АМОРТИЗАТОР

Предлагаемый амортизатор относится к инерционным устройствам гашения колебаний и предназначен для применения преимущественно в подвесках транспортных средств совместно с упругими несущими элементами повышенной жесткости, например, в подвесках грузовых автомобилей.
Известен амортизатор транспортного средства, содержащий два цилиндра, установленные в корпусе амортизатора и соединенные каналом, обеспечивающим перетекание жидкости из одной полости цилиндра в другую, шток, на одном конце которого располагается поршень с защитным кольцом, а другой конец штока крепится к рычагу балансира, направляющую втулку, клапан прямого хода, включающий в себя клапан сжатия, клапан отбоя и трубопровод, по которому рабочая жидкость перетекает из полости в полость, поршень-разделитель и крышку, ограничивающую перемещение поршня-разделителя, золотник со штоком, штуцер, через который заправляется азот, три пластины и шесть пружин, установленные внутри канала, по которому перетекает жидкость из одной полости цилиндра в другую. Клапан прямого хода с установленными в нем клапаном сжатия и клапаном отбоя, трубопровод и канал с установленными в нем пластинами и пружинами образуют демпфирующий узел двухстороннего действия, обеспечивающий неупругое сопротивление амортизатора на ходах сжатия и отбоя и гашение колебаний [патент РФ 112967, кл. F16F 9/06, F16F 9/34, Бюл. №3, 2012].
Недостатком данного амортизатора транспортного средства является сложность конструкции демпфирующего узла двухстороннего действия, что приводит к снижению надежности, увеличению габаритов и веса амортизатора. Кроме того, данный амортизатор не обеспечивает снижения собственной частоты колебаний подвески, что необходимо для повышения плавности хода транспортных средств, имеющих высокую жесткость упругих элементов подвески.
Известен амортизатор транспортного средства, содержащий гидравлический цилиндр, установленный в нем шток с поршнем, образующим с гидравлическим цилиндром поршневую полость, пневмогидравлический цилиндр, гидравлическая полость которого соединена с поршневой полостью через предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя и инерционное устройство, выполненное в виде гидромотора шестеренного типа, на выходном валу которого установлен маховик. При низкочастотных колебаниях подвески жидкость течет через гидромотор, вызывая знакопеременное вращение маховика, что обеспечивает увеличение момента инерции и снижение собственной частоты колебаний. При высокочастотных колебаниях подвески маховик остается практически неподвижным, а жидкость между поршневой и гидравлической полостями течет через предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, обеспечивая неупругое сопротивление амортизатора [Новиков, В.В. Виброзащитные свойства подвесок автотранспортных средств: монография / В.В. Новиков, И.М. Рябов, К.В. Чернышев; ВолгГТУ. - Волгоград, 2009, с. 302, рис. 7.28].
Недостатком данного амортизатора является низкий КПД шестеренного гидромотора, в результате чего для возвратно-вращательного движения маховика требуется значительный перепад давлений на входах гидромотора (несколько единиц атмосферного давления). Вследствие этого происходит блокировка подвески при малых частотах колебаний. Кроме того, данный амортизатор не обеспечивает регулирование силы неупругого сопротивления при изменении нагрузки на транспортное средство вследствие применения нерегулируемых предохранительных клапанов ходов сжатия и отбоя. Все это приводит к снижению эффективности инерционно-гидравлического способа гашения колебаний и ухудшению плавности хода.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является амортизатор, содержащий гидравлический цилиндр, установленный в нем шток с поршнем, образующим с гидравлическим цилиндром поршневую полость, пневмогидравлический цилиндр, гидравлическая полость которого соединена с поршневой полостью через предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя и инерционное устройство. Инерционное устройство выполнено в виде установленного снаружи гидравлического цилиндра гидромотора ролико-лопастного типа, включающего корпус инерционного устройства с двумя входными каналами, в котором установлен вал с лопастями и ролики, каждый из которых имеет в средней части выемки под лопасти вала и контактирует с цилиндрической поверхностью вала, на одном конце которого закреплен маховик, а на другом конце закреплена центральная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестернями, закрепленными на одном из концов роликов для синхронизации вращения вала и роликов, один из входных каналов соединен с поршневой полостью в верхней части гидравлического цилиндра, а другой соединен с гидравлической полостью в верхней части пневмогидравлического цилиндра. Предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя выполнено в виде саморегулируемых в зависимости от давления предохранительных