амортизатор

Формула изобретения

Амортизатор, содержащий упругий элемент, закрепленный между основаниями, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации, управляемый затвор, пружину, блок управления и датчик скорости, установленный на первом основании и подключенный к входу блока управления, причем управляемый затвор выполнен в виде гидроцилиндра со штоком и поршнем, над- и подпоршневые полости которого соединены каналом со встроенным электроклапаном, гидроцилиндр закреплен на втором основании, шток поджат пружиной относительно гидроцилиндра в направлении второго основания, а электроклапан электрически связан с выходом блока управления, отличающийся тем, что он снабжен второй пружиной, вторым управляемым затвором, гидроцилиндр которого закреплен на втором основании, а шток поджат второй пружиной относительно его гидроцилиндра в направлении первого основания, третьим и четвертым управляемыми затворами, гидроцилиндры которых закреплены на первом основании, а поршни закреплены соответственно на штоках первого и второго управляемых затворов, а также вторым датчиком скорости, установленным на втором основании, и двумя концевыми переключателями, взаимодействующие части которых расположены на штоках и втором основании, причем второй датчик скорости и концевые переключатели подключены к дополнительным входам блока управления, а электроклапаны второго, третьего и четвертого управляемых затворов электрически связаны с дополнительными выходами блока управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам виброзащитной техники и может быть использовано в подвесках сидений тракторов, дорожных и сельскохозяйственных машин для защиты человека оператора от действия случайных колебаний.

Известен амортизатор [1] содержащий упругий элемент, закрепленный между основаниями, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации и две пружины, закрепленные на втором основании и поочередно входящие в контакт с первым основанием.

Включение в работу каждой пружины, происходящее в результате контакта с первым основанием, осуществляется при определенных величинах относительного смещения оснований и не связано с направлением и величиной их скоростей. Возможна ситуация, когда скорость первого основания меньше скорости второго основания при их движении в одном направлении. Если в этот момент произойдет включение в работу одной из пружин, то скорость первого основания и объекта будет увеличиваться, восстанавливающая сила пружины направлена по ходу движения первого основания. Каждая пружина после включения в работу сначала сжимается, а затем, начиная с некоторого момента, разжимается и, при выходе ее из контакта с первым основанием, выключается из работы. При этом, если на этапе сжатия пружина деформируется с положительным эффектом (восстанавливающая сила замедляет движение первого основания), то на этапе разжатия восстанавливающая сила ускоряет движение первого основания.

Все это ухудшает качественные показатели данного амортизатора как устройства виброзащитной техники.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому амортизатору является амортизатор [2] содержащий упругий элемент, закрепленный между основаниями, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации, управляемый затвор, пружину, блок управления и датчик скорости, установленный на первом основании и подключенный к входу блока управления, причем управляемый затвор выполнен в виде гидроцилиндра со штоком и поршнем, над и под поршневые полости которого соединены каналом со встроенным электроклапаном, гидроцилиндр закреплен на втором основании, шток поджат пружиной относительно гидроцилиндра в направлении второго основания, а электроклапан электрически связан с выходом блока управления.

Наличие только одного управляемого затвора не позволяет выключать пружину из работы и сохранять накопленную при сжатии потенциальную энергию до очередного включения ее в работу, когда восстанавливающая сила при разжатии будет направлена против движения первого основания. Кроме того, рекуперативный процесс накопления потенциальной энергии и возвращения ее в систему, осуществляемый на базе одной пружины, неоптимален из-за имеющих место задержек между очередными интервалами включения пружины в работу и поэтому, не обеспечивает снижения уровня колебаний объекта по сравнению с уровнем колебания источника вибрации.

Заявленное изобретение решает задачу организации оптимального рекулеративного процесса работы амортизатора, обеспечивающего снижение уровня колебаний объекта по сравнению с уровнем колебаний источника вибрации.

