющих усилия, развиваемого подвеской, в 3...5 раз в масштабе времени, близком к реальному, что обеспечит снижение максимальных значений ускорений подрессоренных масс транспортного средства на 20...70% при движении по дорогам I...IV категорий и разведанной местности в диапазоне эксплуатационных скоростей.
Диапазон значений процентного содержания магнитных частиц в жидкости обусловлен необходимостью выбора оптимального сочетания значений безразмерных коэффициентов i и j и концентрации магнитных частиц по объему жидкости с целью обеспечения необходимого диапазона регулирования упругой и демпфирующей составляющими усилия, развиваемого подвеской, за счет работы дросселей. Зависимость демпфирующей составляющей усилия, формируемой в магнитожидкостном демпфере, от концентрации магнитных частиц определяется по следующей формуле (3):
где Н0 - напряженность внешнего магнитного поля, создаваемого электромагнитной обмоткой демпфера;
- электропроводность магнитной жидкости;
0 - вязкость жидкости-носителя;
К - коэффициент, зависящий от формы частиц;
CV - объемная концентрация частиц в магнитной жидкости;
L, В, fДР - геометрические параметры магнитожидкостного демпфера (МЖД);
V - скорость течения магнитной жидкости в рабочих каналах МЖД.
Приведенный диапазон изменения концентрации магнитных частиц в жидкости позволяет в сочетании с конструктивными решениями, реализуемыми в МЖД, обеспечивать регулирование величиной демпфирующего усилия в 3...5 раз, что позволит перераспределять магнитную жидкость между баллонами со сжатым газом, значения давления газа в которых могут отличаться в несколько раз.
Анализ научно-технической литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали устройства с указанной совокупностью признаков. Следовательно, предложение отвечает требованию новизны.
Кроме того, требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, использованием двух секций баллонов, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой на полости с жидкостью и сжатым газом, например азотом, каждая из которых представляет собой ряд последовательно связанных гидромагистралью баллонов, на входе которых установлены демпферы на магнитной жидкости, снабженные электромагнитами и связанные системой управления, первая из секций подключена к штоковой полости гидроцилиндра, а вторая - к поршневой, в статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости
а в качестве жидкости используется магнитная жидкость с процентным содержанием магнитных частиц 1...10% по объему, которая в известной научно-технической литературе неизвестна. Следовательно, предложение отвечает требованию изобретательского уровня.
На чертеже представлена принципиальная схема управляемой подвески. Управляемая подвеска содержит гидроцилиндр 1, рабочий шток с поршнем 2, гидромагистрали 3, соединяющие жидкостные полости 7 баллонов 5, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой на жидкостную 7 и газовую полости 6, со штоковой (А) и поршневой (Б) полостями гидроцилиндра; на гидромагистралях 3 перед каждым баллоном со сжатым газом установлен магнитожидкостный демпфер 4, к которому поступают сигналы от системы управления 8.
Магнитожидкостные демпферы 4 могут быть выполнены в виде, представленном в [3, 4, 6, 7]. Система управления может быть выполнена аналогично системам управления, описанным в [5, 6, 7], управление в ней может осуществляется по одному параметру (например, ускорению) или по нескольким параметрам (например, ускорению, скорости, перемещению, давлению и т.п.), она может включать в свой состав датчики информации (например, датчики ускорений, скоростей, перемещений, давлений и т.п.), усилитель-преобразователь (логическое устройство, усилитель мощности) и исполнительные элементы (например, электромагнитные катушки).
Управляемая подвеска работает следующим образом. При движении транспортного средства на него со стороны опорной поверхности дороги действует возмущение 
. По сигналу от датчиков информации системы управления 8 в магнитожидкостных демпферах 4, установленных на гидромагистралях 3, наводятся электромагнитные поля, которые вызывают изменения эффективной вязкости магнитной жидкости, находящейся в проходном канале каждого магнитожидкостного демпфера, изменение вязкости и перераспределение потока магнитной жидкости между баллонами со сжатым газом осуществляются в соответствии с алгоритмами, позволяющими сформировать рациональные значения упругой и демпфирующей характеристик подвесок транспортного средства и снизить перегрузки объекта амортизации до допустимых величин при движении по дорогам различной категории с переменными скоростями.
