Гидравлический амортизатор

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
МПК: F16F9/16
Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции гидравлических амортизаторов.
Известен гидравлический амортизатор, который содержит резервуар с рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, снабженный поршнем, с системой клапанов ограничительной тарелкой и гайкой, а дно резервуара содержит клапан сжатия. Причем ограничительная тарелка содержит два выступа, выполненных в центральной части нижней поверхности, имеющих цилиндрическую форму. [Патент №RU2437010, дата приоритета: 12.07.2010 г. дата публикации: 20.12.2011 г. МПК: F16F9/16].
Известен гидравлический амортизатор, который содержит резервуар с размещенным в нем рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, снабженный поршнем, с дросселирующими элементами ограничительной тарелкой и гайкой, а дно резервуара содержит клапан сжатия. Причем ограничительная тарелка содержит выступ, выполненный в центральной части нижней поверхности, имеющий форму параллелепипеда. [Патент №RU78539, дата приоритета: 16.07.2008 г. дата публикации: 27.11.2008 г. МПК: F16F5/00].
В качестве прототипа выбран гидравлический амортизатор, который содержит резервуар, снабженный рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей штока, снабженный поршнем с дросселирующими элементами ограничительной тарелкой и гайкой, клапан сжатия и дно резервуара, причем ограничительная тарелка на нижней поверхности имеет выступ, выполненный по периметру осевого отверстия и содержащий прямоугольную наружную грань. [Патент №RU2577472, дата приоритета: 12.07.2010 г. дата публикации: 20.12.2011 г. МПК: F16F9/16].
Основной недостаток прототипа заключается в том, что при эксплуатации гидравлического амортизатора рабочая жидкость в момент выполнения штоком с поршнем движения вниз, перетекает из подпоршневой в надпоршневую часть рабочего цилиндра через дросселирующие элементы вверх и взаимодействует с нижней поверхностью ограничительной тарелки. В холодных климатических условиях поток рабочей жидкости, имеющий вязкую густую структуру, взаимодействуя с нижней поверхностью ограничительной тарелки, имеющей выступ с прямоугольной гранью и, как следствие, низкий гидродинамический коэффициент, будет иметь риск завихрений, что приведет к появлению кавитации, негативно влияющей на работоспособность гидравлического амортизатора и ускоряющей износ его внутренних узлов.
Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в увеличении срока службы гидравлического амортизатора.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является снижение риска возникновения завихрений рабочей жидкости, способствующих появлению кавитации.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Гидравлический амортизатор содержит резервуар с размещенным в нём рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей штока, снабженный поршнем с дросселирующими элементами, ограничительной тарелкой и гайкой, клапан сжатия и дно резервуара, причем ограничительная тарелка на нижней поверхности имеет выступ, выполненный по периметру осевого отверстия. В отличие от прототипа, наружная грань выступа на нижней поверхности ограничительной тарелки, имеет радиус скругления, равный 1,4-1,8 мм.
Резервуар имеет цилиндрическую форму и изготовлен из металла, выполняет конструкционные и защитные функции. Внутри резервуара располагаются основные конструктивные узлы и элементы, а также рабочая жидкость или газ. Для правильной работы гидравлического амортизатора резервуар должен быть герметичен и не иметь перегибов, обладать прочностью и жесткостью.
Рабочий цилиндр имеет форму, обусловленную формой выбранного поршня гидравлического амортизатора, и может быть изготовлен из металла. В рабочем цилиндре последовательно расположены: направляющая штока, шток, поршень, гайка штока, клапан сжатия. В рабочем цилиндре происходит процесс поглощения колебаний, создаваемых поршнем гидравлического амортизатора, рабочей жидкостью и преобразование их в тепловую энергию. Излишки рабочей жидкости перетекают в резервуар через клапан сжатия, установленный в нижней части рабочего цилиндра. Рабочий цилиндр расположен внутри резервуара, при этом в верхней части он фиксируется направляющей штока.
