Способ гашения механических колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске и устройство для его осуществления

Способ гашения механических колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

) Б. А. Калашников, Г. А. Колоколов, В. Ф. Самойленко и И. Н. Гречух (72) Авторы изобретения

ВСЕСОЮЗЕИ

НТЕНТНФ13„, ; БИБЛИОТЕКА (7l ) Заявитель

Омский полтехнический институт

O (54) СПОСОБ ГАШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

ОБЪЕКТА НА ДВУХКАМЕРНОЙ ПНЕВМОПОДВЕСКЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ га 3).

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для гащения колебаний, возникающих в транспортных средствах, различного .рода ма1 шинах и аппаратах.

Известен способ гашения колебаний, заключающийся в том, что при определенной частоте возмущающего воздействия производят изменение жесткости упругих связей, соединяющих защищаемый обьект с основанием 11).

Устройство для осуществления этого способа содержит двухкамерный пневмоцилиндр, перепускной электропневмоклапан и цепь управления (2):

Указанное изменение жесткости позволяет уменьшить пик суммарной амплитудно частотной характеристики и, тем самым, снизить динамические нагрузки, передаваемые на защищаемый объект.

Однако изменение жесткости упругих связей, осуществляемое по этому способу и реализованное в известном устройстве, не обеспечивает эффективного гашения ме ханических колебаний, так как при таком изменении не происходит появления демпфируюших сил и диссипации энергии колебаний. Реализация. этого способа тре5 бует введения в подвеску дополнительных гасящих устройств - гидроамортизаторов, недостатками которых являются малый срок службы, нестабильность характеристик и передача на объект высокочастотных воздействий.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ гашения мехаt5 нических колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске, заключающийся . в том, что за счет разъединения камер пневмоподвески создают разность химических потенциалов находящихся в них газов, а при последующем соединении этих камер и смешивании газов осуществляют диссипацию энергии колебаний объек9700

45

Известно также устройство для гашения механических колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске, содержащее корпус, разделенный на две камеры, расположенный между камерами импульсный электроклапан, имеющий обмотку возбуждения и блок управления переключением электроклапана. Блок управления электроклапаном включает в себя фильтр низких частот, подключенный к выходу 10 датчика ускорений, и периодические звенья, соединенные последовательно с фильтром низких частот, усилитель мощности, реле и сумматор, к входам кото рого через соответствующие реле подклю- 15 чены выходы апериодических звеньев, а к выходу через усилитель мощности — обмотка электроклапана. Величина жесткости подвески при указанном ев изменении принимает два значения: минималь- 20 ное, соответствующее движению объекта к положению статического равновесия, и максимальное, соответствующее движению объекта к своим крайним положениям. Диссипация энергии колебаний объ«. 25 екта осуществляется в крайних положениях объекта за счет созданной в течение четверти периода (при движении объекта от положения статического равновесия) разности химических потенциалов газов, 50 под действием которой происходят необратимые термодинамические процессы первтекания и смешивания газов полостей.

Изменение структуры упругих связей, приводящее к появлению диссипации энергии 35 колебаний, позволяет гасить механические колебания без введения в подвеску сил сопротивления, обеспечиваемых специальным гасящим устройством 4) Однако известные способ и устройство не обеспечивают эффективного гашения механических колебаний в связи с тем, что принятые в этом способе и устройстве последовательность и длительность процессов перетекания и смешивания газов между полостями не обеспечивают высокой степени необратимости этих термодинамических процессов, а следовательно, не обеспечивают и высокой степени диссипации энергии колебаний.

С одной стороны это обусловлено тем, что.в известном способе и устройстве по этому способу соединение полостей производят в положениях, соответствующих небольшим амплитудам колебаний объекта, а не в положениях, соответству- ющих наибольшей разности химических потенциалов газов полостей.

04 4

Указанные положения объекта различ-: ны вследствие неизбежного теплообмена газов полостей с окружающей средой и д ругих и ричин. С д ругой стороны, малая степень диссипации энергии колебаний в известных способе и устройстве обусловлена еще и тем, что после установления равенства химических потенциалов газов полостей вблизи крайних, соответствующих наибольшим амплитудам положениях амортизированного объекта производство энтропии и диссипация энергии в пневмоподвеске прекращаются, и при последующем движении обьекта к положению статического равновесия параметры состояния газа в полостях изменяются одинаково. Тем самым, четверть пе-, риода колебаний. между газами полостей не создается разность химических потенциалов, которая является главной движущей силой для производства энтропии в подвеске. Последующее прекращение одинакового изменения термодинамических параметров газов полостей, осуществляемое путем разъединения полостей в положении статического равновесия, приводит при дальнейшем движении объекта к созданию некоторой разности химических потенциалов газов. Но эта разность невелика, так как она создается за счет энергии колебаний объекта только в течение четверти периода колебаний объекта, следовательно, незначительной будет степень необратимости последующих тврмодинамических процессов перетекания, смешивания газов и диссипации энергии колебаний.