клапанов хода сжатия и хода отбоя, каждый из которых включает установленный в корпусе предохранительного клапана ступенчатый поршень, образующий с корпусом предохранительного клапана полость большей ступени, полость меньшей ступени и кольцевую полость, при этом в предохранительном клапане хода сжатия полость большей ступени соединена с гидравлической полостью, полость меньшей ступени соединена с гидравлической полостью и сообщается с поршневой полостью при опускании ступенчатого поршня вниз, в предохранительном клапане хода отбоя полость большей ступени соединена с поршневой полостью, полость меньшей ступени соединена с поршневой полостью и сообщается с гидравлической полостью при подъеме ступенчатого поршня вверх, а кольцевые полости предохранительных клапанов хода сжатия и хода отбоя соединены с атмосферой. Данный амортизатор благодаря высокому КПД гидромотора ролико-лопастного типа обеспечивается знакопеременное вращение маховика даже при незначительном перепаде давлений (сотые доли атмосферного давления) и эффективное снижение собственной частоты при низкочастотных колебаниях подвески. При высокочастотных колебаниях подвески маховик остается практически неподвижным, а жидкость между поршневой и гидравлической полостями течет через предохранительные клапаны хода сжатия и хода отбоя, обеспечивая неупругое гашение колебаний [патент РФ 158085, кл. F16F 7/10, F16F 5/00, B60G 15/08 / Бюл. №35, 2015].
Недостатком данного амортизатора является сложность его конструкции, обусловленная наружным расположением гидромотора с маховиком, применением двух отдельно расположенных предохранительных клапанов хода сжатия и хода отбоя, наличием большого числа наружных каналов, что увеличивает габариты, снижает надежность амортизатора и затрудняет его установку в подвеске транспортного средства.
В этой связи важнейшей задачей является создание надежной конструкции амортизатора, в корпусе которого установлены гидравлический и пневмогидравлический цилиндры, сообщенные между собой через установленные в корпусе амортизатора предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя и инерционное устройство, при этом инерционное устройство выполнено в виде гидромашины ролико-лопастного типа с маховиком, а предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя выполнено в виде демпфирующего узла двухстороннего действия, включающего подпружиненный ступенчатый плунжер и каналы, обеспечивающие ограничение силы амортизатора на ходах сжатия и отбоя при отсутствии вращения маховика.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности работы амортизатора.
Данный технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем гидравлический цилиндр, установленный в нем шток с поршнем, образующим с гидравлическим цилиндром поршневую полость, пневмогидравлический цилиндр, гидравлическая полость которого соединена с поршневой полостью через предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя и инерционное устройство, включающее корпус инерционного устройства с двумя входными каналами, в котором установлен вал с лопастями и ролики, каждый из которых имеет в средней части выемки под лопасти вала и контактирует с цилиндрической поверхностью вала, на одном конце которого закреплен маховик, а на другом конце закреплена центральная шестерня, находящаяся в зацеплении с шестернями, закрепленными на одном из концов роликов для синхронизации вращения вала и роликов, один из входных каналов соединен с поршневой полостью гидравлического цилиндра, а другой соединен с гидравлической полостью пневмогидравлического цилиндра, предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя и инерционное устройство установлены в корпусе амортизатора, при этом предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя выполнено в виде демпфирующего узла двухстороннего действия, в корпусе которого установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом демпфирующего узла плунжерную полость меньшей ступени, плунжерную полость большей ступени и кольцевую плунжерную полость, причем кольцевая плунжерная полость сообщена с поршневой полостью через нижнее радиальное отверстие и нижнюю наружную проточку, выполненные в корпусе демпфирующего узла, и левый нижний канал, выполненный в корпусе амортизатора, плунжерная полость меньшей ступени сообщена с гидравлической полостью через верхнее радиальное отверстие и верхнюю проточку, выполненные в корпусе демпфирующего узла, и правый нижний канал, выполненный в корпусе амортизатора, и сообщается с кольцевой плунжерной полостью при опускании ступенчатого плунжера вниз, пружина сжатия установлена в плунжерной полости большей ступени, один из входных каналов инерционного устройства сообщен с поршневой полостью через левый верхний канал, выполненный в корпусе амортизатора, а другой входной канал сообщен с гидравлической полостью через правый верхний канал, выполненный в корпусе амортизатора.
