Магнитореологический амортизатор

Изобретение относится к области машиностроения. Амортизатор содержит корпус (1) с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью. Дроссельные каналы (9) выполнены по окружности вокруг штока (2). Провода размещены в штоке. Магнит размещен в поршне (5) и выполнен из обмотки и сердечника. Силовые линии направлены по оси канала. Управляющее устройство изменяет ток в обмотке магнита в зависимости от скорости перемещения поршня. Датчик давления (12) двустороннего действия размещен в поршне и состоит из двух пьезоэлектрических пластин и металлического диска. Гидравлическая полость ограничена эластичной обечайкой (3) с завулканизированным в ней штоком с одной стороны. Другая сторона ограничена газовой камерой (8) с парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов. Достигается расширение функциональных возможностей амортизатора, устранение перекосов поршня при ударных нагрузках, снижение энергопотребления. 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к магнитореологическим амортизаторам, применяемым для демпфирования вибраций, создаваемых работающими силовыми агрегатами транспортных средств, стационарных энергетических установок, противооткатных устройств.

Известна гидравлическая виброопора, содержащая заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, выполненной с внутренней полостью и дроссельными каналами, сообщающими полость с указанными камерами, из которых рабочая камера ограничена опорной платой и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной (патент США № 4650168 МПК, F16F 9/08, 17.03.87).

Внутри данной виброопоры опорная плата соединена с выступающим цилиндром чашеобразной формы с обрезиненным торцом и краями, упирающимися в стопорное кольцо, ограничивающее рабочий ход опорной платы.

Работает данная гидравлическая виброопора следующим образом. При действии на опорную плату внешнего вибросигнала обрезиненные торцы чашеобразного выступа отходят от стопорного кольца и открывают дополнительные каналы для дросселирования рабочей жидкости. Одновременно за счет повысившегося внутреннего давления в рабочей камере и благодаря дроссельным каналам, соединяющим компенсационную и рабочую камеры через внутреннюю полость в перегородке, повышается давление в компенсационной камере. Поскольку это давление превышает атмосферное, то деформируется эластичная мембрана, ограничивающая снизу компенсационную камеру. За счет возникающей при этом разности давлений в рабочей и компенсационной камерах начинается процесс дросселирования рабочей жидкости по внутреннему кольцеобразному каналу. Возникающее при этом внутреннее трение поглощает часть энергии колебаний силового агрегата. При смене полярности внешнего вибросигнала, т.е. во втором полупериоде действия вибронагрузки, движение жидкости в каналах происходит в обратном направлении. Для обеспечения смены направления циркуляции рабочей жидкости необходимо прежде всего остановить поток рабочей жидкости, а затем с возрастающим ускорением заставить двигаться в обратном направлении. Этот процесс способствует возрастанию времени переходных процессов в гидравлической виброопоре и расширяет, таким образом, петлю гистерезиса линий нагрузки и разгрузки виброопоры, что приводит к возрастанию диссипации энергии колебаний. При возрастании нагрузки она увеличивается, а при понижении уменьшается. Возрастание жесткости в значительной мере обуславливается наличием в конструкции виброопоры стопорного кольца, в которое упирается обрезиненный торец чашеобразного цилиндра при возрастании динамических нагрузок. Это означает следующее: во-первых, эффективность демпфирования различная в каждом полупериоде входного вибросигнала. Во-вторых, повышается доля нелинейных искажений выходного вибросигнала, поскольку гармонический сигнал превращается в искаженный меандр. Выходной сигнал виброопоры насыщается дополнительными гармоническими составляющими, которых не было во входном вибросигнале. Происходит “перекачка” энергии низкочастотного гармонического входного вибросигнала в энергию высокочастотных, кратных основной, гармоник. Это приводит к тому, что высокочастотные составляющие, распространяясь по жестким элементам конструкции транспортного средства, трансформируются в изгибные волны и служат источниками внутреннего шума. Третий недостаток заключается в том, что при низких температурах рабочая жидкость имеет неньютоновские свойства. Поэтому для обеспечения качественного демпфирования при низких температурах необходимо затратить добавочное время для придания ей ньютоновских свойств во всех режимах и организовать ее интенсивное движение по кольцеобразному каналу. Учитывая сложность конфигурации трактов движения рабочей жидкости по дроссельным каналам в кольцеобразную полость и вновь в дроссельные каналы, требуется затратить дополнительные усилия, необходимые для преодоления ее сдвиговой вязкости. Наконец, в данной конструкции гидравлической виброопоры имеются области, в которых остаются невозмущенные слои рабочей жидкости, не участвующие в поглощении энергии внешнего вибросигнала. Например, внутренние области в чашеобразном цилиндре и области, примыкающие к нижней поверхности опорной платы. Это явление ограничивает функциональные возможности гидравлической виброопоры и снижает эффект виброгашения на низких частотах входного вибросигнала. Кроме указанных недостатков данная гидроопора обладает невысокой надежностью и ресурсом, так как при повышенных амплитудах входного вибросигнала, ударных нагрузках возникают ударные контакты обрезиненного торца чашеобразного цилиндра о стопорное кольцо, что приводит к быстрому разрушению резинового слоя и в дальнейшем к разрушению самого кольца и виброопоры.