Для этого в амортизаторе, содержащем упругий элемент, закрепленный между основаниями, первое из которых предназначено для связи с объектом, а второе с источником вибрации, управляемый затвор, пружину, блок управления и датчик скорости, установленный на первом основании и подключенный к входу блока управления, причем управляемый затвор выполнен в виде гидроцилиндра со штоком и поршнем, над и под поршневые полости которого соединены каналом со встроенным электроклапаном, гидроцилиндр закреплен на втором основании, шток поджат пружиной относительно гидроцилиндра в направлении второго основания, а электроклапан электрически связан с выходом блока управления, отличием является то, что он снабжен второй пружиной, вторым управляемым затвором, гидроцилиндр которого закреплен на втором основании, а шток поджат второй пружиной относительно его гидроцилиндра в направлении первого основания, третьим и четвертым управляемыми затворами, гидроцилиндры которых закреплены на первом основании, а поршни закреплены, соответственно, на штоках первого и второго управляемых затворов, а также вторым датчиком скорости, установленным на втором основании, и двумя концевыми переключателями, взаимодействующие части которых расположены на штоках и втором основании, причем второй датчик скорости и концевые переключатели подключены к дополнительным входам блока управления, а электроклапаны второго, третьего и четвертого управляемых затворов электрически связаны с дополнительными выходами блока управления.

На фиг. 1 изображен амортизатор, общий вид; на фиг. 2 осциллограммы сигналов датчиков скорости.

Амортизатор содержит основание 1, предназначенное для связи с объектом, основание 2, предназначенное для связи с источником вибрации, упругий элемент 3, закрепленный между основаниями 1 и 2, управляемые затворы 4-7, пружины 8 и 9, блок 10 управления, датчики 11 и 12 скорости, установленные на основаниях 1 и 2, и концевые переключатели 13 и 14.

Каждый из управляемых затворов 4-7 выполнен, соответственно, в виде гидроцилиндров 15-18 с поршнями 19-22, причем над и под поршневые полости гидроцилиндров 15-18 соединены каналами 23-26 со встроенными электроклапанами 27-30, а поршни 19-22 попарно закреплены на штоках 31, 32.

Гидроцилиндры 4 и 5 закреплены на основании 1, а гидроцилиндры 6 и 7 на основании 2. Штоки 31, 32 поджаты пружинами 8 и 9 относительно гидроцилиндров 6 и 7. Концевые переключатели 13 и 14 выполнены на основе герконов и перемещающихся относительно них постоянных магнитов.

Датчики 11, 12 скорости и концевые переключатели 13, 14 подключены к входам блока 10 управления.

Электроклапаны 27-30 электрически связаны с выходами блока управления 10.

Скорость основания 1 отслеживают при помощи датчика скорости 11, который преобразует колебания основания 1 в электрический сигнал U₁, пропорциональный скорости основания 1. Сигнал U₁ подается на первый вход блока управления 10.

Аналогично, скорость основания 2 отслеживают при помощи датчика 12 скорости, от которого на второй вход блока управления 10 подается электрический сигнал U₂, пропорциональный скорости основания 2.

При отжатом пружиной 8 штоке 31 (как это показано на фиг. 1) концевой переключатель 13 замкнут и на третий вход блока управления подается постоянный cигнал U₃=U₀₃. В любом другом положении штока 31 относительно основания 2 концевой переключатель 13 разомкнут и сигнал U₃= 0.

Аналогично, при отжатом пружиной 9 штоке 32 (как это показано на фиг. 1) концевой переключатель 14 замкнут и на четвертый вход блока управления 10 подается постоянный сигнал U₄ U₀₄, а в других положениях штока 32 концевой переключатель 14 разомкнут и сигнал U₄ 0.

При помощи блока 10 управления сравнивают сигналы U₁ и U₂ (cкорости объекта и источника вибрации) по направлению и величине. С учетом сигналов U₃ и U₄ полученная информация в виде сигналов U₅, U₆, U₇, U₈подается на выходы блока 10 управления, где они принимают следующие значения:

U₅=

U₆=

U₇=

U₈=

где U₀, U₀₃ и U₀₄ постоянные сигналы.

Сигналы U₅, U₆, U₇, U₈ подаются на электроклапаны 27 30 и поочередно включают их при постоянном сигнале и выключают при нулевом сигнале. Логика формирования сигналов U₅ и U₆ исключает случаи одновременного включения электроклапанов 27 и 28, но допускает одновременное их выключение. Если электроклапан 27 включен, то электроклапан 29 выключен и наоборот. Так же согласуется между собой и работа электроклапанов 28, 30.

Принцип работы управляемых затворов 4-7 рассмотрим на примере работы управляемого затвора 4.

При сигнале U₅ U₀ электроклапан 27 включается и перекрывает канал 23. Полости гидроцилиндра 15 разъединяются и жидкость фиксирует текущее положение поршня 19 и, соответственно, штока 31 относительно основания 1 (шток 31 начинает двигаться совместно с основанием 1). Если сигнал U₅ 0, то электроклапан 27 выключается и открывает канал 23. Полости гидроцилиндра 15 соединяются и шток 31 может перемещаться относительно основания 1, поскольку жидкость, перетекая по каналу 23 из над в под поршневую полость (и наоборот), не препятствует этому движению.

