Газовая пружина

Газовая пружина , также известная как газовая стойка или газовый демпфер , представляет собой тип пружины , которая, в отличие от типичной механической пружины, основанной на упругой деформации , использует сжатый газ, содержащийся внутри закрытого цилиндра . ^{[ 1 ]} В них используется скользящий поршень , который пневматически накапливает потенциальную энергию и выдерживает внешнюю силу, приложенную параллельно направлению вала поршня (во многом аналогично велосипедному насосу без выпускного отверстия для газа).

Газовые пружины используются в автомобилях для поддержки люков, капотов и крышек. ^{[ 2 ]} Их также используют в мебели и дверях, а также в медицинских кроватях. ^{[ 2 ]} Они используются в промышленности в станочных прессах . ^{[ 2 ]} Быстродействующие газовые пружины используются в аэрокосмической технике и оружии, а большие удлиненные газовые пружины используются в пассивных компенсаторах качки , которые стабилизируют операции бурения против волн. ^{[ 2 ]}

Газовые пружины обычно реализуются одним из двух способов. Газовая пружина пневматической подвески непосредственно сжимает воздушную камеру вместе с поршнем. Вместо этого газовая пружина гидропневматической подвески сжимает камеру с маслом, соединенную с аккумулятором , в котором давление масла сжимает газ. ^{[ 3 ]} Азот является распространенным газом в газовых пружинах, поскольку он инертен и негорюч. ^{[ 2 ]}

Принцип работы

Газовая пружина представляет собой герметичный цилиндр, наполненный зарядом высокого давления. ^{[ 4 ]} газ, поршневой шток, прикрепленный к поршню со скользящим уплотнением, и немного масла. ^{[ 1 ]} Поршень (или стенка цилиндра) содержит ряд каналов, которые позволяют газу перемещаться между нижней камерой (между поршнем и закрытым концом цилиндра) и верхней камерой (между поршнем и крышкой головки). ^{[ 1 ]} Это приводит к уравновешиванию давления в обеих камерах независимо от того, насколько далеко поршень проталкивается вниз по трубке. ^{[ 1 ]}

В идеальном случае, когда поршень движется с нулевым трением через полностью герметичный цилиндр, существуют два ключевых явления, которые можно рассматривать как действующие одновременно внутри пружины при ее сжатии. ^{[ нужна ссылка ]} Во-первых, когда пружина сжимается и шток поршня вталкивается в цилиндр, эффективный объем цилиндра уменьшается из-за того, что дополнительное пространство теперь занимает твердый шток поршня. ^{[ 5 ]} Это было бы так, даже если бы к штоку не был прикреплен поршень, поскольку единственным изменяющимся фактором является цилиндрический объем самого штока. Во-вторых, нижняя часть поршня всегда испытывает большую силу, противоположную сжимающему действию, чем верхняя. ^{[ нужна ссылка ]} Опять же, это было бы так, даже если бы поршень не был прикреплен. ^{[ нужна ссылка ]} Несмотря на то, что сжатый газ оказывает одинаковое усилие на все внутренние поверхности цилиндра и штока поршня, вклад силы в направлении движения практически равен нулю для боковых сторон штока, но почти тотален для нижней части штока. . Таким образом, добавление поршня к концу стержня не меняет результирующих сил. ^{[ нужна ссылка ]} но вместо этого частично разделяет цилиндр на два объема с ограниченным потоком газа ^{[ 5 ]} и нефть ^{[ нужна ссылка ]} между ними через каналы ограничения потока либо в поршне, либо в стенке цилиндра. ^{[ 5 ]}

Газовые пружины, поршни которых имеют мелкие отверстия для демпфирования, называются пружинами медленного демпфирования и часто используются в защитных воротах и дверях. ^{[ 2 ]}

Другие детали

Если внутренний поршень имеет диафрагму, выступающую в сторону газовой трубки, он перестанет двигаться, как только приложенная сила станет постоянной, и будет выдерживать вес, как обычная пружина. ^{[ нужна ссылка ]} Некоторые газовые пружины имеют мелкие отверстия в плунжере для дополнительного демпфирования: ^{[ как? ]} их называют «пружинами медленного демпфирования», и они часто используются в воротах и дверях безопасности. ^{[ 2 ]} Газовая пружина, предназначенная для быстрого срабатывания, называется «быстрой газовой пружиной» и используется при производстве пневматического оружия и амортизаторов отдачи . ^{[ нужна ссылка ]}