Известна также гидравлическая виброопора, содержащая заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем разделительной перегородкой, снабженной средствами сообщения камер, из которых рабочая камера ограничена опорной платой и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной (патент Германии № 3526607 А1 МПК F16F 13/00, 29.01.87). Средства сообщений между камерами выполнены в виде полостей и дроссельных каналов, размещенных в разделительной перегородке.

Данная виброопора, обладая достаточно высокими надежностью и ресурсом, не лишена недостатков. В первом полупериоде входного гармонического вибросигнала при направлении нагрузки вертикально вниз рабочая жидкость из верхней камеры вытесняется в иижнюю компенсационную камеру. В процессе дросселирования по каналам разделительной перегородки из верхней рабочей камеры в нижнюю компенсационную жидкость движется по закручивающейся к центру разделительной перегородки спирали, выход которой расположен рядом с центром разделительной перегородки. Движение жидкости по каналу происходит с возрастающим сопротивлением за счет центробежных сил инерции. Это явление приводит к двум следствиям: во-первых, повышающееся сопротивление току жидкости в первом полупериоде снижает линейность характеристики; во-вторых, рабочая жидкость выбрасывается в компенсационную камеру, имея повышенную температуру, которая тем выше, чем больше сопротивление потоку. Высокая температура рабочей жидкости негативно влияет на гибкую резиновую мембрану, повышая с течением времени ее твердость. Нагретые слои рабочей жидкости вследствие большой ее теплоемкости продолжительное время сохраняют повышенную температуру и в результате малой циркуляции и незначительного теплоотвода ускоряют процесс старения резиновой мембраны.

Во втором полупериоде, когда направление внешней нагрузки меняет полярность, начинается обратный процесс дросселирования рабочей жидкости из нижней компенсационной камеры в верхнюю рабочую. При этом всасывание рабочей жидкости происходит в центре разделительной перегородки, и затем она, не взаимодействуя с периферийными областями рабочей жидкости, поступает через окно в заборную полость и далее в рабочую камеру. Поскольку из-за слабой турбулизации в полости компенсационной камеры отсутствует конвективный теплообмен между слоями рабочей жидкости, отвод тепловой энергии разделительной перегородкой малоэффективен. Это приводит к тому, что жидкость, поступающая в рабочую камеру, имеет повышенную температуру. Вследствие этого снижается ее вязкость и динамическая жесткость виброопоры в целом. Поэтому происходит неравномерное гашение вибрации в первом и втором полупериодах входного гармонического вибросигнала. А это означает то, что спектр выходного задемпфированного сигнала обогащается дополнительными высокочастотными гармоническими составляющими, которые не способствуют снижению уровня шума. В конструкторском исполнении данной виброопоры имеется еще один важный недостаток, заключающийся в том, что и в рабочей, и в компенсационной камерах имеются области невозмущенного состояния рабочей жидкости в обоих полупериодах входного гармонического вибросигнала, объем которых по отношению к суммарному объему рабочей и компенсационной камер достигает 50%. Это значительно снижает функциональные возможности виброопоры.

