Амортизатор
SHOCK ABSORBER

Предлагаемый амортизатор относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначен для применения в подвесках транспортных средств совместно с упругими несущими элементами.
Известен амортизатор, содержащий резервуар, расположенный в резервуаре цилиндр, установленный в цилиндре шток с закрепленным на нем поршнем, выполненные в средней части цилиндра отверстия, поочередно перекрываемые поршнем, два клапана, предназначенные для пропускания жидкости из надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра в резервуар, дросселирующий элемент, выполненный в виде вкладыша с калиброванным отверстием, два гидравлических канала и тормозное устройство, выполненное в виде цилиндрической капсулы с двумя плунжерами, которые делят ее полость на три части – верхнюю, среднюю и нижнюю, пружиной, установленной между плунжерами, и упором, причем первый гидравлический канал соединяет надпоршневую полость цилиндра с верхней полостью цилиндрической капсулы, а второй гидравлический канал соединяет подпоршневую полость цилиндра с нижней полостью цилиндрической капсулы, при этом упор выполнен в виде втулки и закреплен в средней части цилиндрической капсулы, плунжеры расположены по разные стороны упора, концы пружины закреплены на торцах плунжеров, резервуар соединен со средней полостью цилиндрической капсулы трубкой, а дросселирующий элемент установлен в трубке [патент РФ 2247881, кл. F16F 9/48, Бюл. № 7, 2005].
Недостатком данного амортизатора является сложность и большие габариты его конструкции, что увеличивает массу амортизатора. Кроме того, для сжатия или растяжения этого амортизатора от его крайних положений до среднего положения (положения статического равновесия) требуется приложение значительной силы, что приводит к блокировке подвески при малых возмущениях. Также в данном амортизаторе отсутствует ограничение максимальных сил сжатия и отбоя. Все это приводит к снижению плавности хода транспортного средства. Отсутствие в амортизаторе компенсатора изменения объема жидкости вследствие влияния температуры и утечек рабочей среды снижают работоспособность и надежность его работы, а также увеличивают осевые габариты амортизатора из-за наличия поршня с двусторонним штоком.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является амортизатор, содержащий цилиндр, установленный в цилиндре шток с поршнем, делящим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, выполненные в средней части цилиндра в два ряда отверстия, поочередно перекрываемые поршнем, два обратных клапана, установленные на верхнем и нижнем концах цилиндра и предназначенные для пропускания жидкости из надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра, два гидравлических канала, дроссель и предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, установленные в поршне и сообщающие надпоршневую и подпоршневую полости между собой, компенсационную камеру, размещенную в нижней части цилиндра, верхнюю и нижнюю обоймы, установленные на верхнем и нижнем концах цилиндра напротив обратных клапанов, и среднюю обойму, закрепленную на средней части цилиндра напротив отверстий, причем внутри верхней обоймы выполнена проточка, сообщенная через обратный клапан с надпоршневой полостью, внутри нижней обоймы выполнена проточка, сообщенная через обратный клапан с подпоршневой полостью, внутри средней обоймы выполнены верхняя и нижняя проточки, при этом верхняя проточка средней обоймы сообщена с надпоршневой полостью через отверстия в средней части цилиндра и соединена с проточкой нижней обоймы посредством левого гидравлического канала, а нижняя проточка средней обоймы сообщена с подпоршневой полостью через отверстия в средней части цилиндра и соединена с проточкой верхней обоймы посредством правого гидравлического канала. Данный амортизатор обеспечивает плавное увеличение и ограничение гидравлического сопротивления на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации амортизатора до положения статического равновесия) и его резкое уменьшение на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора) [патент РФ 2426921, кл. F16F 9/48, Бюл. № 7, 2009].
