Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6710
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
F 16F 6/00
(54) АМОРТИЗАТОР
(21) Номер заявки: u 20100295
(22) 2010.03.23
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена им. А.В.Лыкова Нацио-
нальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Коробко Евгения Викторовна;
Кузьмин Владимир Алексеевич; Глеб
Владимир Константинович; Билык Вя-
чеслав Алексеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена им. А.В.Лыкова Нацио-
нальной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Амортизатор, содержащий корпус, заполненный текучей композицией, шток с
поршнем, размещенный в корпусе, подвижный в осевом направлении, трубопровод с по-
следовательно подсоединенной к нему емкостью-теплообменником, при этом сам трубо-
провод снабжен калиброванными отверстиями и установленной на нем соленоидной
катушкой, подключенной к регулируемому источнику питания, отличающийся тем, что к
корпусу герметично присоединена цилиндрическая камера, соединенная трубопроводом с
емкостью-теплообменником; внутри камеры расположен шток из электроизоляционного
материала, подвижный в осевом направлении, один конец штока установлен в отверстии
корпуса, а на другом конце штока закреплен поршень, с образованием в камере компенсаци-
онной полости, заполненной сжатым воздухом; на внутренней поверхности цилиндриче-
ской камеры размещен полый электрод, а на штоке, внутри полого электрода, установлена
Фиг. 1
BY6710U2010.10.30

2. BY 6710 U 2010.10.30
2
металлическая втулка с образованием кольцевого зазора, заполненного текучей компози-
цией, чувствительной к воздействию на нее как магнитным, так и электрическим полем,
причем на внутренней поверхности полого электрода и на наружной поверхности метал-
лической втулки выполнены кольцевые канавки треугольного профиля глубиной не более
0,5 мм с углом при вершине 45-60 ° и радиусом закругления острых кромок не более 0,1 мм.
2. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрическая камера снабжена
фланцем, герметично связывающим его с корпусом с помощью резьбового соединения.
3. Амортизатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что металлическая втулка, уста-
новленная на штоке внутри полого электрода, подключена к регулируемому источнику
электрических напряжений, а полый электрод заземлен.
(56)
1. А.с. СССР 1116242, МПК F 16 F 15/00, 1984.
2. Коробко Е.В. Электроструктурированные (электрореологические) жидкости: особенно-
сти гидромеханики и возможности использования.- Минск: АНК ИТМО им. А.В. Лыкова
АН БССР, 1996.- С. 103-106.
3. А.с. СССР 1021835, МПК F 16F 6/00, 1983 (прототип).
Полезная модель относится к средствам для гашения колебаний, в частности к амор-
тизаторам как к устройствам для демпфирования, и может быть использована в машино-
строении.
Известен способ регулирования упругих характеристик системы путем наложения на
жидкость физического поля [1]. Демпфирование осуществляют воздействием электрическо-
го поля на упругую электрореологическую суспензию, размещенную между соосными ци-
линдрическими электродами. Под действием электрического напряжения происходит
структурообразование в суспензии. В межэлектродном пространстве образуются цепочеч-
ные структуры из частиц твердой фазы суспензии, увеличивающие ее эффективную вяз-
кость, которая и определяет демпфирующие свойства электрореологической суспензии.
Недостатком устройства для реализации предложенного способа является небольшое
усилие демпфирования ввиду того, что эффективная вязкость электрореологической сус-
пензии увеличивается незначительно из-за малой прочности структур из частиц твердой
фазы, разрушаемых потоком жидкости.
Известно применение текучей композиции, обладающей как электро- так и магнито-
реологическими свойствами [2]. Такой, например, как электрореологическая суспензия
диатомита в минеральном масле, с введением в состав суспензии предварительно обрабо-
танного раствором полистирола в толуоле карбонильного железа. Мелкодисперсные ча-
стицы диатомита и карбонильного железа (размером до 0,025 мм) составляют твердую
дисперсную фазу, а минеральное масло является дисперсной средой.
Наиболее близким к предлагаемому решению, принятым за прототип является амор-
тизатор [3].
Амортизатор содержит корпус, заполненный магнитной жидкостью, шток, выполнен-
ный из немагнитного материала, с поршнем, подвижный в осевом направлении и разме-
щенный в корпусе, соединяющий полости корпуса трубопровод с калиброванными
отверстиями и установленную на нем соленоидную катушку, подключенную к регулиру-
емому источнику питания, и емкость-теплообменник, подключенную последовательно к
трубопроводу.
Амортизатор работает следующим образом.
При воздействии на шток внешних сил поршень начинает перемещаться в корпусе,
вследствие чего из полости под поршнем в полость над поршнем через калиброванные
отверстия трубопровода и емкость-теплообменник протекает магнитная жидкость, гася

3. BY 6710 U 2010.10.30
3
колебания, воспринимаемые амортизатором. Магнитная жидкость, пройдя через трубо-
провод, попадает в емкость-теплообменник, где остывает. Вязкость жидкости в трубопро-
воде, выполненном из немагнитного материала, увеличивается с ростом напряженности
магнитного поля, образованного соленоидной катушкой, благодаря чему возрастает
демпфирующее усилие амортизатора.