Известно техническое решение, реализованное в гидравлической виброопоре, содержащей заполненные демпфирующей жидкостью рабочую и компенсационную камеры, ограниченные общим корпусом с закрепленной в нем металлической разделительной перегородкой, выполненной как с периферийной кольцевой полостью и дроссельными каналами, тангенциально примыкающими к ней и камерам, так и с дополнительными дроссельными каналами в ее средней части, сообщающими полость с указанными камерами, из которых рабочая камера ограничена опорной платой и эластичной обечайкой, а компенсационная - мембраной. (Патент Российской Федерации № 2135855, 6F16F 5/00, 9/10. Опубл. 27.08.99. Бюл. № 24). При этом в средней части разделительной перегородки выполнены дополнительные дроссельные 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.

Гидравлическая виброопора работает следующим образом.

В первом полупериоде входного гармонического вибросигнала при совпадении направлений статической и динамической нагрузок движение демпфирующей жидкости через диффузорные дроссельные каналы осуществляется из рабочей камеры в компенсационную. Пока предельное напряжение сдвига в рабочей жидкости не достигло критической величины, протекание рабочей жидкости через дроссельные каналы затруднено из-за значительной ее вязкости. Благодаря резким границам раздела сред на нижней стороне разделительной перегородки даже при незначительном повышении давления на опорную плату, у острых кромок на выходе каналов в компенсационную камеру возникают резкие градиенты сдвиговых напряжений, вызывающие возмущение вязкопластичной среды и перемещение слоев жидкости относительно друг друга. При дальнейшем повышении внешнего давления на опорную плату возрастает скорость сдвиговой деформации слоев рабочей жидкости и границы области разрушенной вязкопластичной среды расширяются, а возникшая в этих границах область ньютоновской рабочей жидкости создает турбулентные потоки, которые, отрываясь от жестких границ, распространяются далее в объеме компенсационной камеры, создавая вихреобразные потоки в ее торообразной части. При определенных углах наклона дроссельных каналов к плоскости разделительной перегородки обеспечивается тангенциальное направление вихревых потоков к внутренней поверхности торообразной полости, ограниченной снизу эластичной мембраной. Вовлекая в движение прилегающие слои рабочей жидкости, вихревые шнуры и потоки создают ее вращательное движение, распространяющееся по торообразной части компенсационной камеры. Располагая тангенциально направленные дроссельные каналы под различными углами к образующей торообразной полости, спиралеообразные шнуры и потоки будут обладать разной длиной шагов, что вызовет интенсивный конвективный теплообмен.

Во втором полупериоде направления векторов статической и динамической нагрузок находятся в противофазе. В этом случае опорная плата перемещается вертикально вверх, объем рабочей камеры увеличивается, и рабочая жидкость через дроссельные каналы и диффузоры из компенсационной камеры начинает поступать в рабочую. Поскольку диффузоры в перегородке имеют прямой выход в рабочую камеру, то поток жидкости здесь не образует турбулентных участков. Ламинарный поток при входе в рабочую камеру вырождается на конвективные составляющие, скорость которых относительно перегородки значительно ниже, чем в турбулентных потоках в компенсационной камере, и полностью отсутствует касательная составляющая к перегородке. Поэтому сопротивление потоку рабочей жидкости в верхнюю рабочую камеру во втором полупериоде будет превышать сопротивление потоку через эти же каналы в компенсационную камеру в первом полупериоде. Дополнительное сопротивление потоку компенсирует уменьшение жесткости эластичной обечайки во втором полупериоде входного воздействия и общая жесткость гидравлической виброопоры остается практически постоянной. Одновременно во втором полупериоде нагретая рабочая жидкость через дроссельные каналы поступает в кольцевую полость, где за счет тангенциального ввода возрастает турбулентность потока и происходит интенсивный теплообмен с металлическим корпусом виброопоры. Тангенциально направленные выходы дроссельных каналов из кольцевой полости к внутренней поверхности обечайки обеспечивают вращающий момент ненагретой части рабочей жидкости. Взаимодействуя с ламинарными потоками нагретой жидкости, поступающей из диффузоров в рабочую камеру, вращающаяся часть ненагретой жидкости также нагревается.

