RU170565U1 - Амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах при пуске и торможении. Задачей заявляемой полезной модели является снижение величины коэффициента сопротивления амортизатора при малых величинах амплитуды колебаний, соответствующих рабочему режиму вибрационной машины, обеспечение скачкообразного возрастания коэффициента сопротивления при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний. Амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах, содержащий цилиндр, внутри которого расположены шток с гидравлическим поршнем, гидравлическая полость, заполненная рабочей жидкостью и разделенная гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю гидравлические части, соединенные между собой каналами, газовая полость, отделенная от нижней гидравлической части пневматическим поршнем, отличается тем, что дополнительно снабжен гидравлической и центрирующей втулками, неподвижно установленными внутри цилиндра, причем гидравлическая втулка имеет внутренний диаметр, больший диаметра гидравлического поршня на два-восемь миллиметров, а центрирующая втулка выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями и с центральным отверстием диаметром, большим диаметра штока гидравлического поршня на один миллиметр, при этом гидравлический поршень выполнен двойным и его части разнесены на расстояние, большее ширины гидравлической втулки на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, нижний торец штока гидравлического поршня расположен внутри центрального отверстия центрирующей втулки и выступает за нее.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах при пуске и торможении.

Большинство вибрационных транспортно-технологических машин работают в зарезонансной зоне колебаний. Поэтому при разгоне и торможении происходит резкое возрастание амплитуды колебаний (в десять и более раз), повышающее динамическую нагрузку на машину и снижающее, тем самым, их ресурс.

Амортизатор должен иметь два режима работы:

- рабочий режим - с малым коэффициентом сопротивления для минимизации потерь мощности на вибрацию;

- пускотормозной режим - с высоким коэффициентом сопротивления для гашения резонансных колебаний, причем сопротивление должно возрастать скачкообразно при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний.

Амортизатор также должен иметь большой ресурс, а именно срок службы не менее 1 года, при этом будет совершено порядка 300 млн колебаний (из расчета частоты колебаний 50 Гц).

Известны однотрубные и двухтрубные автомобильные амортизаторы (И. Раймпель. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. М.: Машиностроение, 1986), содержащие цилиндр, шток с поршнем с перепускными отверстиями и клапанами, гидравлическую и пневматическую полости цилиндра, разделенные поршнем (однотрубные) или стенками внутреннего цилиндра (двухтрубные). Амортизаторы обеспечивают плавность хода автомобиля и гасят колебания с большой амплитудой при езде по неровностям дороги.

Недостатками данных амортизаторов, с точки зрения удовлетворения представленным выше требованиям, является высокий коэффициент сопротивления вследствие сильного трения поршня о стенки цилиндра и высокого гидравлического сопротивления клапанов, а также невысокий ресурс, впрочем, как и всех автомобильных амортизаторов, рассчитанный примерно на 10 млн колебаний (из расчета частоты колебаний 1…3 Гц).

Известен амортизатор по патенту РФ №2304053, МПК B60G 17/04, F16F 9/512, опубл. 10.08.2007. Амортизатор содержит цилиндр, поршень, шток, гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью и разделенную поршнем на нижнюю и верхнюю части, соединенные между собой каналами, а также клапаны с упругими элементами и управляющее устройство, связанное с электродвигателем. Амортизатор устанавливают на внешнем хвостовике штока. Ротор электродвигателя, функционально являющийся его якорем, соединен с регулирующим элементом в виде золотника, размещенного в штоке и имеющего возможность поворачиваться в нем. Корпус электродвигателя, выполняющий функцию индуктора (источника магнитного поля) с постоянными магнитами, установлен неподвижно на внешнем хвостовике штока. С целью обеспечения подвода тока в обмотку якоря, имеющего возможность поворачиваться, электродвигатель снабжен токосъемным устройством.

Недостатки конструкции:

- сложная конструкция амортизатора;

- наличие электродвигателя, усложняющего монтаж;

- высокий коэффициент сопротивления.

Известен амортизатор (патент РФ №2253576, МПК B60G 17/04, F16F 9/512, опубл. 10.06.2005), содержащий цилиндр, поршень, шток, гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью и разделенную поршнем на нижнюю и верхнюю части, соединенные между собой каналами, а также клапаны с упругими элементами и управляющее устройство, связанное с электродвигателем. Ротор электродвигателя, функционально являющийся его якорем, соединен с регулирующим элементом в виде золотника, размещенного в штоке и имеющего возможность поворачиваться в нем. Корпус электродвигателя, выполняющий функцию индуктора (источника магнитного поля) с постоянными магнитами, установлен неподвижно на хвостовике штока. С целью обеспечения подвода тока в обмотку якоря, имеющего возможность поворачиваться, электродвигатель снабжен токосъемным устройством.