Указанная полезная модель отличается тем, что гидравлический и пневмогидравлические цилиндры установлены в корпусе амортизатора и соединены между собой через инерционное устройство и предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя, которые также смонтированы в корпусе амортизатора. В результате обеспечивается соединение полостей амортизатора без применения внешних трубок, а также уменьшение числа и длины соединительных каналов, что повышает надежность работы амортизатора.
Вследствие того, что предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя выполнено в виде демпфирующего узла двухстороннего действия, в корпусе которого установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом демпфирующего узла плунжерную полость меньшей ступени, плунжерную полость большей ступени и кольцевую плунжерную полость, кольцевая плунжерная полость сообщена с поршневой полостью через нижнее радиальное отверстие и нижнюю наружную проточку, выполненные в корпусе демпфирующего узла, и левый нижний канал, выполненный в корпусе амортизатора, плунжерная полость меньшей ступени сообщена с гидравлической полостью через верхнее радиальное отверстие и верхнюю проточку, выполненные в корпусе демпфирующего узла, и правый нижний канал, выполненный в корпусе амортизатора, и сообщается с кольцевой плунжерной полостью при опускании ступенчатого плунжера вниз, пружина сжатия установлена в плунжерной полости большей ступени, обеспечивается уменьшение числа элементов предохранительного устройства ходов сжатия и отбоя, что повышает надежность его работы и надежность амортизатора в целом.
На фиг. 1 изображен общий вид амортизатора; на фиг. 2 - увеличенный разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенный разрез по Б-Б на фиг. 1.
Амортизатор содержит гидравлический цилиндр 1 и пневмогидравлический цилиндр 2, установленные в корпусе амортизатора 3 перпендикулярно друг другу. В гидравлическом цилиндре 1 установлен шток 4 с поршнем 5, образующим с гидравлическим цилиндром 1 поршневую полость 6. В пневмогидравлическом цилиндре 2 установлен плавающий поршень 7, делящий цилиндр 2 на гидравлическую полость 8 и пневматическую полость 9. Поршневая полость 6 и гидравлическая полость 8 сообщены между собой через инерционное устройство 10 и предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя 11, установленные в глухих отверстиях 12 и 13, выполненных в корпусе амортизатора 3.
Инерционное устройство 10 включает в себя корпус 10, состоящий из сборных левой 10 и правой 14 половин, соединенных между собой болтами 15, 16, 17 (не видны на виде А-А). Внутри корпуса инерционного устройства 10 установлен вал 18 с тремя лопастями 19 в средней части и два ролика 20, 21, каждый из которых имеет в средней части выемки 22, 23 под лопасти 19 вала 18 и контактирует с цилиндрической поверхностью вала 18. На правом конце вала 18 закреплен маховик 24, а на левом конце вала 18 закреплена центральная шестерня 25, входящая в зацепление с шестернями 26, 27 (шестерня 27 на фиг.2 не видна ввиду того, что находится за шестерней 26), установленными на левых концах роликов 20, 21. Число зубьев центральной шестерни 25 и шестерен 26, 27 подобраны таким образом, чтобы обеспечить синхронное вращение вала 18 и перекатывающихся по нему роликов 20, 21 с учетом свободного вхождения лопастей 19 в выемки 22, 23. Для снижения сопротивления вращению вал 18 и ролики 20, 21 установлены в корпусе инерционного устройства 10 на подшипниках качения 28, 29, 30, соответственно. Корпус инерционного устройства 10, вал 18 с лопастями 19 и ролики 20, 21 с выемками 22, 23 образуют внутренние полости 31, 32, герметичные относительно друг друга при любом взаимном расположении вала 18 и роликов 20, 21 в корпусе инерционного устройства 10. Корпус инерционного устройства 10 имеет входные каналы 33 и 34, сообщенные с внутренними полостями 31 и 32, соответственно. Входной канал 33 соединен с внутренней полостью 31, а с поршневой полостью 6 через левый верхний канал 35, выполненный в корпусе амортизатора 3. Входной канал 34 соединен с внутренней полостью 32, а с гидравлической полостью 8 через правый верхний канал 36, выполненный в корпусе амортизатора 3. Корпус инерционного устройства 10 фиксируется в глухом отверстии 12 корпусе амортизатора 3 герметичной крышкой 37.
Предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя выполнено в виде демпфирующего узла двустороннего действия, в корпусе 11 которого установлен подпружиненный ступенчатый плунжер 38, образующий с корпусом демпфирующего узла 11 плунжерную полость меньшей ступени 39, плунжерную полость большей ступени 40 и кольцевую плунжерную полость 41. Кольцевая плунжерная полость 41 сообщена с поршневой полостью 6 через нижнее радиальное отверстие 42 и нижнюю наружную проточку 43, выполненные в корпусе демпфирующего узла 11, и левый нижний канал 44, выполненный в корпусе амортизатора 3. Плунжерная полость меньшей ступени 39 сообщена с гидравлической полостью 8 через верхнее радиальное отверстие 45 и верхнюю проточку 46, выполненные в корпусе демпфирующего узла 11, и правый нижний канал 47, выполненный в корпусе амортизатора 3, и сообщается с кольцевой плунжерной полостью 41 при опускании ступенчатого плунжера 38 вниз. Снизу большей ступени плунжера 38 выполнен бурт 48, на его большей ступени установлено уплотнительное кольцо 49, а в плунжерной полости большей ступени 40 установлена пружина сжатия 50, которая поджимает ступенчатый плунжер 38 вверх до упора бурта 48 в корпус демпфирующего узла 11 при закрытом положении предохранительного клапана 11. Снизу пружину сжатия 50 поджимает крышка 51 корпуса демпфирующего узла 11, имеющая внутренний упор 52, ограничивающий перемещение ступенчатого плунжера 38 вниз при открытии предохранительного устройства ходов сжатия и отбоя 11. Площадь меньшей ступени плунжера 38 равна площади поперечного сечения кольцевой плунжерной полости 41, что обеспечивает одинаковые перепады и силы амортизатора на ходах сжатия и отбоя.
Амортизатор работает следующим образом.
При низкочастотном возвратно-поступательном движении штока 4 с поршнем 5 в гидравлическом цилиндре 1 давления, действующие на меньшую ступень и кольцевую площадь ступенчатого плунжера 38, невелики. Поэтому предохранительное устройство ходов сжатия и отбоя 11, установленное в глухом отверстии 13, закрыто. При этом полость меньшей ступени плунжера 39 и кольцевая плунжерная полость 42 разобщены меньшей ступенью плунжера 38, бурт 48 большей ступени плунжера 38 поджат вверх до упора в корпус демпфирующего узла 11, а герметичность подвижного соединения большей ступени плунжера 38 в корпусе демпфирующего узла 11 обеспечивает уплотнительное кольцо 49.
Вследствие этого жидкость между поршневой полостью 6 и гидравлической полостью 8 течет только через инерционное устройство 10, которое состоит из сборных левой 10 и правой 14 половин корпуса, соединенных между собой болтами 15, 16, 17, установлено в глухом отверстии 12 корпуса амортизатора 3, закрытом крышкой 37 и создает инерционное сопротивление за счет работы маховика 24, который совершает возвратно-вращательные движения следующим образом.
На ходе сжатия поршень 5 вместе со штоком 4 входит в гидравлический цилиндр 1. При этом плавающий поршень 7 перемещается в пневмогидравлическом цилиндре 2 вправо, сжимая газ в пневматической полости 9, что упруго ограничивает ход сжатия. Под действием перепада давлений жидкость из поршневой полости 6 перетекает в гидравлическую полость 8 через левый верхний канал 35, входной канал 33, внутренние полости 31 и 32, входной канал 34 и правый верхний канал 36. При течении жидкости из внутренней полости 31 во внутреннюю полость 32 происходит вращение против хода часовой стрелки вала 18, по наружной поверхности которого перекатываются ролики 20 и 21, синхронно вращающиеся по ходу часовой стрелки за счет зацепления центральной шестерни 25 (фиг. 2) с шестернями 26 и 27 (шестерня 27 на фиг.2 не видна потому, что находится за шестерней 26). Вместе с валом 18 против хода часовой стрелки вращается и маховик 24, создавая инерционное сопротивление на ходе сжатия амортизатора.
