АДАПТИВНЫЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР
ADAPTIVE HYDROMECHANICAL DAMPER

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различной транспортной техники.
Известен гидравлический демпфер по А.С. СССР №1084508 от 8.12.1983 г. Такой демпфер состоит из цилиндра, в котором размещен подвижно поршень со штоком. В поршне выполнены вертикальные каналы, переходящие на его поверхности в горизонтальные и примыкающие к радиально расположенным ребрам, жестко закрепленным на поверхности поршня. Такая конструкция демпфера позволяет создавать крутящий момент на штоке, возникающий от потока движущейся жидкости при его рабочем ходе, что обеспечивает поглощение части механической энергии, и тем самым использовать его в эксплуатации более эффективно. Существенным недостатком такого демпфера является то, что закрутка штока происходит только при рабочем ходе, а при отдаче достичь этого невозможно. Поэтому конструкция такого демпфера не позволяет подобрать рациональные параметры усилий при прямом и обратном ходе штока.
Известна также конструкция гидравлического демпфера, описанного в патенте RU 2301363 от 12.12.05 г., у которого поршень также снабжен каналами «Г»-образной формы и радиальными ребрами, но размещенными с двух сторон поршня, что позволяет осуществлять закрутку полого штока как при рабочем ходе, так и при режиме отдачи. В полом штоке расположены две диафрагмы полусферической формы, одна из которых сплошная, а другая имеет осевое сквозное отверстие и между ними подвижно размещено сферическое тело качения, снабженное в горизонтальной экваториальное области лыской и вертикальным осевым сквозным каналом. Несмотря на свою повышенную эффективность работы, и этот демпфер также обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что конструкция его не позволяет в автоматическом режиме изменять свои демпфирующие характеристики.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы демпфера за счет автоматического регулирования сил сопротивления при его отбое и рабочем ходе.
Поставленная цель достигается тем, что внутренняя полость пустотелого штока состоит из ряда последовательно соединенных между собою каналов различного диаметра, выполненных и размещенных ступенчато по его длине, причем канал наименьшего диаметра расположен в верхней части штока, а наибольшего в нижней в зоне крепления поршня к штоку.
На чертежах фиг.1 показана часть адаптивного гидромеханического демпфера с продольным разрезом, на фиг.2 его сечение по АА, на фиг.3 и фиг.4 показано укрупненное сечение полого штока с расположенными в нем деталями.
Адаптивный гидромеханический демпфер состоит из цилиндра 1 с установленным в нем поршнем 2 и полым штоком 3. Поршень 2 снабжен радиальными ребрами 4 и примыкающими к ним с зазором выступами 5. Выступы 5 снабжены горизонтальными каналами 6, переходящими в вертикальные каналы 7. Полый шток 3 связан с поршнем 2 шпонкой 8 и фиксирован гайкой 9. В полом штоке 3 жестко закреплены диафрагмы 10 и 11, а последняя снабжена сквозным отверстием 12. В пространстве между диафрагмами 10 и 11 подвижно в вертикальной плоскости полого штока 3 размещено сферическое тело качения 13, снабженное круговой лыской 14 и вертикальным осевым сквозным каналом 15, а в стенках полого штока 3 выполнены верхние конусные каналы 16 и нижние конусные каналы 17. Цилиндр 1 заполнен рабочей жидкостью 18. Полый шток 3 своим концом закреплен на кузове транспортного средства 19. Внутренняя полость полого штока 3 ступенчато переходит в осевые каналы 20, 21, 22, имеющие различный диаметр по их длине, уменьшающийся в сторону заделки пустотелого штока 3 к кузову 19 транспортного средства.
Работает адаптивный гидромеханический демпфер следующим образом.
