Гидравлическая виброопора
Изобретение относится к машиностроению. Виброопора содержит заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом. В корпусе закреплена разделительная перегородка, выполненная с кольцевой полостью и дроссельными каналами. Рабочая камера ограничена опорной платой с закрепленным на ней вытеснителем и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной. В средней части разделительной перегородки выполнены каналы диффузорного типа. Вытеснитель выполнен в виде тела вращения, ограниченного верхней и нижней горизонтальными плоскостями. Перегородка имеет осевой канал, внутренняя поверхность которого выполнена конической с нарезанной на ней винтовой канавкой. Между поддоном и эластичной мембраной размещен упругий элемент, жесткость которого равна жесткости пневматической пружины, образованной воздушной полостью. Каждый из виброизоляторов выполнен в виде двух упругих колец, соединенных между собой двумя упругими диаметрально расположенными элементами со сквозным центральным пазом. Полости, образованные упругими кольцами, заполнены упругодемпфирующим сетчатым элементом, выполненным армированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном. Достигается улучшение демпфирующих характеристик виброопоры. 4 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидравлическим виброопорам, применяемым для демпфирования вибраций, создаваемых работающими силовыми агрегатами транспортных средств стационарных энергетических установок.
Известна гидравлическая виброопора, содержащая заполненную демпфирующей жидкостью рабочую камеру, ограниченную корпусом, поддоном, эластичной обечайкой и опорной платой по патенту РФ №2313704, МПК F16F 5/00, F16F 9/10 - прототип.
Недостатком известной виброопоры является сравнительно невысокая эффективность из-за того, что она слабо демпфирует энергию колебаний при низких температурах, что вызвано неньютоновскими свойствами демпфирующей жидкости. Для обеспечения качественного демпфирования во всех режимах необходимо интенсивное движение жидкости по кольцеобразному каналу, которое возникает при наличии в ней неньютоновских свойств, т.е. когда скорость сдвиговой деформации превышает определенное критическое значение.
Технический результат - улучшение демпфирующих характеристик виброопоры, особенно при низких температурах окружающей среды, уменьшение жесткости виброопоры, особенно при возрастании амплитуды давления, приложенного к опорной плате, а также увеличение диссипации энергии колебаний.
Это достигается тем, что в гидравлической виброопоре, содержащей заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, выполненной с полостью и дроссельными каналами, сообщающими полость с указанными камерами, из которых рабочая камера ограничена опорной платой с закрепленным на ней вытеснителем, и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной, причем полость выполнена кольцевой, дроссельные каналы выполнены тангенциально примыкающими к полости и к камерам, при этом в средней части разделительной перегородки выполнены каналы диффузорного типа, сообщающие камеры и обращенные диффузорами в сторону, противоположную компенсационной камере, периферийная часть которой выполнена торообразной формы и тангенциально примыкающей к этим каналам, вытеснитель выполнен в виде тела вращения, ограниченного верхней и нижней горизонтальными плоскостями, а его боковая поверхность образована сопряженными конической и тороидальной поверхностями, что позволяет обеспечить плавность хода при посадке объекта на упоры, а перегородка имеет осевой канал, внутренняя поверхность которого выполнена конической с вершиной конуса, обращенной в сторону опорной платы, а на конической поверхности канала нарезана винтовая канавка, которая организует повышенное диссипативное препятствие выходу циркулирующих в торообразной части компенсационной камеры потоков жидкости, входящих в камеру через каналы, при этом между поддоном и эластичной мембраной размещен упругий элемент, жесткость которого равна жесткости пневматической пружины, образованной воздушной полостью.
На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемой гидравлической виброопоры; на фиг. 2 - вид в плане разделительной перегородки виброопоры; на фиг. 3 представлена фронтальная проекция тарельчатого равночастотного элемента с сетчатым демпфером, на фиг. 4 - вид сверху фиг. 3.
Гидравлическая виброопора содержит герметично закрытую рабочую камеру 1, ограниченную эластичной обечайкой 2 и опорной платой 3 и заполненную демпфирующей жидкостью. Рабочая камера посредством дроссельных каналов 4а и 4б, не являющихся продолжением друг друга и диффузорных каналов 5, расположенных, соответственно, в периферийной и средней частях разделительной перегородки 6, установленной в корпусе 7, сообщена с компенсационной камерой 8, ограниченной снизу эластичной мембраной 9, отделяющей демпфирующую жидкость от воздушной полости 10 и уплотненную в корпусе 7 посредством поддона 11, предохраняющего мембрану 9 от механических повреждений.
Между поддоном 11 и эластичной мембраной 9 размещен упругий элемент 15, жесткость которого равна жесткости пневматической пружины, образованной воздушной полостью 10.
