Гидравлическое демпфирующее устройство двухстороннего действия
DOUBLE-ACTING HYDRAULIC DAMPER

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам для торможения подвижных элементов и может быть использовано, например, для остановки рабочих органов промышленных роботов, технологических и транспортных машин.
Известен гидравлический демпфер (RU № 2179134, МПК В64С 27/51, F16F 9/20, опубликовано 10.02.2002), предназначенный для гашения колебаний лопастей несущего винта вертолета, который содержит гидроцилиндр, шток с поршнем, установленные в каналах поршня клапаны с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон поршня, причем гидроцилиндр и шток имеют узлы крепления, внутри штока со стороны, противоположной его узлу крепления, расположен управляющий шток с толкателем на конце, установленный с возможностью взаимодействия толкателя с перекрывающими элементами клапанов и с поршнем при осевом перемещении управляющего штока, при этом на другом конце установлен узел крепления к управляющему механизму.
Общими признаками аналога с заявляемым гидравлическим демпфирующим устройством является наличие клапанов, установленных в каналах поршня и обеспечивающих изменение площади дроссельных отверстий в штоке.
Недостатком аналога является то, что настройка демпфера осуществляется вручную.
Известен также гидравлический демпфер (RU № 2165550, МПК F16F 9/48, опубликовано 20.04.2001), который относится к устройствам виброзащитной техники и применяется в системах виброзащиты дорожно-строительных машин. Гидравлический демпфер содержит резервуар, расположенный в резервуаре цилиндр с двумя радиальными отверстиями, установленный в цилиндре шток с поршнем, два клапана, предназначенные для пропускания жидкости из над- и подпоршневой полостей цилиндра в резервуар, гидравлический канал, соединяющий над- и подпоршневую полости и встроенный в гидравлический канал дросселирующий элемент, выполненный в виде подпружиненного конусного клапана с втулкой, регулирующей поджатие пружины конусного клапана, ход которого ограничен градуировочным винтом.
Общими признаками аналога с заявляемым демпфирующим устройством является наличие дросселирующего элемента в гидравлическом канале, обеспечивающего регулирование величины диссипативной силы в зависимости от условий работы, однако это регулирование также осуществляется вручную.
Известен гидравлический демпфер двухстороннего действия (RU № 2020319, МПК F16F 9/14, опубликовано 30.09.1994), который относится к машиностроению, а именно к гидравлическим демпферам двухстороннего действия. Гидравлический демпфер содержит корпус и подпружиненный с обеих сторон поршень с проходящим штоком. На внутренней поверхности корпуса, в его средней части, выполнена кольцевая расточка. На боковой поверхности поршня имеются встречно-направленные каналы с уменьшающимися в сторону кольцевой расточки поперечными сечениями с образованием кромок на боковой поверхности поршня. При этом расстояние между кромками и расстояние между каждой из кромок и близлежащим торцом поршня больше ширины кольцевой расточки.
Общими признаками аналога с заявляемым устройством является наличие встречно-направленных каналов с изменяющимися поперечными сечениями, обеспечивающими возможность регулирования характеристик демпфера в двух направлениях движения.
Недостатком устройства является то, что дросселирование осуществляется только при повышении нагрузок.
Известно демпфирующее устройство (SU № 815349, МПК F16F 9/22, опубликовано 23.03.1981), предназначенноедля торможения подвижных элементов, например исполнительных органов промышленных роботов, которое содержит корпус, заполненный рабочей жидкостью, поршень, разделяющий корпус на две полости, связанный с поршнем шток, выполненную в телах поршня и штока осевую полость, в которой коаксиально поршню и штоку установлен подпружиненный плунжер с поясками на концах, размещенными соответственно меньшего диаметра в меньшей ступени осевой полости, а большего диаметра в большей, при этом малая ступень осевой полости сообщается с одной полостью корпуса с помощью дросселирующих отверстий, выполненных в штоке, а со второй полостью корпуса - с помощью осевых каналов с дросселирующими шайбами, выполненных в поршне. При изменениях масс и скоростей движения подвижных элементов автоматически изменяется площадь отверстий, сообщающихся со штоковой полостью, а, следовательно, и величина демпфирующей силы.
