АМОРТИЗАТОР

Полезная модель относится к области машиностроения и касается, применяемых преимущественно в железнодорожном транспорте аппаратов, предназначенных для поглощения энергии ударов.
Известен амортизатор [1], содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, в котором погружен шток с поршнем. При этом поршень снабжен каналами, сообщающими штоковую и безштоковую полости корпуса. Поршень оборудован также камерой с обратным клапаном, через который она наполняется эластомером. Обратный клапан выполнен в виде подвижного элемента, который расположен между торцом штока и ограничителем его движения. Обратный клапан закрывает вход и выход корпуса с различными задержками при прямом и обратном ходе поршневого штока.
Однако конструкция такого амортизатора недостаточно надежна и к тому же, он имеет малые возможности манипулирования своими выходными характеристиками по поглощению энергии ударов, что предопределяет недостаточную универсальность применения амортизатора.
Более надежным и универсальным является выбранный за прототип полезной модели амортизатор [2], содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и поршневой шток, погруженный в нем. Внутренняя полость корпуса такого амортизатора плотно закрыта с двух сторон посредством крышек. Внутренняя полость корпуса заполнена наполнителем в виде предварительно сжатого эластомера, в котором погружен поршневой шток со своим поршнем. Поршневой шток направлен наружу через крышку, оснащенную направляющей и уплотнительной манжетой.
В корпусе данного амортизатора установлена направляющая хода поршня, сквозь которую пропущена нижняя часть штока и в которой выполнены сквозные каналы. В исходном положении штока его поршень разделяет внутреннюю полость корпуса амортизатора на две части: между поршнем и крышкой, снабженной манжетой, а также между поршнем и направляющей хода поршня. Данные части меняют свой объем в зависимости от положения поршня, в расточке которого со стороны направляющей хода поршня расположен подвижный кольцевой клапан и ограничитель его хода, закрепленный внутри упомянутой расточки поршня.
Кроме того, в поршне выполнены сквозные отверстия, сообщающие через свои дроссельные участки части внутренней полости корпуса. Сквозные отверстия через перпендикулярные им каналы сообщены с цилиндрической канавкой, выполненной на внутренней поверхности корпуса. Одна из частей внутренней полости амортизатора может иметь торговый или конический участок, расположенный рядом с крышкой, снабженной манжетой, или комбинированный участок, который состоит из двух полых конусов соединенных кольцевой выточкой.
Также возле крышки, снабженной манжетой, могут отсутствовать упомянутые части внутренней полости. Их функцию в этом случае осуществляет выполненный в корпусе проточный продолговатый канал, сообщенный через радиальный разрез в поршне с дроссельным участком сквозного отверстия.
Однако недостатком такого устройства является то, что в реальной конструкции выпускаемых амортизаторов по прототипу [2], в упомянутой малой части внутренней полости корпуса, имеется менее 5% жидкого эластомера. Поэтому при низких температурах окружающей среды жидкий эластомер, находящийся в малой части внутренней полости корпуса, при исходном положении штока, может значительно снизить свою текучесть, что приведет к неполному возвращению штока в исходное положение и, соответственно, к нарушению рабочей характеристики амортизатора при приложении к его штоку нагрузки.
Кроме того, из-за описанного выше конструктивного выполнения элементов внутри поршня, увеличивающего сопротивление протоку жидкого эластомера, затрудняется его течение при обратном ходе штока, что снижает энергоемкость амортизатора и усугубляет описанный выше недостаток, ухудшающий рабочую характеристику амортизатора при минусовых температурах.
Например, шток такого аппарата, выработавшего более 50% ресурса, на морозе при минус 60°C, после приложения ударной значительной нагрузки на его полный ход, возвращается в исходное положение менее чем на 90%.
Еще одним недостатком амортизатора [2] является недостаточная герметичность нахождения его штока в крышке, из-за короткой базы ее манжетного уплотнения, что может привести к утечке жидкого эластомера амортизатора и к ухудшению его работы, и даже привести к неработоспособности другого изделия, в котором такой амортизатор установлен.
Поэтому задачей полезной модели является получение технического результата по улучшению работоспособности амортизатора за счет увеличения объема жидкого эластомера между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями амортизатора в исходном его положении, а также за счет уменьшения сопротивления протоку жидкого эластомера через конструктивные элементы амортизатора, и за счет удлинения манжетной части упомянутой крышки.
