ГИДРОДЕМПФЕР

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно к гидравлическим гасителям колебаний рельсового подвижного состава.
Известен гидравлический гаситель колебаний (RU №2075665, F16F 5/00, опубл. 1997.03.20), содержащий корпус, коаксиально установленный с образованием компенсационной камеры цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, внутренние полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, как правило, минеральным маслом с низкой температурой застывания, компенсационная камера между корпусом и цилиндром заполнена рабочей жидкостью частично, цилиндр снизу закрыт фланцем с клапаном, а сверху - направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей, вся цилиндропоршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, корпус и шток снабжены крепительными проушинами, в поршне и днище смонтированы клапанные устройства, каждое из которых включает впускной и предохранительный клапаны сжатия и растяжения и проходные отверстия. Внутренняя часть цилиндра гасителя подразделяется поршнем на подпоршневую и надпоршневую полости. Дроссельное отверстие выполнено в верхней части цилиндра, имеет выход в переливную трубку и, таким образом, сообщает надпоршневую полость цилиндра и компенсационную камеру для прохода рабочей жидкости. Предохранительный клапан сжатия во фланце и предохранительный клапан растяжения в поршне выполнены в виде шариков, перекрывающих проходные отверстия под воздействием нажимных пружин с регулирующими винтами. Каждый впускной клапан включают тарель, поджатую пружиной и перекрывающую впускные отверстия клапана. Проушины гасителя колебаний содержат резиновую втулку, в которую вставлена металлическая втулка. К верхней (штоковой) проушине прикреплен защитный кожух, к которому присоединено уплотнительное кольцо, уплотняющее подкожуховую полость от попадания туда снега, пыли и образования под кожухом снеголедяной массы. Проушинами гаситель колебаний прикрепляется к подрессоренным массам транспортного средства. В процессе движения подвижного состава подрессоренные массы совершают колебательные движения, шток с поршнем гасителя колебаний перемещается возвратно-поступательно относительно цилиндра, воздействуя на рабочую жидкость поочередно в подпоршневой и надпоршневой полостях цилиндра на ходах сжатия и растяжения. На ходе растяжения рабочая жидкость выдавливается из надпоршневой полости через дроссельное отверстие в переливную трубку и, далее, в компенсационную камеру - реализуется дроссельный режим функционирования гасителя колебаний на ходе растяжения. В процессе дросселирования развиваются силы вязкого трения, ограничивающие амплитуды колебаний подрессоренных масс в заданных пределах и обеспечивающие требуемую плавность хода транспортного средства. При повышенных скоростях перемещения поршня давление рабочей жидкости в подпоршневой или надпоршневой полостях цилиндра значительно повышается, вследствие чего открываются предохранительные шариковые клапаны либо в днище, либо в поршне и ограничивают на расчетном уровне максимальные силы сопротивления гасителя колебаний на ходах сжатия или растяжения соответственно.
Недостатком данного гасителя колебаний является неудовлетворительная работоспособность, вследствие того, что дроссельное отверстие выполнено в верхней части цилиндра. Поэтому дроссель функционирует только на ходе растяжения гасителя колебаний, когда поршень перемещается вверх к направляющей. По существу дроссель в верхней части цилиндра является только дросселем растяжения. При перемещении поршня вниз к фланцу с клапаном дроссельное отверстие не функционирует, гаситель колебаний начинает работать только в клапанном режиме, когда открывается предохранительный клапан во фланце. Это снижает работоспособность гидравлического гасителя колебаний. При срабатывании шариковых предохранительных клапанов возникает процесс автоколебания, вследствие чего шариком разбивается посадочное седло и гаситель колебаний теряет свою работоспособность. Кроме того, работоспособность известного гасителя снижается в процессе эксплуатации из-за того, что резиновые втулки в проушинах быстро изнашиваются и гаситель колебаний перестает развивать неупругое сопротивление, поскольку из-за образовавшихся зазоров в проушинах уменьшается перемещение поршня по сравнению с перемещением подрессоренных частей транспортного средства. Уплотнительное кольцо, ненадежно присоединено к защитному кожуху гасителя колебаний, в процессе эксплуатации отваливается, вследствие этого в подкожуховую полость зимой набивается снег и там образуется снеголедяная масса, жестко ограничивающая перемещение поршня на ходе сжатия, вплоть до блокирования рессорного подвешивания вагона или локомотива, что угрожает безопасности движения подвижного состава.