В обобщенном представлении управляемый затвор 4, под воздействием сигнала U₅ U₀, фиксирует положение штока 31 относительно основания 1, а под воздействием сигнала U₅ 0 освобождает его и он свободно перемещается относительно основания 1.

По аналогии, управляемый затвор 5 поочередно фиксирует и освобождает шток 32 относительно основания 1, а управляемые затворы 6 и 7 соответственно штоки 31 и 32 относительно основания 2.

При фиксации штока 31 или 32 относительно основания 2 одновременно происходит выключение из работы пружины 8 или 9. В результате этого накопленная при сжатии пружин 8 и 9 потенциальная энергия сохраняется до последующего включения их в работу.

Различают переходный (интервалы t₁,t₄) и основные (интервалы t₅,t₈ и т. д.) циклы работы амортизатора.

В положении, показанном на фиг. 1, концевые переключатели 13 и 14 замкнуты (U₃ U₀₃, U₄ U₀₄). При движении оснований 1 и 2 из этого положения вверх, когда U₁ > >0, U₂ > 0, U₁ < U₂ и U₃ U₀₃ (интервал t₁), на выходе блока управления 10 формируются следующие сигналы: U₅ 0, U₆ 0, U₇U₀, U₈ U_0.

Управляемые затворы 4 и 5 обесточены и освобождают штоки 31 и 32, а управляемые затворы 6 и 7 срабатывают и фиксируют положения штоков 31 и 32 относительно основания 2. На данном интервале движения принятое подключение управляемых затворов 4-7 минимизирует динамические нагрузки, передаваемые от основания 2 на основание 1, сводя их только к восстанавливающей силе упругого элемента 3 (пружины 8 и 9 выключены из работы, а штоки 31 и 32 перемещаются совместно с основанием 2).

Если скорость основания 2 уменьшается и становится меньше скорости основания 1 (U₁ > U₂ интервал t₂), то на выходе блока управления 10 формируются следующие сигналы: U₅ U₀, U₆ 0, U₇ 0, U₈ U₀.

По сравнению с предыдущим интервалом изменились сигналы U₅ и U₇. Вследствие этого управляемый затвор 4 срабатывает и фиксирует положение штока 31 относительно основания 1, а управляемый затвор 6 обесточен и освобождает шток 31 относительно основания 2, включая в работу пружину 8.

Поскольку скорость основания 1 больше скорости основания 2, то расстояние между ними увеличивается и пружина 8 сжимается, препятствуя увеличению скорости основания 1, восстанавливающая сила пружины 8 передается на основание 1 через шток 31 и направлена против ее движения. Этот режим работы управляемых затворов 4 7 сохраняется и при изменении направления скорости основания 2 (U₂ < 0).

Если же скорость основания 1 также становится отрицательной и основание 1 начинает перемещаться вниз (U₁ < 0, U₂ < 0 и IU₁I < IU₂I интервал t₃), то с учетом того, что сигнал U₄ U₀₄, на выходе блока управления 10 формируются следующие сигналы U₅ 0, U₆ 0, U₇ U₀, U₈= U₀.

Здесь, в результате срабатывания управляемого затвора 6, происходит не только фиксация штока 31 относительно основания 2, но и фиксация текущего деформированного состояния пружины 8 (пружина 8 выключается из работы). При обесточенных управляемых затворах 4 и 5 динамические нагрузки, передаваемые на основание 1, минимальны и определяются величиной восстанавливающей силы упругого элемента 3. Накопленная на предыдущем интервале движения потенциальная энергия пружины 8 сохраняется.

Уменьшение по абсолютной величине скорости основания 2 приводит в конечном итоге к выполнению соотношения IU₁I > IU₂I (интервал t₄). Тогда на выходе блока управления 10 формируются следующие сигналы: U₅ 0, U₆= U₀, U₇ U₀, U₈ 0.

По сравнению с предыдущим интервалом изменились сигналы U₆ и U₈. Вследствие этого управляемый затвор 5 срабатывает и фиксирует положение штока 32 относительно основания 1, а управляемый затвор 7 обесточен и освобождает шток 32 относительно основания 2 (пружина 9 включается в работу).