Уменьшить объем газа и увеличить его внутреннее давление можно с помощью подвижного концевого упора или путем скольжения одной трубки по другой, что позволяет регулировать характеристики газовой пружины во время работы. Стержень может быть полым за счет использования хитроумных уплотнений или может состоять из нескольких стержней малого диаметра. Обычно присутствует небольшое количество масла. ^{[ нужна ссылка ]}

Газ можно подавать с помощью клапана типа Шредера , используя манжетное уплотнение вокруг стержня и заставляя его впускать газ за счет внешнего избыточного давления или челночной системы уплотнительных колец . Газовые пружины большого калибра содержат очень большое количество энергии и могут использоваться в качестве силового агрегата. В экстренных случаях газ можно подавать через газогенераторную ячейку , аналогичную тем, которые используются в подушках безопасности . ^{[ нужна ссылка ]}

Вариации

Газовой пружине можно придавать регулируемое усилие нажатия с помощью местной ручки или дистанционно с помощью троса Боудена . ^{[ нужна ссылка ]}

Увеличенный ход обычно достигается с помощью телескопических механизмов, состоящих из одного стержня и нескольких цилиндров, где меньший из двух цилиндров фактически действует как второй стержень, входящий и выходящий из большего цилиндра. ^{[ 2 ]}

Существуют также технологии изготовления газовых пружин с регулируемым подъемом. Они предназначены для коротких производственных циклов и прототипов, а также в приложениях, где точная сила важна, но ее трудно оценить заранее, например, при медленном подъеме крышки за известное время. В этом случае баллон поставляется заполненным до максимального расчетного давления, но оснащенным выпускным отверстием, позволяющим выпустить газ после установки. Цель состоит в том, чтобы конструкцию можно было подрессорить, а затем поэтапно снизить давление для оптимизации поведения. Если выделяется слишком много газа, необходимо установить новую пружину. ^{[ нужна ссылка ]}

Также возможно изготовить дегрессивные газовые пружины, в которых пружина становится более, а не менее мощной по мере расширения главного цилиндра. ^{[ 6 ]}

См. также

Амортизатор

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Понимание основ применения газовых пружин» . Технические сводки . 01.04.2019 . Проверено 31 марта 2024 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Эйтель, Лиза (7 августа 2017 г.). «Что такое газовые пружины? Технический букварь» . Советы по управлению движением . Проверено 22 июля 2024 г.
^ Саварези, Серджио М.; Пуссо-Вассаль, Шарль; Спелт, Кристиан; Сенаме, Оливье; Дугард, Люк (13 августа 2010 г.). «Технологии и модели полуактивной подвески» . Конструкция полуактивного управления подвеской для транспортных средств . Эльзевир. ISBN 978-0-08-096679-3 .
^ «Справочник по пневматике» . НаукаДирект . Проверено 12 сентября 2024 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Технология и характеристики газовых пружин» . Вапсинт . Проверено 16 сентября 2024 г.
^ «Дегрессивная газовая пружина» .

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Понимание основ применения газовых пружин» . Технические сводки . 01.04.2019 . Проверено 31 марта 2024 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Эйтель, Лиза (7 августа 2017 г.). «Что такое газовые пружины? Технический букварь» . Советы по управлению движением . Проверено 22 июля 2024 г.

[3] Саварези, Серджио М.; Пуссо-Вассаль, Шарль; Спелт, Кристиан; Сенаме, Оливье; Дугард, Люк (13 августа 2010 г.). «Технологии и модели полуактивной подвески» . Конструкция полуактивного управления подвеской для транспортных средств . Эльзевир. ISBN 978-0-08-096679-3 .

[4] «Справочник по пневматике» . НаукаДирект . Проверено 12 сентября 2024 г.

[:2-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Технология и характеристики газовых пружин» . Вапсинт . Проверено 16 сентября 2024 г.

[6] «Дегрессивная газовая пружина» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]