Гидравлический амортизатор
HYDRAULIC SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гашения колебаний в условиях большого перепада температур, в том числе в транспортных машинах.
Известны гидравлические амортизаторы, содержащие цилиндр с поршнем и штоком с перепускными устройствами, имеющими разные гидравлические сопротивления прямому и обратному потоку в широком диапазоне температур (см. патент РФ 2287730, МПК F16F9/34, опубликован 20.11.2006, «Гидравлический амортизатор» и патент РФ № 2484329, МПК F16F9/34, опубликован 10.06.2013, «Гидравлический амортизатор).
Недостатком этих амортизаторов является сложность устройства, проектирования и технологии изготовления, а также невысокий ресурс работы в связи с наличием упругих элементов и их соударением в процессе работы.
Этот недостаток в части отсутствия соударяющихся элементов устранен в известной конструкции гидравлического амортизатора, содержащего цилиндр с поршнем и штоком с перепускными устройствами, соединяющими надпоршневую и подпоршневую жидкостные полости, имеющими разные гидравлические сопротивления прямому и обратному потоку и не имеющими подвижных контактирующих деталей (см., например, патент РФ на изобретение № 2120389, МПК F 16 F 9/34, опубликован 20.10.1998, «Способ демпфирования колебаний и вихревой гидравлический амортизатор.
Эти перепускные устройства выполнены в виде вихревых камер, которые снабжёны тангенциальными входными отверстиями, создающими вихревой поток жидкости.
Недостаток таких конструкций состоит в их практической неработоспособности при низких температурах, поскольку при низкой температуре вязкость рабочей жидкость существенно повышается (в несколько раз), что препятствует созданию вихревого потока и делает амортизатор неработоспособным.
Кроме того, на образование упорядоченного вихревого потока тратится сравнительно много времени (не менее ½ секунды в камерах с диаметром 5-6 мм), в связи с чем даже при положительной температуре частота срабатывания амортизатора низкая, что делает его практически неработоспособным для работы в устройствах, предназначенных для гашения колебаний с частотой более 5-7 Гц, которая характерна, например, при движении транспортного средства во внедорожных условиях и по дорогам с щебеночным или гравийным покрытием, или в машиностроительных устройствах, частота движения рабочих органов которых составляет, как правило величину, более 10-15 Гц (насосы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания и пр.) Изготовление вихревой камеры с тангенциальным входом также весьма сложно и ухудшает технологичность конструкции.
Технической задачей изобретения является обеспечение работы амортизатора при низких температурах и высоких частотах, повышение технологичности его изготовления.
Указанная задача решается тем, что в гидравлическом амортизаторе, содержащем цилиндр с штоком и поршнем с перепускными устройствами, соединяющими надпоршневую и подпоршневую жидкостные полости, имеющими разные гидравлические сопротивления прямому и обратному потоку и не имеющими подвижных контактирующих деталей, согласно изобретению перепускные устройства выполнены в виде дросселей, имеющих форму усеченного конуса, причем дроссели могут быть собраны вдоль оси в пакет с однонаправленными конусными поверхностями. Поршень может быть выполнен наборным из дисков с отверстиями и пластин, а дроссели в виде усеченного конуса могут быт сформированы в виде выштампованных в пластине отверстий с коническим выступом. Пакет дросселей может быть выполнен в виде отверстий с упорной резьбой, причем профиль резьбы имеет скос в сторону прямого потока жидкости.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана схема однотрубного амортизатора, на фиг. 2 – дроссель в форме усеченного конуса.
На фиг. 3 изображен фрагмент тела поршня с установленным пакетом дросселей, изготовленных методом штамповки из листового материала, а на фиг. 4 – отдельно эскиз такого дросселя.
На фиг. 5 и 6 показана работа пакета дросселей при течении через него жидкости в прямом (фиг. 4) и обратном (фиг. 5) направлении.
На фиг. 7 показана схема поршня из набора дисков с отверстиями, соосно которым расположены конические дроссели, образованные в зажатых между дисками пластинах методом штамповки.
На фиг. 8 показана схема поршня, в котором пакет дросселей выполнен в виде упорной резьбы, одна сторона профиля которой скошена под углом в сторону прямого потока.
Гидравлический амортизатор (фиг. 1) содержит цилиндр 1 со штоком 2 и поршнем 3 с перепускными устройствами 4, соединяющими надпоршневую 5 и подпоршневую 6 жидкостные полости, Перепускные устройства выполнены в виде пакета дросселей 7, имеющих форму усеченного конуса 8 (фиг. 2). Пакеты дросселей 7 с разнонаправленными конусами смонтированы в отверстиях поршня 3 с помощью резьбовых втулок 9.