Разделительная перегородка 6 содержит кольцевую полость 12, тангенциально или близко в тангенциальном направлении примыкающую к дроссельным каналам 4 (4а и 4б) и выполненную в периферийной части перегородки. Часть кольцевой полости 12 может быть выполнена выходящей в корпус 7. Компенсационная камера 8 состоит из центральной 8а и периферийной 8б частей. Периферийная часть 8б выполнена торообразной или близкой к ней.
Рабочая камера 1 содержит закрепленный к опорной плате 3 вытеснитель 13, выполненный в виде тела вращения, ограниченного верхней и нижней горизонтальными плоскостями, а боковая поверхность вытеснителя 13 образована сопряженными конической и тороидальной поверхностями, что позволяет обеспечить плавность хода при посадке объекта на упоры.
Перегородка 6 имеет осевой канал 14, внутренняя поверхность которого выполнена конической с вершиной конуса, обращенной в сторону опорной платы 3, а на конической поверхности канала 14 нарезана винтовая канавка (не показан), которая организует повышенное диссипативное препятствие выходу циркулирующих в торообразной части 8б компенсационной камеры потоков жидкости, входящих в камеру через каналы 4б и 5.
Диффузоры 5а каналов 5 обращены в сторону рабочей камеры 1. Диаметр расположения каналов 5 соответствует внутреннему диаметру тора 8б так, что торообразная часть компенсационной камеры 8 тангенциально или близко в тангенциальном направлении примыкает к каналам 5.
Оси каналов 4 (4а и 4б) и/или каналов 5 расположены непараллельно центральной оси виброопоры, т.е. под углом (углами) к горизонтальной плоскости перегородки 6. В основном варианте конструкции оси каналов 4а и 4б и 5 наклонены в одну сторону (по часовой или против часовой стрелки).
Упругий элемент 15 выполнен в виде тарельчатого равночастотного элемента с сетчатым демпфером (фиг. 3 и фиг. 4) и содержит, по крайней мере два упругих, расположенных осесимметрично и в параллельных плоскостях кольца, внешнего 26 и внутреннего 27, жестко соединенных между собой посредством, по крайней мере, двух симметричных упругих, диаметрально расположенных элементов 28 и 29 со сквозным центральным пазом 30 и 16, симметрично расположенным внутри элемента. Боковые поверхности паза сопряжены по концам с поверхностями, образованными сквозными отверстиями 17, 18, 19, 20, соответственно расположенными на внешнем 26 и внутреннем 27 кольцах. Элементы 28 и 29, соединяющие внешние и внутренние кольца, имеют линии изгиба 21, 22, 23, 24 и могут быть закреплены на них также посредством сварки, например контактной, или крепежными резьбовыми элементами, или как клеевое соединение.
Полости, образованные внешним 26 и внутренним 27 упругими, расположенными осесимметрично и в параллельных плоскостях кольцами, заполнены упругодемпфирующим сетчатым элементом 25, выполненным армированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
Гидравлическая виброопора работает следующим образом.
В начальное время работы виброопоры, при малых амплитудах внешних вибронагрузок заполняющая рабочую 1 и компенсационную 8 камеры демпфирующая жидкость, представляющая собой коллоидную суспензию различных высокомолекулярных соединений, ведет себя как неньютоновская жидкость. Ее вязкость является функцией не только давления и температуры, но и скорости сдвига одних слоев относительно других. Поэтому при действии на опорную плату 3 слабого вибросигнала, имеющего в первом полупериоде направление действия силы, например вниз, опорная плата 3 будет перемещаться в том же направлении, повышая давление одновременно в рабочей и компенсационной камерах, так как неньютоновская жидкость также несжимаема, как и ньютоновская. Пока предельное напряжение сдвига не достигло критической величины, протекание демпфирующей жидкости через дроссельные каналы 4 и кольцевую полость 12 затруднено из-за значительной ее вязкости. Но на выходах диффузорных каналов 5 процессы иные. Благодаря резким границам раздела сред на нижней стороне разделительной перегородки 6, даже при незначительном повышении давления на опорную плату 3 в первом полупериоде входного вибровоздействия, у острых кромок этих отверстий возникают резкие градиенты сдвиговых напряжений неньютоновской жидкости, вызывающие, в свою очередь, возрастание сдвиговой скорости слоев относительно друг друга. При выполнении каналов 5 в виде диффузоров, малыми основаниями направленными в компенсационную камеру 8, скорость сдвиговой деформации значительно возрастает, и пространственная структура вязкопластичной неньютоновской среды в этом месте камеры разрушается.