Направляющая штока содержит корпус цилиндрической формы, который может быть изготовлен из металла, керамики, или из металлокерамики. В центре корпуса направляющей штока выполнено сквозное осевое отверстие, оснащенное уплотнительными и антифрикционными элементами, в которое установлен шток, поверхность которого образует с поверхностью осевого отверстия подшипник скольжения, выполняющий направляющие функции и обеспечивающий вращательную и возвратно – поступательную подвижность штока, необходимую для работы гидравлического амортизатора. Направляющая штока устанавливается в верхней части резервуара, обеспечивает неподвижность рабочего цилиндра относительно резервуара и герметизирует гидравлический амортизатор.
Шток имеет цилиндрическую форму и представляет собой металлический стержень, покрытый снаружи слоем хрома, уменьшающего силы трения, возникающие между поверхностью штока и поверхностью осевого сквозного отверстия направляющей штока. Длина штока обусловлена конструктивными особенностями крепления к неподрессоренным массам транспортного средства, а также областью применения гидравлического амортизатора. В нижней части штока выполнено посадочное место для поршня с дросселирующими элементами, и ограничительной тарелки, а на конце нижней части штока нанесена резьба для установки гайки, неподвижно фиксирующей поршень с дросселирующими элементами на посадочном месте.
Гайка предназначена для фиксации поршня с дросселирующими элементами на посадочном месте, выполненном на штоке и может быть изготовлена из металла, например, стали, чугуна, алюминия, или из композитных материалов.
Поршень имеет преимущественно цилиндрическую форму, его размеры обусловлены конструктивными особенностями и областью применения гидравлического амортизатора. Поршень может быть изготовлен из металла или композитных материалов. Поршень имеет сквозное осевое отверстие, в которое вставляется шток, а также содержит концентрические сквозные отверстия, прикрытые тарелками, которые играют роль дросселирующих элементов. Часть рабочего цилиндра, находящаяся над поршнем, является надпоршневой, а часть рабочего цилиндра, находящаяся под поршнем, является подпоршневой.  Поршень, прикрепленный к штоку амортизатора, совершает возвратно- поступательные движения в рабочем цилиндре, а рабочая жидкость, перетекающая через сквозные концентрические отверстия дросселирующей системы поршня, поглощает колебания, создаваемые поршнем, совершая тем самым работу по превращению поступательных движений в тепловую энергию.
Ограничительная тарелка имеет преимущественно форму диска круглой формы со сквозным осевым отверстием и может быть изготовлен из металла, например, стали, алюминия или титана методом штамповки.
Верхняя поверхность ограничительной тарелки взаимодействует со штоком амортизатора и обеспечивает возможность использовать шток с диаметром, равным диаметру тарелки, а нижняя поверхность взаимодействует с потоком рабочей жидкости.
Ограничительная тарелка содержит сквозное осевое отверстие, полученное методом штамповки при изготовлении детали, при этом на нижней поверхности ограничительной тарелки, по периметру осевого отверстия получен выступ. Выступ обеспечивает необходимый зазор между нижней поверхностью ограничительной тарелки и поверхностью дросселирующих элементов. Ограничительная тарелка устанавливается на посадочное место, выполненное в нижней части штока выступом вниз.
Наружная грань выступа имеет радиус скругления, равный 1,4-1,8 мм, что обеспечивает сглаживание перехода наружной грани выступа, выполненного по периметру осевого отверстия и нижней поверхности ограничительной тарелки, образуя поверхность с высоким гидродинамическим коэффициентом. В случае, когда наружная грань выступа имеет радиус скруглени, менее 1,4 мм, не обеспечивается сглаживание полученного перехода, а низкий гидродинамический коэффициент полученной поверхности способствует завихрению рабочей жидкости под нижней поверхностью ограничительной тарелки. В случае, когда наружная грань выступа имеет радиус скругления, превышающий 1,8 мм, полученный переход образует поверхность, задающую непрямолинейное движение потока рабочей жидкости, которая начинает двигаться по спирали.