Недостатки этой гидроопоры следующие.

Нагретая часть рабочей жидкости, поступая через диффузоры в верхнюю рабочую камеру, за счет высокой теплопроводности быстро передает тепло ненагретой вращающейся части жидкости. При этом внутренняя часть эластичной обечайки виброопоры сильно нагревается, понижая ее рабочий ресурс. Учитывая то, что протяженность диффузоров, в среднем, на порядок меньше, чем тракт “дроссельные каналы-кольцевая полость-дроссельные каналы”, масса нагретой части жидкости, поступающей через диффузоры, значительно превышает массу охлажденной жидкости, поступающей через дроссельные каналы в рабочую камеру. Этот эффект проявляется наиболее сильно при возрастании амплитуды внешнего вибросигнала, а значит усиливается негативное воздействие высоких температур на внутреннюю поверхность обечайки.

Во-вторых, в объеме рабочей камеры имеются области с невозмущенными и маловозмущенными состояниями. Например, на границе рабочей камеры с разделительной перегородкой. Наличие внутри гидравлической виброопоры невозмущенных областей рабочей жидкости снижает ее демпфирующие характеристики, поскольку не полностью поглощается энергия колебаний от внешнего источника.

Кроме этого данная виброопора недостаточно эффективно поглощает энергию высокочастотных гармонических составляющих (свыше 500 Гц) входного вибросигнала. В основном поглощение этой энергии происходит за счет структурного демпфирования в обечайке. Но часть ее, иногда значительная, передается от опорной платы на вытеснитель и затем излучается в виде продольных волн в заполненную жидкостью рабочую камеру. Поскольку конвективные и турбулентные потоки в рабочей камере имеют скорости значительно меньше звуковой, то спектральные составляющие вибросигнала свыше 500 Гц поглощаются жесткой перегородкой и передаются на корпус гидроопоры, а затем уже в виде изгибных волн распространяются по жестким элементам транспортного средства. Изгибные волны в узлах транспортного средства являются источниками акустического шума. Дроссельные каналы с диффузорами, обращенными в сторону рабочей камеры, прекращают функционировать уже на частотах 200 Гц. Так например, при входном вибрационном сигнале со средне-квадратичным значением по ускорению 40 м/с2 перемещение опорной платы составит порядка 30 микрон. Учитывая при этом деформацию обечайки в радиальном направлении, составляющую не более 10% от смещения опорной платы, дросселирование рабочей жидкости через каналы с диффузорами прекратится.

Наиболее близким по технической сути является магнитореологический амортизатор, снабженный управляющим устройством, изменяющим ток в обмотке магнита в зависимости от скорости перемещения поршня, и подающим в управляющее устройство электрический сигнал, пропорциональный скорости перемещения поршня, электромагнитным датчиком, расположенным на штоке. Патент на изобретение № 2561610, Гордеев Б.А., Ерофеев В.И., Охулков С.Н., Тумаков С.Ф., опубликовано 27.08.2014, бюл.№ 24.