В первом полупериоде входного воздействия, когда направления векторов статической и динамической нагрузок совпадают, движение демпфирующей жидкости через диффузорные каналы 5 осуществляется из рабочей 1 камеры в компенсационную 8. Поскольку каналы 5 выполнены диффузорного типа, направленные диффузорами 5а в рабочую камеру 1, то на выходе потока демпфирующей жидкости в компенсационную камеру 8 неизбежно возникают турбулентные потоки. Они являются основой для создания вихревых шнуров, которые направлены тангенциально к внутренней поверхности тора 8а. Поэтому в тех сечениях тора, которые соответствуют выходам в компенсационную камеру 8 диффузорных каналов 5, возникают вихревые шнуры демпфирующей жидкости, распространяющиеся по спиралеобразной траектории. Верхняя поверхность тора 8а ограничена перегородкой 6. Поэтому возникающие в компенсационной камере турбулентные и вихревые потоки, скользящие по поверхности перегородки 6, обращенной к тору 8а, вызывают понижение местного давления, которое способствует отсосу демпфирующей жидкости из рабочей камеры 1. Это значит, что гидравлическое сопротивление потоку демпфирующей жидкости из рабочей 1 в компенсационную 8 камеры снижается и, следовательно, понижается жесткость гидравлической виброопоры в целом.
Во втором полупериоде направления векторов статической и динамической нагрузок находятся в противофазе. В этом случае опорная плата 3 перемещается вертикально вверх, объем рабочей камеры 1 увеличивается, и демпфирующая жидкость через дроссельные каналы 4 и диффузоры 5а из компенсационной камеры 8 начинает поступать в рабочую. Поскольку диффузоры 5а в перегородке 6 имеют прямой выход в рабочую камеру, то поток демпфирующей жидкости здесь не образует турбулентных участков. Ламинарный поток при входе в рабочую камеру вырождается на конвективные составляющие, скорость которых относительно перегородки 6 значительно ниже, чем в турбулентных потоках в компенсационной камере. Следовательно, и сопротивление потоку демпфирующей жидкости в рабочую камеру во втором полупериоде будет превышать сопротивление потоку через эти же каналы в компенсационную камеру в первом полупериоде.
Выполнение в средней части перегородки сквозных каналов 3 диффузорного типа, обращенных диффузорами 5а в сторону, противоположную компенсационной камере (в сторону рабочей камеры), позволяет даже при малых амплитудах входного вибровоздействия и при низких температурах окружающей среды достигать предельного напряжения сдвига демпфирующей жидкости, что значительно ускоряет процесс перехода виброопоры в рабочее состояние, а также увеличивает линейную часть амплитудно-частотной характеристики виброопоры и снижает нелинейные искажения выходного сигнала.
Тарельчатый равночастотный элемент с сетчатым демпфером работает следующим образом.
При колебаниях виброизолируемого объекта, установленного через отверстие на внутреннее кольцо 27, обеспечивается пространственная виброзащита и защита от ударов, а упругодемпфирующим сетчатым элементом 25 обеспечивается в системе демпфирование.
Гидравлическая виброопора, содержащая заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, выполненной с полостью и дроссельными каналами, сообщающими полость с указанными камерами, из которых рабочая камера ограничена опорной платой с закрепленным на ней вытеснителем и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной, причем полость выполнена кольцевой, дроссельные каналы выполнены тангенциально примыкающими к полости и к камерам, при этом в средней части разделительной перегородки выполнены каналы диффузорного типа, сообщающие камеры и обращенные диффузорами в сторону, противоположную компенсационной камере, периферийная часть которой выполнена торообразной формы и тангенциально примыкающей к этим каналам, вытеснитель выполнен в виде тела вращения, ограниченного верхней и нижней горизонтальными плоскостями, а его боковая поверхность образована сопряженными конической и тороидальной поверхностями, что позволяет обеспечить плавность хода при посадке объекта на упоры, а перегородка имеет осевой канал, внутренняя поверхность которого выполнена конической с вершиной конуса, обращенной в сторону опорной платы, а на конической поверхности канала нарезана винтовая канавка, которая организует повышенное диссипативное препятствие выходу циркулирующих в торообразной части компенсационной камеры потоков жидкости, входящих в камеру через каналы, при этом между поддоном и эластичной мембраной размещен упругий элемент, жесткость которого равна жесткости пневматической пружины, образованной воздушной полостью, отличающаяся тем, что каждый из виброизоляторов выполнен в виде по крайней мере двух упругих расположенных осесимметрично и в параллельных плоскостях колец, внешнего и внутреннего, жестко соединенных между собой посредством, по крайней мере, двух симметричных упругих диаметрально расположенных элементов со сквозным центральным пазом, симметрично расположенным внутри элемента, а элементы, соединяющие внешние и внутренние кольца, имеют линии изгиба и могут быть закреплены на кольцах посредством сварки, например контактной, или крепежными резьбовыми элементами, или как клеевое соединение, а полости, образованные внешним и внутренним упругими расположенными осесимметрично и в параллельных плоскостях кольцами, заполнены упругодемпфирующим сетчатым элементом, выполненным армированным из сетчатого каркаса, залитого эластомером, например полиуретаном.