Клапан сжатия гидравлического амортизатора содержит корпус, форма наружной поверхности которого повторяет форму рабочего цилиндра, форма нижней поверхности корпуса повторяет форму верхней поверхности дна резервуара. Корпус клапана сжатия может быть изготовлен из металла, например, алюминия, стали, чугуна или композитных материалов. Корпус клапана сжатия имеет сквозное осевое отверстие и каналы на нижней поверхности, предназначенные для перепускания рабочей жидкости.
Дно резервуара изготовлено методом листовой штамповки из металла, имеет форму тарелки и крепится к резервуару неразъемным способом, например, методом сварки, либо может представлять с резервуаром единый элемент. Дно резервуара обеспечивает герметичность и точку опоры для узлов гидравлического амортизатора, расположенных внутри резервуара. К нижней поверхности дна резервуара могут быть присоединены различными способами элементы, обеспечивающие крепление гидравлического амортизатора к неподрессоренным массам транспортного средства, например, проушина или кронштейн.
Заявляемая полезная модель обладает новыми существенными отличительными признаками, заключающимися в том, что наружная грань выступа на нижней поверхности ограничительной тарелки имеет радиус скругления, равный 1,4-1,8 мм, образующий поверхность с высоким гидродинамическим коэффициентом, способствующую плавному и прямолинейному движению вязкой рабочей жидкости. В результате чего достигается технический результат, заключающийся в снижении риска возникновения завихрений вязкой рабочей жидкости, способствующих появлению кавитации, тем самым увеличивается срок службы гидравлического амортизатора.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемая полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 – Гидравлический амортизатор с ограничительной тарелкой.
Фиг. 2 – Ограничительная тарелка.
Фиг. 3 – Шток с установленной ограничительной тарелкой.
Гидравлический амортизатор представлен резервуаром 1 с размещенным в нём рабочим цилиндром 2, при этом в рабочий цилиндр 2 погружен шток 3, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей 4 штока и снабженный поршнем 5 с дросселирующими элементами 6 и ограничительной тарелкой 7, расположенной над поршнем 5, а гайка 8 неподвижно фиксирует поршень 5 с дросселирующими элементами 6 и ограничительной тарелкой 7 на посадочном месте, выполненном на штоке 3. Нижняя часть резервуара 1 содержит клапан сжатия 9, установленный на дно 10 резервуара, при этом ограничительная тарелка 7 содержит выступ 11, выполненной по периметру сквозного осевого отверстия причем выступ 11 имеет скругленную по радиусу 1,4-1,8 мм наружную кромку 12.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Шток 3 вместе с поршнем 5 при эксплуатации гидравлического амортизатора совершают возвратно-поступательные движения в рабочем цилиндре 2. При перемещении штока 3 с поршнем 5 вниз рабочая жидкость под давлением поршня 5 через дросселирующие элементы 6 перетекает из подпоршневой части в надпоршневую часть рабочего цилиндра 2. Часть объема рабочей жидкости при ходе сжатия перетекает через клапан 9 сжатия в полость резервуара 1.  При движении штока 3 вверх рабочая жидкость под давлением поршня, через дросселирующие элементы, перетекает из надпоршневой части в подпоршневую, а созданное поршнем 5 разрежение в рабочем цилиндре 2 затягивает через клапан 9 сжатия рабочую жидкость из полости резервуара 1. Таким образом, работа, которую выполняет рабочая жидкость, гасит колебания, возникающие при эксплуатации гидравлического амортизатора.
В процессе перетекания рабочей жидкости через дросселирующие элементы 6 из подпоршневой части в надпоршневую часть рабочего цилиндра 2, при движении штока 3 с поршнем 5 вниз, рабочая жидкость взаимодействует с нижней поверхностью ограничительной тарелки 7 и меняет вектор направления. Скругленная кромка 12 выступа 11, выполненного по периметру сквозного осевого отверстия ограничительной тарелки 7 имеет высокий гидродинамический коэффициент и способствует плавному изменению вектора направления рабочей жидкости, сохраняя прямолинейность ее движения относительно нижней поверхности ограничительной тарелки 7, снижая риск возникновения завихрений рабочей жидкости, способствующих появлению кавитации, тем самым увеличивая срок службы гидравлического амортизатора.