АМОРТИЗАТОР
SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к области машиностроения и касается применяемых преимущественно в железнодорожном транспорте аппаратов, предназначенных для поглощения энергии ударов.
Известен амортизатор [1], содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, в котором погружен шток с поршнем. При этом поршень снабжен каналами, сообщающими штоковую и безштоковую полости корпуса. Поршень оборудован также камерой с обратным клапаном, через который она наполняется эластомером. Обратный клапан выполнен в виде подвижного элемента, который расположен между торцом штока и ограничителем его движения. Обратный клапан закрывает вход и выход корпуса с различными задержками при прямом и обратном ходе поршневого штока.
Однако конструкция такого амортизатора недостаточно надежна и к тому же он имеет малые возможности манипулирования своими выходными характеристиками по поглощению энергии ударов, что предопределяет недостаточную универсальность применения амортизатора.
Более надежным и универсальным является выбранный за прототип изобретения амортизатор [2], содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и погруженные в него шток с поршнем, который расположен в корпусе с дроссельным зазором. Внутренняя полость корпуса такого амортизатора плотно закрыта с одной стороны посредством крышки с отверстием для предварительного заполнения жидкого эластомера, а с другой стороны - посредством крышки с манжетным уплотнением, сквозь которое наружу пропущен шток поршня. В корпусе между крышкой с отверстием для предварительного заполнения жидкого эластомера и поршнем установлена вставка, направляющая ход поршня, в которой выполнены сквозные каналы и сквозь которую пропущена часть штока. В исходном положении штока его поршнем внутренняя полость корпуса разделена на часть между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями и на часть между поршнем и крышкой с отверстием для предварительного заполнения жидкого эластомера с возможностью изменения объема этих частей в зависимости от положения поршня. Со стороны вставки, направляющей ход, поршня расположен подвижный кольцевой клапан и ограничитель хода этого клапана, а в поршне выполнены цилиндрические отверстия, сообщающие между собой упомянутые части внутренней полости корпуса.
Однако недостатком такого устройства является то, что в реальной конструкции выпускаемых амортизаторов по прототипу [2] часто наблюдается значительная течь жидкого эластомера через манжетное уплотнение крышки, что снижает надежность работы амортизатора.
Кроме того, в нем в процессе эксплуатации при минусовых температурах ухудшается переток жидкого эластомера между частями внутренней полости корпуса амортизатора (между поршнем и крышкой, снабженной направляющим отверстием с манжетным уплотнением, а также между поршнем и направляющей хода поршня) при обратном ходе штока, что отрицательно сказывается на эффективности работы амортизатора.
Поэтому задачей изобретения является получение технического результата по повышению надежности и эффективности работы амортизатора путем уменьшения утечек жидкого эластомера через манжетное уплотнение в его крышке и за счет улучшения перетока жидкого эластомера между частями внутренней полости корпуса амортизатора при обратном ходе его штока.
Поставленная задача решается тем, что амортизатор, содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и погруженные в него шток с поршнем, который расположен в корпусе с дроссельным зазором, при этом внутренняя полость корпуса плотно закрыта с одной стороны посредством крышки с отверстием для предварительного заполнения жидкого эластомера, а с другой стороны - посредством крышки с манжетным уплотнением, сквозь которое наружу пропущен шток поршня, причем в корпусе установлена вставка, направляющая ход поршня, в которой выполнен как минимум один сквозной канал, и сквозь которую пропущена часть штока, кроме того, в исходном положении штока его поршнем внутренняя полость корпуса разделена на часть между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями и на часть между поршнем и крышкой с отверстием для предварительного заполнения жидкого эластомера с возможностью изменения объема этих частей в зависимости от положения поршня, при этом со стороны вставки, направляющей ход поршня расположен подвижный кольцевой клапан и ограничитель хода этого клапана, а в поршне выполнено как минимум одно сквозное отверстие, сообщающее между собой упомянутые части внутренней полости корпуса, имеет отличительный признак: вставка, направляющая ход поршня, установлена в корпусе между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением.