Недостатком данного амортизатора является то, что при прохождении поршнем своего среднего положения при открытии верхнего ряда отверстий на ходе сжатия и нижнего ряда отверстий на ходе отбоя происходит практически мгновенное ослабление сопротивления, вследствие чего возникают большие всплески ускорений, приводящие к снижению плавности хода транспортного средства. Кроме того, амортизатор имеет относительно высокую сложность его конструкции, что увеличивает массу и снижает надежность его работы.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой более простой и надежной конструкции саморегулируемого амортизатора, обеспечивающей плавное уменьшение сопротивления на ходах сжатия и отбоя при подходе поршня к своему среднему положению.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции и снижение массы амортизатора при одновременном повышении его гасящих свойств, надежности работы и плавности хода транспортных средств практически по любым типам дорог.
Данная техническая задача решается тем, что в амортизаторе, содержащем цилиндр, установленный в цилиндре шток с поршнем, делящим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, компенсационную камеру, размещенную в нижней части цилиндра, верхнее и нижнее радиальные отверстия, выполненные на концах цилиндра, радиальные отверстия, выполненные в два ряда в средней части цилиндра и поочередно перекрываемые поршнем, обойму, установленную в средней части цилиндра, дроссель и предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, установленные в поршне и сообщающие надпоршневую и подпоршневую полости между собой, два гидравлических канала и два обратных клапана, установленные снаружи цилиндра и предназначенные для пропускания жидкости из надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра, амортизатор снабжен верхней и нижней бонками, установленными сбоку на верхнем и нижнем концах цилиндра и соединенными с надпоршневой и подпоршневой полостями через верхнее и нижнее радиальные отверстия в цилиндре, внутри обоймы выполнена проточка, сообщенная с надпоршневой и подпоршневой полостями через верхний и нижний ряды радиальных отверстий цилиндра и соединенная с верхней и нижней бонками посредством гидравлических каналов через обратные клапаны, установленные соосно в штуцере-тройнике, один конец которого соединен с обоймой, на поршне в его средней части установлено уплотнительное кольцо, а верхний и нижний края поршня выполнены в виде усеченных конусов, образующих с цилиндром верхнюю и нижнюю кольцевые конические щели, обеспечивающие плавное уменьшение гидравлического сопротивления при подходе поршня к своему среднему положению в моменты открытия верхнего ряда радиальных отверстий на ходе сжатия и нижнего ряда радиальных отверстий на ходе отбоя, причем максимальная площадь поперечного сечения кольцевых конических щелей напротив верхнего и нижнего торцов поршня больше или равна площади дросселя.
Благодаря тому что что амортизатор снабжен верхней и нижней бонками, установленными сбоку на верхнем и нижнем концах цилиндра и соединенными с надпоршневой и подпоршневой полостями через верхнее и нижнее радиальные отверстия в цилиндре, внутри обоймы выполнена проточка, сообщенная с надпоршневой и подпоршневой полостями через верхний и нижний ряды радиальных отверстий цилиндра и соединенная с верхней и нижней бонками посредством гидравлических каналов через обратные клапаны, установленные соосно в штуцере-тройнике, один конец которого соединен с обоймой, обеспечивается упрощение конструкции и уменьшение массы амортизатора, что повышает надежность его работы.
Вследствие того что на поршне в его средней части установлено уплотнительное кольцо, а верхний и нижний края поршня выполнены в виде усеченных конусов, образующих с цилиндром верхнюю и нижнюю кольцевые конические щели, а максимальная площадь поперечного сечения кольцевых конических щелей напротив верхнего и нижнего торцов поршня больше или равна площади дросселя, обеспечивается плавное и существенное (более 4 раз) уменьшение гидравлического сопротивления при подходе поршня к своему среднему положению в моменты открытия верхнего ряда радиальных отверстий на ходе сжатия и нижнего ряда радиальных отверстий на ходе отбоя, что повышает гасящие свойства амортизатора и плавность хода транспортного средства.
На фиг. 1 изображен общий вид амортизатора; на фиг. 2 – схема подвески с амортизатором и упругим элементом в положении статического равновесия; на фиг. 3 – осциллограмма колебаний объекта и основания при кинематическом возмущении; на фиг. 4 – рабочая диаграмма подвески с саморегулируемым амортизатором.
