Гидравлический амортизатор с электрическим генератором

Изобретение относится к области транспортного машиностроения.

Известна конструкция гидравлического амортизатора, состоящего из проушины, штока, рабочего цилиндра, поршня, клапанов сжатия и отдачи, пружин, компенсационной камеры [1]. Недостатками данной конструкции амортизатора являются отсутствие возможности регулировки его работы и невозможность рекуперации энергии гашения колебаний в полезную энергию.

Известна конструкция гидравлического амортизатора с регулируемой характеристикой, состоящего из штока, рабочего цилиндра, пружины клапана отдачи, клапана отдачи, шайбы клапана отдачи, пружины клапана сжатия, клапана сжатия, шайбы клапана сжатия, трубопровода высокого давления, корпуса компенсационной камеры, разделительного поршня компенсационной камеры [2]. К недостаткам данной конструкции гидравлического амортизатора относится наличие большого числа дополнительных элементов (цилиндры с разгрузочными клапанами и компенсационная камера), что увеличивает сложность и габаритные размеры изделия. Кроме того, в этой конструкции сложно согласовать параметры разгрузочных клапанов по скорости поршня и вязкости амортизационной жидкости.

Известен амортизатор гидравлический с регулируемой характеристикой [3], являющийся наиболее близким к предлагаемому техническому решению, включающий в себя рабочий цилиндр с рабочей жидкостью и установленными внутри штоком с пружиной из термочувствительного материала и составным поршнем из двух пластин с кольцеобразными прорезями. Компенсационная камера соединена с рабочим цилиндром трубопроводом высокого давления и имеет внутри дополнительный поршень, отделяющий рабочую жидкость и инертный газ, и разделительный поршень с клапаном.

Недостатком этого гидравлического амортизатора, принято за прототип, является безвозвратная потеря энергии гашения колебаний, которая при дросселировании рабочей жидкости нагревает ее и окружающее пространство.

Целью изобретения является рекуперация энергии колебаний элементов гидравлического амортизатора в электрическую энергию. Указанная цель достигается тем, что гидравлический амортизатор включает в себя рабочий цилиндр с рабочей жидкостью и с установленным внутри штоком с пружиной из термочувствительного материала и составным поршнем из двух пластин с кольцеобразными прорезями. Компенсационная камера связана с рабочим цилиндром и имеет внутри дополнительный поршень, отделяющий рабочую жидкость и инертный газ, и разделительный поршень с клапаном.

Новым в гидравлическом амортизаторе с электрическим генератором является выполнение компенсационной камеры в полости штока, установка вокруг средней части компенсационной камеры обмотки электрического генератора и размещение концентрично обмотке кольцевого постоянного магнита. Новым в гидравлическом амортизаторе является также установка в нижней части компенсационной камеры уплотнительного поршня. При этом рабочей жидкостью в компенсационной камере от уплотнительного до дополнительного поршня является ферромагнитная жидкость, а концентрично уплотнительному и дополнительному поршням расположены кольцевые постоянные магниты.

На фиг. 1 представлена схема гидравлического амортизатора с электрическим генератором. Гидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр 1 с нижней проушиной 2 и установленными внутри штоком 3 с пружиной 4 из термочувствительного материала и составным поршнем 5, состоящим из двух пластин с кольцеобразными прорезями. В составном поршне 5 установлены клапан сжатия 6 и клапан отдачи 7. Надпоршневая полость 8 и подпоршневая полость 9 рабочего цилиндра 1 заполнены немагнитной рабочей жидкостью. Шток 3 с верхней проушиной 10 выполнен снизу полым с образованием компенсационной камеры 11. Компенсационная камера 11 соединена с подпоршневой полостью 9 и имеет внутри дополнительный поршень 12, отделяющий ферромагнитную рабочую жидкость и инертный газ 13. Компенсационная камера 11 имеет также разделительный поршень 14 с клапаном 15. Вокруг средней части компенсационной камеры 11 установлена обмотка 16 электрического генератора, концентрично которой размещен кольцевой постоянный магнит 17. В нижней части компенсационной камеры 11 имеется уплотнительный поршень 18. Рабочей жидкостью в полости компенсационной камеры 11 от уплотнительного поршня 18 до дополнительного поршня 12 является ферромагнитная жидкость. Концентрично уплотнительному поршню 18 и дополнительному поршню 12 расположены кольцевые постоянные магниты 19. Обмотка 16 электрического генератора, кольцевые постоянные магниты 17 и 19 закреплены на штоке 3 в кожухе 20.

Шток 3 выполнен из немагнитного материала, например из алюминиевого сплава или титана.

Гидравлический амортизатор с электрическим генератором работает следующим образом. При движении транспортного средства по реальной дороге, т.е. с колебаниями подрессоренных масс, поочередно открываются клапаны отдачи 7 и сжатия 6 и амортизационная рабочая жидкость перетекает то в подпоршневую полость 9, то в надпоршневую полость 8 амортизатора. При снижении температуры окружающей среды пружина 4 из термочувствительного материала уменьшает свою длину и поворачивает верхнюю пластину поршня 5 относительно нижней, увеличивая проходное отверстие для жидкости и тем самым стабилизирует амортизационные свойства подвески транспортного средства.

При наезде транспортного средства на единичное крупное препятствие для уменьшения ударных нагрузок предусмотрена компенсационная камера 11 с поршнями. Избытки рабочей жидкости из рабочего цилиндра 1 проходят через клапан 15 разделительного поршня 14 и через дополнительный поршень 12 сжимают инертный газ 13 и уменьшают ударные нагрузки на ходовую часть транспортного средства. В полости от уплотнительного поршня 18 до дополнительного поршня 12 компенсационной камеры 11 находится ферромагнитная жидкость. Кольцевой постоянный магнит 17 создает магнитное поле вокруг средней части компенсационной камеры 11. Колебания столба ферромагнитной жидкости в магнитном поле создают ЭДС в обмотке 16 линейного электрического генератора, снимаемую с электрического разъема (не показан). Во избежание попадания ферромагнитной жидкости в рабочий цилиндр 1 и инертный газ в полости 13 концентрично вокруг штока 3 в зоне уплотнительного поршня 18 и дополнительного поршня 12 расположены кольцевые постоянные магниты 19, обеспечивающие магнитное лабиринтное уплотнение.

В традиционной конструкции гидравлического амортизатора энергия колебания рабочей жидкости превращается в тепловую энергию и рассеивается в окружающем пространстве. В предлагаемой конструкции энергия колебания рабочей жидкости превращается в электрическую энергию и может быть использована для зарядки электрических аккумуляторов или для привода гибридных транспортных средств. Так как работа электрического генератора осуществляется за счет колебания столба жидкости и не сопровождается механическим движением деталей, система амортизатор-генератор будет иметь простую конструкцию и минимальные износы, что повышает ресурс ее работы.

Использование предлагаемого технического решения позволяет рекуперировать энергию колебаний элементов амортизатора транспортных средств в электрическую энергию.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайловский, Е.В. и др. Устройство автомобиля: учебник / Е.В. Михайловский, К.Б. Серебряков, Е.Я. Тур. - М.: Машиностроение, 1985. - 352 с.

2. Амортизатор гидравлический с регулируемой характеристикой. Патент РФ №2402703 С1, опубл. 27.10.2010 г.

3. Амортизатор гидравлический с регулируемой характеристикой. Патент РФ №2547106 С2, опубл. 10.04.2015 г.