Магнитореологический амортизатор состоит из корпуса, штока с размещенными в нем проводами, направляющей втулки, подвижно установленного поршня, гидравлической полости, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенной поршнем на две части, газовой полости, разделителя, разделяющего полость, заполненную магнитореологической жидкостью от газовой полости, каналов, соединяющих обе части гидравлической полости. Каналы проходят через сердечник поршня, выполненного в виде магнита из концентрических соленоидов. Силовые линии магнитного поля, возбуждаемого соленоидами, внутри каналов ортогональны их осям. На штоке закреплен электромагнитный датчик, выполненный в виде соленоида. В одной плоскости с ним жестко на внутренней поверхности корпуса или на внутренней поверхности направляющей втулки укреплен ниодимовый магнит в виде шайбы с отверстием для штока с закрепленным на нем электромагнитным датчиком. Управляющее устройство предназначено для управления током электромагнита.

Амортизатор работает следующим образом.

При действии ударного импульса шток с поршнем начинает перемещаться вниз и обмотка соленоида – электромагнитного датчика, закрепленного на штоке, начинает пересекать силовые линии потока магнитной индукции ниодимового магнита, закрепленного на внутренней поверхности гидравлической полости. В результате этого в обмотке электромагнитного датчика возбуждается электродвижущая сила (ЭДС), E=B[LV], где B [Тл] – магнитная индукция, V [м/c]– скорость движения штока с закрепленным на нем поршнем, L [м] – длина проводника соленоида, эти величины векторы, Е – скалярная величина, имеющая разные знаки, зависящие от направления движения штока. Одновременно поднимается давление рабочей жидкости в нижней части гидравлической полости. За счет разности давлений в нижней и верхней частях гидравлической полости начинается движение магнитной жидкости из нижней части с более высоким давлением в верхнюю часть гидравлической полости по дроссельным каналам. По заданной программе запитываются обмотки соленоидов, закрепленных на сердечнике магнита, в котором внутренний соленоид является одним полюсом, а внешний соленоид другим. Выходной сигнал электромагнитного датчика через усилитель управляет силой тока, запитывающего электромагнит. Электромагнитный датчик вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный скорости движения поршня. При этом положительный потенциал образуется в результате движении поршня вниз. Электрический сигнал с электромагнитного датчика подается в управляющее устройство. Положительный потенциал служит командой управляющему устройству по изменению тока в обмотке магнита в соответствии с программой ветви сжатия на оптимальной характеристике сопротивления. Управляющее устройство устанавливает заложенную в программе величину тока, посредством чего создаётся строго определенная сила сопротивления сжатия.

При отбое шток с поршнем начинает перемещаться вверх и давление рабочей жидкости в верхней части гидравлической полости становится больше, чем в ее нижней части. Датчик скорости вырабатывает электрический сигнал, при котором меняется знак потенциала на его выходе. Величина сигнала пропорциональна скорости перемещения поршня. Электрический сигнал подается в управляющее устройство. Отрицательный потенциал электромагнитного датчика служит командой управляющему устройству по изменению тока в обмотке магнита в соответствии с программой ветви отбоя на оптимальной характеристике сопротивления. Управляющее устройство устанавливает заложенную в программе величину тока, посредством чего создаётся строго определенная сила сопротивления отбоя.

Однако данный амортизатор имеет некоторые недостатки, заключающиеся в том, что, во-первых, магнитореологическая жидкость, являющаяся по свой сути поглощающей энергию ударных процессов средой, со временем нагревается и ее вязкость понижается. Вследствие этого понижается внутреннее трение слоев жидкости при ее дросселировании по каналам, и, следовательно, снижаются демпфирующие характеристики ударного демпфера. Во-вторых, снижение вязкости рабочей среды при нагреве неизбежно вызовет усиление магнитного поля, создаваемого соленоидами в поршне. Усиленное магнитное поле вызовет возникновение дополнительных кластеров из магнитных частиц в дроссельных каналах, которые не исчезают даже после исчезновения ортогонального поля. Поэтому в программе управления током в соленоидах необходимо заложить процесс подключения к ним высокочастотного генератора, создающего в дроссельных каналах переменное магнитное поле более высокой частоты, чем управляющее. Высокочастотный генератор подключается к управляющим соленоидам в те моменты, когда перестает действовать управляющее магнитное поле. В-третьих, газовая камера, распложенная в нижней части демпфера, не оказывает существенного влияния на его работу, поэтому ее целесообразно заполнить парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов второго рода.

