CC BY
74
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР С ПЕРЕМЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ Новиков В.В.1, Рябов И.М.2, Чернышов К.В.3, Поздеев А.В.4, Марков Г.В.5 Email: [email protected]
'Новиков Вячеслав Владимирович — доктор технических наук, профессор, кафедра автоматических установок; 2Рябов Игорь Михайлович — доктор технических наук, профессор, кафедра автомобильных перевозок;
3Чернышов Константин Владимирович — кандидат технических наук, доцент, кафедра технической эксплуатации и ремонта автомобилей;
4Поздеев Алексей Владимирович — кандидат технических наук, доцент; 5Марков Геннадий Владимирович — аспирант, кафедра автоматических установок, Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград
Аннотация: в статье представлено описание устройства и работы гидравлического амортизатора с переменным сопротивлением, обеспечивающим в цикле колебаний плавное увеличение и ограничение силы на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации гидроамортизатора до положения статического равновесия) и резкое уменьшение силы на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора). Ключевые слова: гидравлический амортизатор, переменное сопротивление, цикл колебаний, рабочая диаграмма, плавность хода, подвеска автомобиля.
HYDRAULIC SHOCK ABSORBERS WITH VARIABLE RESISTANCE Novikov V.V.1, Ryabov I.M.2, Chernyshov K.V.3, Pozdeev A.V.4, Markov G.V.5
'Novikov Vyacheslav Vladimirovich — DSc. in Technical Sciences, Full Professor, DEPARTMENT AUTOMATIC INSTALLATIONS;
2Ryabov Igor Mikhailovich — DSc. in Technical Sciences, Full Professor, DEPARTMENT MOTOR TRANSPORTATION;
3Chernyshov Konstantin Vladimirovich — PhD in Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT TECHNICAL OPERATION AND REPAIR OF CARS;
4Pozdeev Alexey Vladimirovich — PhD in Technical Sciences, Associate Professor;
5Markov Gennady Vladimirovich — Postgraduate student, DEPARTMENT AUTOMATIC INSTALLATIONS, VOLGOGRAD STATE TECHNICAL UNIVERSITY, VOLGOGRAD
Abstract: the article describes the device and operation of a hydraulic shock absorber with variable resistance, providing in the cycle of oscillations a smooth increase and limitation of the force in one half of the strokes of compression and release (from the moment of changing the direction of deformation of the shock absorber to the position of static equilibrium) and a sharp decrease in the resistance force on the other half of the compression and rebound strokes (from the position of static equilibrium to the moment of changing the deformation direction of the shock absorber). Keywords: hydraulic shock absorber, variable resistance, oscillation cycle, working diagram, smooth running, car suspension.
УДК 629.11.012.813
Гидравлические амортизаторы являются основным демпфирующим элементом подвески, обеспечивающим гашение колебаний кузова и колес. При этом все многообразие известных гидроамортизаторов мало отличаются друг от друга, поскольку все они обеспечивают, как правило, плавное увеличение силы сопротивления при росте скорости деформации подвески и ограничение максимальной силы при достижении определенных скоростей как на ходе сжатия, так и отбоя. В результате реализуемые ими демпфирующие характеристики (зависимость силы от скорости) отличаются только наклоном кривых на дроссельном и клапанном участках и
величинами силы и скорости, при которых срабатывают предохранительные или разгрузочные клапаны. Таким характеристикам соответствуют как правило круговые рабочие диаграммы (зависимость силы от перемещения), площадь которых соответствует энергии амортизатора, идущая на его нагрев и рассеивание в окружающую среду.
Однако с точки зрения виброзащиты такие характеристики не являются оптимальными, поскольку не учитывают фазовый сдвиг колебаний кузова относительно колес, приводящий к тому, что в цикле гармонических колебаний существуют две зоны, в которых гидроамортизаторы не гасят, а, наоборот, увеличивают колебания подрессоренной массы. Исследования ученых ВолгГТУ показали, что ширина зон неэффективной работы даже в зоне резонансных колебаний подрессоренной массы может достигать четверти цикла колебаний, что негативно сказывается не только на увеличении коэффициента динамичности, но и на бесполезном нагреве рабочей жидкости. В связи с этим ими предлагается путь создания новых типов гидроамортизаторов, которые бы обеспечивали резкое уменьшение сопротивления в зонах неэффективной работы [1-11].
В качестве первого прототипа такого гидроамортизатора можно привести патент на изобретение РФ 2426921 от 2011 г., обеспечивающий плавное увеличение и ограничение гидравлического сопротивления на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации амортизатора до положения статического равновесия) и его резкое уменьшение на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора). В результате такой структуры гидроамортизатор обеспечивает рабочую диаграмму в виде «бабочки» [9].