Причиной отмеченных недостатков в известном устройстве является, во-первых, применение датчика ускорений, с помощью которого можно зафиксировать только кинематические характеристики объекта, но не термодинамические параметры состояния газов полостей, определяющие разность химических потенциалов и диссипацию энергии колебаний. Во-вторых, применение в блоке управления переключения электроклапана релейных элементов, срабатывающих от сигналов, пропорциональных перемещению и скорости объекта, в принципе не позволяет произвести соединение и разъединение. полостей в положениях объекта, отличающихся от крайних и от положения статического равновесия. Кроме того, электроклапан, примененный в устройстве для реализации известного способа, не позволяет обеспечить высокую степень необратимости термодинамических процес970004 сов перетекания и смешивания даже при сравнительно низких частотах колебаний вследствие присущих этому типу клапанов недостатков, главным из которых является недостаточно высокое быстродействие.

Цель изобретения — повышение эффективности гашения колебаний.

Указанная цель достигается тем, что в способе гашения механических колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске, заключающемся в том, что за счет разъединения камер пневмоподвески создают разность химических потенциалов находящихся в них газов, а при последующем соединии этих камер и смешивании газов осуществляют диссипацию энергии колебаний объекта, соединение камер производят в момент наибольшей разности химических потенциалов газов, отнесенных к их абсолютным температурам, а разъединение камер — в моменты установления равенства химических потенциалов газов, отнесенных к их абсолютным температурам.

При этом устройство для гашения колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске, содержащее корпус, разделенный иа две камеры, расположенный между камерами импульсный электроклапан, имеющий обмотку возбуждения, и блок управления переключением электроклапана, снабжено установленными в каждой камере датчиками давления и.температуры, электроклапан снабжен дополнительной обмоткой возбуждения и подвижной катушкой, блок управления выполнен в виде двух параллельных цепей, каждая из которых состоит из сумматора, двух логарифматоров, посредством одного из которых датчик давления соединен с одним входом сумматора, а посредством другого датчик температуры соединен через умножитель с другим входом сумматора, и одной последовательной цепи, состоящей из компаратора, к входам которого подключены выходы сумматоров, форМироватеия импульсов, входы которого непосредственно и через дифференцируюшее звено подключены к выходу компаратора и ключевого усилителя мощности, два выхода которого соединены соответственно с основной и дополнительной обмотками возбуждения, а третий выход — с подвижной катушкой импульсного электроклапана.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — импульсный электрокла5

55 пан, общий вид в разрезе; на фиг. 3 график изменения разности химических потенциалов, отнесенных к абсолютным температурам газов, и знака ее скорости а также диаграмма импульсов напряжения, подаваемых в обмотки возбуждения и катушку клапана для соединения и разъединения полостей.

Устройство содержит корпус 1, импульс- ный электроклапан 2, расположенный в перегород.ке между камерами 3 и 4 корппуса 1, в каждую из которых установлены датчики 5 и 6 давления и датчики 7 и 8 температуры. Блок управления переключением электроклапана 2 выполнен в виде двух параллельных цепей, состоящих из логарифматоров 9-12, Выходы логарифматоров 9 и 30 непосредственно, а выходы логарифматоров 11 и 12 через умножители 13 и 14 соединены с соответствующими сумматорами 15 и 16, выходы которых через последовательную цепь, состоящую из компаратора 17, формирователя 18 импульсов, подключены к ключевому усилителю 19 мощности, причем компаратор 17 и формирователь

18 импульсов соединены между собой как непосредственной линией 20, так и через дифференцируюшее звено 21. Выходы усилителя 19 мощности соединены с основной и дополнительной обмотками 22 и 23 возбуждения и с подвижной катушкой 24 импульсного электроклапана 2 (фиг. 2 ), име- юшего также верхний магнитопровод 25, нижний магнитопровод 26, запорный якорьклапан 27, жестко скрепленный с подвижной катушкой 24, которая помешена в воздушный зазор магнитопровода 26, на котором установлены неферромагнитные упоры 28, служащие одновременно направляющими элементами для якоря-клапана.

Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства следующим образом.