Технический результат заключается в следующем. Эластичная обечайка позволяет выбрать рабочую точку амортизатора в зависимости от приложенной статической нагрузки. Газовая камера, заполненная парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов второго рода, позволяет расширить функциональные возможности амортизатора. Расположение дроссельных каналов в поршне по окружности вокруг оси штока, а датчика скорости внутри его устраняет перекосы поршня при ударных нагрузках. Направление магнитного поля ортогонально к осям дроссельных каналов и позволяет снизить энергопотребление магнита.

Технический результат достигается тем, что в магнитореологическом амортизаторе, содержащем корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенной поршнем на две части с дроссельным каналом, соединяющим обе части этой полости, шток с размещенными в нем проводами, магнит, находящийся в поршне и состоящий из обмотки и сердечника, создающий в проходящем через сердечник дроссельном канале магнитное поле с силовыми линиями, направленными по оси канала, управляющее устройство, изменяющее ток в обмотке магнита в зависимости от скорости перемещения поршня, и подающий в управляющее устройство электрический сигнал, пропорциональный скорости перемещения поршня, датчик давления двустороннего действия, размещенный в поршне и состоящий из двух пьезоэлектрических пластин и металлического диска, расположенного между ними, гидравлическая полость ограничена эластичной обечайкой с завулканизированным в ней штоком с одной стороны, а с другой стороны ограничена газовой камерой с парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов, в поршне дроссельные каналы выполнены по окружности вокруг штока, в котором размещен датчик скорости перемещения поршня.

Структурная схема предлагаемого магнитореологического амортизатора приведена на фиг. 1.

Предлагаемый магнитореологический амортизатор содержит:

Корпус - 1, являющийся основой магнитореологического амортизатора, шток - 2, который испытывает действие ударных импульсов, жестко закрепленный в опорной плате 4, которая завулканизирована в эластичной обечайке 3, поэтому ударные нагрузки могут действовать также и непосредственно на опорную плату, поршень – 5, жестко закрепленный на штоке и прилегающий без зазоров к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, подвижную перегородку – 6, отделяющую гидравлическую полость – 7 от газовой полости – 8, дроссельные каналы – 9, выполненные в поршне по окружности одного радиуса относительно оси штока, каналы могут быть выполнены в виде концентрических окружностей, соленоиды магнитной системы - 10, которые выполнены также в виде концентрических окружностей, создающих ортогональные магнитные поля в дроссельных каналах, входные каналы – 11, пьезодатчик давления 12, состоящий из двух пластин, верхней - 13 и нижней – 14, гибкий кабель – 15 с проводами для питания соленоидов и проводами, соединяющими пьезодатчик с устройством управления (на рисунке не показанном).

Амортизатор работает следующим образом.

В жестком металлическом корпусе 1 размещены две камеры: верхняя - 7, гидравлическая полость, заполненная магнитореологической жидкостью и нижняя - 8, газовая, заполненная парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов. Например: аммиак, хлор, фреон – и т.д., или эта камера может быть заполнена сжатым воздухом под давлением 2-3⋅105 Па. При действии ударной нагрузки на шток 2, жестко вмонтированный в опорную плату 4, а та, в свою очередь, завулканизирована в эластичную обечайку 3, последняя начинает деформироваться одновременно с движением штока 2. Вследствие этого давление в нижней части гидравлической полости 7, расположенной между поршнем и подвижной перегородкой 6, отделяющей гидравлическую полость 7 от газовой полости 8, возрастает. Возрастающее давление со стороны гидравлической полости действует на подвижную перегородку 6, вызывая ее движение в сторону газовой камеры. Одновременно повышающееся давление в нижней части полости 7 действует на нижнюю пластину 14 пьезодатчика давления 12, повышая ее потенциал, передающийся с помощью проводов, расположенных в кабеле 15, на усилитель, питающий обмотки соленоидов 10 магнитной системы.