Поскольку основания 1 и 2 сближаются друг с другом, то пружина 9 сжимается и препятствует увеличению скорости основания 1, восстанавливающая сила пружины 9 передается на основание 1 через шток 32 и направлена против ее движения. Этот режим работы управляемых затворов 4-7 сохраняется и при изменении направления скорости основания 2 (U₂ > 0).

Как видно, на переходном цикле пружины 8 и 9 поочередно сжимаются, а накопленная таким образом потенциальная энергия сохраняется.

Теперь, если скорость основания 1 становится положительной и основание 1 начинает перемещаться вверх, имеем: U₁ > 0, U₂ > 0 и U₁ < U₂(интервал t₅). Поскольку шток 31 занимает промежуточное положение относительно основания 2, то сигнал U₃ 0 и на выходе блока управления 10 формируются следующие сигналы: U₅ U₀, U₆ 0, U₇0, U₈ U₀.

Управляемый затвор 5 обесточен и освобождает шток 32 от связи с основанием 1, а управляемый затвор 7 срабатывает и одновременно фиксирует положение штока 32 относительно основания 2 и текущее деформированное состояние пружины 9, пружина 9 выключается из работы. Одновременно управляемый затвор 4 срабатывает и фиксирует положение штока 31 относительно основания 1, а управляемый затвор 6 обесточен и освобождает шток 31 от связи с основанием 2. В результате последнего, пружина 8 включается в работу и начинает разжиматься, тормозя движение основания 1 через шток 31, восстанавливающая сила пружины 8 направлена против движения основания 1. На данном интервале происходит возвращение ранее накопленной потенциальной энергии пружины 8 в систему с положительным эффектом, а накопленная ранее потенциальная энергия пружины 9 сохраняется.

Если скорость основания 1 становится больше скорости основания 2, то при U₁ > 0, U₂ > 0 и U₁ > U₂ (интервал t₆) на выходе блока управления 10 сигналы U₅, U₆, U₇, U₈ сохраняют свои значения. Поскольку основания 1 и 2 удаляются друг от друга, то пружина 8 сжимается и тормозит движение основания 1, уменьшая ее скорость. Этот режим сохраняется и при изменении направления скорости основания 2 (U₂ < 0).

Когда скорость основания 1 также становится отрицательной и основание 1 начинает перемещаться вниз (U₁ < 0, U₂ < 0 и IU₁ I < I U₂ I интервал t₇), то на выходе блока управления 10 формируются следующие сигналы: U₅ 0, U₆ U₀, U₇ U₀, U₈ 0.

Управляемый затвор 4 обесточен и освобождает шток 31 от связи с основанием 1, а управляемый затвор 6 срабатывает и одновременно фиксирует положение штока 31 относительно основания 2 и текущее деформированное состояние пружины 8, пружина 8 выключается из работы. Одновременно, управляемый затвор 5 срабатывает и фиксирует положение штока 32 относительно основания 1, а управляемый затвор 7 обесточен и освобождает шток 32 от связи с основанием 2. В результате последнего, пружина 9 включается в работу и начинает разжиматься, тормозя движение основания 1 через шток 31, восстанавливающая сила пружины 9 направлена против движения основания 1. На данном интервале происходит возвращение ранее накопленной потенциальной энергии пружины 9 в систему с положительным эффектом, а накопленная ранее потенциальная энергия пружины 8 сохраняется.

Далее, если скорость основания 1 становится больше по абсолютной величине скорости основания 2, то при U₁ < 0, U₂ < 0 и IU₁ I> IU₂ I (в начале интервала t₈) на выходе блока управления 10 сигналы U₅, U₆, U₇, U₈ сохраняют свои значения. Поскольку основания 1 и 2 сближаются друг с другом, то пружина 9 сжимается и тормозит движение основания 1, уменьшая ее скорость. Этот режим сохраняется и при изменении направления скорости основания 2 (U₂ > 0).

При дальнейшем движении оснований 1 и 2 описанная последовательность работы амортизатора на основном цикле повторяется.

Конструкция амортизатора обеспечивает оптимальный рекуперативный процесс работы пружин 8 и 9, при котором их восстанавливающие силы всегда направлены против движения основания 1 и уменьшают ее скорость. Режимы, при которых восстанавливающие силы подталкивают основание 1, увеличивая ее скорость, исключены. Все это позволяет гарантировать снижение уровня колебаний объекта по сравнению с уровнем колебаний источника вибрации.