Введение такого отличительного признака направлено на значительное увеличение в сравнении с прототипом [2] части внутренней полости корпуса амортизатора между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями. Поэтому можно увеличить, соответственно, длину такой крышки, а значит и длину манжетного уплотнения, что приведет к улучшению герметичных свойств амортизатора и значительно уменьшит утечки жидкого эластомера наружу амортизатора. Это повысит надежность его эксплуатации.
Кроме того, при обратном ходе поршня, более свободно будет перетекать жидкий эластомер в часть конструктивно увеличенного исходного объема внутренней полости корпуса амортизатора между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями. Это положительно скажется на эффективности работы амортизатора при минусовых температурах, когда будет осуществляться более быстрый и легкий возврат штока амортизатора, в сравнении с прототипом [2], в исходное положение при морозе, причем на большую величину. Например, известно, что для качественной работы амортизатора необходимо, чтобы шток амортизатора на морозе минус 60°С после приложения к нему нагрузки на полный ход поршня возвращался бы в свое исходное положение не менее чем на 85%. Шток же амортизатора с описанным выше отличительным признаком сможет возвращаться на ход не менее 90% от своего исходного положения.
Для этого целесообразно, чтобы часть внутренней полости корпуса между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями была выполнена объемом не менее 8% от внутренней полости корпуса.
Для лучшего перетока жидкого эластомера между частями внутренней полости корпуса амортизатора рекомендуется выполнение как минимум одного сквозного отверстия в поршне коническим.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 показан общий вид выполнения амортизатора в исходном положении его штока; на фиг.2 - то же, что и на фиг.1, но в конечном положении штока амортизатора под действием приложенной к нему нагрузки; на фиг.3 - общий вид амортизатора по фиг.1 в конструкции аппарата, поглощающего энергию удара, в исходном положении штока амортизатора; на фиг.4 - общий вид установки поглощающего аппарата по фиг.3 в системе демпфирования железнодорожного состава.
Амортизатор 1 (фиг.1 и 2) содержит корпус 2, заполненный сжимаемым жидким эластомером 3, в котором погружен шток 4 с поршнем 5, расположенным с дроссельным зазором (из-за малости не обозначен) в корпусе 1. При этом внутренняя полость корпуса 1 плотно закрыта с одной стороны посредством крышки 6, а с другой стороны - посредством крышки 7 с манжетными уплотнениями 8, собранными в пакет длиной L. В корпусе 2 установлена направляющая хода 9 поршня 5, в которой выполнен как минимум один сквозной канал 10 (в качестве примера, показано два) и сквозь которую пропущена часть 11 штока 4.
В исходном положении штока 4 (фиг.1) его поршнем 5 внутренняя полость корпуса 2 разделена на часть 12 между поршнем 5 и крышкой 7 с манжетными уплотнениями 8 и на часть 13 между поршнем 5 и крышкой 6. При этом имеется возможность изменения объема этих частей 12 и 13 в зависимости от положения поршня 5 (фиг.2).
Со стороны направляющей хода 9 поршня 5 расположен подвижный кольцевой клапан 14 и ограничитель его хода 15. В поршне 5 выполнены сквозные конические каналы 16, сообщающие между собой упомянутые части 12 и 13 внутренней полости корпуса 2.
Крышка 6 снабжена отверстием 17 для предварительной закачки под давлением во внутреннюю полость корпуса 2 амортизатора 1 жидкого эластомера 13 через обратный шариковый клапан 18. Манжетное уплотнение 8 крышки 7 расположено в ступенчатом отверстии 19, сквозь которое наружу амортизатора 1 пропущена часть 20 штока 4.
Для различных конструкций амортизатора 1 можно выбирать предварительно конкретное место расположения направляющей хода 9 поршня 5. Она фиксируется в корпусе 1 с помощью, например, стопорного кольца 21. Тем самым задается исходное положение поршня 5 (фиг.1) и величина исходного объема части 12 внутренней полости корпуса 2 между поршнем 5 и крышкой 7 с манжетными уплотнениями 8. Рекомендуется, чтобы такой объем был не менее 8% от всего объема внутренней полости корпуса 2 амортизатора.