Таким образом, благодаря введению двух секций баллонов, разделенных гибкими непроницаемыми перегородками на жидкостные и газовые полости, подключенных жидкостными полостями к штоковой и к поршневой полостям гидроцилиндра с установленными перед баллонами демпферами на магнитной жидкости, управляемыми системой управления, существенно расширяются функциональные возможности предлагаемого устройства, поскольку данная управляемая подвеска позволяет реализовать управление упругой и демпфирующей подвесок составляющими усилия, создаваемого в подвеске, и, таким образом, формировать согласно заданному в системе управления алгоритму рациональные значения упругодемпфирующей характеристики, обеспечивающей надежное снижение перегрузок объекта амортизации транспортного средства при движении по дорогам различных категорий с переменными скоростями движения.
Вместе с тем, при отключении системы управления вязкостью магнитной жидкости возможно формирование усилий по закону, реализуемому на устройстве-прототипе, то есть в частном случае сохраняются функциональные возможности устройства-прототипа.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1134820, F 16 F 5/00. Саморегулируемая пневмогидравлическая рессора. /И.М. Рябов, В.В. Новиков.
2. Авторское свидетельство СССР №1024615, F 16 F 9/50, 1983 г. Устройство для гашения колебаний объекта.
3. Авторское свидетельство СССР №989945, F 16 К 31/02, 1979 г., опубл. в БИ 1982 г., №19. Магнитожидкостный дроссель.
4. Авторское свидетельство СССР №669141, F 16 К 31/02, 1977 г., опубл. в БИ 1979 г., №23. Магнитожидкостный дроссель.
5. Амортизационное устройство. /Рулев С.В., Герасимчук В.В., Савостьянов А.М. и др. Патент на изобретение №2066005. - М.: Роспатент, 1996 г., 12 с.
6. Научно-технический отчет “Виброзащитные системы. Патентные исследования”. НТО-540-14Ф12-33-89 /Савостьянов А.М., Моишеев А.А., Бирюков А.С. и др. - М.: НПО им. А.С. Лавочкина, 1989 г., 241 с., ил.
7. Управляемые магнитожидкостные виброизоляторы. /Рулев С.В., Самсонов В.Н., Савостьянов А.М. и др. - М.: МО, 1988 г., 207 с., ил.
Формула изобретения
Управляемая подвеска, содержащая гидроцилиндр, рабочий шток с поршнем, систему управления, отличающаяся тем, что введены две секции, каждая секция выполнена в виде последовательно соединенных гидромагистралью баллонов со сжатым газом, состоящих из двух камер, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, одна камера сообщена с гидромагистралью и заполнена магнитной жидкостью, а другая камера заполнена сжатым газом, на входе каждого баллона установлен демпфер на магнитной жидкости, демпферы снабжены электромагнитами и связаны с системой управления, первая секция подключена к поршневой полости гидроцилиндра, вторая - к штоковой полости гидроцилиндра, в статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости
где Рсж0,1 - значение давления газа в 1-м баллоне секции сжатия в статическом положении;
Р сж0,i - значение давления газа в i-м баллоне секции сжатия в статическом положении;
Ротб 0,j - значение давления газа в j-м баллоне секции отбоя в статическом положении;
i - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-м баллоне и i-м баллоне секции сжатия, 0< i<3;
j - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-м баллоне секции сжатия и j-м баллоне секции отбоя, 0< j<3;
i, j=1-10, номера баллонов в секциях сжатия, отбоя соответственно,
а в качестве рабочей жидкости используется магнитная жидкость с содержанием магнитных частиц 1...10% по объему.
РИСУНКИ