Известен демпфер подвески транспортного средства (RU №2235233, F16F 5/00, опубл. 2004.08.27), содержащий корпус и внутренний цилиндр, между которыми расположена кольцевая камера, поршень и шток, проходящий через направляющее отверстие в крышке цилиндра, обратный клапан в поршне и впускной клапан в днище. Дроссель и предохранительный клапан размещены в крышке и имеют выходы в кольцевую камеру через переливные трубки, при этом дроссель и предохранительный клапан предназначены для функционирования на ходах сжатия и растяжения демпфера. Основным недостатком этого демпфера является недостаточная работоспособность из-за отсутствия возможности регулировки дросселирования рабочей жидкости для ходов сжатия и растяжения, поскольку рабочая жидкость на обоих ходах проходит через один и тот же дроссель. Имеется только один предохранительный клапан, который функционирует и на ходе сжатия и на ходе растяжения, что обуславливает только одинаковое ограничение давления рабочей жидкости на ходах сжатия и растяжения демпфера, и, следовательно, обеспечивает только симметричную силовую характеристику демпфера. Это ограничивает применение аналога, поскольку на современном подвижном составе требуются демпферы как с симметричной, так и с несимметричной силовыми характеристиками.
Известный гаситель колебаний не имеет защитного кожуха вследствие чего шток и уплотняющая его манжета в эксплуатации подвергаются воздействию внешней среды, приводящей к ухудшению уплотнительной системы, утечки рабочей жидкости и, как следствие, потери работоспособности. Из-за отсутствия эластичных элементов в проушинах известный гаситель колебаний подвержен высокочастотной вибрации от неподрессоренных масс подвижного состава и перекосам деталей при проходе подвижным составом кривых участков пути и в процессе колебаний виляния подрессоренных частей. Высокочастотная вибрация и перекосы повреждают детали гасителя колебаний, что снижает его работоспособность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является гидравлический телескопичесий двухтрубный демпфер подвески транспортного средства (RU №2302345, B60G 11/26, F16F 9/34, опубл. 2007.07.10), выбранный за прототип. Демпфер состоит из резервуара с корпусной проушиной, цилиндра с впускным клапаном, штока с закрепленным на нем поршнем и штоковой проушиной. В штоке ввинчено седло с дросселем сжатия, перекрытым обратным клапаном в виде шарика, поджатого пружиной, направляющей с регулируемым дроссельным отверстием. В проушинах установлены шарнирные подшипники. К штоковой проушине прикреплен защитный кожух. Направляющая и крышка объединены в одну деталь-направляющую втулку, в нее установлены уплотнительные манжеты и кольца, а также игла, предназначенная для регулировки на требуемую силу сопротивления на дроссельном режиме ходов растяжения/отбоя.
Недостатком демпфера, выбранного за прототип, является неудовлетворительная работоспособность из-за высокочастотной вибрации шарика обратного клапана, перекрывающего дроссель в штоке, под давлением рабочей жидкости в подпоршневой полости гасителя. Эта вибрация ухудшает силовую характеристику гасителя, зачастую приводит к поломкам клапанной пружины и разбивает посадочную поверхность седла. Шарнирные подшипники в проушинах демпфера не гасят высокочастотную вибрацию и шум, которые передаются на кузов подвижного состава. Подкожуховое пространство ничем не уплотнено, вследствие чего в зимнее время под защитным кожухом образуется снеголедяная масса, препятствующая полному сжатию демпфера, что ограничивает его работоспособность и может даже блокировать рессорное подвешивание транспортного средства.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение работоспособности гидродемпфера путем усовершенствования обратного клапана, прекрывающего дроссель сжатия, введения эластичных элементов в проушины с ограничением силового воздействия на них и недопущения льдообразования в подкожуховой полости.
