Поршень гидравлического амортизатора

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции гидравлических амортизаторов.
Известен поршень гидравлического амортизатора цилиндрической формы со сквозным осевым и концентрическими отверстиями, оснащенный клапаном отбоя и перепускным клапаном. [Патент SU №1746090, МПК F16F5/00, дата приоритета 10.08.1989, дата публикации 07.07.1992].
Известен поршень гидравлического амортизатора, содержащий корпус, образованный методом пресс-форм цилиндрической формы, с каналами для прохождения жидкости, пружинные диски, внешнюю и внутреннюю опорные поверхности для прилегания пружинных дисков, калибрующую шайбу с отверстиями, прилегающую к каналам корпуса, отличающийся тем, что опорные поверхности расположены на калибрующей шайбе, выполнены из материалов, показатели прочности которых превосходят соответствующие показатели прочности материалов корпуса, причем суммарная площадь сечений каналов корпуса больше или равна суммарной площади сечения отверстий калибрующей шайбы, а высота внутренней опорной поверхности не превышает высоту внешней опорной поверхности. [Патент RU №103875, МПК F16F9/34, дата приоритета 11.01.2011, дата публикации 27.04.2011].
В качестве прототипа выбран поршень гидравлического амортизатора цилиндрической формы, содержащий сквозное осевое и концентрические отверстия и снабженный дроссельными дисками, перепускным клапаном и клапаном отбоя. Дроссельные диски предназначены для обеспечения возможности перетекания рабочей жидкости из одной части рабочего цилиндра в другую при малых скоростях движения поршня. [Патент RU №126781, МПК F16F5/00, F16F9/36, F16F9/38, дата приоритета 22.11.2012, дата публикации 10.04.2013].
Недостатком данного решения является сложность его конструкции, обусловленная необходимостью установки дроссельных дисков.
Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств гидравлических амортизаторов.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является расширение арсенала гидравлических амортизаторов с сопутствующим упрощением конструкции гидравлического амортизатора.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Поршень гидравлического амортизатора содержит цилиндрический корпус, сквозные осевое и концентрические отверстия, снабжен перепускным клапаном и клапаном отбоя. В отличие от прототипа, на поршне выполнено десять концентрических отверстий, пять из которых имеют диаметр 4,5 мм, а другие пять – 8 мм, причем эти отверстия чередуются между собой, отверстия диаметром 8 мм по периметру снабжены выступами со стороны штоковой части рабочего цилиндра, а отверстия диаметром 4,5 мм по периметру снабжены выступами с дроссельными канавками со стороны поршневой части рабочего цилиндра.
Цилиндрический корпус имеет форму, обусловленную конструкций гидравлического амортизатора и может быть изготовлен из металла, композиционных материалов и получен методом отливки, точения или пресс – форм.  центральным сквозным осевым отверстием для крепления на шток и отверстиями, соединяющими штоковую и поршневую полости рабочего цилиндра. Диаметр центрального сквозного отверстия определяется исходя из диаметра штока и может составлять 14,5 мм. Внешний диаметр поршня равен внутреннему диаметру рабочего цилиндра. Концентрические отверстия расположены на одном расстоянии от центрального сквозного отверстия, причем отверстия различных диаметров чередуются между собой.
Выступы, которыми по периметру снабжены концентрические отверстия, представляют собой возвышенности, идущие от центрального сквозного отверстия к внешней боковой поверхности поршня. Высота выступов варьируется в зависимости от требуемого рабочего хода поршня внутри рабочего цилиндра. Ширина выступов может варьироваться, но не может быть меньше, чем диаметр отверстия, по периметру которого они выполнены, и не может быть больше, чем расстояние между двумя ближайшими концентрическими отверстиями другого диаметра.
Штоковая часть рабочего цилиндра представляет собой его верхнюю часть, в которой расположен шток, на котором закреплен поршень. Поршневая часть рабочего цилиндра представляет собой его нижнюю часть, которая расположена под поршнем.
Перепускной клапан расположен на поршне в штоковой части рабочего цилиндра и перекрывает отверстия диаметром 8 мм. Он предназначен для создания сопротивления потоку рабочей жидкости, перетекающей из поршневой части рабочего цилиндра в штоковую часть в процессе сжатия гидравлического амортизатора.
