ТРАНСПОРТНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно к гидравлическим гасителям колебаний рельсового подвижного состава-вагонов и локомотивов. Гидравлические гасители колебаний предназначены для ограничения перемещения подрессоренных масс движущихся вагонов и локомотивов посредством вязкого трения.
Известен транспортный гидравлический гаситель колебаний (RU №2075665, F16F 5/00, опубл. 1997.03.20), содержащий корпус с основанием и размещенным коаксиально в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, внутренние полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между корпусом и цилиндром заполнена рабочей жидкостью частично, цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху - направляющей, 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 опору клапанную, на которой смонтированы впускной и предохранительный клапана. Дроссель выполнен в верхней части цилиндра и сообщает надпоршневую и компенсационную камеры. Предохранительные клапана выполнены в виде шариков, перекрывающих проходные отверстия в клапанных опорах и прижатых к этому отверстию нажимными пружинами под воздействием регулирующих винтов. Цилиндр полностью, остальные внутренние полости гасителя частично заполнены рабочей жидкостью, как правило, минеральным маслом с низкой температурой застывания. Внутренняя часть цилиндра гасителя
подразделяется поршнем на под поршневую и надпоршневую полости. Проушинами гаситель колебаний прикрепляется к подрессоренным массам транспортного средства. В процессе движения подвижного состава подрессоренные массы совершают колебательные движения, шток с поршнем гидрогасителя перемещается возвратно-поступательно относительно цилиндра, воздействуя на рабочую жидкость поочередно в подпоршневой и надпоршневой полостях цилиндра, при этом рабочая жидкость под давлением с большим сопротивлением, вытесняется через дроссель из надпоршневой полости в компенсационную камеру. В процессе дросселирования реализуются 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 клапана либо в днище, либо в поршне, ограничивающие на расчетном уровне максимальные силы сопротивления гасителя колебаний на ходах сжатия или растяжения соответственно.
Недостатком данного гасителя колебаний является неудовлетворительная работа предохранительных клапанов шарикового типов, которые имеют недостаточную площадь проходного сечения, а при открытии эти клапана вибрируют с высокой частотой, что негативно сказывается на силовой характеристике гасителя и следовательно ухудшает плавность хода транспортного средства. При вибрации шарик предохранительного клапана разбивает посадочное место, что может привести к неплотности этого клапана, снижающей работоспособность гидравлического гасителя колебаний. Конструкция предохранительного шарикового клапана весьма сложна, а нажимная пружина не надежна в работе, так как при интенсивном клапанном режиме работы гасителя
колебаний деформируется, ломается, что приводит к выходу из строя гасителя колебаний.
Известен гаситель колебаний по патенту RU №2288387 F16F 5/00, опубл. 2006.11.27, который содержит резервуар, коаксиально установленный в нем с образованием рекуперативной полости цилиндр с днищем, содержащим обратный и предохранительный клапана. Сверху цилиндр закрыт направляющей втулкой, через центральное отверстие в которой пропущен шток с поршнем. В поршне смонтированы предохранительный и переливные клапана. Предохранительные клапана в поршне и в днище и переливные клапана в поршне выполнены в виде конусов, поджатых нажимными пружинами под воздействием регулирующих винтов. Дроссели выполнены в виде оппозитных лысок и сквозных отверстий. Недостатком этого гасителя является неустойчивая работа предохранительных клапанов - при открытии клапана под воздействием высокого давления жидкости подпружиненный конус совершает автоколебания, изменяя проход жидкости через отверстие предохранительного клапана и, тем самым делает неустойчивой силовую характеристику гидравлического гасителя колебаний, следовательно, ухудшает процесс демпфирование транспортного средства. Переливные конусные клапана в поршне неустойчивы в работе по этой же причине. Многоцикловое срабатывание предохранительных клапанов при форсированном функционировании гидравлического гасителя колебаний при критических скоростях движения транспортного средства изнашивает конуса и их посадочные места, что снижает работоспособность гасителей колебаний.