Технический результат достигается тем, что в гидродемпфере, содержащем корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, внутренние полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между цилиндром и корпусом частично заполнена рабочей жидкостью, цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, вся цилиндропоршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, корпус и шток снабжены проушинами, к штоковой проушине жестко присоединен защитный кожух, между корпусом и защитным кожухом имеется уплотнительное кольцо, в поршне смонтированы предохранительные клапаны сжатия и растяжения в виде упругих кольцевых пластин, перекрывающих перепускные отверстия в поршне с двух сторон и поджатые к посадочным местам поршня стягивающим болтом с несквозным отверстием, в днище смонтирован впускной клапан в виде диска, поджатого пружиной к седлу впускного клапана и перекрывающего впускные отверстия в днище, и дроссели сжатия и растяжения, при этом дроссель растяжения размещен в направляющей втулке и соединен с переливной трубкой, выходящей в кольцевую полость, а дроссель сжатия размещен в стягивающем болте и перекрыт обратным клапаном, отличающийся тем, что центральное отверстие в стягивающем болте выполнено несквозным и соединено с дросселем сжатия, который выходит в диаметральную канавку на торце стягивающего болта, а обратный клапан, перекрывающий дроссель сжатия, выполнен в виде упругих прямоугольных пластин, прижатых ко дну диаметральной канавки на торце стягивающего болта болтом меньшего размера.
В отверстия проушин установлены с натягом эластичные втулки и жесткие втулки, между внутренними торцами эластичных втулок установлено жесткое кольцо с диаметром меньшим, чем диаметр отверстия проушин, а по внешним торцам эластичных втулок установлены упругие диски, ограниченные упорными кольцами, вставленными в круговые канавки на наружных поверхностях жестких втулок.
Уплотнительное кольцо между корпусом и защитным кожухом вставлено в круговую канавку на наружной поверхности корпуса.
Предлагаемый гидродемпфер имеет следующие конструктивные отличия:
- дроссель сжатия соединен с несквозным отверстием в стяжном болте и имеет выход в диаметральную канавку на торце стяжного болта;
- обратный клапан дросселя сжатия на торце стягивающего болта выполнен в виде прямоугольных упругих пластин, которые размещены в диаметральной канавке на торце стягивающего болта и прижаты ко дну диаметральной канавки болтом меньшего диаметра;
- на наружной поверхности корпуса гидродемпфера выполнена круговая канавка и в нее вставлено уплотнительное кольцо;
- в отверстия проушин гидродемпфера вставлены с натягом эластичные втулки и жесткое кольцо, наружный диаметр которого меньше диаметра отверстия в проушинах, внутри эластичных втулок и жесткого кольца установлена жесткая втулка, по наружным торцам эластичных втулок размещены упругие диски, ограниченные упорными кольцами, вставленными в круговые канавки на наружной поверхности жестких втулок.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен вид гидродемпфера в разрезе:
1 - проушина корпусная;
2, 26 - эластичная втулка, например, из резины;
3 - жесткая втулка, например, металлическая;
4 - основание корпуса;
5 - канал;
6 - днище;
7 - диск;
8 - цилиндр;
9 - корпус;
10 - трубка переливная;
11 - поршневое кольцо;
12 - поршень;
13, 41 - отверстие в поршне;
14 - кожух защитный;
15 - канал радиальный;
16 - кольцо уплотнительное;
17 - заглушка;
18 - кольцо резиновое;
19 - отверстие сливное;
20 - манжета;
21 - болт;
22 - проушина штоковая;
23, 53 - кольцо упорное;
24, 52 - диск упругий;
25 - кольцо жесткое, например, металлическое;
28 - фланец кожуха;
29 - гайка корпуса;
30 - направляющая втулка;
31 - дроссель растяжения;
32 - лента уплотнительная;
33 - рабочая жидкость;
34 - шток;
35 - болт;
36 - пластинчатые пружины изгиба;
37 - отверстие радиальное;
38 - паз продольный;
39 - шайба жесткая
40 - пластины клапанные;
42 - дроссель сжатия;
43 - пластины клапанные;
44 - шайба жесткая;
45 - болт стяжной;
46 - отверстие центральное;
47 - отверстие впускное;
48 - пружина;
49 - плунжер;
50 - шайба;
51 - шплинт;
“А” - подпоршневая полость цилиндра;
“Б” - надпоршневая полость цилиндра;
“В” - кольцевая полость;
“Г” - промежуточная полость в штоке;
“Д” - подклапанная полость;
“Е” - подманжетная полость;
“Ж” - подкожуховая полость.