Амортизатор содержит цилиндр 1, установленный в нем шток 2 с поршнем 3, делящим цилиндр 1 на надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости, заполненные жидкостью (фиг. 1). На концах цилиндра 1 выполнены верхнее 6 и нижнее 7 радиальные отверстия и против них сбоку цилиндра 1 приварены верхняя 8 и нижняя 9 бонки. В средней части цилиндра 1 выполнены верхний 10 и нижний 11 ряды радиальных отверстий, имеющих небольшой диаметр и поочередно перекрываемых поршнем 3.
На цилиндре 1 в средней его части приварена обойма 12, имеющая внутреннюю проточку 13, сообщенную с надпоршневой 4 и подпоршневой 5 полостями через радиальные отверстия 10 и 11 при среднем положении поршня 3 в цилиндре 1. Сбоку обоймы 12 установлен штуцер-тройник 14, внутри которого соосно установлены подпружиненные пружиной 15 обратный клапан хода сжатия 16 и обратный клапан хода отбоя 17, которые посредством гидравлических каналов в виде наружных трубок 19 и 18 соединены с нижней 9 и верхней 8 бонками.
В поршне 3 установлен дроссель 20 и предохранительные клапаны хода сжатия 21 и хода отбоя 22, сообщающие надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости между собой. На поршне 3 в его средней части установлено уплотнительное кольцо 23, а верхний и нижний края поршня 3 выполнены в виде усеченных конусов, образующих с цилиндром 1 верхнюю 24 и нижнюю 25 кольцевые конические щели, обеспечивающие плавное уменьшение гидравлического сопротивления при подходе поршня к своему среднему положению в моменты открытия верхнего ряда радиальных отверстий 10 на ходе сжатия и нижнего ряда радиальных отверстий 11 на ходе отбоя. Поскольку максимальная площадь поперечного сечения кольцевых конических щелей 24 и 25 напротив верхнего и нижнего торцов поршня 3 больше или равна площади дросселя 20, то в среднем положении поршня 3 обеспечивается увеличение общей площади дросселирования жидкости более 2 раз, что означает существенное (более 4 раз) уменьшение силы сопротивления амортизатора.
В нижней части цилиндра 1 размещена компенсационная пневматическая камера 26, которая отделена от гидравлической подпоршневой полости 5 цилиндра 1 плавающим поршнем 27.
Амортизатор соединяется с объектом виброзащиты 28 и основанием 29, между которыми установлен упругий несущий элемент 30 (фиг. 2).
В положении статического равновесия поршень 3 находится в средней части цилиндра 1 между радиальными отверстиями 10 и 11. Соответствующие положения объекта 28 и основания 29 определяются точками a, b, c, d, e, f и g (фиг. 3).
Амортизатор работает следующим образом.
На участке a…b объект 28 и основание 29 сближаются друг с другом (x–y<0), что означает сжатие упругого несущего элемента 30 и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). При этом поршень 3 перемещается от средней части цилиндра 1 вниз, а шток 2 входит в цилиндр 1 (фиг. 1). Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 27 вниз и увеличению давления газа в компенсационной камере 26. Под действием перепада давлений на поршне 3 жидкость из подпоршневой полости 5, отжимая обратный клапан хода сжатия 16, поступает в надпоршневую полость 4 через нижнее радиальное отверстие 7 цилиндра 1, нижнюю бонку 9, нижнюю обводную трубку 19, штуцер-тройник 14, проточку 13 обоймы 14 и верхний ряд радиальных отверстий 10 в цилиндре 1. Поскольку основной объем жидкости свободно выдавливается через обратный клапан хода сжатия 16, то дроссель 20 практически выключен из работы и сила сопротивления амортизатора близка к нулю.
На участке b…с объект 28 и основание 29 удаляются друг от друга (x–y<0), что означает растяжение упругого несущего элемента 30 и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). При этом поршень 3 перемещается вверх к средней части цилиндра 1, а шток 2 выходит из цилиндра 1 (фиг. 1). Давление в надпоршневой полости 4 возрастает, а в подпоршневой полости 5 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 27 вверх и уменьшению давления газа в компенсационной камере 26. Поскольку при этом обратный клапан хода сжатия 16 закрыт, то жидкость из надпоршневой полости 4 выдавливается поршнем 3 в подпоршневую полость 5 через дроссель 20, обеспечивая повышенное сопротивление амортизатора на ходе отбоя, которое на участке b…c плавно увеличивается от момента смены направления деформации амортизатора до момента прохождения уплотнением 23 нижнего ряда радиальных отверстий 11 в цилиндре 1.
