Способ гашения вертикальных колебаний объектов
Владельцы патента RU 2399807:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гашения колебаний транспортных средств. Способ осуществляют за счет периодического уменьшения восстанавливающей силы основного пневматического упругого элемента (3) подвески. В начале каждого хода отбоя подводят дополнительную массу газа к дополнительному упругому элементу (4) от автономного источника энергии (7). При этом дополнительно кратковременно создают за счет вспомогательного демпфирующего электромагнитного элемента (5) электромагнитную силу, воздействующую на амортизируемый объект (1). В начале каждого хода сжатия отводят дополнительную массу газа из дополнительного упругого элемента (4) в атмосферу. Достигается повышение демпфирующих свойств пневматической подвески во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гашения колебаний транспортных средств.
Известен способ гашения вертикальных колебаний транспортных средств с пневматической подвеской, описанный в а.с. №261926, М. кл. B60G 11/26, заключающийся в уменьшении восстанавливающей силы основных пневматических упругих элементов путем отведения части их внутренней энергии.
К основным недостаткам способа относится то, что при вынужденных колебаниях амортизированного объекта с большими амплитудами происходит смещение его среднего положения вниз относительно исходного вследствие постоянного аккумулирования энергии сжатого газа в дополнительной емкости в начале каждого хода сжатия, что приводит к уменьшению динамического хода подвески и снижению эффективности гашения колебаний.
Известен также способ гашения вертикальных колебаний объектов с пневматическими упругими элементами, описанный в патенте №2304522 РФ, М. кл. B60G 15/12, F16F 9/05 (прототип), заключающийся в том, что он включает периодическое уменьшение восстанавливающей силы основного пневматического упругого элемента подвески в начале каждого хода отбоя путем подвода дополнительной массы газа к дополнительному упругому элементу от автономного источника энергии и ее отведение из дополнительного упругого элемента в начале каждого хода сжатия в атмосферу.
Основным недостатком данного способа является инерционность процессов создания упругой противодействующей силы дополнительного упругого элемента, что приводит к тому, что непосредственно после смены режима работы подвески упругая сила основного упругого элемента не скомпенсирована за счет упругой силы дополнительного упругого элемента. Это снижает эффективность гашения колебаний объекта, особенно при большом амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих свойств пневматической подвески во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.
Поставленная задача достигается тем, что в способе гашения вертикальных колебаний объектов, включающем периодическое уменьшение восстанавливающей силы основного пневматического упругого элемента подвески в начале каждого хода отбоя путем подвода дополнительной массы газа к дополнительному упругому элементу от автономного источника энергии и ее отведение из дополнительного упругого элемента в начале каждого хода сжатия в атмосферу, согласно изобретению, в начале каждого хода отбоя для периодического уменьшения восстанавливающей силы основного пневматического упругого элемента подвески дополнительно кратковременно создают за счет вспомогательного демпфирующего электромагнитного элемента электромагнитную силу, воздействующую на амортизируемый объект.
На чертеже представлена пневматическая подвеска, которая осуществляет предложенный способ гашения вертикальных колебаний объектов.
Пневматическая подвеска содержит установленные между подрессоренной 1 и неподрессоренной 2 массами основной 3 и дополнительный 4 упругие пневматические элементы, имеющие объемы соответственно «А» и «В», вспомогательный демпфирующий электромагнитный элемент 5.
Для подвода дополнительной массы газа через гибкий трубопровод 6 из ресивера 7 в полость «В» в начале каждого хода отбоя и отвода массы газа в начале каждого хода сжатия в атмосферу предназначен электропневмоклапан (ЭПК) 8. Управление ЭПК 8 производится датчиком относительной скорости 9, который управляет переключением коммутирующего устройства (реле) 10. Полость «В» упругого дополнительного элемента 4 через гибкий трубопровод 6 и ЭПК 8 соединяется в процессе работы или с ресивером 7 транспортного средства, или с атмосферой.
Вспомогательный демпфирующий электромагнитный элемент 5 содержит корпус 11, внутри которого перемещается шток 12, жестко связанный с подрессоренной массой 1, на котором расположен якорь 13 электромагнитного устройства в виде пластины с перфорацией, наконечник 14 и электромагнитное устройство, содержащее магнитопровод 15 с расположенными на нем обмотками 16. Управление вспомогательным демпфирующим электромагнитным элементом 5 производится датчиком относительной скорости 9, который подает сигнал на схему управления электромагнитным устройством 17.
