управляемая подвеска

Формула изобретения

Управляемая подвеска, содержащая гидроцилиндр, рабочий шток с поршнем, систему управления, отличающаяся тем, что введены две секции, каждая секция выполнена в виде последовательно соединенных гидромагистралью баллонов со сжатым газом, состоящих из двух камер, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, одна камера сообщена с гидромагистралью и заполнена магнитной жидкостью, а другая камера заполнена сжатым газом, на входе каждого баллона установлен демпфер на магнитной жидкости, демпферы снабжены электромагнитами и связаны с системой управления, первая секция подключена к поршневой полости гидроцилиндра, вторая - к штоковой полости гидроцилиндра, в статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости

где Р^сж_0,1 - значение давления газа в 1-м баллоне секции сжатия в статическом положении;

Р ^сж_0,i - значение давления газа в i-м баллоне секции сжатия в статическом положении;

Р^отб _0,j - значение давления газа в j-м баллоне секции отбоя в статическом положении;

_i - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-м баллоне и i-м баллоне секции сжатия, 0< _i<3;

_j - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-м баллоне секции сжатия и j-м баллоне секции отбоя, 0< _j<3;

i, j=1-10, номера баллонов в секциях сжатия, отбоя соответственно,

а в качестве рабочей жидкости используется магнитная жидкость с содержанием магнитных частиц 1...10% по объему.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а более конкретно к системам виброзащиты на транспорте.

Известна [1] саморегулируемая пневмогидравлическая рессора, содержащая корпус с цилиндром, в котором размещен шток с поршнем, разделяющим полость цилиндра, и регулятор положения транспортного средства (ТС), резервуар с маслом, накопительный и регулирующий гидроаккумуляторы, замерный, корректирующий и обратный клапаны. Такая рессора обеспечивает за счет изменения величины давления постоянство частот собственных колебаний транспортного средства (ТС) при изменении его загрузки [1]:

где _z, - частота колебаний подрессоренной массы ТС в вертикальном и поперечно-угловом направлениях соответственно;

C _pi - жесткость рессоры i-ой оси;

n - количество осей ТС;

М_п - величина подрессоренной массы ТС;

J_п - момент инерции подрессоренной массы относительно продольной оси ТС.

Недостатком известной саморегулируемой пневмогидравлической рессоры является влияние величины давления в газовой полости рессоры на устойчивость к вибрационным и ударным воздействиям при движении ТС по дорогам различной категории с переменными скоростями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство гашения колебаний объекта, содержащее корпус, рабочий шток с поршнем, плавающий поршень, баллон со сжатым газом, состоящий из двух камер, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, систему управления [2].

Недостатками известного устройства для гашения колебаний объекта являются влияние на эффективность работы, а именно на быстродействие и устойчивость к вибрационным и ударным возмущениям, величины давления газа в камере и наличие подвешенных плавающих поршней, снижающих надежность функционирования систем подобного типа.

Требуемый технический результат - расширение функциональных возможностей устройства путем исключения влияния постоянного значения давления в газовой полости подвески на степень снижения перегрузок объекта амортизации, быстродействие и устойчивость функционирования управляемой подвески при действии вибрационных и ударных возмущений, обусловленных движением ТС по дорогам различной категории с переменными скоростями, а также обеспечение повышенного уровня надежности.

Требуемый технический результат достигается тем, что подвеска, содержащая гидроцилиндр, рабочий шток с поршнем, систему управления, снабжена двумя секциями баллонов со сжатым газом, секции выполнены в виде последовательно соединенных гидромагистралью баллонов, состоящих из двух камер (газовой и жидкостной), разделенных гибкой непроницаемой перегородкой, на входе которых установлены демпферы на магнитной жидкости, демпферы снабжены электромагнитами и связаны с системой управления, первая секция подключена к поршневой полости гидроцилиндра, вторая - к штоковой полости гидроцилиндра; в статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости (2)

где - значение давления газа в 1-ом баллоне секции сжатия в статическом положении;

- значение давления газа в i-ом баллоне секции сжатия в статическом положении;

- значение давления газа в j-ом баллоне секции отбоя в статическом положении;

_i - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-ом баллоне и i-ом баллоне секции сжатия;

_j - безразмерный коэффициент, связывающий давления в 1-ом баллоне секции сжатия и j-ом баллоне секции отбоя;

i, j - номера баллонов в секциях сжатия, отбоя соответственно, а в качестве жидкости используется магнитная жидкость с процентным содержанием магнитных частиц 1...10% по объему.

Диапазон значений безразмерных коэффициентов _i и _j обусловлен их зависимостью от величины и распределения подрессоренной массы по длине транспортного средства. Приведенные диапазоны коэффициентов _i и _j позволяют обеспечить регулирование величиной упругой и демпфирующей составляющих усилия, развиваемого подвеской, в 3...5 раз в масштабе времени, близком к реальному, что обеспечит снижение максимальных значений ускорений подрессоренных масс транспортного средства на 20...70% при движении по дорогам I...IV категорий и разведанной местности в диапазоне эксплуатационных скоростей.

Диапазон значений процентного содержания магнитных частиц в жидкости обусловлен необходимостью выбора оптимального сочетания значений безразмерных коэффициентов _i и _j и концентрации магнитных частиц по объему жидкости с целью обеспечения необходимого диапазона регулирования упругой и демпфирующей составляющими усилия, развиваемого подвеской, за счет работы дросселей. Зависимость демпфирующей составляющей усилия, формируемой в магнитожидкостном демпфере, от концентрации магнитных частиц определяется по следующей формуле (3):

где Н₀ - напряженность внешнего магнитного поля, создаваемого электромагнитной обмоткой демпфера;

- электропроводность магнитной жидкости;

₀ - вязкость жидкости-носителя;

К - коэффициент, зависящий от формы частиц;

C_V - объемная концентрация частиц в магнитной жидкости;

L, В, f_ДР - геометрические параметры магнитожидкостного демпфера (МЖД);

V - скорость течения магнитной жидкости в рабочих каналах МЖД.