Клапан отбоя расположен на поршне в поршневой части рабочего цилиндра и перекрывает отверстия диаметром 4,5мм. Он предназначен для создания сопротивления потоку рабочей жидкости, перетекающей из штоковой части рабочего цилиндра в поршневую часть в процессе растяжения гидравлического амортизатора.
Клапан отбоя и перепускной клапан имеют диаметр, обеспечивающий возможность перекрытия соответствующих их расположению отверстий. При этом диаметр клапанов должен быть меньше, чем внешний диаметр поршня.
Гидравлический амортизатор работает в клапанном режиме и в дроссельном режиме. Клапанный режим обусловлен скоростью движения поршня более 0,2 м/с, за счет чего создаётся достаточное давление, при котором соответствующие клапаны (при сжатии перепускной клапан, а при растяжении – клапан отбоя) открываются, и рабочая жидкость перетекает в другую часть рабочего цилиндра через концентрические отверстия. Дроссельный режим обусловлен скоростью движения поршня до 0,2 м/с, при этом создаваемого давления недостаточно, и клапаны находятся в закрытом положении, а рабочая жидкость перетекает в другую часть рабочего цилиндра по дроссельным канавкам через отверстия диаметром 4,5 мм.
Дроссельные канавки, выполненные на выступах, расположенных со стороны поршневой части рабочего цилиндра, представляют собой углубления, идущие от ребра грани выступа, к которому плотно прилегает клапан отбоя, к концентрическому отверстию, по периметру которого выполнен соответствующий выступ. Глубина дроссельных канавок и их количество влияет на скорость перетекания рабочей жидкости из одной части рабочего цилиндра в другую, поэтому определяются, исходя из необходимой степени демпфирования гидравлического амортизатора в дроссельном режиме.
Резервуар выполнен в виде полого цилиндра с отверстием в верхней части корпуса и обеспечивает герметичность гидравлическому амортизатору. В верхней части корпуса резервуар уплотнен направляющей штока и гайкой резервуара. В нижней части резервуара выполнено дно резервуара в форме усеченного конуса, вершина которого направлена вниз.
В рабочем цилиндре расположен шток, поршень с клапанами отбоя и перепускным клапаном, в верхней части рабочего цилиндра расположена направляющая штока, а в нижней части клапан сжатия.
Направляющая штока обеспечивает возвратно-поступательное движение штока с поршнем в одной плоскости. Направляющая штока может содержать кольцевые уплотнители, предназначенные для предотвращения вытекания рабочей жидкости из рабочего цилиндра.
Гайка резервуара выполнена в виде цилиндра с центральным сквозным отверстием, причем на внешней поверхности гайки резервуара выполнена резьба, предназначенная для её монтажа в верхней части резервуара. Гайка резервуара обеспечивает фиксацию направляющей штока и рабочего цилиндра путём прижатия этих элементов к дну резервуара в процессе её монтажа.
Заявляемая полезная модель обладает новыми отличительными существенными признаками, которые заключаются в том, что в качестве дроссельных каналов на поршне выполнено десять концентрических отверстий, пять из которых имеют диаметр 4,5 мм, а другие пять – 8 мм, причем эти отверстия чередуются между собой, отверстия диаметром 8 мм по периметру снабжены выступами со стороны штоковой части рабочего цилиндра, а отверстия диаметром 4,5 мм по периметру снабжены выступами с дроссельными канавками со стороны поршневой части рабочего цилиндра. Выполнение выступов по периметру отверстий обеспечивает возможность перетекания рабочей жидкости в углубления, образуемые выступами, а за счет дроссельных канавок, выполненных по периметру выступов со стороны поршневой части рабочего цилиндра, рабочая жидкость, скопившаяся в этих углублениях, перетекает из поршневой части рабочего цилиндра в штоковую, что позволяет исключить необходимость в установке дроссельного диска, обусловленную дроссельным режимом работы гидравлического амортизатора, при котором перепускной клапан и клапан отбоя закрыты из-за низкой скорости движения поршня. Усилие на отбой регулируется путём добавления дисков клапана отбоя, а выполнение концентрических отверстий, пять из которых имеют диаметр 4,5 мм, а другие пять имеют диаметр 8 мм, позволяет повысить изначальное усилие на отбой, так как при отбое рабочая жидкость проходит через отверстия меньшего диаметра, что позволяет уменьшить количество дисков клапана отбоя. Это позволяет достичь технического результата, который заключается в расширении арсенала технических средств с сопутствующим упрощением конструкции гидравлического амортизатора.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемая полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 – Общий вид гидравлического амортизатора.