Известен клапанный блок для гидравлических гасителей колебаний транспортных средств по патенту RU №2145010 F16F 5/00 опубл. 2000.01.07, у которого предохранительный клапан установлен в осевой расточке и содержит запорный орган в виде подпружиненного конуса,
перекрывающего перепускной канал. Хвостовик конуса пропущен через направляющую и регулировочную шайбы, ограниченные упорным кольцом. Основным недостатком этого технического решения является вибрация конуса при открытии клапана под воздействием высокого давления рабочей жидкости - происходят автоколебания подпружиненного конуса. Проходное сечение перепускного канала предохранительного конусного клапана недостаточно для эффективного пропуска рабочей жидкости в клапанном режиме и, потому, не в состоянии обеспечить требуемое ограничение давления рабочей жидкости на расчетном уровне. Вибрация конусного клапана и недостаточное проходное сечение его пропускного канала снижают работоспособность гидравлического гасителя колебаний. Конструкция клапанного блока весьма сложна, а вибрация конуса разбивает посадочное место и снижает плотность, что также ухудшает работоспособность клапанного блока и гидравлического гасителя колебаний в целом.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является гидрогаситель КВЗ-ЛИИЖТ, приведенный в учебнике для вузов железнодорожного транспорта (Вагоны: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / А.А.Шадур, И.И.Челноков, Л.Н.Никольский и др., перераб. И доп. - М.: Транспорт, 1980, на стр.171), выбранный за прототип. Этот гидравлический гаситель колебаний является базовым, поскольку длительное время выпускается нашей промышленностью и используется на железнодорожном транспорте. Гаситель содержит корпус с основанием и размещенный в корпусе цилиндр, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, и днище, внутренние полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость корпуса частично заполнена жидкостью, цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху - направляющей, при этом шток пропущен с минимальным зазором через центральное отверстие в направляющей, вся цилиндропоршневая группа
деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, корпус и шток снабжены крепительными проушинами, в поршне и днище по резьбе установлены опоры клапанные, на которых смонтированы клапанно-дроссельные устройства, каждое из которых включает впускной клапан, предохранительный клапан и дроссель. В опоре клапанной имеется центральное резьбовое отверстие и выполнены седла; для впускного клапана в виде двух посадочных кольцевых буртов, между которыми имеется впускные отверстия; для предохранительного клапана - в виде конусного отверстия, перекрытого шариком. Шарик поджат к седлу с проходным отверстием пружиной с винтом для регулирования давления жидкости, при котором происходит открытие предохранительного клапана. Впускной клапан выполнен в виде диска, перекрывающего впускные отверстия в опоре клапанной и поджатого пружиной к седлу этой опоры.
Недостатком гасителя колебаний, выбранного за прототип, является неудовлетворительная работоспособность из-за высокочастотной вибрации шарика предохранительного гасителя колебаний при открытии клапана под давлением рабочей жидкости в гасителе. Эта вибрация ухудшает силовую характеристику гасителя, зачастую приводит к поломкам клапанной пружины и разбивает посадочную поверхность седла. Проходные сечения площадей этих клапанов весьма малы, из-за чего не происходит эффективного ограничения максимальных сил вязкого сопротивления на расчетном уровне.
Цилиндрические пружины, прижимающие шарик или конус к седлам опоры клапанной, ненадежны в эксплуатации из-за высокой вибрационной нагрузки и в форсированном режиме функционирования гасителя ломаются или деформируются. При высокочастотной вибрации шарика разбивается седло предохранительного клапана, что снижает работоспособность гасителя.
