ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
HYDRAULIC SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к гидравлическим амортизаторам и может найти применение в конструкциях ударных стопоров и элементов опорно-подвесных систем защиты трубопроводов от воздействия внешних динамических воздействий.
Известен гидравлический амортизатор содержащий рабочий цилиндр с донной вставкой, размещенные в нем шток с поршнем, дроссельные диски, установленные на последнем и донной вставке, и клапаны отбоя и сжатия, имеющие каждый расположенный в соответствующем отверстии запирающий элемент переменного, увеличивающегося в сторону седла поперечного сечения с запорной головкой, отличающийся тем, что обращенная к седлу часть запирающего элемента, по крайней мере, клапана отбоя, выполнена в виде установленного с радиальным дроссельным зазором цилиндра, сопряженного с частью переменного поперечного сечения запирающего элемента и запорной головкой, а отношение высоты h цилиндра к высоте К части переменного поперечного сечения запирающего элемента равно 0<h/K≅0,25.
((RU2020310, F16F 5/00, опубликовано 30.09.1994)
Наиболее близким по технической сущности является гидравлический гаситель колебаний, содержащий корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе рабочим цилиндром, в котором установлен поршень со штоком, перепускной цилиндр снизу закрыт днищем, а сверху закрыт направляющей втулкой, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, в полости поршня и в днище смонтированы клапанные устройства, каждое из которых включает опору клапанов с проходными отверстиями и клапанными седлами в виде кольцевых буртов, причем на каждой опоре имеется впускной клапан в виде подпружиненного диска, перекрывающего впускные отверстия в опоре, а также предохранительный клапан и дроссель, при этом предохранительный клапан выполнен в виде упругих пластин, перекрывающих проходные отверстия в опоре и прижатых к опоре стяжным болтом, ввинченным в центральное резьбовое отверстие опоры клапанной, а хвостовик стяжного болта снабжен контргайкой. Клапанное устройство, размещенное в полости поршня, разделяет надклапанную и подпоршневую полости, причем над клапанная область соединена с надпоршевой полостью рабочего цилиндра каналами, выполненными в теле штока. Компенсирующее клапанное устройство, размещенное в днище рабочего цилиндра, разделяет подпоршневую полость и компенсирующую полость гасителя колебаний.
Клапанное устройство известного технического решения, размещено в цилиндрической полости поршня между надклапанной и подпоршневой полостями цилиндра и включает опору с проходными отверстиями, снабженными со стороны надклапанной полости седлами в виде кольцевых буртов для посадки впускного клапана, выполненного в виде подпружиненного диска, при этом предохранительный клапан, выполнен в виде упругих пластин, прижатых к проходным отверстиям опоры со стороны подпоршневой полости.
(RU80208, F16F 5/00, опубликовано 27.01.2009)
Недостатком известных устройств, предназначенного для гашения вибрационных нагрузок транспортных средств, является невозможность его использования в качестве гидроамортизатора для гашения динамических воздействий на трубопровод, запирающая скорость перемещения штока гидроамортизатора которых должна находится в пределах 2-6 мм/с при внешних динамических воздействиях силой 18-1000 кН.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание гидравлического амортизатора для использования в конструкциях ударных стопоров и элементов опорно-подвесных систем защиты трубопроводов, обеспечивающего запирающую скорость перемещения штока гидроамортизатора 2-6 мм/с при внешних динамических воздействиях силой 18-1000 кН, действующих в противоположных направлениях.
Технический результат достигают тем, что гидравлический амортизатор включает рабочий цилиндр с герметизирующей донной вставкой, компенсирующее клапанное устройство, установленное в полости донной вставки и разделяющее подпоршневую и компенсирующую полости, а также размещенный внутри рабочего цилиндра шток с поршнем, снабженным полостью, в которой установлено перепускное клапанное устройство, причем в поршне выполнена надклапанная полость, соединенная каналами с надпоршевой полостью рабочего цилиндра, отличающееся тем, что компенсирующее клапанное устройство включает цилиндрическую втулку с проходным отверстием, снабженной внутри опорой с седлом в виде кольцевого бурта для посадки клапана с отжимающей пружиной, снабженного центральной конусной направляющей, а перепускное клапанное устройство включает цилиндрическую втулку, которая снабжена в середине опорой с двумя седлами в виде кольцевых буртов для посадки двух клапанов, снабженных центральной конусной направляющей, причем между клапанами размещена пружина, а клапаны установлены по разные стороны от опоры таким образом, чтобы центральные конусные направляющие были направлены навстречу друг другу, при этом все клапаны выполнены в виде дисков с возможностью перемещения внутри втулок, и каждый из которых снабжен 6-10 отверстиями, под углом 20-60° к плоскости седел посадки.
Технический результат также достигают тем, что в гидравлическом амортизаторе втулки с опорами для клапанов ввинчены соответственно в полость поршня и донную вставку; поршень снабжен уплотнениями; надпоршневая полость герметизирована втулкой, снабженной уплотнением для перемещающегося штока поршня; в перепускном устройстве и в компенсирующем устройстве перемещение клапанов ограничено упорами.
