Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6912
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
F 16F 6/00
(54) ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
(21) Номер заявки: u 20100496
(22) 2010.05.26
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Бела-
руси" (BY)
(72) Авторы: Билык Вячеслав Алексеевич;
Коробко Евгения Викторовна; Кузьмин
Владимир Алексеевич; Глеб Владимир
Константинович; Биншток Александр
Ефимович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Белару-
си" (BY)
(57)
1. Электрореологический амортизатор для демпфирования колебаний тела, содержа-
щий корпус, внутри которого расположен цилиндр с образованием кольцевого зазора,
внутри цилиндра установлен верхний подвижный разделительный поршень со штоком с
BY6912U2010.12.30

2. BY 6912 U 2010.12.30
2
образованием в нем верхней и нижней камер, заполненных электрореологической жидко-
стью, соединенных с кольцевым зазором отверстиями, расположенными на верхнем и
нижнем торцах цилиндра, в нижней части корпуса размещен нижний подвижный раздели-
тельный поршень, отделяющий электрореологическую жидкость нижней камеры от воз-
духа, размещенного в пневматической компенсационной полости, образованной нижним
подвижным разделительным поршнем и внутренней поверхностью корпуса, причем ци-
линдр соединен с источником электрических напряжений, а корпус заземлен, отличаю-
щийся тем, что нижний подвижный разделительный поршень жестко скреплен с
дополнительно введенным пальцем, расположенным в пневматической компенсационной
полости с подвижно установленными на нем не менее двух цилиндрических постоянных
магнитов, обращенных один к другому одноименными полюсами, с образованием кольце-
вого зазора относительно внутренней поверхности корпуса.
2. Электрореологический амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что пневматиче-
ская компенсационная полость снабжена регулировочным ниппелем.
3. Электрореологический амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что верхний и
нижний подвижные разделительные поршни выполнены из диэлектрического материала,
например керамики, а палец - из немагнитного материала, например бронзы.
(56)
1. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. - М.: Машиностроение,
1985. - С. 46-56.
2. Патент США 5,259,487, МПК F 16F 15/03, 1993 (прототип).
Полезная модель относится к средствам для гашения колебаний, в частности к амор-
тизаторам, как к устройствам для демпфирования, и может быть использована в авто-,
машино- и авиастроении.
Известен пневмогидравлический телескопический однотрубный амортизатор [1], со-
стоящий из наружного цилиндра, поршня со штоком, разделяющего внутреннее простран-
ство цилиндра на две полости: рабочую и компенсационную с рабочей жидкостью
(например, машинным маслом), подвижного разделительного поршня и встроенной в
наружный цилиндр компенсационной полости со сжатым газом. Поршень оснащен пере-
пускными клапанами.
Амортизатор работает следующим образом.
При движении поршня вниз часть жидкости протекает через перепускные клапаны из
компенсационной полости в рабочую полость.
Другая часть жидкости, соответствующая объему входящего в амортизатор штока
поршня, вытесняется из рабочей в компенсационную полость через клапан на дне цилин-
дра. Компенсация изменения объема рабочей полости амортизатора происходит за счет
наличия пневматической компенсационной полости, заполненной сжатым газом.
Недостатками данного амортизатора являются сложность регулирования усилия
демпфирования и наличие дополнительного нагрева при постоянном перемещении порш-
ня за счет сил сопротивления газа, находящегося под высоким давлением в компенсаци-
онной пневматической полости.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, принятым за прототип,
является амортизатор, представленный в [2].
Данный управляемый амортизатор, использующий электрореологическую жидкость
(электрореологический амортизатор), содержит корпус, внутри которого размещен ци-
линдр с образованием кольцевого зазора, верхний подвижный разделительный поршень
со штоком, подвижный в осевом направлении, разделяющий внутреннее пространство ци-
линдра на верхнюю и нижнюю камеры. Зазор заполнен электрореологической жидкостью

3. BY 6912 U 2010.12.30
3
с возможностью ее перетекания в верхнюю и нижнюю камеры. В нижней части корпуса
расположен нижний подвижный разделительный поршень, который отделяет пневматиче-
скую компенсационную полость от электрореологической жидкости, находящейся в ниж-
ней камере. Корпус амортизатора заземлен, а к электроизолированному цилиндру
подведен положительный потенциал от источника электрического напряжения.
Электрореологический амортизатор работает следующим образом.
При воздействии на шток внешних сил (на фигуре не показан) верхний поршень со
штоком начинает перемещаться вниз во внутреннем цилиндре, вследствие чего из нижней
камеры через зазор электрореологическая жидкость поступает в верхнюю камеру. Возни-
кающее при этом гидравлическое сопротивление жидкости гасит колебания, что фиксиру-
ется на штоке амортизатора.