Заявленный гидродемпфер содержит корпус 9, жестко соединенный сваркой с основанием 4, к которому приварена проушина корпусная 1. В корпусе 9 коаксиально размещен цилиндр 8, в котором с возможностью перемещения вставлен поршень 12 со штоком 34 и поршневым кольцом 11. Шток 34 с минимальным зазором пропущен в центральное отверстие направляющей втулки 30, прижатой гайкой 29 к цилиндру 8. Снизу цилиндр 8 имеет днище 6. В днище 6 смонтирован впускной клапан, включающий диск 7 с плунжером 49, снабженным шайбой 50 и шплинтом 51. Шайба 50 поджата пружиной 48, опертой на днище 6. Плунжер 49 пропущен через центральное отверстие в днище 6 и диске 7, и своей головкой опирается на диск 7, который перекрывает отверстия 46 в днище 6. На конце штока 34 смонтирован клапанно-дроссельный блок, включающий поршень с наклонными отверстиями 13 и 41, перекрытые упругими пластинами 40 и 43 соответственно. Пластины 40 и 43 прижаты к поршню 12 через жесткие шайбы 39 и 44 стяжным болтом 45, ввинченным в резьбовое гнездо штока 34. Поршень 12 снабжен уплотнительным поршневым кольцом 11. В стяжном болте 45 выполнено несквозное отверстие 46, которое соединено с дросселем сжатия 42, имеющим выход на торце стяжного болта 45. Этот выход дросселя 42 перекрыт пластинчатыми пружинами изгиба 36, размещенными в диаметральной канавке, выполненной на торце стяжного болта 45, и прижатые ко дну диаметральной канавки 35, имеющим размер меньше, чем стяжной болт 45. Резьбовое гнездо имеет полость “Г”, которая радиальными отверстиями 37 в штоке 34 соединена с надпоршневой полостью “Б”, при этом от выходов этих отверстий до шайбы 39 в штоке 34 выполнены продольные пазы 38. В направляющей втулке 30 имеется дроссель растяжения 31 и несквозной радиальный канал 15, закрытый заглушкой 17 и имеющий соединение с переливной трубкой 10, присоединенной к направляющей втулке 30. Переливная трубка 10 имеет выход в кольцевую полость “В”. Надпоршневая “А” и подпоршневая “Б” полости цилиндра 8 заполнены рабочей жидкостью 33, а кольцевая полость “В” заполнена рабочей жидкостью частично. Шток 34 уплотнен лентой 32 и манжетой 20. Гайка 29 корпуса 9 уплотнена резиновым кольцом 18. Между радиальным каналом 15 и подманжетной полостью “Е” в направляющей 30 выполнено сливное отверстие 19. К штоковой проушине 22 жестко присоединен фланец 28, к которому болтами 21 прикреплен кожух 14. На наружной поверхности корпуса 9 имеется круговая канавка, в которую установлено уплотнительное кольцо 16. В каждой проушине 1, 22 установлены с натягом эластичные втулки 2, 26, например, из резины, между которыми имеется жесткое кольцо 25. Внутрь эластичных втулок 2, 26 и жесткого кольца 25 вставлены жесткие втулки 3, 27. Снаружи эластичные втулки 2, 26 ограничены упругими дисками 24, 52, зафиксированными упорными кольцами 23, 53, вставленными в круговые канавки на наружной поверхности втулок 3, 27.
В основании 4 имеется канал 5, соединяющий полости “Д” и “В”. Канал направлен таким образом, чтобы исключить попадание воздуха в полость “А” цилиндра 8 при работе гасителя в горизонтальном (наклонном) положении. Переливная трубка 10 расположена напротив канала 5. С наружной стороны гасителя на корпусе 9 со стороны соединительного канала 5 имеется отметка “НИЗ”. Пространство, ограниченное фланцем 28, гайкой 29 и кожухом 14 образует подкожуховую полость “Ж”.