При дальнейшем ходе растяжения на участке c…d жидкость из надпоршневой полости 4 поступает в подпоршневую полость 5 не только через дроссель 20, но и через верхнее радиальное отверстие 6, верхнюю бонку 8, верхнюю обводную трубку 18, обратный клапан хода отбоя 17, штуцер-тройник 14, проточку 13 обоймы 12, нижний ряд радиальных отверстий 11 в цилиндре 1 и нижнюю кольцевую коническую щель 25 между цилиндром 1 и поршнем 3, которая до момента занятия поршнем 3 среднего статического положения постепенно увеличивается, обеспечивая плавное и существенное (более 4 раз) уменьшение силы сопротивления амортизатора.
При больших скоростях растяжения подвески на участке b…d срабатывает предохранительный клапан хода отбоя 22, через который жидкость из надпоршневой полости 4 перетекает в подпоршневую полость 5, что ограничивает силу амортизатора на ходе отбоя.
На участке d…e объект 28 и основание 29 продолжают удаляться друг от друга (x–y>0), что означает дальнейшее растяжение подвески и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). Поскольку при этом основной объем жидкости свободно выдавливается через обратный клапан хода отбоя 17, то дроссель 20 практически выключен из работы и сила сопротивления амортизатора близка к нулю.
На участке e…f объект 28 и основание 29 сближаются друг с другом (x–y>0), что означает ход сжатия подвески и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). При этом поршень 3 перемещается вниз, а шток 2 входит в цилиндр 1 (фиг. 1). Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 27 вниз и увеличению давления газа в компенсационной камере 26. Поскольку при этом обратный клапан хода отбоя 17 закрыт, то жидкость из подпоршневой полости 5 выдавливается в надпоршневую полость 4 через дроссель 20, что обеспечивает повышенное сопротивление амортизатора, которое плавно увеличивается от момента смены направления деформации амортизатора до момента прохождения уплотнением 23 верхнего ряда радиальных отверстий 10 в цилиндре 1.
При дальнейшем ходе сжатия на участке f…g жидкость из подпоршневой полости 5 поступает в надпоршневую полость 4 не только через дроссель 20, но и через нижнее радиальное отверстие 7, нижнюю бонку 9, нижнюю обводную трубку 19, обратный клапан хода сжатия 16, штуцер-тройник 14, проточку 13 обоймы 12, верхний ряд радиальных отверстий 10 в цилиндре 1 и верхнюю кольцевую коническую щель 24 между цилиндром 1 и поршнем 3, которая до момента занятия поршнем 3 среднего статического положения постепенно увеличивается, обеспечивая плавное и существенное (более 4 раз) уменьшение силы сопротивления амортизатора.
При больших скоростях сжатия подвески на участке e…g срабатывает предохранительный клапан хода сжатия 21, через который жидкость из подпоршневой полости 5 перетекает в надпоршневую полость 4, что ограничивает силу амортизатора на ходе сжатия.
При дальнейшем движении объекта 28 и основания 29 описанная последовательность работы амортизатора повторяется, что обеспечивает саморегулирование неупругого сопротивления по амплитуде, направлению и скорости колебаний, формируя рабочую диаграмму подвески в виде «бабочки» (фиг. 4).
Предлагаемый амортизатор обеспечивает плавное увеличение сопротивления при смене направления деформации подвески и его плавное уменьшение практически до нуля на ходах сжатия и отбоя при подходе поршня к своему среднему статическому положению и последующему его движению до момента смены направления деформации. Данный алгоритм работы амортизатора обеспечивает снижение собственной частоты и амплитуд вертикальных перемещений и ускорений объекта виброзащиты в широком диапазоне частотного воздействия.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, заключающийся в упрощении конструкции и снижении массы амортизатора при одновременном повышении его гасящих свойств, надежности работы и плавности хода транспортных средств практически по любым типам дорог.