Посредством датчиков 5 и 6 давления и датчиков 7 и 8 температуры измеряют давление и температуру газов в камерах 3 и 4 и полученные сигналы подают на логарифматоры 9-12, с выходов которых сигналы, пропорциональные логарифмам давления и температуры газов, каждой из камер направляют на сумматоры 15 и 16, причем сигналы, пропорциональные логарифму температуры полостей, предварительно умножа-, ют на постоянное число, зависящее от состава газа. На выходах сумматоров

15 и 16 получают сигналы, пропорциональные химическим потенциалам газов, отнесенным к их абсолютным темпера970004 турам, которые подают на компаратор

17, с выхода которого снимают сигнал, пропорциональны и разности х имических потенциалов газов камер 3 и 4. Этот сигнал непосредственно через линию 20 и через дифференцируюшее звено 21, с помощью которого получают скорость изменения сигнала, подают на формирователь 18 импульсов, при помощи которого в положениях объекта, соответствующих наибольшей разности отношений химических потенциалов газов и их температурам, определяют знак скорости этой разности и вырабатывают запускающие импульсы, которые направляют на ключевой усилитель 19 мощности. Посредством ключевого усилителя 19 мощности формируют прямоугольный провал напряжения в обмотке 22 возбуждения (фиг. 3) и подают импульсы напряжения в обмотку 23 и подвижную катушку 24, благодаря чему перемешают запорный якорь-клапан

27 в крайнее нижнее положение до соприкосновения с упорами 28 и сообщают камеры 3 и 4. После установления равенства химических потенциалов газов, отнесенных к их абсолютным температурам, задним фронтом провала напряжения в обмотке 22 подают в подвижную катушку 24 импульс напряжения противоположной полярности, благодаря чему перемешают якорь-клапан 27 в крайнее верхнее положение и разобшают камеры

3 и 4. Длительность промежутка времени Д, в течение которого камеры 3 и 4. сообщены, подбирают экспериментально, определяя момент установления равенства химических потенциалов газов, отнесенных к их абсолютным температурам.

Использование предлагаемых способа и устройства для решения механических колебаний обеспечивает по сравнению с известными способами и устройствами повышение плавности хода и средней скорости движения транспортных средств, уменьшение динамических нагрузок, передаваемых на сооружения при ударных воздействиях, например землетрясениях, повышение надежности систем амортизации, так как реализация предлагаемого способа позволит отказаться от применения гидроамортизаторов.

Формула изобретения

1. Способ гашения механических колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске, заключаю цийся в том, что за счет разъединения камер пневмоподвески создают разность химических потенциалов находящихся в них газов, а при по« следующем соединении этих камер и смешивании газов осушествляют диссипацию энергии колебаний объекта, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний, соединение камер производят в моменты наибольшей разности химических потенциалов газов, отнесенных к их абсолют30 ным температурам, а разъединение камер — в моменты установления равенства химических потенциалов газов, отне сенных к их абсолютным температурам.

2. Устройство для гашения механи15 ческих колебаний объекта на двухкамерной пневмоподвеске, содержащее корпус, разделенный на две камеры, расположенный между камерами импульсный электроклапан, имеющий обмотку воз20 буждения, и блок управления переключением электроклапана. о т л и ч а юш е е с я тем, .что оно снабжено установленными в каждой камере датчиками давления Й температуры, электроклапан снабжен дополнительной обмоткой возбуждения и подвижной катушкой, блок управления выполнен в виде двух параллельных цепей, каждая из которых состоит из сумматора, двух логарифматоров, посредством одного из которых датчик давления соединен с одним входом сумматора, а посредством другого датчик температуры через умножитель — с другим входом сумматора и одной последовательной цепи, состоящей из компаратора, к входам которого подключены выходы сумматоров, формирователя импульсов, входы которого непосредственно и через дифференцируюшее звено подключены к выходу компаратора и ключевого усили40 теля мощности, два выхода которого соединены соответственно с основной и дополнительной обмотками возбуждения. а третий выход - с подвижной катушкой импульсного электроклапана.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Елисеев С. В. Структурная теория виброзашитных систем, Новосибирск, 50

"Наука", 1978, с. 206.

2. Авторское свидетельство СССР № 623759, кл. В 60G 11/26, 1978.

3. Емельянов С. В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М., "Наука", 1967, с. 48 (прототип ) .

4, Авторское свидетельство СССР № 568770, кл. F 10 F 9/50, 1975 (прототип).

970004 .

rK д()

PA 2 5

Составитель А. Машкин

Редактор П. Макаревич Техред N.Ãeðãåëü Корректор И. Ватрушкина

Заказ 8354/42 Тираж 990 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4