К недостаткам можно отнести:

- сложная конструкция амортизатора;

- наличие электродвигателя, усложняющего монтаж;

- высокий коэффициент сопротивления.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является однотрубный гидропневматический амортизатор для задней подвески автомобиля [Амортизаторы. Конструкция, расчет, испытания /Добромиров В.Н., Гусев Е.Н., Карунин М.А., Хавханов В.Н. - М.: МГТУ «МАМИ» - 2006, 184 с. Стр. 17, рис. 1.5]. Амортизатор содержит цилиндр, шток, гидравлическую полость, заполненную рабочей жидкостью и разделенную гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю части, соединенные между собой каналами, и снабженным клапанами сжатия и отбоя, газовую полость, отделенную от нижней гидравлической части пневматическим поршнем.

Амортизатор по прототипу прост в конструкции, но не полностью удовлетворяет указанным выше требованиям, а именно не обеспечивает:

- малого коэффициента сопротивления в рабочем режиме вибрационной машины из-за сильного трения гидравлического поршня о стенки цилиндра и малой пропускной способности каналов;

- скачкообразного возрастания коэффициента сопротивления при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний из-за отсутствия четко выраженного переходного режима работы.

Задачами заявляемой полезной модели являются:

- снижение величины коэффициента сопротивления амортизатора при малых величинах амплитуды колебаний, соответствующих рабочему режиму вибрационной машины, за счет снижения силы трения между штоком гидравлического поршня и стенками цилиндра и увеличения пропускной способности каналов;

- обеспечение скачкообразного возрастания коэффициента сопротивления при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний за счет дополнительного снабжения амортизатора гидравлической втулкой и выполнения гидравлического поршня двойным, причем его части разнесены на расстояние, большее ширины гидравлической втулки.

Поставленная задача решается за счет заявляемой конструкции амортизатора для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах, содержащего цилиндр, внутри которого расположены шток с гидравлическим поршнем, гидравлическая полость, заполненная рабочей жидкостью и разделенная гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю гидравлические части, соединенные между собой каналами, газовая полость, отделенная от нижней гидравлической части пневматическим поршнем, в отличие от прототипа амортизатор дополнительно снабжен гидравлической и центрирующей втулками, неподвижно установленными внутри цилиндра, причем гидравлическая втулка имеет внутренний диаметр, больший диаметра гидравлического поршня на два-восемь миллиметров, а центрирующая втулка выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями и с центральным отверстием диаметром, большим диаметра штока гидравлического поршня на один миллиметр, при этом гидравлический поршень выполнен двойным и его части разнесены на расстояние, большее ширины гидравлической втулки на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, нижний торец штока гидравлического поршня расположен внутри центрального отверстия центрирующей втулки и выступает за нее.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:

- на Фиг. 1 схематично изображен общий вид амортизатора;

- на Фиг. 2 представлен вид на центрирующую втулку по продольной оси амортизатора;

- на Фиг. 3 схематично изображена установка амортизатора на вибрационной машине.

Амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах содержит цилиндр 1, в котором находится шток 2 с двойным гидравлическим поршнем, состоящим из одинаковых частей верхней 3 и нижней 5 цилиндрической формы. Между верхней частью 3 и нижней частью 5 гидравлического поршня расположена гидравлическая втулка 4, внутренний диаметр которой больше диаметра верхней 3 и нижней части 5 гидравлического поршня на два-восемь миллиметров для их свободного перемещения внутри гидравлической втулки 4. Верхняя 3 и нижняя 5 части гидравлического поршня расположены на расстоянии друг от друга, большем ширины гидравлической втулки 4 на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, а нижняя часть 3 расположена на расстоянии от центрирующей втулки 6, большем возможной величины амплитуды резонансных колебаний. Нижний торец штока 2, расположенный под нижней частью 5 гидравлического поршня, расположен внутри центрального отверстия центрирующей втулки 6 и выступает за нее. Центрирующая втулка 6 выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями. Наличие четырех отверстий в центрирующей втулке 6 обеспечивает свободное протекание рабочей жидкости через втулку 6.

Пневматический поршень 7 разделяет внутреннее пространство цилиндра 1 на газовую часть А и гидравлическую Б, в которой находятся гидравлическая 4 и центрирующая 6 втулки, двойной гидравлический поршень со штоком 2. В качестве газа может быть использован нейтральный азот под давлением 0,5-2,0 МПа. Гидравлическая часть Б заполнена рабочей жидкостью, обеспечивающей требуемую величину коэффициента сопротивления амортизатора. В качестве рабочей жидкости может быть использована специальная жидкость для автомобильных амортизаторов.