Гидродемпфер работает следующим образом:
На транспортном средстве гидродемпфер прикреплен своими проушинами 1 и 22 к подрессоренным массам подвижного состава. При движении подвижного состава подрессоренные массы транспортного средства совершают колебательные движения, при этом шток 34 с поршнем 12 гидродемпфера перемещаются возвратно-поступательно относительно цилиндра 8. Гидродемпфер совершает ходы сжатия и растяжения.
На ходе сжатия при нормативных скоростях перемещения штока 34 с поршнем 12 повышается давление рабочей жидкости 33 в подпоршневой полости “А”. Рабочая жидкость 33 из полости “А” под давлением перетекает через несквозное отверстие 46 и дроссель сжатия 42, отжимает при этом пластинчатые пружины изгиба 36 от дна диаметральной канавки на торце стягивающего болта 45 и поступает в промежуточную полость “Г” в штоке 34 и, оттуда, по радиальным отверстиям 37 поступает в надпоршневую полость “Б”. Часть этой жидкости, равная объему тела штока 34, входящего в цилиндр 8, будет вытесняться через дроссель растяжения 31 в радиальный канал 15 в направляющей втулке 30, далее, в переливную трубку 10 и в кольцевую полость “В”. Повышение давления зависит от скорости поршня 12 со штоком 34. Если поршень 12 начинает ход сжатия из верхнего положения, когда радиальные отверстия 37 в штоке 34 по высоте перекрыты направляющей втулкой 30 рабочая жидкость 33 из промежуточной полости “Г” после прохода радиальных отверстий 37 поступает по продольным пазам 38 в надпоршневую полость “Б”. В дроссельном режиме в гидродемпфере реализуется кольцевая схема циркуляции рабочей жидкости 33. При дросселировании рабочей жидкости 33 через дроссель растяжения 31 реализуются силы вязкого трения, пропорциональные скорости перемещения штока 34 с поршнем 12 относительно цилиндра 8. Развивающие силы вязкого трения препятствуют перемещению штока 34 с поршнем 12 в дроссельном режиме функционирования гидродемпфера, и, тем самым, ограничивают колебания подрессоренных масс подвижного состава при нормативных колебаниях подрессоренных масс транспортного средства. При сверхнормативных скоростях перемещения штока 34, которые возникают, например, во время прохода транспортного средства по отдельным неровностям в виде рельсового стыка или стрелочного перевода на ходе сжатия гидродемпфера, существенно возрастает давление рабочей жидкости 33 в подпоршневой полости “А”. Давлением рабочей жидкости через отверстия 13 отжимаются клапанные пластины 40 и рабочая жидкость 33 перетекает через эти отверстия в надпоршневую полость “Б”, эффективно ограничивая тем самым рост давления жидкости в подпоршневой полости “А” на расчетном уровне в зависимости от количества клапанных пластин и их жесткости, а, следовательно, ограничивая силы вязкого сопротивления, развиваемого гидродемпфером на ходе сжатия. Реализуется клапанный режим функционирования гидродемпфера, который ограничивает нарастание неупругих сил сопротивления гидродемпфера для исключения блокировки упругих элементов рессорного подвешивания и чрезмерной нагрузки на кронштейны крепления гидродемпфера. В конце хода сжатия, когда скорость поршня 12 нулевая, рабочая жидкость не воздействует на клапанные пластины 40 и они закрывают отверстия 13, а пластинчатые пружины изгиба 36 прижимаются болтом 35 ко дну диаметральной канавки в торце стягивающего болта 45 и закрывают дроссель сжатия 42. В клапанном режиме функционирования гидродемпфера на ходе сжатия реализуется кольцевая схема циркуляции рабочей жидкости.