На ходе отбоя поршень 5 вместе со штоком 4 выходит из гидравлического цилиндра 1. При этом плавающий поршень 7 под действием давления газа в пневматической полости 9 перемещается в пневмогидравлическом цилиндре 2 влево, что приводит к уменьшению давления газа в пневматической полости 9 и упругому ограничению хода отбоя. Под действием перепада давлений жидкость из гидравлической полости 8 перетекает в поршневую полость 6 через правый верхний канал 36, входной канал 34, внутренние полости 32 и 31, входной канал 33 и левый верхний канал 35. При течении жидкости из внутренней полости 32 во внутреннюю полость 31 происходит вращение по ходу часовой стрелки вала 18, по наружной поверхности которого перекатываются ролики 21 и 20, синхронно вращающиеся против хода часовой стрелки за счет зацепления центральной шестерни 25 с шестернями 27 и 26. Вместе с валом 18 по ходу часовой стрелки вращается и маховик 24, создавая инерционное сопротивление на ходе отбоя амортизатора.
При перекатывании роликов 21 и 20 по валу 18 его три лопасти 19 герметично скользят по внутренней поверхности корпуса инерционного устройства 10 и свободно входят в выемки 23, 22 роликов 21, 20. Перекатывание роликов 21, 20 по валу 18 и их вращение в корпусе инерционного устройства 10 на подшипниках качения 28, 29, 30 обеспечивает снижение сил внутреннего трения инерционного устройства 10 и реализацию высокого КПД механизма преобразования возвратно-поступательного движения штока 4 в возвратно-вращательное движение маховика 24.
В результате возвратно-вращательного движения маховика 24 увеличивается инерционность подвески и снижается собственная частота ее колебаний, вследствие чего обеспечивается высокая плавность хода транспортного средства даже при высокой жесткости упругих элементов подвески.
При высоких скоростях сжатия и отбоя амортизатора маховик 24 остается практически неподвижным, блокируя течение жидкости через корпус инерционного устройства 10. При этом перетекание жидкости между поршневой полостью 6 и гидравлической полостью 8 происходит в основном по левому нижнему 44 и правому нижнему 47 каналам через демпфирующий узел 11, неупругое сопротивление которого зависит от усилия предварительного поджатая пружины сжатия 50, установленной в плунжерной полости большей ступени 40. При этом работа демпфирующего узла 11 происходит следующим образом.
На ходе сжатия давление в кольцевой плунжерной полости 41 увеличивается и при превышении усилия предварительного поджатия пружины сжатия 50 происходит перемещение ступенчатого плунжера 38 вниз до взаимодействия с внутренним упором 52 крышки 51. В результате демпфирующий узел 11 открывается и жидкость из поршневой полости 6 с большим сопротивлением поступает в гидравлическую полость 8 через левый нижний канал 44, нижнюю наружную проточку 43, нижнее радиальное отверстие 42, кольцевую плунжерную полость 41, плунжерную полость меньшей ступени 39, верхнее радиальное отверстие 45, верхнюю проточку 46 и правый нижний канал 47.
На ходе отбоя давление в плунжерной полости меньшей ступени 39 увеличивается и при превышении усилия предварительного поджатия пружины сжатия 50 происходит перемещение ступенчатого плунжера 38 вниз до взаимодействия с внутренним упором 52 крышки 51. В результате демпфирующий узел 11 открывается и жидкость из гидравлической полости 8 с большим сопротивлением поступает в поршневую полость 6 через правый нижний канал 47, верхнюю наружную проточку 46, верхнее радиальное отверстие 45, плунжерную полость меньшей ступени 39, кольцевую плунжерную полость 41, нижнее радиальное отверстие 42, нижнюю наружную проточку 43 и левый нижний канал 44.
В результате срабатывания демпфирующего узла 11 на больших скоростях сжатия и отбоя обеспечивается эффективное гашение высокочастотных колебаний колес подвески транспортного средства и предохранение амортизатора от чрезмерных нагрузок.
Таким образом, предлагаемый амортизатор имеет компактную и надежную конструкцию, которая предназначена для применения в подвесках транспортных средств совместно с упругими несущими элементами повышенной жесткости.