При дросселировании магнитореологической жидкости с элементами электрореологии в магнитном поле возникает индукционный ток с плотностью:

, сила Лоренца , где , плотность электрических зарядов в магнитной жидкости, Н - напряженность внешнего магнитного поля, - напряженность внешнего электрического поля, - скорость протекания жидкости через дроссельные каналы 13, расположенные в поршне 6 равномерно по окружности.

Система уравнений, описывающих движение магнитореологической среды в магнитном поле каналов 13 включает в себя уравнения Максвелла:

где коэффициент магнитной вязкости, который тем меньше, чем выше электропроводность среды; гидродинамические уравнения движения среды;

;

уравнение неразрывности: уравнение состояния среды: ; уравнение закона сохранения энергии: , где плотность среды, средняя скорость движения магнитореологической среды в каналах 13, внутренняя энергия, напряженность внешнего магнитного поля, - плотность потока энергии (вектор Умова-Пойнтинга). Диссипация плотности потока энергии резко возрастает, если в потоке магнитореологической среды нарушается химическое равновесие. С учетом параметров реологического заполнителя и внешнего магнитного поля плотность потока энергии можно представить в виде:

здесь u - удельная внутренняя энергия среды, К - коэффициент теплопроводности, и - коэффициенты первой и второй вязкостей электрореологической среды, абсолютная температура.

Так как в каналах 9 движущаяся магнитореологическая жидкость подвергается действию магнитного поля, создаваемого соленоидами 10, то ее движение может ускоряться или затормаживаться в зависимости от фазовых соотношений между питающим соленоиды током и внешним вибрационным сигналом. Поэтому переходные процессы в усилителе, не показанном на рисунке, не должны превышать по времени период ударных импульсов, при котором происходит наиболее эффективное демпфирование.

При заполнении амортизатора рабочей жидкостью типа ПМС-200 с магнитореологическими свойствами и динамической вязкостью диаметр каналов порядка 1,5 мм. На высоких частотах входного вибросигнала (порядка 100 Гц и выше) каналы с обычной, не магнитореологической или электрореологической жидкостью запираются, но благодаря оптимальному фазовому рассогласованию электромагнитного и вибрационного сигналов в каналах 9 движение магнитореологической жидкости не прекращается и возрастает поглощение энергии внешнего вибросигнала. Кроме того, высокочастотное неоднородное магнитное поле, действующее в каналах 9, способствует разрушению менисков в этих каналах и вызывает движение рабочей жидкости, что способствует улучшению демпфирующих характеристик амортизатора в целом.

При отбое, движении поршня 5 вверх все процессы повторяются. На верхнюю пластину 13 пьезодатчика 12 действует повышенное давление рабочей жидкости, находящейся в верхней части гидравлической полости 7. Опять этот сигнал через усилитель управляет током питания соленоидов 10 магнитной системы, каркасом которой являются металлические трубки, выполняющие функцию дроссельных каналов. Пьезодатчик давления 12 соединяется с обеими частями гидравлической полости 7 с помощью каналов 11. Если газовая камера 8 заполнена парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов второго рода, то при сжатии температура в этой камере повышается и часть энергии от ударов там поглощается. При отбое давление в этой камере понижается, температура там падает и часть газов переходит в жидкую фазу. За счет фазовых переходов газ – жидкость и жидкость – газ дополнительно поглощается часть энергии ударных импульсов.

