Рідинні пружини

Рідинна пружина - механічний пристрій, яке виконує функцію пружини, в якому пружним елементом служить рідина.

Конструкція

Пружина складається з посудини (цилиндра) і штока, який входить у неї через вузол ущільнення штока з поршнем, який служить опорою (направленням) для останнього. Ємність заповнюється деаерованою рідиною під деяким початковим тиском, величина якого визначае зусилля початкового стиску пружини. Найвідповідальнішим вузлом у конструкції рідинної пружини є вузол ущільнення.

Принцип дії

Принцип дії рідинної пружини полягає в наступному. При русі поршня вправо рідина стискається, оскільки частина обсягу витісняється з поршневий порожнини рідини займає шток. Коли зусилля на штоку зменшується, рідина розширюється й поршень рухається вліво. Зусилля на штоку в рідинної пружині досить великі, оскільки рідини мають вельми малої стискальністю; тиску рідини досягають сотень МПа. Іноді для забезпечення більшого ходу штока рідинні пружини виготовляють з двома штоками (різного діаметра).

У рідинних пружинах, які використовуються в якості амортизаторів, передбачається демпфування певної частини энергии стиснутої рідини, для чого на пружину встановлюють демпфер у вигляді дроселя одностороньої або двостороньої дії.

Характеристики

Характеристики рідинної пружини в основному залежать від коефіцієнту стискуваності (об'ємного модуля пружности) рідини. У зв'язку з високим значенням об'ємного модуля пружности рідин в технічних розрахунках стискуваністю можна знехтувати, вважаючи рідину нестискуваною. Проте у багатьох випадках стискуваність рідини служить базою, на якій заснована робота ряду пристроїв. Наприклад, цяс властивість рідини використовується для створення рідинних пружин і амортизаторів, тиск в яких досягає 3000—5000 кГ/см. Важливою характеристикою рідини, яка використовується в рідинних пружинах, також є залежність її в'язкості від тиску і температури.

Максимальне число ходів рідинної пружини - 300-400 подвійних ходів за хвилину. Проте при використанні їх в тестових вибраційних установках в якості імпульсного приводу вони допускають, при невеликих амплітудах вібрацій, до 100 імпульсов за секунду.

Рідинна пружина володіє змінною жорсткістю жорсткістю.

Експериментально встановлено, що рідинні пружини легкої серії допускають частоту навантаження, рівну 400 подвійних ходів за хвилину безперервно протягом 8 годин при температурі навколишнього середовища 30° С. Суттєвим при динамічному навантаженн є той факт, що процес стиску відбувається по адіабатині.

На відміну від металевої пружини, характеристика рідинної пружини не повністю лінійна, але для практичних цілей вона цілком задовільна.

Рідинна пружина безвідмовна в роботі. Можлива  відмова пов'язана в основному з частковою втратою рідини, яка не може спричинити вихід машини з ладу і не становить загрози для обслуговуючого персоналу.

Использование жидкостной пружины в качестве аккумулятора энергии долговременного действия нерационально, поскольку кривая сжимаемости при низких давлениях почти параллельна кривой термодинам ического сжатия, обусловленного тепловым расширением.

Переваги та недоліки

Перевагою рідинних пружин є простота забезпечення первісної затягування пружини (це здійснюється за допомогою регулювального гвинта).

Недоліком пружин даного типу є великий нагрів при роботі.

Застосування

Рідинні пружини, оснащені демпфуючими пристроями, широко застосовуються в якості амортизаторів шасі транспортних машин та літаків. Амортизатор шасі (незалежно від конструктивного виконання) - пристрій, який поєднує в собі демпфуючий та пружний елементи і призначений для зниження навантажень на конструкцію літака за рахунок поглинання та розсіювання енергії ударів, які літак отримує при посадці й рухові по злітно-посадковій смузі. Після контакту колеса зі злітною смугою у момент посадки сила від колеса передається на шток амортизатора 1. Центр мас літака і корпус (циліндр) 2 амортизатора, нерухомо закріплений на конструкції планера літака 4, рухаються вниз (прямий хід). При цьому частина енергії літака розсіюється за рахунок перетікання рідини в демпфючому елементі амортизатора і зрахунок тертя рухомих частин амортизатора. Залишкова енергія запасається амортизатором у вигляді енергії пружної деформації пружини 3. Незначна частина енергії літака трансформується в теплову та пружну енергію пневматиком колеса. Після закінчення прямого ходу (коли вся енергія літака повністю передана амортизатору і амортизатор повність затиснутий) за рахунок випрямлення пружини 3 починається зворотній хід. При цьому центр мас літака піднімається вгору за рахунок енергії, накопиченої пружним елементом амортизатора (в даному випадку - пружиною). Проте не вся пружна енергія перетворюється в потенціальну енергію положення літека відносно поверхні злітно-посадкової смуги. Її частина також різсіюється на зворотньому ході у вигляді тепла за рахунок перетікання рідини в демпфуючому елементі амортизатора. Таким чином, відбувається гальмування на прямому і зворотньому ході.

Рідинні пружини також широко застосовуються в якості опор важких машин і установок, в якості буферних пристоїв для гальмування великих мас на малих проміжках шляху, а також в якості пристоїв для захисту машин від ударних перенавантажень.

Посилання

1. Башта Т.М. Гідропривід і гідропневмоавтоматика. М .: "Машинобудування", 1972, С. 320.

2. Гавриленко Б.А., Минин В.А., Рождественский С.Н. Гидравлический присод. Издательство "Москва, 1968, С. 37, 300, 301, 391, 446, 449, 451.