ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно к гидравлическим гасителям колебаний транспортных средств. Гидравлические гасители колебаний установлены в рессорном подвешивании современных транспортных средств в вертикальном и горизонтальном положениях и предназначены для ограничения амплитуд колебаний подрессоренных масс движущегося подвижного состава посредством вязкого трения. При этом сами гидравлические гасители колебаний испытывают существенную транспортную вибрацию, которая заставляет рабочую жидкость в их компенсационных полостях, где жидкость граничит с воздухом, взбалтываться, перемешиваться с воздухом и образовывать пену, которая, попадая в рабочие полости цилиндра, практически полностью снижает работоспособность гидравлического гасителя колебаний. Для устранения пенообразования необходимо применять пеногасящие устройства.
Известен гаситель колебаний (амортизатор автомобилей) Вудхид-Монро (Атлас конструкций «Гидравлические телескопические амортизаторы», авторы И.Б.Скиндер, Ю.А.Лиэпа. - М., Машиностроение, 1968, лист 52), содержащий шток с поршнем, имеющим клапанно-дроссельную систему, размещенные в цилиндре, который коаксиально установлен в корпусе, и герметизирован сальниковым уплотнением, при этом подпоршневая и надпоршневая полости цилиндра являются рабочим полостями, а полость между цилиндром и корпусом образует компенсационную полость, в которую введено антипенное устройство в виде успокоительного кольца, которое должно препятствовать пенообразованию в этой полости.
Недостатком известного технического решения является низкая работоспособность, т.к. успокоительное кольцо размещено в компенсационной полости на одной высоте, а рабочая жидкость в компенсационной полости меняет свой уровень на ходах сжатия и растяжения этого гасителя колебаний. При установке амортизатора в горизонтальном положении в рессорном подвешивании успокоительное кольцо вообще перестает выполнить свою функцию, т.к. уровень жидкость в компенсационной полости в горизонтально установленным амортизаторе будет размещаться также горизонтально, а успокоительное кольцо займет перпендикулярное положение относительно уровня жидкости и, потому, не будет ограничивать пенообразование на поверхности рабочей жидкости, где она контактирует с воздухом, отсюда, гаситель колебаний потеряет свою работоспособность.
Известны гасители колебаний-амортизаторы марок Орифлоу и Монро, (Атлас конструкций «Гидравлические телескопические амортизаторы», авторы И.Б.Скиндер, Ю.А.Лиэпа. - М., Машиностроение, 1968., листы 46, 48), у которых в качестве антипенного устройства в компенсационную полость введены витые элементы в виде пружин, которые своими витками должны ограничивать взбалтывание рабочей жидкости в этой полости и, тем самым, уменьшать пенообразование рабочей жидкости.
Недостатком известного технического решения является низкая работоспособность, т.к. поверхность рабочей жидкости между витками будет контактировать с воздухом и при взбалтывании рабочая жидкость будет вспениваться, а при установке амортизатора в горизонтальном положении витые антипенные устройства в виде пружин вообще перестают выполнять свою функцию, поскольку уровень жидкость в компенсационной полости в горизонтально установленным амортизаторе будет размещаться также горизонтально, при этом, витки пружины займут перпендикулярное положение относительно уровня жидкости и не будут ограничивать пенообразование на поверхности жидкости, где она контактирует с воздухом - амортизатор потеряет свою работоспособность и не будет гасить колебания транспортного средства.