При выполнении дроссельных каналов по окружности относительно оси штока, а датчиков давления внутри его, исключаются возможные перекосы поршня и сохраняется работоспособность магнитореологического демпфера. Начальная рабочая точка поршня может устанавливаться в зависимости от статической нагрузки в любом положении поршня в гидравлической полости благодаря эластичной обечайке.

Магнитореологический амортизатор, содержащий корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью и разделенной поршнем на две части с дроссельным каналом, соединяющим обе части этой полости, шток с размещенными в нем проводами, магнит, находящийся в поршне и состоящий из обмотки и сердечника, создающий в проходящем через сердечник дроссельном канале магнитное поле с силовыми линиями, направленными по оси канала, управляющее устройство, изменяющее ток в обмотке магнита в зависимости от скорости перемещения поршня, и подающий в управляющее устройство электрический сигнал, пропорциональный скорости перемещения поршня, датчик давления двустороннего действия, размещенный в поршне и состоящий из двух пьезоэлектрических пластин и металлического диска, расположенного между ними, отличающийся тем, что гидравлическая полость ограничена эластичной обечайкой с завулканизированным в ней штоком с одной стороны, а с другой стороны ограничена газовой камерой с парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов, в поршне дроссельные каналы выполнены по окружности вокруг штока, в котором размещен датчик скорости перемещения поршня.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к узлу для поглощения энергии во время события избыточной нагрузки с тем, чтобы снизить результирующую нагрузку на объект, соединенный с узлом.

Изобретение относится к области машиностроения. Активная виброизолирующая платформа содержит не менее трех активных демпферов, содержащих соленоид, сердечник, мембрану, выполненную из магнитореологического эластомера.

Изобретение относится к области машиностроения. Колебания демпфируют путем увеличения вязкости магнитной жидкости и путем возбуждения импульсов магнитного поля в демпфирующей магнитной жидкости.

Изобретение относится к области машиностроения. Амортизатор содержит корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью.

Изобретение относится к машиностроению. Управляемый магнитожидкостный амортизатор содержит корпус с магнитной жидкостью, в котором установлен шток с поршнем, катушку намагничивания, помещенные в кожух.

Группа изобретений относится к машиностроению. Демпфер содержит магнитную систему с чередующейся полярностью, состоящую из кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и ферромагнитных полюсных дисковых колец.

Группа изобретений относится к триботехнике. Деталь с переменным коэффициентом трения включает первую поверхность, вторую поверхность, изолирующую часть и электропроводящую часть.

Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор содержит заполненный магнитной жидкостью цилиндрический корпус с компенсационной камерой.

Изобретение относится к машиностроению. Амортизатор содержит цилиндрический корпус (1), заполненный магнитореологической жидкостью.

Изобретение относится к машиностроениию. .

Изобретение относится к области машиностроения. Амортизатор содержит корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью.

Группа изобретений относится к машиностроению. Амортизатор содержит цилиндр, корпус поршня с каналами сжатия и отдачи, поршневой шток.

Изобретение относится к области машиностроения. Амортизатор содержит корпус с гидравлической полостью, заполненной магнитореологической жидкостью. Дроссельные каналы выполнены по окружности вокруг штока. Провода размещены в штоке. Магнит размещен в поршне и выполнен из обмотки и сердечника. Силовые линии направлены по оси канала. Управляющее устройство изменяет ток в обмотке магнита в зависимости от скорости перемещения поршня. Датчик давления двустороннего действия размещен в поршне и состоит из двух пьезоэлектрических пластин и металлического диска. Гидравлическая полость ограничена эластичной обечайкой с завулканизированным в ней штоком с одной стороны. Другая сторона ограничена газовой камерой с парциальной смесью газов с близкими температурами фазовых переходов. Достигается расширение функциональных возможностей амортизатора, устранение перекосов поршня при ударных нагрузках, снижение энергопотребления. 1 ил.

Наверх