Недостатком данного амортизатора является то, что он не обеспечивает достаточную
эффективность гашения колебаний и имеет небольшие пределы регулирования амортизи-
рующего усилия. Кроме того, для обеспечения работоспособности амортизатора (с учетом
несжимаемости магнитной жидкости) в жидкости должен находиться некоторый объем
воздуха, что может привести к нестабильной работе амортизатора, особенно при высоких
скоростях движения поршня.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности гашения
колебаний, расширение возможностей регулирования амортизирующих усилий и повы-
шение стабильности работы амортизатора.
Задача решается следующим образом.
Известный амортизатор содержит корпус, заполненный текучей композицией, шток с
поршнем, подвижный в осевом направлении. При этом полость корпуса последовательно
связана трубопроводом с емкостью-теплообменником, а сам трубопровод снабжен калиб-
рованными отверстиями. На трубопроводе установлена соленоидная катушка, подклю-
ченная к регулируемому источнику питания.
Согласно предлагаемому техническому решению к корпусу трубопроводом герметич-
но присоединена цилиндрическая камера, соединенная трубопроводом с емкостью-
теплообменником. Внутри камеры расположен шток из электроизоляционного материала,
подвижный в осевом направлении. Один конец штока установлен в отверстии корпуса, а
на другом конце штока закреплен поршень, образующий в камере компенсационную по-
лость, заполненную сжатым воздухом. На внутренней поверхности камеры размещен по-
лый электрод, а на штоке, внутри полого электрода, установлена металлическая втулка с
образованием кольцевого зазора, заполненного текучей композицией, чувствительной к
воздействию на нее как магнитным, так и электрическим полем. На внутренней поверхно-
сти полого электрода и на наружной поверхности металлической втулки выполнены коль-
цевые канавки треугольного профиля глубиной не более 0,5 мм с углом при вершине 45-
60° и радиусом закругления острых кромок не более 0,1 мм.
Кроме того, цилиндрическая камера снабжена фланцем, герметично связывающим его
с корпусом с помощью резьбового соединения, металлическая втулка, установленная на
штоке, подключена к регулируемому источнику электрических напряжений, а полый
электрод заземлен.
Таким образом, предлагаемая конструкция амортизатора обеспечивает возможность
использования как магнитореологических, так и электрореологических свойств текучей
композиции, что повышает эффективность гашения колебаний, расширяет возможности
регулирования амортизирующего усилия и повышает стабильность его работы.
На фиг. 1 приведена схема общего вида предлагаемого амортизатора.
На фиг. 2 показан профиль кольцевых канавок.
На фиг. 3 показано расположение мостиков из частиц твердой фазы текучей компози-
ции в зазоре.
Амортизатор содержит корпус 1, расположенный в нем шток 2 с поршнем 3, подвиж-
ный в осевом направлении. Трубопровод 4 с калиброванными отверстиями последова-
тельно соединен с емкостью-теплообменником 10 и соединяет с ним полости 5 и 6
корпуса 1, заполненного текучей композицией 7, чувствительной к воздействию на нее
как магнитным, так и электрическим полем. На трубопроводе 4 установлена соленоидная
катушка 8, подключенная к клеммам 9 регулируемого источника питания. Цилиндриче-
ская камера 11 герметично присоединена к корпусу 1 фланцем 12 с помощью резьбового

4. BY 6710 U 2010.10.30
4
соединения 13 и связана с емкостью-теплообменником 10 трубопроводом 14 для поступ-
ления текучей композиции 7 из емкости-теплообменника 10 в камеру 11. Внутри камеры
11 расположен шток 15 из электроизоляционного материала, подвижный в осевом направ-
лении, с ограничением движения вправо с помощью упоров 16. Один конец штока 15
установлен в отверстии 17 корпуса 1 и опирается на стенку корпуса 1 для лучшего цен-
трирования штока. Таким образом отверстие 17 соединяет внутреннюю полость 6 корпуса
1 с цилиндрической камерой 11. На другом конце штока 15 закреплен поршень 18, кото-
рый образует в камере 11 компенсационную полость 19, оснащенную обратным клапаном
20 и заполненную сжатым воздухом. На внутренней поверхности камеры 11 установлен
полый электрод 21, соединенный с контуром заземления, а внутри полого электрода, на
штоке 15, закреплена металлическая втулка 22, присоединенная к клемме 23 регулируемо-
го источника электрических напряжений для создания в зазоре 24, заполненном текучей
композицией 7, электрического поля. На внутренней поверхности полого электрода 21 и
на наружной поверхности металлической втулки 22 выполнены кольцевые канавки 25
(фиг. 2) треугольного профиля глубиной не более 0,5 мм с углом при вершине 45-60° и
радиусом закругления острых кромок канавок не более 0,1 мм. При протекании текучей
композиции 7 по зазору 24 образуются мостики 26 из частиц твердой фазы (фиг. 3).