Задачей настоящего технического предложения является повышение работоспособности гидравлического гасителя колебаний путем устранения высокочастотной вибрации предохранительного клапана, увеличения площади его проходного сечения, и упрощения конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что в транспортном гидравлическом гасителе колебаний, содержащем корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком и днище, внутренние полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между цилиндром и корпусом частично заполнена 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 крепительными проушинами, в поршне и днище смонтированы одинаковые клапанно-дроссельные устройства, каждое из которых включает опору клапанную с центральным резьбовым отверстием, проходными и впускными отверстиями и клапанными седлами в виде кольцевых буртов, на каждой опоре имеется впускной клапан в виде диска, поджатого пружиной к седлу впускного клапана и перекрывающего впускные отверстия в опоре клапанной, предохранительный клапан и дроссель. Предохранительный клапан выполнен в виде упругих пластин, перекрывающих проходные отверстия в опоре клапанной и прижатых к седлу предохранительного клапана стяжным болтом, ввинченным в центральное резьбовое отверстие опоры клапанной, при этом хвостовик болта снабжен контргайкой.
Между стяжным болтом и упругими пластинами имеется шайба.
Предлагаемый гаситель имеет следующие конструктивные отличия:
- предохранительный клапан выполнен в виде набора упругих пластин, перекрывающих проходные отверстия в опоре клапанной, и прижатых к
седлу впускного клапана в опоре клапанной стяжным болтом, ввинченным в центральное резьбовое отверстие опоры клапанной;
- между болтом и упругими пластинами имеется шайба;
- на хвостовик стяжного болта навинчена контргайка.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре представлен вид транспортного гидравлического гасителя колебаний в разрезе, где обозначены:
1 - проушина корпусная;
2, 24 - резиновая втулка;
3, 25 - металлическая втулка;
4 - основание корпуса;
5 - канал;
6 - днище;
7, 35 - опора клапанная с седлами в виде кольцевых буртов для клапанов;
8 - цилиндр;
9, 34 - разгрузочный канал в опоре клапанной;
10 - стакан корпуса;
11, 46 - стяжной болт предохранительного клапана;
12, 44 - пластины предохранительного клапана;
13,43 - впускное отверстие опоры клапанной;
14 - поршень;
15 - кольцо поршневое;
16, 41 - диск впускного клапана;
17, 38 - пружина малой жесткости впускного клапана;
18 - радиальное отверстие в штоке;
19 - защитный кожух;
20 - резиновое кольцо;
21 - кольцевая гайка корпуса;
22 - фланец;
23 - проушина штоковая;
26 - винт стопорный;
27 - шток;
28 - обойма;
29 - манжеты;
30 - кольцо металлическое;
31 - направляющая втулка;
32, 39 - контргайка;
33, 40 - дроссельное отверстие;
36, 42 - упорное кольцо;
37, 45 - шайба предохранительного клапана.
"А" - подпоршневая полость цилиндра;
"Б" - надпоршневая полость цилиндра;
"В" - рекуперативная камера;
"Г" - сливная полость;
"Д" - надклапанная полость в поршне.
Заявленный гидравлический гаситель колебаний подвижного состава содержит корпус, включающий жестко соединенные сваркой проушину корпусную 1, основание 4, стакан 10. В корпусе размещен цилиндр 8, в котором с возможностью перемещения вставлен поршень 14 со штоком 27 и поршневым кольцом 15. Шток с минимальным зазором пропущен в центральное отверстие направляющей втулки 31, прижатой гайкой 21 через обойму 28 к цилиндру 8. Снизу цилиндр имеет днище 6. В днище 6 и в поршне 14 завинчены по резьбе одинаковые опоры клапанные 7 (35), имеющие центральное резьбовое отверстие и седла в виде кольцевых буртов. На седлах смонтированы одинаковые впускные и одинаковые
предохранительные клапана. Каждый впускной клапан содержит диск 16 (41), перекрывающий впускные отверстия 13 (43) и пружину малой жесткости 17 (38). Дроссельное отверстие 33 (40) выполнено в виде круглого отверстия в диске 16 (41) впускного клапана. Каждый предохранительный клапан содержит пластины 12 (44), перекрывающие проходные отверстия 9 (34), шайбу 37 (45), стяжной болт 11 (46) и контргайку 32 (39). Кольцевые бурты ограничивают впускные и проходные отверстия в опоре клапанной 7 (35). Опора клапанная зафиксирована упорным кольцом 36 (42). Внутренняя часть цилиндра разделена поршнем на полости "А" и "Б". Кольцевая полость между цилиндром и корпусом - рекуперативная камера обозначена буквой "В", промежуточная полость под днищем - буквой "Г", а полость над диском 16 в поршне - буквой "Д". В основании имеется канал 5, соединяющий полости "Г" и "В". Канал направлен таким образом, чтобы исключить попадание воздуха в полость "А" цилиндра при работе гасителя в горизонтальном (наклонном) положении. С наружной стороны гасителя на корпусе со стороны соединительного канала 5 имеется отметка "НИЗ". В штоке выполнен радиальный канал 18, соединяющий полость "Д" с надпоршневой полостью "Б".
