способ стабилизации положения кузова транспортного средства

Формула изобретения

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ КУЗОВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, включающий регулирование жесткости упругих опор, расположенных на подвижном опорном основании по длине кузова, отличающийся тем, что, с целью исключения кинематического возбуждения колебаний, измеряют усилие деформаций каждой опоры при движении опорного основания и в зависимости от направления его движения пропорционально усилию деформации изменяют жесткость соответствующих опор, при этом при уменьшении расстояния между кузовом и опорным основанием жесткость опор уменьшают, а при увеличении расстояния жесткость опор увеличивают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к стабилизации положения различных объектов, размещаемых на подвижном опорном основании, например, подрессорных частей транспортных средств.

Известен способ стабилизации положения судна при боковой качке, заключающийся в вытеснении жидкого балласта из креновой емкости одного борта в креновую емкость другого с помощью сжатого воздуха [1] . В этом случае вращающий момент выталкивающих сил воды уравновешивается противоположно направленным моментом сил тяжести балластной жидкости.

Недостатком такого способа стабилизации положения твердого тела на упругом и подвижном опорном основании является его большая инерционность.

Известны способы стабилизации положения кузова транспортного средства, размещенного на подвижном основании, заключающиеся в применении виброизоляции [2] .

Действие виброизоляции сводится к ослаблению связей между опорным основанием и стабилизируемым объектом за счет применения упругих опор и рассеиванию энергии колебаний за счет применения демпферов, при этом уменьшаются динамические воздействия, передаваемые стабилизируемому объекту как силового, так и кинематического характера.

Существенными недостатками этих способов являются наличие перемещений стабилизируемого объекта при любых упругодеформирующих характеристиках его связей с опорным основанием, значительная зависимость этих перемещений от частоты колебаний опорного основания или импульса силы его ударного воздействия на стабилизируемый объект.

Известны способы стабилизации положения надрессорных частей транспортных средств, кораблей при боковой качке, артиллерийских установок на транспортных средствах, летательных аппаратов и т. п. , заключающиеся в применении гироскопов, оси которых жестко связаны со стабилизируемым телом [3] .

Поскольку оси гироскопов на основании свойства устойчивости сохраняют неизменное угловое положение в инерциальной системе отсчета, несмотря на действие внешних сил, то они удерживают стабилизируемое тело от угловых колебаний.

Недостатками таких способов являются невозможность стабилизации кузова при его перемещениях параллельно самому себе, высокая конструктивная сложность реализации и небольшие стабилизирующие моменты.

Наиболее близким к изобретению являются способы стабилизации положения кузова транспортного средства, размещенного на подвижном основании, заключающиеся в применении виброизоляции с регулируемыми характеристиками жесткости связей между опорным основанием и стабилизируемым объектом [4] .

В этом случае благодаря изменению частоты собственных колебаний твердого тела за счет изменения жесткости упругих опор значительно снижается зависимость перемещений стабилизируемого объекта от частоты колебаний опорного основания и импульса силы его ударного воздействия. Однако полностью или практически полностью исключить перемещения стабилизируемого объекта эти способы не позволяют.

Цель изобретения - исключение кинематического возбуждения колебаний кузова транспортного средства, размещенного на подвижном опорном основании, за счет целенаправленного регулирования жесткости упругих опор.

Это достигается тем, что измеряют деформацию каждой упругой опоры при движении опорного основания и в зависимости от направления его движения пропорционально деформации изменяют жесткость соответствующих опор: при уменьшении расстояния между кузовом и опорным основанием жесткость опор уменьшают, при увеличении - увеличивают, обеспечивая таким образом постоянство реакций опор.

В исходном положении кузов транспортного средства располагается на упругих опорах, реакции связи которых образуют равновесную систему сил и моментов относительно опорного основания и центра масс стабилизируемого объекта. В результате объект находится в состоянии покоя. При этом величина реакции каждой упругой опоры определяется формулой

R_i^o= C_i^o X_i^o, где i - номер опоры;

C_i^o - номинальная жесткость i-ой опоры;

X_i^o - статическая деформация i-ой опоры под действием веса тела.