Недостатком данного гидроамортизатора является относительно высокая сложность конструкции и большие радиальные габариты, что увеличивает его массу и затрудняет компоновку в подвеске. Кроме того, наличие радиальных отверстий в стенке цилиндра, через которые при работе гидроамортизатора скользят уплотнения поршня, может привести к их быстрому износу и потере герметичности, что снижает долговечность и надежность работы.
Для устранения этих недостатков данный гидроамортизатор был изменен таким образом, что все его наружные магистрали, обеспечивающие в цикле колебаний нужное сообщение полостей, удалось реализовать внутри него самого (рис. 1).
Рис. 1. Гидравлический амортизатор с переменным сопротивлением: 1 — цилиндр; 2 — шток; 3 — поршень; 4 и 5 — надпоршневая и подпоршневая полости; 6 — компенсационная
камера; 7 — дроссель; 8 и 9 — предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя; 10 — плунжер; 11 — осевое отверстие поршня; 12 — глухое осевое отверстие штока; 13 — кольцевой канал; 14 — радиальные отверстия штока; 15 — осевой канал плунжера; 16 и 17 — верхний и нижний обратные клапаны; 18 — радиальные отверстия плунжера; 19 и 20 — верхние и нижние радиальные отверстия плунжера; 21 — уплотнение плунжера в осевом отверстии поршня
Гидроамортизатор содержит цилиндр 1, установленный в нем шток 2 с поршнем 3, делящим цилиндр 1 на надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости, заполненные жидкостью. В нижней части цилиндра 1 размещена компенсационная пневматическая камера 6. В поршне 3 выполнен дроссель 7 и установлены предохранительные клапаны хода сжатия 8 и хода отбоя 9, сообщающие надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости между собой.
В нижней части цилиндра 1 по его оси закреплен плунжер 10, который герметично установлен в осевом отверстии 11 поршня 3 и глухом осевом отверстии 12 штока 2. Плунжер 10, поршень 3 и глухое отверстие 12 в штоке 2 образуют кольцевой канал 13, который сообщен с надпоршневой полостью 4 через радиальные отверстия 14, выполненные в нижней части штока 2. Внутри плунжера 10 выполнен осевой канал 15, сообщенный с кольцевым каналом 13 через верхний обратный клапан 16. Также осевой канал 15 сообщен с подпоршневой полостью 5 через нижний обратный клапан 17 и радиальные отверстия 18, выполненные в нижней части плунжера 10. В средней части плунжера 10 выполнены верхние 19 и нижние 20 радиальные отверстия, соединенные с осевым каналом 15 и сообщающие через кольцевой канал 13 и радиальные отверстия 14 надпоршневую полость 4 и подпоршневую полость 5 между собой при среднем положении поршня 3 в цилиндре 1.
Для повышения при работе гидроамортизатора герметичности плунжера 10 в канавке осевого отверстия 11 поршня 3 установлено фторопластовое кольцо 21. Гидроамортизатор работает следующим образом.
На ходе сжатия амортизатора из среднего статического положения поршень 3 перемещается от средней части цилиндра 1 вниз, а шток 2 входит в цилиндр 1. При этом радиальные
отверстия 20 плунжера 10 перекрываются поршнем 3. Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к увеличению давления газа в компенсационной камере 6. Под действием перепада давлений на поршне 3 жидкость из подпоршневой полости 5 через радиальные отверстия 18 в плунжере 10 отжимает нижний обратный клапан 17 и поступает в надпоршневую полость 4 через осевой канал 15, радиальные отверстия 19 плунжера 10, кольцевой канал 13 и радиальные отверстия 14 штока 2. Поскольку основной объем жидкости свободно выдавливается через нижний обратный клапан 17, то дроссель 7 практически выключен из работы и сила сопротивления гидроамортизатора близка к нулю.
При смене направления деформации гидроамортизатора на последующем ходе отбоя поршень 3 из крайнего нижнего положения перемещается вверх к средней части цилиндра 1, а шток 2 выходит из цилиндра 1. Давление в надпоршневой полости 4 возрастает, а в подпоршневой полости 5 уменьшается, что приводит к уменьшению давления газа в компенсационной камере 6. Поскольку нижний обратный клапан 17 закрыт, то жидкость из надпоршневой полости 4 выдавливается поршнем 3 в подпоршневую полость 5 через дроссель 7, обеспечивая повышенное сопротивление амортизатора на ходе отбоя, которое плавно увеличивается от момента смены направления деформации гидроамортизатора до момента статического равновесия, когда поршень 3 займет среднее положение в цилиндре 1 между отверстиями 19 и 20 плунжера 10. При больших скоростях растяжения подвески на данном участке срабатывает предохранительный клапан хода отбоя 9, через который жидкость из надпоршневой полости 4 перетекает в подпоршневую полость 5, что ограничивает силу гидроамортизатора на ходе отбоя.