Подпоршневая "А" и надпоршневая "Б" полости цилиндра 8, подклапанная полость "Г" полностью заполнены рабочей жидкостью (минеральным маслом). Рекуперативная камера "В" заполнена рабочей жидкостью не полностью. Шток 27 гасителя уплотнен манжетой 29, вставленной в обойму 28, а корпус - резиновым кольцом 20, сжатым гайкой 21 через металлическое кольцо 30. Верхняя проушина 23 соединена резьбой со штоком 27 и зафиксирована стопорным винтом 26. К проушине 23 жестко прикреплен фланец 22, к которому жестко присоединен защитный кожух 19.
Гидравлический гаситель колебаний следующим образом:
На транспортном средстве гидравлический гаситель колебаний прикреплен своими проушинами 1 и 23 к подрессоренным массам подвижного состава. При движении подвижного состава подрессоренные массы совершают колебательные движения и шток 27 с поршнем 14 перемещается относительно цилиндра 8.
На ходе сжатия при нормативных скоростях перемещения штока 27 с поршнем 14 рабочая жидкость из полости "А" гасителя перетекает через впускные отверстия 13 в опоре клапанной 35 в поршне 14, отжимает диск 16 с пружиной малой жесткости 17, попадает сначала в надклапанную полость "Г", затем через радиальный канал 18 в штоке 27 перетекает в надпоршневую полость "Б". Полость "Б" закрыта направляющей 31, у которой зазор со штоком весьма мал и представляет очень большое препятствие для жидкости. Поэтому давление жидкости в подпоршневой и надпоршневой полостях возрастает в зависимости от скорости перемещения штока с поршнем. Поскольку надпоршневая полость "Б" меньше, чем подпоршневая полость "А", то часть рабочей жидкости, равная объему входящего в цилиндр штока будет под воздействием высокого давления продавливаться через дроссельное отверстие 40 в диске 41 впускного клапана, смонтированного на опоре клапанной 7 в днище 6. Этот объем жидкости по впускным отверстиям 43 поступает в полость "Г" и, оттуда, по каналу 5 - в рекуперативную полость "В", которая заполнена не полностью. При перетекании рабочей жидкости с большой скоростью через дроссельное отверстие 40 реализуются силы неупругого сопротивления гасителя, которые ограничивают амплитуды колебаний транспортного средства. При сверхнормативных скоростях штока с поршнем завышенным давлением жидкости отжимаются от седла опоры клапанной 7 пластины 44 и жидкость через проходные отверстия 9
поступает в полость "Г" и, оттуда, по каналу 5 - в рекуперативную полость "В".
На ходе растяжения гасителя в надпоршневой полости "Б" под воздействием перемещающегося поршня 14 повышается давление рабочей жидкости и она начинает дросселировать через дроссельное отверстие 33, далее, проходит через впускные отверстия 13 в клапанной опоре 36 поступает в полость "А", при дросселировании реализуются силы вязкого трения, ограничивающие амплитуды колебаний подрессоренных масс транспортного средства при растяжении гасителя. Жидкость, поступающая при этом из полости "Б", не может заполнить полость "А", поскольку полость "Б" меньше, чем полость "А". Поэтому в полости "А" понижается давление. Перепадом давлений в полости "А" и в рекуперативной камере "В" открывается впускной клапан в опоре клапанной 7: поднимается над седлом впускного клапана диск 41 сжимая пружину малой жесткости 38. Жидкость из рекуперативной камеры "В" через канал 5, полость "Г" и впускные отверстия 43 поступает в полость "А", пополняя, тем самым, недостаток рабочей жидкости в этой полости на ходе растяжения. При сверхнормативных скоростях штока с поршнем на ходе растяжения завышенным давлением жидкости в полости "Б" отжимаются пластины 12 от седла предохранительного клапана опоры клапанной 35 в поршне 14 и жидкость через разгрузочные отверстия 34 поступает в полость "А". Применение контргайки 32 (39) позволяет завинчивать опору клапанную 7 (35) в резьбовые отверстия днища и поршня вращая гаечным ключом стяжной болт 11 (46). Упорные кольца 36 (42) фиксируют опоры клапанные в поршне 14 и в днище 6 от самоотвинчивания.
