АМОРТИЗАТОР
DAMPER

Предлагаемый амортизатор относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначен для применения преимущественно в подвесках транспортных средств совместно с упругими несущими элементами.
Известен однотрубный газонаполненный амортизатор, содержащий цилиндр, шток с поршнем, выполненные в поршне дроссельные отверстия и установленные в нем разгрузочные клапаны ходов сжатия и отбоя, гидравлическую полость цилиндра, заполненную рабочей жидкостью и поделенную поршнем на надпоршневую и подпоршневую полости, компенсационную камеру, плавающий поршень, разделяющий компенсационную камеру и гидравлическую полость цилиндра [Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины, и колеса. - М.: Машиностроение, 1986, стр.34, рис.1.33].
Недостатком данного амортизатора является то, что он позволяет реализовать единственную демпфирующую характеристику, определяемую площадью дроссельных отверстий, площадью поршня и штока, вязкостью рабочей жидкости, а также параметрами разгрузочных клапанов ходов сжатия и отбоя. Данный способ демпфирования не позволяет добиться допустимых уровней вибраций транспортного средства при движении по различным дорогам.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является 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 снижает работоспособность и надежность его работы, а также увеличивает осевые габариты амортизатора из-за наличия поршня с двусторонним штоком.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой демпфирующей системы автоматического саморегулирования по амплитуде, направлению и скорости колебаний, обеспечивающей 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).
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов и веса амортизатора при одновременном повышении его виброзащитных свойств и надежности работы. Применение этого амортизатора приведет к снижению вибронагруженности транспортного средства и эксплуатационных затрат, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности при движении 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, выполненные в средней части цилиндра 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 и дроссель, дроссель установлен в поршне и сообщает надпоршневую и подпоршневую полости между собой, а амортизатор снабжен предохранительными клапанами ходов сжатия и отбоя, установленными в поршне, компенсационной камерой, размещенной в нижней части цилиндра, верхней и нижней обоймами, закрепленными на верхнем и нижнем концах цилиндра напротив обратных клапанов, и средней обоймой, закрепленной 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.
Вследствие того, что амортизатор снабжен верхней, нижней и средней обоймами, закрепленными на цилиндре, 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 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, обеспечивается упрощение конструкции и уменьшение габаритов и веса амортизатора при одновременном повышении надежности его работы. При этом достигается резкое падение сопротивления амортизатора при его сжатии или растяжении от положения статического равновесия.
Благодаря тому, что амортизатор снабжен предохранительными клапанами ходов сжатия и отбоя, установленными вместе с дросселем в поршне, обеспечивается плавное увеличение и ограничение гидравлического сопротивления в зависимости от скорости колебаний при сжатии или растяжении амортизатора от его крайних положений до положения статического равновесия.
В результате плавного увеличения и ограничения сопротивления на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации амортизатора до положения статического равновесия) и вследствие резкого уменьшения сопротивления на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора) обеспечивается саморегулирование силы сопротивления амортизатора по амплитуде, направлению и скорости, что повышает плавность хода транспортного средства при движении практически по любым типам дорог.
Благодаря тому, что амортизатор снабжен компенсационной камерой, размещенной в нижней части цилиндра, обеспечивается повышение надежности работы амортизатора при изменении температуры жидкости и наличии утечек рабочей среды, а также обеспечивается уменьшение осевого габарита амортизатора за счет возможности применения поршня с односторонним штоком. Кроме того, за счет давления газа в компенсационной камере устраняется возможность вспенивания жидкости при течении через дроссель, что повышает стабильность демпфирующих характеристик при больших частотах колебаний.
На фиг.1 изображен общий вид амортизатора; на фиг.2 приведена схема расположения амортизатора в положении статического равновесия совместно с упругим несущим элементом виброзащитной системы; на фиг.3 показаны осциллограммы колебаний объекта и основания при кинематическом возмущении, а также график изменения силы сопротивления амортизатора.
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). В средней части цилиндра 1 выполнены отверстия 6 и 7, поочередно перекрываемые поршнем 3. На верхнем и нижнем концах цилиндра 1 в его наружных проточках установлены два обратных клапана 8 и 9 в виде упругих колец, перекрывающих радиальные отверстия 10 и 11 в цилиндре 1. В поршне 3 установлен дроссель 12 и предохранительные клапаны хода сжатия 13 и хода отбоя 14, сообщающие надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости между собой. В нижней части цилиндра 1 размещена компенсационная пневматическая камера 15, которая отделена от гидравлической подпоршневой полости 5 цилиндра 1 плавающим поршнем 16.
Снаружи цилиндра 1 на его нижнем и верхнем концах напротив обратных клапанов 8 и 9 закреплены верхняя 17 и нижняя 18 обоймы, а на средней части цилиндра 1 напротив отверстий 6 и 7 закреплена средняя обойма 19. Внутри верхней обоймы 17 выполнена проточка 20, сообщенная через обратный клапан 8 с надпоршневой полостью 4. Внутри нижней обоймы 18 выполнена проточка 21, сообщенная через обратный клапан 9 с подпоршневой полостью 5. Внутри средней обоймы 19 выполнены верхняя 22 и нижняя 23 проточки. Верхняя проточка 22 средней обоймы 19 сообщена с надпоршневой полостью 4 через отверстия 6 в средней части цилиндра 1 и соединена с проточкой 21 нижней обоймы посредством обводной трубки 24 левого гидравлического канала. Нижняя проточка 23 средней обоймы 19 сообщена с подпоршневой полостью 5 через отверстия 7 в средней части цилиндра 1 и соединена с проточкой 20 верхней обоймы 17 посредством обводной трубки 25 правого гидравлического канала.