При подаче электрического напряжения на внутренний цилиндр в электрореологиче-
ской жидкости, находящейся в кольцевом зазоре, происходят процессы структурообразо-
вания, связанные с образованием мостиков из частиц твердой фазы, сцепляющихся с
наружной поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью корпуса. В результате это-
го эффективная вязкость электрореологической жидкости в зазоре увеличивается, что ве-
дет к возрастанию гидравлического сопротивления и демпфирующего усилия на штоке
электрореологического амортизатора.
Данный амортизатор позволяет регулировать демпфирующее усилие. Однако его не-
достатком является дополнительный нагрев при постоянном перемещении поршня в
амортизаторе за счет сил сопротивления газа, находящегося под высоким давлением в
пневматической компенсационной полости, что снижает силы сцепления частиц в элек-
трореологической жидкости, и создается недостаточная демпфирующая сила для эффек-
тивного гашения колебаний. Другим недостатком является возможность механического
удара нижнего подвижного разделительного поршня о корпус при резких (мгновенных)
больших нагрузках на шток электрореологического амортизатора.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности гашения
колебаний и обеспечение надежной стабильной работы амортизатора.
Задача решается следующим образом.
Известный электрореологический амортизатор для демпфирования колебаний тела
содержит корпус, внутри которого расположен цилиндр, образующий кольцевой зазор
между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью цилиндра. Внутри
цилиндра установлен верхний подвижный разделительный поршень со штоком, разделя-
ющий внутреннее пространство цилиндра на верхнюю и нижнюю камеры, заполненные
электрореологической жидкостью и соединенные с кольцевым зазором отверстиями, рас-
положенными на верхнем и нижнем торцах цилиндра. В нижней части корпуса размещен
нижний подвижный разделительный поршень, отделяющий электрореологическую жид-
кость нижней камеры от воздуха, размещенного в пневматической компенсационной по-
лости, образованной разделительным поршнем и внутренней поверхностью корпуса. К
цилиндру подведен положительный потенциал от источника электрических напряжений, а
корпус заземлен.
Согласно предлагаемому техническому решению, нижний разделительный подвиж-
ный поршень жестко скреплен с дополнительно введенным пальцем, расположенным в
пневматической компенсационной полости. На пальце подвижно установлены не менее
двух цилиндрических постоянных магнитов с зазором между ними. Магниты обращены
один к другому одноименными полюсами с образованием кольцевого зазора относительно
внутренней поверхности корпуса. Кроме того, пневматическая компенсационная полость
снабжена регулировочным ниппелем. Верхний и нижний подвижные разделительные
поршни выполнены из диэлектрического материала, например керамики, а палец - из не-
магнитного материала, например бронзы.

4. BY 6912 U 2010.12.30
4
Таким образом, предлагаемая конструкция электрореологического амортизатора обес-
печивает повышение эффективности гашения колебаний и обеспечивает более стабиль-
ную его работу за счет использования постоянных магнитов, расположенных в пневмати-
пневматической компенсационной полости.
На фигуре приведена схема общего вида предлагаемого электрореологического амор-
тизатора.
Предлагаемый электрореологический амортизатор содержит корпус 1 с буртиком 2.
Внутри корпуса 1 размещен цилиндр 3 с образованием кольцевого зазора 4 между внут-
ренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью цилиндра 3. Внутри цилиндра
3 размещен верхний подвижный разделительный поршень 5, жестко скрепленный со што-
ком 6 и подвижный в осевом направлении, для разделения внутреннего пространства ци-
линдра 3 на две камеры: верхнюю 7 и нижнюю 8, заполненные электрореологической
жидкостью 9. Шток 6 поршня 5 проходит через отверстие 10 в верхней части корпуса 1 и
воспринимает колебания от внешней силы (на фигуре не показан). В нижней части корпу-
са 1 установлен нижний подвижный разделительный поршень 11, образующий с внутрен-
ней поверхностью корпуса пневматическую компенсационную полость 12, заполненную
инертным газом (например, воздухом). Поршень 11 жестко скреплен с дополнительно
введенным пальцем 13 для размещения на нем, с возможностью перемещения, постоян-
ных магнитов 14, образующих с внутренней поверхностью корпуса 1 кольцевой зазор 15.