Работа амортизатора осуществляется следующим образом.
С помощью обратного клапана 20 компенсационную полость 19 заполняют сжатым
воздухом или другим инертным газом, например от компрессора (на чертеже не показан),
под небольшим давлением так, чтобы поршень 18 вошел в соприкосновение с установ-
ленными внутри цилиндрической камеры 11 упорами 16. В исходном (обесточенном) по-
ложении амортизатора при воздействии на шток 2 корпуса 1 внешних сил поршень 3
начинает перемещаться вниз, вытесняя текучую композицию 7 из полости 5 в трубопро-
вод 4. Через калиброванные отверстия в трубопроводе 4 текучая композиция 7 поступает
в емкость-теплообменник 10, где остывает, и по трубопроводу 14 поступает в камеру 11.
Так как камера 11 герметично связана с корпусом 1 фланцем 12 с резьбовым соединением
13, текучая композиция 7 проходит по зазору 24 и через отверстие 17 попадает в полость 6
корпуса 1.
Вследствие того, что зазор 24 создает гидравлическое сопротивление протекающей
текучей композиции 7, давление внутри цилиндрической камеры 11 повышается. Это
приводит к перемещению штока 15 с расположенным на одном его конце поршнем 18 и
сжатию воздуха в компенсационной полости 19, тем самым демпфируя амортизирующее
усилие, что обеспечивает более плавную и стабильную работу амортизатора. Другой ко-
нец штока 15 перемещается в отверстии 17 корпуса 1, чем обеспечивает лучшее центри-
рование штока 15 с поршнем 18 относительно внутренней поверхности камеры 11.
Обратный клапан 20 удерживает воздух, находящийся под давлением, в компенсационной
полости 19, Амортизирующее усилие определяют суммой гидравлических сопротивлений
трубопроводов 4 и 14 и зазора 24. При подаче на соленоидную катушку 8 электрического
тока от клеммы 9 регулируемого источника питания в соленоидной катушке 8 возбужда-
ется магнитное поле, которое воздействует на текучую композицию 7, чувствительную
как к магнитному, так и к электрическому полю. Эффективная вязкость композиции уве-
личивается, что приводит к дополнительному росту гидравлического сопротивления, а
следовательно, и к повышению демпфирующего усилия амортизатора, так как на преодоле-
ние гидравлического сопротивления трубопровода 4 от потока отбирается дополнительная
механическая мощность. При подаче на металлическую втулку 22 положительного элек-
трического потенциала от клеммы 23 источника электрических напряжений в текучей
композиции 7, протекающей по зазору 24, мгновенно образуются мостики 26 (фиг. 3), со-
стоящие из частиц твердой фазы и связывающие между собой полый электрод 21 и метал-
лическую втулку 22. Поскольку размер частиц не превышает 0,025 мм, они проникают в
треугольные углубления кольцевых канавок 25. Эффективная вязкость текучей компози-

5. BY 6710 U 2010.10.30
5
ции 7 возрастает. Потоку жидкости необходима дополнительная мощность для того, что-
бы разрушить мостики 26, концы которых размещены в кольцевых канавках глубиной не
более 0,5 мм с углом при вершине 45-60°. Если угол при вершине треугольного профиля
кольцевой канавки 25 меньше 45°, то возможно накопление частиц твердой фазы в углах,
застревание их там и снижение прочности мостиков 26 за счет уменьшения количества
частиц дисперсной фазы в средней его части. Поэтому текучей композиции 7 необходимо
меньше механической энергии для разрушения мостиков 26. Эффективная вязкость ком-
позиции снижается. В то же время увеличение угла при вершине треугольного профиля
больше 60° может привести к соскальзыванию концов мостиков с наклонных поверхно-
стей кольцевых канавок, что также уменьшит эффективную вязкость текучей композиции.
Острые кромки треугольного профиля канавок 25 закруглены радиусом не более 0,1 мм
во избежание возникновения концентрации напряженности электрического поля на кром-
ках, что может привести к электрическому пробою, при котором эффективная вязкость
текучей композиции 7 снижается до исходной вязкости (т.е. вязкости при отсутствии
электрического поля).
Таким образом, предлагаемая конструкция амортизатора позволяет регулировать ве-
личину амортизирующего усилия в широких пределах от начального значения при отсут-
ствии магнитного и электрического полей до наибольшего значения при одновременном
воздействии на текучую композицию магнитным и электрическим полем, повышая эф-
фективность гашения колебаний.
В тех случаях, когда амортизатор используют для создания небольших усилий демп-
фирования, регулировать амортизирующее усилие можно путем воздействия на текучую
композицию 7 по отдельности электрическим или магнитным полем.
Наличие компенсационной полости 19 со сжатым воздухом обеспечивает стабильную
и плавную работу амортизатора.
Фиг. 2 Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.