Амортизатор соединяется с объектом виброзащиты 26 и основанием 27, между которыми установлен упругий несущий элемент 28 (фиг.2).
В положении статического равновесия поршень 3 находится в средней части цилиндра 1 между радиальными отверстиями 6 и 7. Соответствующие положения объекта 26 и основания 27 определяются точками а, b, с, d и е (фиг.3).
Амортизатор работает следующим образом.
/
/
На участке а…b объект 26 и основание 27 сближаются друг с другом (х-у<0 и х-y<0). При этом поршень 3 перемещается от средней части цилиндра 1 вниз, а шток 2 входит в цилиндр 1. Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 16 вниз и увеличению давления газа в компенсационной камере 15. Под действием перепада давлений на поршне 3 жидкость из подпоршневой полости 5, отжимая обратный клапан 9, поступает в надпоршневую полость 4 через отверстия 11 цилиндра 1, проточку 21 нижней обоймы 18, обводную трубку 24, верхнюю проточку 22 средней обоймы 19 и отверстия 6 цилиндра 1. Поскольку основной объем жидкости свободно выдавливается через обратный клапан 9, то дроссель 12 практически выключен из работы и сила сопротивления амортизатора близка к нулю.
/
/
На участке b…с объект 26 и основание 27 удаляются друг от друга (х-у<0 и х-y>0). При этом поршень 3 перемещаться вверх к средней части цилиндра 1, а шток 2 выходит из цилиндра 1. Давление в надпоршневой полости 4 возрастает, а в подпоршневой полости 5 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 16 вверх и уменьшению давления газа в компенсационной камере 15. Поскольку обратный клапан 9 закрыт, то жидкость из надпоршневой полости 4 выдавливается поршнем 3 в подпоршневую полость 5 через дроссель 12, обеспечивая повышенное сопротивление амортизатора на ходе отбоя, которое плавно увеличивается от момента смены направления деформации амортизатора до момента статического равновесия, когда поршень 3 займет среднее положение в цилиндре 1 между отверстиями 6 и 7. При больших скоростях растяжения подвески на данном участке срабатывает предохранительный клапан хода отбоя 14, через который жидкость из надпоршневой полости 4 перетекает в подпоршневую полость 5, что ограничивает силу амортизатора на ходе отбоя. После прохождения поршнем 3 отверстия 7 происходит выравнивание давлений в полостях 4 и 5 через обратный клапан 8 и обводную трубку 25.
/
/
На участке c…d объект 26 и основание 27 продолжают удаляться друг от друга (х-у>0 и х-y>0). При этом поршень 3 перемещается от средней части цилиндра 1 вверх, а шток 2 выходит из цилиндра 1. Давление в надпоршневой полости 4 возрастает, а в подпоршневой полости 5 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 16 вверх и уменьшению давления газа в компенсационной камере 15. Жидкость из надпоршневой полости 4, отжимая обратный клапан 8, поступает в подпоршневую полость 5 через отверстия 10 цилиндра 1, проточку 20 верхней обоймы 17, обводную трубку 25, нижнюю проточку 23 средней обоймы 19 и отверстия 7 цилиндра 1. Поскольку основной объем жидкости свободно выдавливается через обратный клапан 8, то дроссель 12 практически выключен из работы и сила сопротивления амортизатора близка к нулю.
/
/
На участке d…e объект 26 и основание 27 сближаются друг с другом (х-у>0 и х-у<0). При этом поршень 3 перемещается вниз к средней части цилиндра 1, а шток 2 входит в цилиндр 1. Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 16 вниз и увеличению давления газа в компенсационной камере 15. Поскольку обратный клапан 8 закрыт, то жидкость из подпоршневой полости 5 выдавливается в надпоршневую полость 4 через дроссель 12, что обеспечивает повышенное сопротивление амортизатора, которое плавно увеличивается от момента смены направления деформации амортизатора до момента статического равновесия, когда поршень 3 займет среднее положение в цилиндре 1 между отверстиями 6 и 7. При больших скоростях сжатия подвески на данном участке срабатывает предохранительный клапан хода сжатия 13, через который жидкость из подпоршневой полости 5 перетекает в надпоршневую полость 4, что ограничивает силу амортизатора на ходе сжатия. После прохождения поршнем 3 отверстия 6 происходит выравнивание давлений в полостях 4 и 5 через обратный клапан 9 и обводную трубку 24.
При дальнейшем движении объекта 26 и основания 27 описанная последовательность работы амортизатора повторяется, что обеспечивает саморегулирование неупругого сопротивления по амплитуде, направлению и скорости колебаний.
Предлагаемый амортизатор имеет простую, компактную и надежную конструкцию, обеспечивающую повышение плавности хода транспортного средства за счет плавного увеличения и ограничения сопротивления на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации амортизатора до положения статического равновесия) и за счет резкого уменьшения сопротивления на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора). Применение этого амортизатора приведет к снижению вертикальных колебаний транспортного средства, уменьшению эксплуатационных затрат и общих потерь энергии, увеличению средних скоростей и производительности при движении практически по любым типам дорог.
Существующие технологии машиностроения и применяемые в нем материалы позволяют организовать промышленное изготовление и оснащение транспортных средств данными амортизаторами.