При достижении на ходе отбоя среднего положения надпоршневая полость 4 и подпоршневую полость 5 свободно сообщаются между собой через радиальные отверстия 14, кольцевой канал 13, радиальные отверстия 19, осевой канал 15 и радиальные отверстия 20, что обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления практически до нуля.
При продолжении хода отбоя из среднего статического положения радиальные отверстия 19 перекрываются поршнем 3 и жидкость из надпоршневой полости 4 через отверстия 14 штока 2 попадает в кольцевой канал 13, отжимает верхний обратный клапан 16 и поступает в подпоршневую полость 5 через осевой канал 15 и радиальные отверстия 20 плунжера 10. Поскольку основной объем жидкости свободно выдавливается через верхний обратный клапан 16, то дроссель 7 практически выключен из работы и сила сопротивления гидроамортизатора близка к нулю.
При смене направления деформации гидроамортизатора на последующем ходе сжатия поршень 3 из крайнего верхнего положения перемещается вниз к средней части цилиндра 1, а шток 2 входит в цилиндр 1. Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к увеличению давления газа в компенсационной камере 6. Поскольку верхний обратный клапан 16 закрыт, то жидкость из подпоршневой полости 5 выдавливается в надпоршневую полость 4 через дроссель 7, что обеспечивает повышенное сопротивление амортизатора, которое плавно увеличивается от момента смены направления деформации гидроамортизатора до момента статического равновесия, когда поршень 3 займет среднее положение в цилиндре 1 между радиальными отверстиями 19 и 20 плунжера 10. При больших скоростях сжатия подвески на данном участке срабатывает предохранительный клапан хода сжатия 8, через который жидкость из подпоршневой полости 5 перетекает в надпоршневую полость 4, что ограничивает силу амортизатора на ходе сжатия.
При достижении на ходе сжатия среднего положения подпоршневую полость 5 и надпоршневая полость 4 свободно сообщаются между собой через радиальные отверстия 20, осевой канал 15, радиальные отверстия 19, кольцевой канал 13, радиальные отверстия 14, что обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления практически до нуля.
При новом цикле работы описанная последовательность работы гидроамортизатора повторяется. При этом необходимую герметичность плунжера 10 в отверстии 11 поршня 3 обеспечивает фторопластовое кольцо 21, которое благодаря своей высокой жесткости будет надежно работать при скольжении через радиальные отверстия 19 и 20 плунжера 10.
Таким образом, за цикл колебаний данный гидроамортизатор обеспечивает плавное увеличение и ограничение силы сопротивления на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации гидроамортизатора до положения статического равновесия) и резкое уменьшение силы сопротивления на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора). В результате рабочая диаграмма подвески автомобиля (зависимость силы Р от деформации X) имеет вид «бабочки» (рис. 2).
p
Ac 1
Рис. 2. Рабочая диаграмма подвески автомобиля с линейным упругим элементом и гидроамортизатором с
переменным по ходу сопротивлением: I, II, III, IV — зоны работы гидроамортизатора (I, II — сжатие, III, IV — отбой);
Рс и Хс — сила и деформация подвески при статическом положении
Проведенные расчеты виброзащитных свойств подвески с данной характеристикой гидроамортизатора подтвердили высокую эффективность данного способа повышения плавности хода транспортных средств.
Предлагаемый гидроамортизатор имеет простую, компактную и надежную конструкцию с обычными (не увеличенными) радиальными габаритами, позволяющую ее применять в серийных подвесках различных транспортных средств. По сравнению с обычными гидроамортизаторами он обеспечивает увеличение средних скоростей движения транспортных средств и снижение потерь энергии в подвеске при движении практически по любым типам дорог.
Список литературы / References
1. Рябов И.М., Новиков В.В., Чернышов К.В., Васильев А.В. Новый способ гашения колебаний // Motauto'98: Proceeding = Труды / Union of mechanical engineering and etc. Sofia, 1998. Vol. 3. C. 153-156.
2. Рябов И.М., Новиков В.В., Чернышов К.В., Васильев А.В., Осинцев О.В. Распределение энергии в цикле колебаний подвески АТС // Справочник. Инженерный журнал. М.: Машиностроение, 1998. № 4. С. 31-33.
3. Новиков В.В. Повышение эффективности подвески транспортного средства // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Машиностроение, 2005. № 9. С. 29-32.
4. Чернышов К.В., Новиков В.В., Рябов И.М. Определение условий оптимального управления демпфированием подвески АТС на основе принципа максимума Л.С. Понтрягина // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Машиностроение, 2006. № 2. С. 13-15.
5. Новиков В.В. Динамика движения: учеб. пособ. (гриф). В 3 ч. Ч. 1. Теоретические основы повышения виброзащитных свойств подвесок. Доп. УМО вузов по университетскому политехническому образованию. ВолгГТУ. Волгоград, 2008. 111 с.