Приведенный диапазон изменения концентрации магнитных частиц в жидкости позволяет в сочетании с конструктивными решениями, реализуемыми в МЖД, обеспечивать регулирование величиной демпфирующего усилия в 3...5 раз, что позволит перераспределять магнитную жидкость между баллонами со сжатым газом, значения давления газа в которых могут отличаться в несколько раз.

Анализ научно-технической литературы показал, что до даты подачи заявки отсутствовали устройства с указанной совокупностью признаков. Следовательно, предложение отвечает требованию новизны.

Кроме того, требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, использованием двух секций баллонов, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой на полости с жидкостью и сжатым газом, например азотом, каждая из которых представляет собой ряд последовательно связанных гидромагистралью баллонов, на входе которых установлены демпферы на магнитной жидкости, снабженные электромагнитами и связанные системой управления, первая из секций подключена к штоковой полости гидроцилиндра, а вторая - к поршневой, в статическом положении значения давлений в баллонах со сжатым газом подчиняются зависимости

а в качестве жидкости используется магнитная жидкость с процентным содержанием магнитных частиц 1...10% по объему, которая в известной научно-технической литературе неизвестна. Следовательно, предложение отвечает требованию изобретательского уровня.

На чертеже представлена принципиальная схема управляемой подвески. Управляемая подвеска содержит гидроцилиндр 1, рабочий шток с поршнем 2, гидромагистрали 3, соединяющие жидкостные полости 7 баллонов 5, разделенных гибкой непроницаемой перегородкой на жидкостную 7 и газовую полости 6, со штоковой (А) и поршневой (Б) полостями гидроцилиндра; на гидромагистралях 3 перед каждым баллоном со сжатым газом установлен магнитожидкостный демпфер 4, к которому поступают сигналы от системы управления 8.

Магнитожидкостные демпферы 4 могут быть выполнены в виде, представленном в [3, 4, 6, 7]. Система управления может быть выполнена аналогично системам управления, описанным в [5, 6, 7], управление в ней может осуществляется по одному параметру (например, ускорению) или по нескольким параметрам (например, ускорению, скорости, перемещению, давлению и т.п.), она может включать в свой состав датчики информации (например, датчики ускорений, скоростей, перемещений, давлений и т.п.), усилитель-преобразователь (логическое устройство, усилитель мощности) и исполнительные элементы (например, электромагнитные катушки).

Управляемая подвеска работает следующим образом. При движении транспортного средства на него со стороны опорной поверхности дороги действует возмущение . По сигналу от датчиков информации системы управления 8 в магнитожидкостных демпферах 4, установленных на гидромагистралях 3, наводятся электромагнитные поля, которые вызывают изменения эффективной вязкости магнитной жидкости, находящейся в проходном канале каждого магнитожидкостного демпфера, изменение вязкости и перераспределение потока магнитной жидкости между баллонами со сжатым газом осуществляются в соответствии с алгоритмами, позволяющими сформировать рациональные значения упругой и демпфирующей характеристик подвесок транспортного средства и снизить перегрузки объекта амортизации до допустимых величин при движении по дорогам различной категории с переменными скоростями.

Таким образом, благодаря введению двух секций баллонов, разделенных гибкими непроницаемыми перегородками на жидкостные и газовые полости, подключенных жидкостными полостями к штоковой и к поршневой полостям гидроцилиндра с установленными перед баллонами демпферами на магнитной жидкости, управляемыми системой управления, существенно расширяются функциональные возможности предлагаемого устройства, поскольку данная управляемая подвеска позволяет реализовать управление упругой и демпфирующей подвесок составляющими усилия, создаваемого в подвеске, и, таким образом, формировать согласно заданному в системе управления алгоритму рациональные значения упругодемпфирующей характеристики, обеспечивающей надежное снижение перегрузок объекта амортизации транспортного средства при движении по дорогам различных категорий с переменными скоростями движения.

Вместе с тем, при отключении системы управления вязкостью магнитной жидкости возможно формирование усилий по закону, реализуемому на устройстве-прототипе, то есть в частном случае сохраняются функциональные возможности устройства-прототипа.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1134820, F 16 F 5/00. Саморегулируемая пневмогидравлическая рессора. /И.М. Рябов, В.В. Новиков.

2. Авторское свидетельство СССР №1024615, F 16 F 9/50, 1983 г. Устройство для гашения колебаний объекта.

3. Авторское свидетельство СССР №989945, F 16 К 31/02, 1979 г., опубл. в БИ 1982 г., №19. Магнитожидкостный дроссель.

4. Авторское свидетельство СССР №669141, F 16 К 31/02, 1977 г., опубл. в БИ 1979 г., №23. Магнитожидкостный дроссель.

5. Амортизационное устройство. /Рулев С.В., Герасимчук В.В., Савостьянов А.М. и др. Патент на изобретение №2066005. - М.: Роспатент, 1996 г., 12 с.

6. Научно-технический отчет “Виброзащитные системы. Патентные исследования”. НТО-540-14Ф12-33-89 /Савостьянов А.М., Моишеев А.А., Бирюков А.С. и др. - М.: НПО им. А.С. Лавочкина, 1989 г., 241 с., ил.

7. Управляемые магнитожидкостные виброизоляторы. /Рулев С.В., Самсонов В.Н., Савостьянов А.М. и др. - М.: МО, 1988 г., 207 с., ил.