Общими признаками аналога с заявляемым гидравлическим демпфирующим устройством является наличие заполненного рабочей жидкостью корпуса, поршня, разделяющего корпус на две полости, связанного с поршнем штока, выполненной в телах поршня и штока осевой полости, в которой установлен подпружиненный плунжер с поясками на концах, размещенными соответственно меньшего диаметра в меньшей ступени осевой полости, а большего диаметра в большей, при этом малая ступень осевой полости сообщается с полостями корпуса с помощью дросселирующих отверстий, выполненных в штоке. При изменениях масс и скоростей движения подвижных элементов автоматически изменяется площадь дросселирующих отверстий и величина демпфирующей силы.
Недостатком устройства является то, что оно обеспечивает плавное торможение при движении только в одном направлении, что ограничивает области его эффективного использования.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является гидравлическое демпфирующее устройство двухстороннего действия (RU № 2467224, МПК F16F 9/20, опубликовано 20.11.2012), предназначенноедля торможения подвижных элементов, например рабочих органов промышленных роботов, которое обеспечивает плавное торможение подвижных элементов при изменениях их массы и скоростей движения в двух противоположных направлениях.
Общими признаками прототипа с заявляемым гидравлическим демпфирующим устройством является наличие корпуса, заполненного рабочей жидкостью, поршня, разделяющего корпус на две полости, связанных с поршнем двух штоков, выполненной в телах поршня и штоков трехступенчатой осевой полости, состоящей из средней большего диаметра и двух крайних меньшего диаметра ступеней, в которой коаксиально поршню и штокам установлен подпружиненный плунжер со средним и двумя крайними поясками, расположенными соответственно в средней и крайних и ступенях осевой полости, при этом крайние ступени осевой полости сообщаются с полостями корпуса посредством дроссельных отверстий, выполненных в телах штоков.
Недостатком устройства является сложность конструкции и возможность его заклинивания при полном перекрытии дроссельных отверстий.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции устройства и исключение его заклинивания при полном перекрытии дроссельных отверстий.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении конструкции устройства и повышении надежности работы за счет исключения его заклинивания в результате полного перекрытия дроссельных отверстий при резком изменении нагрузок.
согласно изобретению
Технический результат достигается тем, что гидравлическое демпфирующее устройство двухстороннего действия, содержащее корпус, заполненный рабочей жидкостью, поршень, разделяющий корпус на две полости, связанные с поршнем штоки, выполненную в телах поршня и штоков трехступенчатую осевую полость, состоящую из средней большего диаметра и двух крайних меньшего диаметра ступеней, в которой коаксиально поршню и штокам установлен подпружиненный плунжер со средним и двумя крайними поясками, расположенными соответственно в средней и крайних ступенях осевой полости, при этом крайние ступени осевой полости сообщаются с полостями корпуса посредством дроссельных отверстий, выполненных в телах штоков,  крайние ступени осевой полости дополнительно сообщаются между собой с помощью дроссельных каналов, выполненных в среднем пояске плунжера, а в корпусе установлены упоры, ограничивающие перемещение плунжера в обоих направлениях.
В отличие от прототипа, в заявляемом устройстве крайние ступени осевой полости сообщаются между собой с помощью дроссельных каналов, выполненных в среднем пояске плунжера, а в корпусе установлены упоры, ограничивающие перемещение плунжера, положение которых определяется из условия обеспечения минимальной скорости подхода поршня к ограничительным упорам корпуса. За счет этого обеспечивается упрощение конструкции устройства и повышение надежности работы за счет исключения его заклинивания в результате полного перекрытия дроссельных отверстий при резком изменении нагрузок.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна».