6. Новиков В.В., Рябов И.М., Чернышов К.В., Колмаков В.И. Динамика движения. Ч. 3. Виброзащитные свойства подвесок с гидравлическими, пневматическими и инерционными амортизаторами: учеб. пособ. (гриф). Доп. УМО вузов по университетскому политехническому образованию. ВолгГТУ. Волгоград, 2009. 112 с.
7. Новиков В.В., Рябов И.М., Чернышов К.В. Виброзащитные свойства подвесок автотранспортных средств: монография. ВолгГТУ. Волгоград, 2009. 338 с.
8. Новиков В.В., Подзоров А.В., Чернышов К.В. Саморегулируемый газонаполненный гидроамортизатор // Грузовик & М.: Машиностроение, 2011. № 9. С. 2-6.
9. Новиков В.В., Лапынин Ю.Г., Рябов И.М., Чернышов К.В., Подзоров А.В. Амортизатор: Пат. 2426921 на изобретение РФ. МПК F16F9/19, F16F9/48. НОУ СПО «Волгоградский колледж газа и нефти». ОАО «Газпром». Бюл. № 23. 2011.
10. Поздеев А.В., Новиков В.В., Чернышов К.В., Рябов И.М. Синтез алгоритмов оптимального управления демпфированием и жесткостью подвески АТС // Грузовик &. М.: Машиностроение, 2011. № 6. С. 2-6.
11. Поздеев А. В., Новиков В. В., Дьяков А. С., Похлебин А. В., Рябов И. М., Чернышов К. В. Регулируемые пневматические и пневмогидравлические рессоры подвесок автотранспортных средств: монография. ВолгГТУ. Волгоград, 2013. 244 с.
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ГЕНЕРАЦИИ ЗАДАНИЙ РАЗДЕЛА «АЛГОРИТМИЗАЦИЯ» ДИСЦИПЛИНЫ «ИНФОРМАТИКА» Подвесовская М.А. Email: [email protected]
Подвесовская Марина Александровна — кандидат технических наук, доцент, кафедра информатики и программного обеспечения, Брянский государственный технический университет, г. Брянск
Аннотация: в статье рассмотрена разрабатываемая в Брянском государственном техническом университете автоматизированная система генерации заданий и их решений раздела «Алгоритмизация» дисциплины «Информатика». Исследование программ-аналогов показало, что их функционал не может полностью решить задачи, стоящие перед преподавателем. Выявлены основные особенности заданий по указанному разделу при традиционной схеме составления. На их основе сформулированы требования к системе. Описаны обобщенная структура и алгоритм работы. Указаны пути дальнейшего развития системы.
Ключевые слова: автоматизированная система, генерация заданий, информатика.
COMPUTER-AIDED SYSTEM FOR TASKS GENERATING IN THE "ALGORITHMIZATION" SECTION OF THE "COMPUTER SCIENCE"
DISCIPLINE Podvesovskaya M.A.
Podvesovskaya Marina Aleksandrovna — PhD in Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE AND SOFTWARE, BRYANSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY, BRYANSK
Abstract: the article considers the computer-aided system for generating tasks and their solutions in the "Algorithmization " section of the "Computer Science " discipline developed at the Bryansk State Technical University. The study of analogue programs showed that their functionality can not completely solve the tasks facing the teacher. The main features of the tasks for the specified section have been revealed under the traditional scheme of compilation. On their basis, the requirements for the system are formulated. A generalized structure and algorithm of operation are described. The ways of the further development of the system are indicated. Keywords: computer-aided system, task generation, Computer Science.
УДК 05.00.00
В современном мире обучение знаниям - одна из ключевых составляющих успеха человека. Вузовское образование строится не только на получении знаний учащимися, но и на их эффективной проверке. Выявленные в ходе этого процесса недостатки и упущения позволяют адекватно оценить методы преподавания и при необходимости их скорректировать.
Подготовка контроля знаний, а именно сам процесс составления и решения заданий, занимает основную часть времени работы преподавателя. При этом создается ограниченный набор самих заданий, который уже спустя год неэффективен при проверке знаний.
Один из методов решения этой проблемы - использование программного обеспечения, которое составит задания с автоматически генерируемыми параметрами, диапазон которых задает преподаватель. Помимо этого, такая программа, вычисляющая также решения к этим задачам, существенно уменьшит время, затраченное преподавателем на подготовку к контролю знаний.
Для многолетней и эффективной организации учебного процесса необходима система, которая будет предлагать разные задания на основе имеющихся шаблонов.
Изучаемая в высших учебных заведениях дисциплина «Информатика» - обязательный общеобразовательный предмет, для которого автоматизация традиционных форм обучения является обязательной.