Магниты 14 отделены один от другого зазором 24 и установлены так, что два соседних
магнита обращены один к другому одноименными магнитными полюсами (полюс N одно-
го магнита к полюсу N соседнего магнита, полюс S одного магнита к полюсу S соседнего
магнита). На нижнем и верхнем торцах цилиндра 3 выполнены отверстия 16 для обеспе-
чения протекания электрореологической жидкости с нижней камеры 8 через кольцевой
зазор 4 в верхнюю камеру 7 и обратно. В отверстии 10 размещено уплотнительное кольцо
17 для герметизации зазора между корпусом 1 и штоком 6. Для герметизации зазора меж-
ду внутренней поверхностью цилиндра 3 и поршнем 5 установлено уплотнительное коль-
цо 18, а между внутренней поверхностью корпуса 1 и поршнем 11 - уплотнительное
кольцо 19. Для электроизоляции цилиндра 3 от корпуса 1 между верхним торцом цилин-
дра и корпусом, а также между нижним торцом цилиндра и опорным буртиком 2, выпол-
ненным на внутренней поверхности корпуса 1, размещены диэлектрические прокладки 20,
изготовленные, например, из фторопласта. Диэлектрическая втулка 21, установленная в
стенке корпуса 1, служит для безопасного подключения цилиндра 3 к источнику электри-
ческих напряжений 22. Корпус 1 соединен с контуром заземления. Регулировочный нип-
пель 23, размещенный в стенке полости 12, служит для заполнения ее сжатым инертным
газом (например, воздухом) под требуемым давлением от внешнего источника (например,
компрессора, на фигуре не показан). Поршень 5 и поршень 11 выполнены из электроизо-
ляционного материала, например керамики, а палец 13 - из немагнитного материала,
например бронзы.
Работа электрореологического амортизатора осуществляется следующим образом.
В исходном (обесточенном) положении при воздействии внешних сил (на фигуре не
показаны) на шток 6, проходящий через отверстие 10 в корпус 1, поршень 5 начинает пе-
ремещаться вниз, вытесняя электрореологическую жидкость 9 из нижней камеры 8 через
отверстия 16 в кольцевой зазор 4 и далее в верхнюю камеру 7. Шток 6, погружаясь в ка-
меру 7, занимает дополнительный объем камеры, вследствие чего поршень 5 сдвигается
вниз, и электрореологическая жидкость 9, демпфируя колебания штока, надавливает на
поршень 11, при этом уменьшается объем пневматической компенсационной полости 12.
Регулировочный ниппель 23 удерживает воздух в полости 12, а герметичность в по-
движных соединениях амортизатора обеспечивают уплотнительные кольца 17, 18 и 19.
При подаче на цилиндр 3, электроизолированный от корпуса 1 диэлектрической про-
кладкой 20, положительного потенциала от источника электрического напряжения 22 че-

5. BY 6912 U 2010.12.30
5
рез проводник, электроизолированный от корпуса диэлектрической втулкой 21, в электро-
реологической жидкости 9, расположенной в кольцевом зазоре 4, происходят процессы
структурообразования, которые приводят к росту вязкости жидкости, а следовательно, и к
эффективному повышению усилия демпфирования.
Движение поршня 5 вызывает перемещение поршня 11, что происходит не только за
счет сжатия воздуха поршнем 11, но и за счет того, что между постоянными магнитами
14, размещенными на пальце 13 с возможностью передвижения вдоль его оси и обращен-
ными одноименными магнитными полюсами один к другому, существуют силы отталки-
вания. Чем меньше зазор между магнитами, тем большую силу отталкивания они
передают поршню 11, а следовательно, и поршню 5. Ход поршня 11 вверх, вдоль оси кор-
пуса 1, ограничен кольцевым буртиком 2.
Поршень 5 и поршень 11 выполнены из диэлектрического материала для повышения
электробезопасности амортизатора, а палец 13 выполнен из немагнитного материала для
исключения влияния материала на магнитное взаимодействие расположенных на нем
магнитов. Кольцевой зазор 15 между магнитами 14 и внутренней поверхностью корпуса
обеспечивает не только равномерное заполнение пневматической полости воздухом под
давлением, но и предупреждает разогрев стенки корпуса при движении магнитов.
В качестве электрореологической жидкости может быть использована, например, сус-
пензия мелкоизмельченного диатомита в трансформаторном масле.
Достоинством использования постоянных магнитов вместо сжатого воздуха в компен-
сационной пневматической полости является более линейный характер увеличения уси-
лия амортизатора, что обычно требуется для пневматической полости амортизатора
телескопического типа. При этом можно достичь еще больших амортизирующих усилий.
Введение в пневматическую компенсационную полость, заполненную сжатым инерт-
ным газом (например, воздухом), двух или более постоянных магнитов, обладающих
определенным значением магнитной индукции, увеличивает силы сопротивления, созда-
ваемые на штоке управляемого электрореологического амортизатора, что позволяет ис-
пользовать амортизатор для демпфирования колебаний в более широких пределах усилий
демпфирования. Благодаря отсутствию сил трения между постоянными магнитами в от-
личие от газа, находящегося под высоким давлением, уменьшается нагрев амортизатора,
что приводит к более стабильной работе амортизатора.
Дополнительным достоинством предлагаемого технического решения является
предотвращение возможности механического удара нижнего подвижного разделительного
поршня о корпус при резких (мгновенных) больших нагрузках за счет исключения полно-
го сближения постоянных магнитов, расположенных одноименными полюсами друг к
другу.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.