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, где на фиг. показана конструктивная схема заявляемого гидравлического демпфирующего устройства двухстороннего действия.
Гидравлическое демпфирующее устройство двухстороннего действия содержит корпус 1, заполненный рабочей жидкостью, штоки 2 и 3, связанные с поршнем 4, разделяющим корпус 1 на две полости - А и Б. В телах штоков 2, 3 и поршня 4 выполнена трехступенчатая осевая полость, состоящая из средней 5 большего диаметра и двух крайних 6 и 7 меньшего диаметра ступеней, в которых коаксиально поршню и штокам установлен плунжер 8 со средним 9 большего диаметра и двумя крайними 10 и 11 меньшего диаметра поясками, расположенными соответственно в средней 5 и крайних 6 и 7 ступенях осевой полости, при этом плунжер подпружинен с двух торцов пружинами 12 и 13. Крайняя ступень 6 осевой полости сообщается с полостью А посредством дроссельного отверстия 14, выполненного в теле штока 2, а крайняя ступень 7 осевой полости сообщается с полостью Б посредством дроссельного отверстия 17, выполненного в теле штока 3, и сообщается с полостью 6 с помощью дроссельных каналов 15 и 18, выполненных в среднем пояске 9 плунжера. Перемещение плунжера 8 ограничивается с обеих сторон упорами 16 и 19, положение которых определяется из условия обеспечения минимальной скорости подхода поршня 4 к ограничительным упорам корпуса.
Демпфирующее устройство работает следующим образом (см. фиг.).
При наезде подвижного элемента (не показан) с некоторой минимальной скоростью, на которую настроены дроссельные каналы 15 и 18, на шток 2, последний смещается вправо, при этом давление в полости Б повышается и рабочая жидкость перетекает через отверстия 17, крайнюю ступень 7, дроссельные каналы 15 и 18 в крайнюю ступень 6 и радиальные дроссельные отверстия 14, в полость А. В результате дросселирования потока жидкости в дроссельных каналах 15 и 18 скорость подвижного элемента уменьшается и он плавно тормозится до тех пор, пока поршень 4 не коснется ограничительных упоров корпуса 1. При движении подвижного элемента в противоположную сторону со скоростью, на которую настроены дроссельные каналы 15 и 18, шток 3 перемещается влево и жидкость начинает перетекать из полости А через отверстия 14, крайнюю ступень 6, дроссельных каналов 15 и 18, крайнюю ступень 7 и радиальные дроссельные отверстия 17, в полость Б. В результате дросселирования потока жидкости в каналах 15 и 18 скорость подвижного элемента уменьшается и он плавно тормозится до тех пор, пока поршень 4 не коснется ограничительных упоров корпуса 1.
При изменениях нагрузок или скоростей движения штока 2 или 3, возрастает давление в полостях Б или А, которое передается соответственно полости 7 или 6. При этом благодаря разности площадей среднего 9 и крайних 10 или 11 поясков, плунжер 8 перемещается вправо или влево, перекрывая поясками 10 или 11 соответственно отверстия 17 или 14, уменьшая площади поперечных сечений последних. При этом расход перетекающей жидкости уменьшается, а, следовательно, уменьшаются и скорости штоков 2 или 3 до заданного значения, при котором обеспечивается безударное торможение. В этом демпфирующем устройстве суммарная площадь дроссельных каналов 15 и 18 должна быть не меньше суммарной площади отверстий 14 или 17.
В случае резкого повышения нагрузок и скоростей движения упоры 16 и 19, ограничивающие перемещение плунжера 8 демпфера, препятствуют полному перекрытию дроссельных отверстий 14 и 17 и исключают явление гидравлического удара в устройстве.
Применение заявляемого гидравлического демпфирующего устройства двухстороннего действия, например, в конструкциях промышленных роботов, технологических и транспортных машин позволит исключить ручную настройку режимов торможения, упростить конструкцию и повысить надежность работы при резком изменении масс перемещаемых деталей и скоростей движения рабочих органов.