Известен амортизатор Армстронг с резиновым разделителем компенсационной полости (Атлас конструкций «Гидравлические телескопические амортизаторы», авторы И.Б.Скиндер, Ю.А.Лиэпа. - М, Машиностроение, 1968., стр.11). Этот гаситель колебаний содержит корпус, в который коаксиально установлен цилиндр с размещенным в нем штоком с поршнем. Цилиндр снабжен днищем. В днище цилиндра и в поршне известного гидравлического гасителя колебаний имеются дроссели и перепускные клапаны. Цилиндр сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, вся цилиндро-поршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой. Шток и гайка уплотнены полимерными деталями -манжетой и кольцом, предотвращающими утечки рабочей жидкости. Корпус и шток снабжены проушинами, которыми гаситель колебаний крепится к элементам рессорного подвешивания транспортного средства, в данном случае, автомобиля. Подпоршневая и надпоршневая полости цилиндра полностью заполнены рабочей жидкостью. В кольцевой полости между корпусом и цилиндром размещена упругая перегородка, разделяющая кольцевую полость на жидкостную зону и воздушную зону. Жидкостная зона является компенсационной полостью. При движении транспортного средства подрессоренные массы совершают колебательные движения, при которых шток с поршнем колебательно перемещаются в цилиндре и перемещают рабочую жидкость между подпоршневой, надпоршневой и компенсационной полостями через клапаны и дроссели в днище и в поршне. Перетекая через дроссели и клапаны жидкость испытывает гидравлическое сопротивление, реализуя при этом силы вязкого сопротивления, которые препятствуют перемещению поршня со штоком, а, следовательно, препятствуют колебаниям подрессоренных масс транспортного средства на должном уровне. Поскольку рабочая жидкость в компенсационной полости отделена перегородкой, она не смешивается с воздухом и, поэтому не образует пену, а, следовательно, гаситель колебаний может развивать нужные силы вязкого сопротивления в вертикальном, горизонтальном и наклонном положениях.
Недостатком известного технического решения является недостаточная работоспособность, т.к. перегородка в компенсационной полости является малонадежным элементом. В эксплуатации при работе гасителя колебаний, при циклическом изменении объема рабочей жидкости в компенсационной полости, перегородка меняет свои размеры - растягивается и сжимается, что при многократном повторении и при различных температурных условиях эксплуатации приводит к повреждениям перегородки, образованию сквозных трещин и порывов, смешиванию рабочей жидкости с воздухом, вспениванию рабочей жидкости в компенсационной полости, проникновению пены в подпоршневую и надпоршневую полости цилиндра и прохождению ее через клапаны и дроссели в поршне и в днище. Вспененная рабочая жидкости, проходя через дроссели и клапаны, не образует должного вязкого трения и потому гаситель колебаний становится не работоспособным.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является принятый за прототип гидравлический гаситель колебаний - демпфер (RU №96920, F16F 5/00, F16F 9/18, опубл. 20.08.2010 Бюл. №23), содержащий корпус, с размещенным в нем цилиндром с днищем, в цилиндре установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, полости цилиндра заполнены рабочей жидкостью, цилиндр сверху закрыт направляющей втулкой, имеющей центральное отверстие, дроссель и периферийные отверстия, при этом через центральное отверстие направляющей втулки пропущен шток, а периферийные отверстия перекрыты клапанными пластинами, причем вся цилиндро-поршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, между направляющей втулкой и кольцевой гайкой образована надклапанная полость, а между цилиндром и корпусом - компенсационная полость, заполненная частично рабочей жидкостью, в компенсационную полость введено переливное устройство, соединяющее надклапанную полость с нижней частью компенсационной полости, корпус и шток снабжены крепительными проушинами, шток уплотнен манжетой, поршень выполнен с отверстиями, перекрытыми клапанными пластинами, в днище имеется впускной клапан в виде диска, поджатого пружиной к днищу и перекрывающего впускные отверстия в днище, отличающийся тем, что переливное устройство выполнено в виде конуса, который верхней, расширенной частью, прижат через упругую прокладку к круговому выступу на внутренней поверхности корпуса, а нижней, обуженной частью, обхватывает с зазором цилиндр. В качестве антипенного устройства в компенсационную полость введено антипенное кольцо, внутреннее отверстие которого имеет эллиптическую форму и с зазором обхватывает конус, причем плотность материала антипенного кольца меньше плотности рабочей жидкости.
Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является малая работоспособность демпфера вследствие того, что при установке демпфера в горизонтальном положении поверхность рабочей жидкости в компенсационной полости становится горизонтальной, антипенное кольцо перекашивается относительно цилиндра и корпуса, но не может разместиться горизонтально и исключить образование пены в рабочей жидкости. Образование пены в компенсационной полости приводит к попаданию вспененной рабочей жидкости в надпоршневую и подпоршневую полости цилиндра, прохождению ее через дроссели и клапаны в поршне и днище, отсюда резко снижаются силы вязкого трения в них и теряется работоспособность гасителя колебаний.