На ходе растяжения поршень 12 со штоком 34 перемещается относительно цилиндра 8 к направляющей втулке 30, при этом повышается давление рабочей жидкости в надпоршневой полости “Б” и рабочая жидкость 33 начинает дросселировать через дроссель растяжения 31 в направляющей втулке 30, затем, по радиальному каналу 15 поступает в переливную трубку 10 и, далее, в кольцевую полость “В”. Вследствие вязкого трения при дросселировании рабочей жидкости 33 через дроссель растяжения 31 развиваются силы неупругого сопротивления, ограничивающие перемещение штока 34 с поршнем 12 на ходе растяжения. При этом понижается давление рабочей жидкости 33 в подпоршневой полости “А”, перепадом давлений в подпоршневой полости “А” и в кольцевой полости “В” открывается впускной клапан в днище 6: диск 7 поднимается вместе с плунжером 49, сжимая пружину малой жесткости 48, при этом открываются впускные отверстия 47 и рабочая жидкость 33 из рекуперативной полости “В” через канал 5 и подклапанную полость “Д” поступает в подпоршневую полость “А”, пополняя ее для последующего функционирования гидродемпфера на ходе сжатия. На ходе растяжения в дроссельном режиме в гидродемпфере реализуется кольцевая схема циркуляции рабочей жидкости 33. При сверхнормативных скоростях поршня 12 во время прохода транспортным средством отдельных неровностей рельсового пути на ходе растяжения гидродемпфера нарастающим давлением рабочей жидкости 33 через отверстия 41 отжимаются клапанные пластины 43 от поршня 12 и жидкость перетекает с меньшим сопротивлением в полость “А”. Этим ограничивается рост давления рабочей жидкости на ходе растяжения гидродемпфера, а, следовательно, ограничиваются максимальные усилия сопротивления гидродемпфера на расчетном уровне. В предлагаемом гидродемпфере на ходе растяжения реализуется комбинированная циркуляция рабочей жидкости 33: кольцевая и возвратно-поступательная.
На ходах сжатия и растяжения уплотнительное кольцо 16 препятствует проникновению снега, пыли и влаги в подкожуховую полость “Ж”. Устранение снежных поступлений в полость “Ж” исключает образование в ней снеголедяной массы, которая может привести к ограничению перемещения штока 34 с поршнем 12 относительно цилиндра 8, а следовательно к снижению работоспособности гидродемпфера и блокированию рессорного подвешивания. Устранение попадания пыли и других механических частиц в подкожуховую полость “Ж” снижает абразивное воздействие на манжету 20, вследствие чего манжета более длительное время препятствует утечкам рабочей жидкости из гидродемпфера, а значит, продлевается период работоспособного состояния гидродемпфера. Для повышения работоспособности уплотнительного кольца 16 и, следовательно, гидродемпфера в целом, уплотнительное кольцо 16 вставлено в круговую канавку, выполненную на наружной поверхности корпуса 9.
Усилия неупругого сопротивления, развиваемые гидродемпфером на ходах сжатия и растяжения, деформирует эластичные втулки 2 и 26, выполненные, например, из резины, и установленные в проушинах 1 и 22. Для ограничения деформации эластичных втулок 2, 26 установлены жесткие кольца 25, наружный диаметр которых меньше, чем диаметр отверстия в проушине. Поэтому деформация эластичных втулок происходит только до касания проушины 1, 22 с жестким кольцом 25. При ограниченной кольцами 25 деформации эластичных втулок 2, 26 все-таки происходит выдавливание их материала из проушин 1, 22, приводящее к преждевременному выходу из строя эластичных втулок 2, 26. Для повышения работоспособности втулок 2, 26 и, в целом гидродемпфера, путем ограничения выдавливания эластичных втулок 2, 26 по их наружным торцам установлены упругие стальные диски 24 и 52, зафиксированные на жестких втулках 3 и 27 упорными кольцами 23 и 53. Ограничение выдавливания материала эластичных втулок 2, 26 по торцам с помощью упругих стальных дисков 24, 52 позволяет достигать расчетной жесткости эластичных втулок 2, 26 и обеспечивать работоспособность их и гидродемпфера в целом на протяжении длительного срока эксплуатации.
Вследствие конструктивных отличий заявленный гидродемпфер имеет повышенную против прототипа и аналогов работоспособность, что способствует обеспечению нормируемой плавности хода транспортного средства в межремонтные периоды эксплуатации.
Предлагаемый гидродемпфер может быть применен на железнодорожных вагонах, локомотивах, трамваях и вагонах метро, на автомобильном и гусеничном транспорте.