Слева от штока 2 по рисунку на фиг. 1 пакет дросселей 7 имеет прямое направление вниз, в сторону полости 6, а справа от штока 2 – вверх, в сторону полости 5.
Дроссели 7 собраны вдоль оси в пакет с однонаправленными конусными поверхностями 8 (см. также фиг. 3 и 4).
В конструкции, изображенной на фиг. 7, поршень выполнен наборным из дисков 10 с отверстиями 11 и пластин 12, а дроссели 7 в виде усеченного конуса сформированы в виде выштампованных в пластинах 12 отверстий 13 с коническим выступом 14. Диски 10 и пластины 12 стянуты болтовыми соединениями 15.
В конструкции, изображенной на фиг. 8, пакет 4 дросселей выполнен в виде отверстий 16 с упорной резьбой, причем профиль резьбы имеет скос 17 в сторону прямого потока жидкости, который обозначен на рисунке стрелками.
Амортизатор работает следующим образом (фиг. 1).
При колебаниях объекта, на котором он установлен, поршень 3 со штоком 2 совершает колебательное (возвратно-поступательное) движение в цилиндре 1. При этом происходит периодическое одновременное уменьшение объема одной из полостей 5 или 6 и, соответственно, увеличение объема полости 6 или 5, находящейся на противоположной от поршня 3 стороне.
При уменьшении объема полости 5 давление жидкости в ней возрастает, и жидкость стремится через отверстия обоих пакетов дросселей 7 перетечь в увеличивающуюся полость 6. При этом гидравлическое сопротивление пакета 4 дросселей 7, находящегося слева от штока 2 оказывается существенно меньшим, чем пакета, находящегося справа от штока 2, в связи с чем течение жидкости из полости 5 в полость 6 происходит преимущественно из левой части объема 5 в левую часть объема 6.
При уменьшении объема полости 6, наоборот, гидравлическое сопротивление пакета 4 дросселей 7, находящегося справа от штока 2 оказывается существенно меньшим, чем пакета, находящегося слева от штока 2, в связи с чем течение жидкости из полости 6 в полость 5 происходит преимущественно из правой части объема 6 в правую часть объема 5.
Таким образом, при колебаниях штока происходит упорядоченное круговое движение жидкости в цилиндре 1, что дает возможность хорошо осуществлять передачу теплоты от жидкости через стенки цилиндра в окружающую среду за счет высокого коэффициента теплопередачи, зависящего от скорости движения нагретой жидкости вдоль ограничивающей ее стенки. Нагрев жидкости происходит при преодолении гидравлического сопротивления отверстий в дросселях 7, что позволяет превратить энергию колебаний в теплоту, которая отводится в окружающую среду.
Возникновение разности в гидравлических сопротивления пакетов дросселей 7 изображено на фиг. 5 и 6 и характерно для всех показанных на чертежах конструкций дросселей.
При течении жидкости в прямом направлении (в направлении сужения конусной поверхности 8, фиг. 5), жидкость не встречает на своем пути большого гидравлического сопротивления, которое определяется проходным сечением вершины конуса и существованием внезапного расширения и последующего плавного сужения потока. Направление линий тока жидкости показано стрелками.
При течении жидкости в обратном направлении (в направлении расширения конусной поверхности 8, фиг. 6), часть потока попадает в полость между конической поверхностью и внутренней цилиндрической поверхностью втулки. Там она тормозится и сжимается под действием сил инерции, разворачивается и устремляется в зону с более низким давлением – к центру основного потока, где соударяется с движущейся жидкостью, препятствуя ее движению. Это приводит к кратному увеличению гидравлического сопротивления и, соответственно, к снижению расхода при течении жидкости. Направление линий тока жидкости показано стрелками.
В отличие от известных устройств, деформация потока, определяющая в описанных конструкциях их свойство существенно менять гидравлическое сопротивление при изменении направления течения, происходит практически мгновенно. Они не имеют узких и протяженных каналов, которые могли бы сказаться на работоспособности при высокой вязкости жидкости, в связи с чем предлагаемые конструкции обеспечивают работоспособность в большом диапазоне вязкости жидкости, т.е. в большом диапазоне температур. А отсутствие элементов, негативно влияющих на быстродействие, позволяет использовать такие амортизаторы при высокой частоте колебаний.
Конструкции элементов (дросселей 7), определяющих свойства амортизатора, чрезвычайно просты и технологичны. Так, например, дроссели, изображенные на фиг. 2, 4 и 7 могут быть изготовлены путем объемной и листовой штамповки готовых деталей, а конструкция, изображенная на фиг. 8 – путем элементарной сверловки и нарезки резьбового профиля метчиком.
Таким образом, следует считать, что техническая задача (обеспечение работы амортизатора при низких температурах и высоких частотах, повышение технологичности его изготовления) полностью выполнена.