Задачей настоящего технического предложения является повышение работоспособности гидравлического гасителя колебаний транспортного средства путем исключения вспенивания рабочей жидкости при всех рабочих положениях гасителя колебаний в рессорном подвешивании транспортного средства в условиях весьма интенсивных эксплуатационных вибраций и длительных сроков службы.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен гидравлический гаситель колебаний транспортных средств, содержащий корпус и коаксиально размещенный в корпусе цилиндр с днищем, имеющим дроссель, впускной и разгрузочный клапаны, в цилиндре установлен с возможностью перемещения шток с поршнем, имеющим дроссели, надпоршневой и подпоршневой клапаны, и разделяющим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, а наружная поверхность цилиндра образует с внутренней поверхностью корпуса компенсационную полость, при этом надпоршневая и подпоршневая полости цилиндра полностью заполнены рабочей жидкостью, компенсационная полость между цилиндром и корпусом заполнена рабочей жидкостью частично и содержит антипенное устройство, цилиндр сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, вся цилиндро-поршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, и герметизирована резиновым чехлом, отличающийся тем, что антипенное устройство выполнено в виде мелкоячеистой объемной сетки, например, металлической.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлен вид гидравлического гасителя колебаний транспортных средств в разрезе.
На фигуре 1 обозначены:
1 - корпус;
2 - проушина корпусная;
3 - цилиндр;
4 - днище;
5 - направляющая втулка;
6 - поршень;
7 - поршневое кольцо;
8 - шток;
9 - отверстия перепускные;
10 - прушина штоковая;
11 - клапан надпоршневой;
12 - клапан подпоршневой;
13 - болт штоковый;
14 - клапан впускной;
15 - клапан разгрузочный;
16 - гайка;
17 - рабочая жидкость;
18 - манжета;
19 - резиновое кольцо;
20 - чехол гофрированный упругий;
21 - мелкоячеистая объемная сетка, например, металлическая;
"А" - подпоршневая полость цилиндра;
"Б" - надпоршневая полость цилиндра;
"В" - компенсационная полость.
Заявленный гидродемпфер транспортный содержит корпус 1 с проушиной корпусной 2. В корпусе коаксиально размещен цилиндр 3, закрытый снизу днищем 4, а сверху - направляющей втулкой 5. В цилиндре с возможностью перемещения вставлен поршень 6 с поршневым кольцом 7 и со штоком 8. В поршне выполнены наклонные отверстия перепускные 9. Шток с возможностью перемещения пропущен в центральном отверстии направляющей втулки и на конце имеет проушину штоковую 10. Наклонные перепускные отверстия в поршне перекрыты с обеих сторон поршня клапаном надпоршневым 11 и клапаном подпоршневым 12, прижатыми к буртам поршня болтом штоковым 13. Под клапанами в буртах поршня имеются дроссели - калиброванные щели очень малых размеров. Днище цилиндра снабжено клапанами впускным 14 и разгрузочным 15. В днище под впускным клапаном имеется дроссель - калиброванная щель очень малых размеров.
В гаситель колебаний заправлена рабочая жидкость 17, как правило, минеральное масло. Шток гасителя уплотнен манжетой 18, а корпус гасителя уплотнен резиновым кольцом 19. Гаситель колебаний гидравлический герметизирован упругим гофрированным чехлом 20. Внутренняя часть цилиндра разделена поршнем на поршневую полость "А" и штоковую полость "Б". Обе полости полностью заполнены рабочей жидкостью. Кольцевое пространство между наружной поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью корпуса образует компенсационную полость, обозначено буквой "В" и заполнено рабочей жидкостью лишь частично. В компенсационной полости "В" расположена мелкоячеистая объемная сетка 21, например металлическая.
Гидравлический гаситель колебаний транспортных средств функционирует следующим образом.
На транспортном средстве гидравлический гаситель колебаний прикреплен своими проушинами корпусной 2 и штоковой 10 к подрессоренным массам подвижного состава - к кузову и к тележке вагона или локомотива вертикально или горизонтально.
В процессе движения возмущающее действие пути заставляет подрессоренные массы транспортного средства испытывать вибрационные низкочастотные и высокочастотные нагрузки. При колебаниях подрессоренных масс проушины 2 и 10 перемещаются между собой и гидравлический гаситель колебаний транспортный соответственно сжимается или растягивается.