Изобретение может быть проиллюстрировано примером с использованием фиг. 1-2, где:
1 - перепускное клапанное устройство;
2 - цилиндрическая втулка перепускного устройства;
3 - опора с двумя седлами посадки;
4 - клапаны с центральными конусными направляющими;
5 - пружина перепускного устройства;
6 - отверстия в клапанах;
7 - упор клапана;
8 - рабочий цилиндр;
9 - герметизирующая донная вставка;
10 - компенсирующее клапанное устройство;
11 - подпоршневая полость;
12 - компенсирующая полость;
13 - шток;
14 - поршень с уплотнениями;
15 - надклапанная полость;
16 - канал поршня;
17 - надпоршневая полость;
18 - втулка компенсирующего клапанного устройства;
19 - клапан с отжимающей пружиной и конусной направляющей;
20 - герметизирующая втулка поршня.
Гидравлический амортизатор включает перепускное клапанное устройство 1, включающее цилиндрическую втулку 2 с проходным отверстием, внутри которой в середине выполнена опора 3 с двумя седлами в виде кольцевых буртов для посадки двух клапанов 4, снабженных центральной конусной направляющей. Между клапанами 4 размещена пружина 5, а клапаны 4 установлены по разные стороны от опоры 3 таким образом, чтобы их центральные конусные направляющие были направлены навстречу друг другу. Клапаны 4 выполнены в виде дисков с возможностью перемещения внутри втулки 2 и каждый из них снабжен 6-10 отверстиями, под углом 20-60° к плоскости седел посадки. При этом перемещение клапанов 4 ограничено упором, которое может быть выполнено как основание полости поршня 14, так и как элемент самого поршня, а втулка 2 с опорами для клапанов ввинчена в полость поршня.
Представленное конструктивное решение перепускного устройства обеспечивает в его нейтральном положении перетекание жидкости из надпоршневой полости 17 через каналы 16 и надклапанную полость 15 выполненные в поршне, отверстия в клапанах перепускного устройства в подпоршневую полость 11, а также надежную фиксацию элементов устройства относительно друг друга.
Перепускное клапанное устройство 1 размещено в полости поршня 14, снабженного уплотнениями, обеспечивающими герметичное перемещение поршня внутри рабочего цилиндра 8. Поршень 8, соединенный со штоком 13, разделяет выполненную в поршне надпоршневую полость 17 и подпоршневую полость 11. При этом надпоршневая полость 17 рабочего цилиндра герметизирована втулкой 20, снабженной уплотнением для перемещающегося штока 13 поршня.
Рабочий цилиндр 8 также снабжен герметизирующей донной вставкой 9 с внутренней полостью, в которой размещено компенсирующее клапанное устройство 10, разделяющее подпоршневую 11 и компенсирующую полости 12 гидроамортизатора.
Компенсирующее клапанное устройство 10 включает цилиндрическую втулку 18 с проходным отверстием, снабженной внутри опорой с седлом в виде кольцевого бурта для посадки клапана 19 с отжимающей пружиной, снабженного центральной конусной направляющей. Клапан 19 выполнен в виде диска с возможностью перемещения внутри втулки 18 снабжен 6-10 отверстиями под углом 20-60° к плоскости седла посадки. Упор 7 в компенсирующем устройстве выполнен в виде разрезного упорного кольца.
Гидравлический амортизатор, как ударный стопор для защиты трубопровода, работает следующим образом.
Перепускное клапанное устройство 1 находится в нейтральном положении. При этом пружина 5 разжимает клапаны 4 до упоров 7, обеспечивая перетекание жидкости из надпоршневой полости 17 через каналы 16, надклапаную полость 15, отверстия в клапанах перепускного устройства в подпоршневую полость 11. Клапан 19 компенсирующего клапанного устройства открыт, обеспечивая перетекание жидкости из подпоршневой полости проходное отверстие втулки 18 в компенсирующую полость 12.
При медленном перемещении штока 13 (вправо фиг. 1, 2) перепускное клапанное устройство 1 не срабатывает, поскольку жидкость успевает протечь из подпоршневой полости 11 через перепускное клапанное устройство 1 и каналы 16 в надпоршневую полость 17, а жидкость из подпоршневой полости 11 через открытый клапан 19 в компенсирующую полость 12.
При ударном воздействии на шток 13 (вправо) при перемещении поршня 14 давление в подпоршневой 11 полости резко возрастает, клапан 4 (правый) перепускного устройства преодолевает усилие пружины 5, садится на седло и перекрывает проходное отверстие опоры. Клапан 19 также преодолевает усилие пружины, садится на седло и запирает переток жидкости в компенсирующую полость 12. Движение жидкости прекращается и амортизатор запирается.
При ударном воздействии на шток 13 (влево) при перемещении поршня 14 резко возрастает давление в надпоршневой полости 17, срабатывает клапан 4 (левый) перепускного устройства и амортизатор запирается. Через открытый клапан 19 происходит переток жидкости из компенсирующей полости 12 в подпоршневую полость 11.
Конструкция гидравлического амортизатора по изобретению позволяет обеспечить достижение поставленного технического результата: запирающую скорость перемещения штока гидроамортизатора 2-6 мм/с при внешних динамических воздействиях силой 18-1000 кН, действующих в противоположных направлениях.