Демпфування поршня гідроциліндра

Демпфування

Демпфування(Згасаючі коливання) — коливання, енергія яких зменшується з плином часу. Процес, що триває нескінченно, виду [math]\scriptstyle u(t) = A \cos(\omega t+q)[/math] в природі неможливий. Вільні коливання будь-якого осцилятора рано чи пізно загасають і припиняються. Тому на практиці звичайно мають справу з затухаючими коливаннями. Вони характеризуються тим, що амплітуда коливань A є спадною функцією. Зазвичай загасання відбувається під дією сил опору середовища, найчастіше залежних лінійно від швидкості коливань [math]\scriptstyle u'_t[/math] або її квадрату.

В акустиці: загасання - зменшення рівня сигналу до повної нечутності.

Коливання можна описати такими типами:

• Надзгасні: Система повертається до рівноваги без коливань.
• Критично згасні: Система повертається до рівноваги так швидко як це можливо без коливань.
• Слабко згасні: Система коливається (з меншою частотою порівняно до незгасного випадку) з амплітудою, що поступово зменшується до нуля.
• Незгасні: Система коливається в її природній резонансній частоті ([math]\omega_0[/math]).

Пристрій

Спрощена діаграма рідинного демпфера

Де́мпфер — це механічний пристрій, який чинить опір руху через в'язке тертя. Отримана сила пропорційна швидкості, але діє в зворотному напрямку, уповільнюючи рух і поглинаючи енергію. Він зазвичай використовується спільно з пружиною (яка чинить опір переміщенню).

Існують два поширених типи приладів - лінійний і поворотний. Лінійні демпфери зазвичай задаються ходом (величина лінійного переміщення) та коефіцієнтом демпфування (сила на швидкість). Поворотні панелі приладів матимуть коефіцієнти демпфування крутного моменту на кутову швидкість.

Менш розповсюджений тип приладової панелі - це заслінка з вихровим струмом, яка використовує великий магніт всередині трубки, побудованої з немагнітного, але провідного матеріалу (наприклад, алюмінію чи міді). Подібно до загальної в'язкої демпфера, демпферний струм створює резистивну силу, пропорційну швидкості. [3] [4] [5] [6]

Демпфери часто використовують односторонній механічний обхід, щоб дозволити швидкий необмежений рух в одну сторону і повільний рух, використовуючи панель приладів у зворотному напрямку. Це дозволяє, наприклад, дверям швидко відкриватися без додаткового опору, але потім повільно закриватися за допомогою панелі інструментів. Для гідравлічних приладів посудини цей необмежений рух здійснюється за допомогою одностороннього зворотного клапана, який дозволяє рідині обходити звуження рідини на демпфорі. Негідравлічні прилади можуть використовувати храповий механізм, щоб дозволити вільний рух в одну сторону.

Гідроциліндри з гальмуванням

Рухливі вузли великовагових механізмів, що працюють на граничних швидкостях, володіють величезною інерцією, енергію якої припадає гасити на останньому відрізку ходу. В іншому випадку високе навантаження може розбовтувати кріплення вузла і сама підстава, а при її критичних значеннях рухома частина може просто вилетіти з пазів. Поломка серйозна і небезпечна.

Гасіння імпульсу в кінці траєкторії здійснюється шляхом примусового гальмування, режим якого закладений в принциповій схемі гидродвигателя системи. При цьому важливо зберегти плавність ходу, рівномірне зниження швидкості і швидке відновлення вихідного стану.

Яким чином здійснюється зміна швидкості ходу:

• Можна міняти витрату масла в поршневій порожнині. Для цього встановлюється механічний регулятор, який контролює його потік в робочій магістралі.
• Рух поршневої пари можна уповільнювати за допомогою спеціального демпферного вузла, включеного в конструкцію гідроциліндра. В цьому випадку процесом керує гідравлічний вплив.

Конструктивні способи досягнення гальмівного ефекту

Спосіб 1. В кришку (3) гідроциліндра вбудовується дросель.
Спосіб 2. Плавно змінюється зазор в кільці кріплення конічної головки штока до кришки гідроциліндра.
Спосіб 3. Використовується плунжерне гальмування або гальмування дросельними отворами в кришці.
Спосіб 4. По черзі перекриваються радіальні дросельні канавки в голівці штока.
Спосіб 5. Поступово перекриваються поздовжні дросельні канавки в голівці штока.
Спосіб 6. Використовується подвійний поршень.

Ось декілька із них з більш детальним описом:

Дросельне гальмування (див. Рис. 1): Найбільш поширений варіант конструкції, в якій демпфер вбудовується в кришку (3) гідроциліндра. Плавним перекриттям основної зливної магістралі (канали 6-8), з подальшим відведенням масла з робочої поршневої порожнини через дросель (7), досягається скидання швидкості руху поршня. Поршень (1), жорстко з'єднаний зі штоком (2), швидко повертається в початкове положення при подачі в його порожнину під тиском робочої рідини через зворотний клапан.

Плунжерне гальмування (див. Рис. 2). Плунжер (5) з штовхачем підібганий пружиною (7) до наполегливої шайбі (8). Штовхач (6) рівно наполовину ходу поршня (1) виступає за ліву торцеву сторону кришки (4). У ній передбачено канал (9) для підведення масла в резервуар поршня через спеціальний отвір і проміжну камеру (11). В кінці траєкторії шток (2) своїм виступом (3) впирається в плунжерний штовхач, рухає його вправо під пружинним зусиллям, частково зменшуючи діаметральне перетин камери, отже, і робочий потік масляної рідини на зливі в канавку (10).

Гальмування в гідросистемі з додатковим поршнем (див. Рис. 3) Конструкція штока (5) така, що в ній передбачені два борти, що створюють ефект гальмування. Сформований таким чином додатковий поршень може переміщатися уздовж осі в отворі основного поршня (4). У порожнині гільзи (1) є кришки і втулки (6), що обмежують це рух. Розмір втулок вибирається відповідно до довжини гальмівної ділянки. Рухаючись вправо одночасно зі штоком, поршень (4) зупиняється, упершись у втулку (6), але шток продовжує рухатися, поки не упреться борту (5) в лівий край поршня (4). Робоча площа для потоку масла при цьому значно скорочується, в тому числі, зменшується і сила, що штовхає шток. Отже, поршнева пара поступово скидає швидкість і зупиняється. На жаль, проста конструкція не дозволяє управляти інтенсивністю гальмування.

Джерела інформації

https://hydrocube.ru/gidrotsilindry-s-tormozheniem/
https://en.wikipedia.org/wiki/Damping_ratio
https://en.wikipedia.org/wiki/Dashpot