При движении опорного основания изменяются деформации опор на величину Х_i^д, и следовательно их реакции:

R_i^д= С_i^o( X_i^o+ Х_i^д ) , где Х_i^д- динамическая составляющая деформации i-ой опоры.

На фиг. 1 показана эпюра сил и моментов опоры; на фиг. 2 - кузов транспортного средства.

В результате нарушается равновесие сил и моментов и кузов приходит в движение (фиг. 1а, в, д, ж). Если бы в процессе движения опорного основания реакции опор поддерживались постоянными, то кузов по-прежнему находился бы в состоянии покоя. Постоянство реакций упругих опор кузова транспортного средства на подвижном основании можно обеспечить путем изменения их жесткостей С в зависимости от деформаций X_i (фиг. 1б, г. е. з) в соответствии со следующими соотношениями:

R_i^o= C_i^o X_i^o;

R_i^д= (C_i^o- C_i^д) ( X_i^o+ X_i^д);

R_i^o= R_i^д

C_i^o X_i^o= (C_i^o-C_i^д)( X_i^o+ X_i^д);

C_i^д= C , где R_i^o - статическая реакция i-ой опоры;

C_i^o - номинальная жесткость i-ой опоры;

X_i^o - статическая деформация i-ой опоры под действием веса кузова;

X_i^д - динамическая составляющая деформации i-ой опоры;

C_i^д - изменение жесткости i-ой опоры в зависимости от ее дополнительной составляющей деформации при движении опорного основания.

Кузов транспортного средства (объект стабилизации) 1 размещается на электродинамических упругих опорах 2, содержащих цилиндрическую пружину 3 с подключенным к ней источником 4 тока, регулируемый резистор 5, размещенный внутри пружины, подключенный к источнику тока таким образом, что при сжатии пружины 3 его сопротивление току увеличивается, а при растяжении - уменьшается, усилитель-преобразователь 6, установленный последовательно между источником тока и пружиной, связанный с резистором 5, имеющий разные коэффициенты усиления при уменьшении и увеличении силы тока на входе и обеспечивающий такую силу ока в пружине, которая необходимая для достижения ее требуемой жесткости, электрические связи 7.

Жесткость С электродинамической упругой опоры 2 складывается из двух составляющих: постоянной механической и переменной электромагнитной С_эм. Электромагнитная составляющая жесткости С_эм пропорционально зависит от силы тока в витках пружины 3. Это дает возможность изменять общую жесткость С пружины 3 в пределах о С_мин= С_м до С_макс= С_м+С_эм^макс, где С_эм^макс - максимальное значение электромагнитной жесткости, определяемое максимально допустимой силой тока в витках пружины 3.

Устройство, реализующее способ стабилизации положения кузова транспортного средства на упругих опорах при движении опорного основания, работает следующим образом.

При сжатии опоры 2 увеличивается сопротивление резистора 5, уменьшается сила тока на входе в усилитель-преобразователь 6, в котором обеспечивается такое уменьшение силы тока в витках пружины 3, при котором изменение электромагнитной жесткости пружины приведет к уменьшению ее общей жесткости до заданной величины. В результате реакция опоры 2 остается постоянной.

При растяжении опоры уменьшается сопротивление резистора 5, увеличивается сила тока на входе в усилитель-преобразователь 6, в котором обеспечивается такое увеличение силы тока в витках пружины 3, при котором изменение электромагнитной жесткости пружины приведет к увеличению ее общей жесткости до заданной величины. В результате реакции опоры 2 остается постоянной.

Таким образом, при линейных и угловых перемещениях опорного основания реакции упругих опор остаются постоянными и благодаря этому стабилизируемый кузов транспортного средства сохраняет состояние покоя. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 215057, кл. В 63 В 29/00, 1968.

2. Вибрация в технике. Справочник, том 6, М. : Машиностроение, 1981, с. 34.

3. Вайнберг Д. В. и др. Механические колебания и их роль в технике, М. : Наука, 1965, с. 158-161.

4. Ильинский В. С. Защита аппаратов от динамических воздействий. М. : Энергия, 1970, с. 269-270.