Фиг. 2 – Поршень.
Фиг. 3 – Укрупненный вид поршня на штоке.
Гидравлический амортизатор содержит резервуар 1, с размещенным в нём рабочим цилиндром 2, в верхней части рабочего цилиндра 2 расположена направляющая 3 штока, в центральном осевом отверстии которой подвижно закреплен шток 4, снабженный поршнем 5, гайку 6 резервуара в верхней части резервуара 1 и клапан 7 сжатия в нижней части резервуара 1, причем внутренняя полость рабочего цилиндра 2 разделена поршнем 5 на штоковую 8 и поршневую 9 части, а поршень 5 снабжен перепускным клапаном 10 и клапаном 11 отбоя. На поршне 5 выполнено десять концентрических отверстий, пять из которых имеют диаметр 4,5 мм, а другие пять – 8 мм, причем эти отверстия чередуются между собой, отверстия диаметром 8 мм по периметру снабжены выступами 12 со стороны штоковой части 8 рабочего цилиндра 2, а отверстия диаметром 4,5 мм по периметру снабжены выступами 13 с дроссельными канавками 14 со стороны поршневой 9 части рабочего цилиндра 2.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Шток 4 вместе с поршнем 5 во время работы гидравлического амортизатора совершают возвратно-поступательные движения в рабочем цилиндре 2. При перемещении штока 4 с поршнем 5 при ходе сжатия рабочая жидкость под давлением поршня 5 через концентрические отверстия диаметром 8 мм перетекает из поршневой части 9 в штоковую часть 8 рабочего цилиндра 2. Часть объема в рабочем цилиндре 2, при ходе сжатия, занимает шток 4, и избыток рабочей жидкости из поршневой части 9 через отверстия (не обозначены на чертеже) в клапане 7 сжатия перетекает в полость между резервуаром 1 и рабочим цилиндром 2, создавая усилие сжатия. Дополнительное усилие сжатия создаёт перепускной клапан 10.
При перемещении штока 4 с поршнем 5 при ходе отбоя в штоковой части 8 создается давление, а в поршневой части 9 – разрежение, рабочая жидкость через концентрические отверстия в поршне 5 перетекает из штоковой части 8 в поршневую часть 9 рабочего цилиндра 2, создавая усилие сопротивления отбоя. При ходе отбоя шток 4 перестает занимать часть объема в рабочем цилиндре 2. Компенсация изменения объема рабочей жидкости в рабочем цилиндре 2 происходит за счет перетекания рабочей жидкости через каналы (не обозначены на чертеже) клапана 7 сжатия из полости между резервуаром 1 и рабочим цилиндром 2 в поршневую часть 9 рабочего цилиндра 2. Дополнительное усилие отбоя создаёт клапан 11 отбоя.
При работе гидравлического амортизатора в дроссельном режиме поршень 5 перемещается в полости рабочего цилиндра 2 с малой скоростью, поэтому рабочая жидкость из поршневой части 9 перетекает в углубления, образованные выступами 13, после чего перетекает по дроссельным канавкам 14 в отверстия диаметром 4,5 мм и попадает в углубления, образованные выступами 12 из которых поступает в штоковую часть 8. Таким же образом происходит и обратное движение рабочей жидкости в полости цилиндра 2.
Выполнение концентрических отверстий на поршне 5 различного диаметра позволяет уменьшить количество дисков клапана 11 отбоя, так как концентрические отверстия меньшего диаметра обеспечивает большее усилие для жидкости, перетекающей из штоковой части 8 в поршневую часть 9.
Благодаря этому достигается технический результат, который заключается в расширении арсенала технических средств с сопутствующим упрощением конструкции гидравлического амортизатора.