Амортизатор 1 может быть установлен в различных изделиях, воспринимающих ударные нагрузки. Например, в конструкции аппарата 22 (фиг.3), поглощающего энергию удара в системе демпфирования железнодорожного состава (фиг.4). Причем корпус 2 амортизатора 1 закреплен на плите 23 корпуса аппарата 22, которая с помощью шпилек 24 и гаек 25 соединена с нажимным поршнем 26 с возможностью свободного прохождения отверстий 27 этого поршня сквозь шпильки 24.
Исходное положение штока 4 с поршнем 5 амортизатора 1 в этом случае (фиг.3), а значит и объем части 12 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1, от которой зависит исходное количество жидкого эластомера 3 в этой части 12, настраивается с помощью гаек 25 на шпильках 24.
Аппарат 22 (фиг.3), поглощающий энергию удара, может быть установлен (фиг.4) через упорный штифт 28 в тяговом хомуте 29 автосцепки 30 вагона 31 системы демпфирования железнодорожного состава. Причем клин 32 этой сцепки через упорную плиту 33 контактирует с нажимным поршнем 26 аппарата 22.
Амортизатор (фиг.1) в составе аппарата 22, поглощающего энергию удара (фиг.3), который установлен в тяговом хомуте 29 (фиг.4) автосцепки 30 вагона 31, работает следующим образом.
Удар от автосцепки 30 (фиг.4) вагона 31 передается через клин 32 автосцепки на упорную плиту 33. В результате происходит перемещение нажимного поршня 26 в корпус аппарата 22 одновременно с перемещением штока 4 с поршнем 5 (фиг.3) амортизатора 1 до упора в его корпус 2. При этом подвижный кольцевой клапан 14 (фиг.2) закрывает сообщение частей 12 и 13 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1 под действием мгновенного нарастания давления сжимаемого жидкого эластомера 3 в полости 13 и в пространстве за ней через сквозные каналы 10 направляющей хода 9 поршня 5.
Гашение энергии такого удара происходит за счет перетекания жидкого эластомера 3 из полости 13 в полость 12 только через дроссельный зазор (не обозначен из-за своей малой величины) между поршнем 5 и корпусом 2 амортизатора 1.
В конце хода штока 4 (фиг.2) с поршнем 5 амортизатора 1 остаточное воздействие демпфированного амортизатором 1 удара уже значительно уменьшенной силы в случае сверхнормативного удара передается непосредственно на раму вагона 31 (фиг.4).
После этого за счет снятия нагрузки на шток 4 (фиг.2) под действием остаточного давления жидкого эластомера 3 на поршень 5 шток 4 возвращается в исходную позицию (фиг.1). Причем за счет открытия кольцевого клапана 14 при выравнивании давлений эластомера в частях 12, 13 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1 происходит возврат поршня 5 со штоком 4 в исходную позицию, при которой нажимной поршень 26 аппарата 22 (фиг.3) также перемещается в исходную позицию.
Упомянутое распределение жидкого эластомера 3 не менее чем 8% в части 12 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1 позволяет увеличить количество жидкого эластомера 3 при его сжатии в стадии обратного хода штока 4 амортизатора 1. Это облегчит переток данной текучей среды при низких температурах окружающей среды и обеспечит, в конечном итоге, улучшенное демпфирование ударной нагрузки, приходящейся на раму вагона 31 (фиг.4).
Источники информации
1. Патент PL 122000 (В1), МПК F16F 7/12; F16F 9/30; F16F 9/516, приоритет 1979.11.08, опубликован 1982.06.30.
2. Патент PL 170036 (В1), МПК F16F 9/30; F16F 9/346, приоритет 1993.04.28, опубликован 1996.10.31 /прототип/.