Гашение вертикальных колебаний амортизируемого объекта с помощью предложенного способа осуществляется следующим образом.
В статическом положении пневматической подвески сила тяжести подрессоренной массы уравновешивается только за счет избыточного давления в полости «А», т.е.:
M·g=P10·S1,
где М - масса амортизируемого объекта;
Р10 - давление в полости «А» в статическом положении пневматической подвески;
S1 - эффективная площадь основного упругого элемента;
g - ускорение свободного падения тела.
На ходе сжатия пневматической подвески давление газа в полости «А» возрастает, а в полости «В» за счет ЭПК 8 остается равным атмосферному, т.е. упругая сила подвески определяется упругой силой основного пневматического элемента:
Pупр=Р1·S1.
В начале хода отбоя от датчика относительной скорости 9 подается сигнал на коммутирующее устройство 10, которое соединяет ЭПК 8 с источником энергии и ЭПК 8, включаясь, сообщает полость «В» через трубопровод 6 с ресивером 7, также подается сигнал на схему управления электромагнитным устройством 17.
В начальный период хода отбоя благодаря инерционности процессов распространения волны воздуха по трубопроводу и заполнения полости дополнительного упругого элемента 4 в дополнительном упругом элементе 4 масса газа только начинает увеличиваться, поэтому создается небольшая упругая сила, которая слабо противодействует значительной упругой силе основного упругого пневматического элемента 3. В этот период по сигналу датчика относительной скорости 9 схема управления электромагнитным устройством 17 подключает обмотки 16 электромагнитного устройства к источнику питания, создается электромагнитная сила F(z), зависящая от вертикального перемещения z (промежутка между якорем 13 и магнитопроводом 15) и притягивающая якорь 13 к магнитопроводу 15, воздействуя на подрессоренную массу 1, уменьшает восстанавливающую силу основного пневматического упругого элемента 3. При этом в начальный период хода отбоя электромагнитная сила F(z):
P2·S2<<F(z)≤P1·S1,
где Р2 - текущее давление в полости «В»;
S2 - эффективная площадь дополнительного упругого элемента.
При этом упругая сила подвески:
Pупр≈P1·S1-F(z).
При выходе наконечника 14 штока 12 из зоны обмоток 16 значение электромагнитной силы резко снижается по экспоненциальному закону и обмотки 16 отключаются схемой управления 17 от источника питания. При этом уже осуществлен подвод значительной массы воздуха в полость «В» под давлением Р2 (Р2≤Р1) и на дальнейшем периоде хода отбоя дополнительный упругий элемент оказывает существенное противодействие основному упругому элементу, что приводит к резкому уменьшению упругой силы пневматической подвески на величину P2·S2, т.е.:
Pупр=P1·S1-P2·S2.
В начале очередного хода сжатия ЭПК 8 обесточивается и полость «В» через ЭПК 8 сообщается с атмосферой, что приводит к восстановлению упругой силы пневматической подвески.
Таким образом, создание дополнительно кратковременно за счет вспомогательного демпфирующего электромагнитного элемента электромагнитной силы в начальный период каждого хода отбоя уменьшает упругую силу пневматической подвески до тех пор, пока за счет подвода массы газа из автономного источника дополнительной энергии в полость дополнительного упругого элемента он не станет оказывать существенное противодействие основному упругому элементу. В начале каждого хода сжатия происходит быстрое восстановление упругой силы основного упругого элемента. Все это приводит к интенсивному демпфированию вертикальных колебаний амортизируемого объекта во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.
Способ гашения вертикальных колебаний объектов, включающий периодическое уменьшение восстанавливающей силы основного пневматического упругого элемента подвески в начале каждого хода отбоя путем подвода дополнительной массы газа к дополнительному упругому элементу от автономного источника энергии и ее отведение из дополнительного упругого элемента в начале каждого хода сжатия в атмосферу, отличающийся тем, что в начале каждого хода отбоя для периодического уменьшения восстанавливающей силы основного пневматического упругого элемента подвески дополнительно кратковременно создают за счет вспомогательного демпфирующего электромагнитного элемента электромагнитную силу, воздействующую на амортизируемый объект.