Низкочастотные колебания воспринимаются и ограничиваются гидравлическими гасителями колебаний. В рабочем режиме колебаний на ходе сжатия, когда поршень 6 перемещается в цилиндре 3 к днищу 4, впускной клапан в днище закрыт, рабочая жидкость 17 под воздействием поршня 6 из поршневой полости "А" цилиндра через дроссели и клапан 11 в поршне 6 с сопротивлением перетекает в надпоршневую полость "Б". Часть жидкости, равная объему входящего в цилиндр штока, через дроссель в днище 4 и разгрузочный клапан 15 поступают в компенсационную полость "В", поэтому уровень рабочей жидкости компенсационной полости "В" повышается. Мелкоячеистая объемная сетка 21, размещенная в компенсационной полости "В", препятствует взбалтыванию рабочей жидкости и ее перемешиванию с воздухом, не дает вспениваться рабочей жидкости при подъеме ее уровня в этой полости. Рабочая жидкость 17 сохраняет свои вязкостные параметры и поэтому гидравлический гаситель колебаний реализует силы неупругого сопротивления в зависимости от скорости перемещения поршня. Эти силы сопротивления, развиваемые гидравлическим гасителем колебаний, через проушины корпусную 2 и штоковую 10 передаются на кронштейны подрессоренных масс транспортного средства и ограничивают амплитуды колебаний транспортного средства на ходе сжатия гасителя колебаний.
На ходе растяжения в рабочем режиме поршень 6 перемещается в цилиндре 3 к направляющей втулке 5, рабочая жидкость с сопротивлением перетекает через дроссели в поршне 6 и подпоршневой клапан 12 из надпоршневой полости "Б" цилиндра 3 в подпоршневую полость "А". При этом гидравлический гаситель колебаний развивает силы неупругого сопротивления, пропорциональные скорости перемещения поршня. Эти силы сопротивления через проушины корпусную 2 и штоковую 10 передаются на кронштейны кузова и тележки транспортного средства и ограничивают амплитуды колебаний его подрессоренных масс на ходе растяжения. При этом в подпоршневой полости "А" понижается давление. Под воздействием перепада давлений в полостях "А" и "В" открывается впускной клапан 14 в днище 4 и рабочая жидкость 17 из компенсационной полости "В" поступает в подпоршневую полость "А" и заполняет ее, подготавливая реализацию сил сопротивления на следующем ходе сжатия. При этом понижается уровень рабочей жидкости в компенсационной полости "В". Мелкоячеистая объемная сетка 21, размещенная в компенсационной полости "В", препятствует взбалтыванию рабочей жидкости 17 и ее перемешиванию с воздухом при понижении уровня в этой полости, не дает вспениваться рабочей жидкости.
Таким образом, мелкоячеистая объемная сетка 21 препятствует пенообразованию при подъеме рабочей жидкости в компенсационной полости "В" на ходе сжатия гасителя колебаний и при понижении ее уровня в этой полости на ходе растяжения гасителя колебаний. Мелкоячеистая объемная сетка 21 препятствует пенообразованию и при воздействии высокочастотной вибрации, действующей на гаситель колебаний при движении транспортного средства. Мелкоячеистая объемная сетка 21 исключает вспенивание рабочей жидкости при всех возможных положениях (вертикальном, наклонном и горизонтальном) гидравлического гасителя колебаний в рессорном подвешивании транспортного средства, так как в любом положении мелкоячеистая сетка 21 препятствует взбалтыванию рабочей жидкости и ее перемешиванию с воздухом. Мелкоячеистая объемная сетка 21 может быть выполнена металлической или из полимерных материалов.
Поршневое кольцо 7 уплотняет полости "А" и "Б" цилиндра 3 при перемещении поршня 6. Резиновое кольцо 19 уплотняет резьбу гайки 16, а манжета 18 уплотняет шток 8. Резиновый чехол 20 герметизирует гидравлический гаситель колебаний от утечек рабочей жидкости и от попадания внутрь инородных частиц и влаги.
В заявленном гидравлическом гасителе колебаний отличительным признаком, способствующим повышению работоспособности, является наличие мелкоячеистой объемной сетки, например, металлической, размещенной в компенсационной полости между цилиндром и корпусом гидравлического гасителя колебаний.
В заявленном гидравлическом гасителе колебаний исключается вспенивание рабочей жидкости, тем самым, обеспечивается повышенная против прототипа и аналогов работоспособность предложенной полезной модели. Гидравлический гаситель колебаний может быть применен на железнодорожных вагонах, локомотивах, трамваях и вагонах метро, на автомобильном и гусеничном транспорте.