Поршневое кольцо 15 уплотняет надпоршневую и подпоршневую полости цилиндра при перемещении поршня. Резиновое кольцо 20 и манжеты 29 герметизируют корпус и шток гасителя, предохраняя тем самым утечки рабочей жидкости из гасителя колебаний. Кожух 19 с
фланцем 22 защищают шток 27 гасителя от механических повреждений, а манжеты 29 - от загрязнения. Проушина 23 резьбой соединена со штоком 27, для стопорения этого резьбового соединения установлен винт 26. Резиновые втулки 2 и 24 в проушинах 1 и 23 снижают передачу высокочастотной вибрации на подрессоренные части транспортного средства. Металлические втулки 3 и 25 защищают резиновые втулки и обеспечивают им расчетное напряжение. Направляющая 31 уплотняет надпоршневую полость "Б" цилиндра 8.
В заявленном гасителе отличительными признаками, способствующими повышению работоспособности являются:
- пластинчатые предохранительные клапана, которые при открытии не вибрируют, вследствие чего улучшается силовая характеристика гасителя и повышается сохранность посадочного места предохранительного клапана, и, следовательно, работоспособность гасителя;
- площадь проходного сечения предлагаемого пластинчатого клапана значительно больше площади проходного сечения известного по прототипу шарикового клапана, что обуславливает эффективное ограничение максимальных сил сопротивления, развиваемых гасителем колебаний на расчетном уровне и, следовательно, обеспечивает требуемую работоспособность гасителя колебаний;
- хвостовик стяжного болта снабжен контргайкой, что препятствует самоотвинчиванию стяжного болта в процессе функционирования и позволяет вывинчивать опору клапанную, вращая головку у стяжного болта. Предотвращение самоотвинчивания стяжного болта способствует обеспечению работоспособности гасителя;
- между стяжным болтом и пластинами имеется шайба, предохраняющая пластины от повреждений и взаимных смещений при завинчивании стяжного болта в процессе сборки клапана, что
способствует обеспечению расчетной работоспособности предлагаемого гасителя колебаний;
- конструкция пластинчатого клапана существенно проще, чем шарикового или конусного клапана, так как пластины являются и запорными и упругими элементами клапана, что упрощает конструкцию по сравнению с аналогами и прототипом.
В предлагаемом гасителе исключена из конструкции ненадежная цилиндрическая пружина предохранительного клапана, что способствует повышению работоспособности гасителя.
Вследствие конструктивных отличий заявленный гидравлический гаситель колебаний имеет повышенную против прототипа и аналогов работоспособность, что способствует обеспечению нормируемой плавности хода транспортного средства в межремонтные периоды эксплуатации.
Применение пластинчатого предохранительного клапана, обладающего большей проходной площадью по сравнению с шариковым или конусным клапанами, делает гаситель колебаний пригодным для использования в первой ступени подвешивания транспортного средства, где превалируют ударные воздействия. Таким образом, заявленный гаситель колебаний работоспособен в первой и второй ступенях рессорного подвешивания, что обеспечивает унификацию его для использования на всех видах подвижного состава.
Предлагаемый гаситель колебаний может быть применен на железнодорожных вагонах, локомотивах, трамваях и вагонах метро, на автомобильном и гусеничном транспорте.