кр
φ1
φ2
кр
φ2
φ1
φ3
φ1
φ2
В статике, когда, например, транспортное средство, в котором используется адаптивный гидромеханический демпфер, его детали находятся в таком положении, как это показано на фиг.1. При движении транспортного средства его кузов 19 совместно с поршнем 2 и полым штоком 3 совершают перемещение по стрелке В (см. фиг.1 и фиг.2) при этом находящаяся в подпоршневой полости рабочая жидкость 18 поступает по стрелке С в горизонтальные каналы 6 выступов 5, проходит через вертикальные каналы 7 и контактирует с радиальными ребрами 4, создавая крутящий момент M на полом штоке, который получает угловой поворот на некоторый угол только на участке осевого канала 20, так как его крутильная жесткости C меньше чем крутильная жесткость C следующего участка осевого канала 21 штока, имеющего меньший диаметр, чем диаметр участке осевого канала 20 (см. фиг.1). В этом случае происходит поглощение поступательной энергии хода поршня 2 и ее рассеивание в окружающую среду, заполненную рабочей жидкостью 18. Предположим, что динамическая нагрузка в сравнении с предыдущей возросла, а, следовательно, величина крутящего момента M увеличилась и поэтому после какого-то максимального угла закручивания участка полого штока, где осевой канал 20 имеет диаметр больший, чем осевой канал 21, угловую деформацию получит и последний. Но так как его крутильная жесткость C выше, чем C, то такая динамическая нагрузка будет также успешно сдемпфирована. В дальнейшем при возникновении еще более высоких по величине динамических нагрузок в работу по гашению последних войдет третий осевой канал 22, у которого крутильная жесткость C имеет еще большее численное значение, чем предыдущие крутильные жесткости C и C. Такое изменение крутильных жесткостей подтверждается известной аналитической зависимостью , где видно, что с уменьшением диаметра осевых каналов 20, 21 и 22 (знаменатель формулы) последняя имеет тенденцию к росту, что влечет за собой повышению демпфирующей способности гидромеханического демпфера.
PX
PX
OX
Одновременно с описанным процессом рабочего хода также в случае резкого возникновения динамической нагрузки при рабочем ходе поршня 2 (см. фиг.4), когда его скорость V мгновенно возрастает, рабочая жидкость 18 получает движение по стрелке D в полой полости штока 3, проходит через сквозное отверстие 12, выполненное в диафрагме 11, и перемещает с некоторым сопротивлением сферическое тело качения 13 в направлении стрелки E (за счет наличия круговой лыски 14, выполненной на сферическом теле качения 13, например, по 4-му квалитету, образующей с внутренней поверхностью полого штока 3 поступательную кинематическую пару высокой точности сопряжения) до тех пор, пока оно не упрется в диафрагму 10. После этого рабочая жидкость 18 уже не сможет протекать по вертикальному осевому сквозному каналу 15 и поэтому поступит по стрелкам F в нижние конусные каналы 17, истекая из них со значительной скоростью и создавая сопротивление движению поршня 2 по стрелке В (следует отметить, что скорость истекания рабочей жидкости 18 из каналов 17 возрастает за счет того, что на выходе каналы 17 имеют диаметр отверстия меньший, чем на входе. Более того, на чертежах это не показано, но количество каналов 17 может быть различным, исходя из габаритов и области применения гидравлического демпфера). Чем выше скорость V движения поршня 2 при рабочем ходе, тем выше будет демпфирующая способность гидравлического демпфера. В то же время в верхние конусные каналы 16 рабочая жидкость попасть не может, так как они прикрыты сферическим телом качения 13. При обратном ходе поршня 2, то есть отдаче демпфера, последний вместе с полым штоком 3 будет перемещаться в направлении, обратном стрелке В со скоростью движения V (см. фиг.3), и тогда под действием тока рабочей жидкости 18 по стрелке K сферическое тело качения 13 переместится по стрелке L и последняя поступит в его вертикальный осевой сквозной канал 15 также по стрелке K и будет транспортироваться в дальнейшем по полому штоку 3 в подпоршневую полость демпфера, также демпфируя этот вид динамического нагружения.
Обратный ход поршня 2, характеризующий режим отдачи, происходит также с сопротивлением, как это описано выше, но при этом рабочая жидкость протекает по каналам 6 и 7 в противоположном направлении стрелке C.
В дальнейшем описанные процессы могут повторяться неоднократно. Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так оно более просто по конструкции и в то же время позволяет эффективно демпфировать динамические составляющие нагрузок, возникающие в условиях эксплуатации различных транспортных средств.