Работа амортизатора для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах осуществляется следующим образом.

Амортизаторы 8 устанавливают между колеблющейся 9 и базовой 10 частями вибрационной машины для обеспечения плоскопараллельного движения колеблющейся части 9 по отношению к базовой части 10. Колебания в вибрационной машине возбуждаются вибратором 11, установленным на колеблющейся части 9. Пружины 12 соединяют между собой колеблющуюся 9 и базовую 10 части вибрационной машины. На режим работы вибрационной машины оказывают влияние: возбуждающая сила F₀ вибратора 11 и угол ее наклона β, жесткость с пружин 12.

В рабочем режиме вибрационной машины колебательное движение частей 3 и 5 гидравлического поршня происходит за пределами гидравлической втулки 4. В этом режиме сопротивление движению штока 2 обусловлено силой трения в месте контакта с цилиндром 1; силой гидравлического трения от свободного движения подвижных частей амортизатора 8 внутри цилиндра 1; силой инерции подвижных частей амортизатора 8; силой сжатия газа в газовой части А цилиндра 1. Коэффициент сопротивления амортизатора в данном режиме минимальный.

В моменты пуска и остановки вибрационной машины возникают резонансные колебания с амплитудой, превышающей примерно на порядок (в десять раз) рабочую амплитуду при отсутствии амортизаторов. Но, как только амплитуда превысит в два раза величину рабочей амплитуды, обе части 3 и 5 гидравлического поршня войдут во внутреннее отверстие гидравлической втулки 4, что вызовет проталкивание жидкости через образующиеся зазоры между внутренним отверстием гидравлической втулки 4 и частями 3 и 5 гидравлического поршня, сопровождающееся резким возрастанием гидравлического сопротивления. Пропорционально возрастет и коэффициент сопротивления амортизатора. Амплитуда резонансных колебаний будет уменьшена.

Требуемый коэффициент сопротивления амортизатора устанавливается по величине разности внутреннего диаметра гидравлической втулки 4 и диаметра частей 3 и 5 гидравлического поршня. Величина ограничения амплитуды резонансных колебаний устанавливается по разности между шириной гидравлической втулки 4 и расстояния между частями 3 и 5 гидравлического поршня. Также на коэффициент сопротивления амортизатора оказывает влияние величина давления в газовой части А.

Центрирующая втулка 6 служит для направления движения штока 2 строго по оси цилиндра 1. Наличие зазора величиной 1 мм между центральным отверстием центрирующей втулки 6 и штоком 2 практически исключает трение между ними, т.к. сопряжение шток-центрирующая втулка относятся к типу «скользящая посадка». Отверстия в центрирующей втулке 6 обеспечивают беспрепятственное движение рабочей жидкости в прилегающем к ней внутреннем пространстве цилиндра 1.

Пневматический поршень 7 компенсирует изменение внутреннего объема гидравлической полости Б при движении штока 2 за счет сжатия-расширения газовой части А.

Таким образом, заявляемое конструктивное выполнение амортизатора для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах двустороннего действия с двойным поршнем позволяет осуществлять рабочий режим вибрационной машины с малым коэффициентом сопротивления для минимизации потерь мощности на вибрацию и пускотормозной режим - с высоким коэффициентом сопротивления для гашения резонансных колебаний, причем сопротивление возрастает скачкообразно при достижении задаваемой величины амплитуды колебаний.

Claims (1)

1. Амортизатор для гашения резонансных колебаний в вибрационных машинах, содержащий цилиндр, внутри которого расположены шток с гидравлическим поршнем, гидравлическая полость, заполненная рабочей жидкостью и разделенная гидравлическим поршнем на нижнюю и верхнюю гидравлические части, соединенные между собой каналами, газовая полость, отделенная от нижней гидравлической части пневматическим поршнем, отличающийся тем, что дополнительно снабжен гидравлической и центрирующей втулками, неподвижно установленными внутри цилиндра, причем гидравлическая втулка имеет внутренний диаметр, больший диаметра гидравлического поршня на два-восемь миллиметров, а центрирующая втулка выполнена с четырьмя симметрично расположенными отверстиями и с центральным отверстием диаметром, большим диаметра штока гидравлического поршня на один миллиметр, при этом гидравлический поршень выполнен двойным и его части разнесены на расстояние, большее ширины гидравлической втулки на величину, равную двойной рабочей амплитуде вибрационной машины, нижний торец штока гидравлического поршня расположен внутри центрального отверстия центрирующей втулки и выступает за нее.

Images