Поставленная задача решается тем, что амортизатор, содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и погруженные в нем шток с поршнем, при этом внутренняя полость корпуса плотно закрыта с одной стороны посредством крышки, а с другой стороны - посредством крышки с манжетным уплотнением, причем в корпусе установлена вставка, направляющая ход поршня, в которой выполнены сквозные каналы, и сквозь которую пропущена часть штока, кроме того, в исходном положении штока его поршнем внутренняя полость корпуса разделена на часть между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями, и на часть между поршнем и вставкой направляющей его ход, с возможностью изменения объема этих частей в зависимости от положения поршня, при этом со стороны вставки направляющей ход поршня расположен подвижный кольцевой клапан и ограничитель хода этого клапана, а в поршне выполнены сквозные отверстия, сообщающие между собой упомянутые части внутренней полости корпуса, имеет отличительные признаки: в поршне со стороны крышки с манжетным уплотнением выполнено, как минимум, одно углубление, дополняющее объем жидкого эластомера в части внутренней полости корпуса между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением.
Упомянутое выполнение углубления во внутренней полости корпуса направлено на увеличение количества и, соответственно, объема жидкого эластомера при его сжатии в стадии обратного хода штока амортизатора. Это облегчит переток жидкого эластомера при низких температурах, так как по полезной модели формирование путей перетока загустевшего и комкующегося эластомера при низких температурах будет происходить лучше из полости перед крышкой с манжетным уплотнением, чем в аналогичной полости корпуса амортизатора по прототипу [2], у которого такая полость получается меньшего объема.
Кроме того, данный отличительный признак, позволит также улучшить переток жидкого эластомера из одной части внутренней полости в другую. Все это улучшит работоспособность амортизатора, особенно при низких температурах окружающей среды.
Рекомендуется чтобы, с помощью, как минимум, одного углубления в поршне вместе с частью полости между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением, в исходном положении штока, формировался объем находящегося там жидкого эластомера не менее чем 5% от его общего объема в амортизаторе.
Ниже перечислены другие дополнительные отличительные признаки полезной модели.
Для увеличения объема жидкого эластомера, находящегося в части внутренней полости корпуса между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями, в исходном положении штока, и, следовательно, для усиления вышеупомянутого положительного свойства амортизатора, целесообразно в крышке с манжетным уплотнением со стороны поршня выполнить так же, как минимум, одно углубление.
Рекомендуется на торце крышки с манжетным уплотнением выполнить буртик, формирующий там углубление. Это сделано для удлинения такого манжетного уплотнения, чтобы улучшить герметичность амортизатора.
Для более компактного расположения подвижного кольцевого клапана полезно в поршне со стороны подвижного кольцевого клапана выполнить также, как минимум, одно углубление.
Оба углубления в поршне могут быть выполнены в виде кольцевой полости с конической поверхностью.
Кольцевой клапан и ограничитель его хода, могут быть размещены или на штоке со стороны вставки, направляющей ход поршня, или на поршне в его углублении со стороны вставки, направляющей ход поршня.
Для усиления эффекта лучшего перетока жидкого эластомера, а также для уменьшения сопротивления в зазорах между штоком и антифрикционной вставкой направляющей хода поршня, и для облегчения движения штока, рекомендуется сквозные каналы в поршне выполнять коническими и на части штока, пропущенной сквозь вставку направляющую ход поршня выполнять, как минимум одну продольную канавку, например, в виде шлица в составе других таких же шлицев.
Для обеспечения возможности регулировки и точной установки количества жидкого эластомера в частях внутренней полости корпуса амортизатора, разделенной поршнем, рекомендуется, в случае установки амортизатора в аппарат поглощающий энергию удара, который расположен на упорной плите и охвачен тяговым хомутом железнодорожной сцепки, амортизатор выполнять с возможностью регулировки и установки объема жидкого эластомера в части полости между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением, в исходном положении штока, путем упора крышки амортизатора в упорную плиту поглощающего аппарата, ход которой ограничен тяговым хомутом железнодорожной сцепки.
Все перечисленные дополнительные отличительные признаки позволят также улучшить работоспособность амортизатора.
Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 и 2 показаны общие виды вариантов выполнения амортизатора в исходном положении его штока; на фиг. 3 - общий вид амортизатора по фиг. 1 в конструкции аппарата, поглощающего энергию удара, в исходном положении штока амортизатора; на фиг. 4 - то же, что и на фиг. 3, но в конечном положении штока амортизатора под действием приложенной к нему нагрузки; на фиг. 5 - общий вид установки поглощающего аппарата по фиг. 3 в системе демпфирования железнодорожного состава.
Амортизатор 1 (фиг. 1 и 2), содержит корпус 2, заполненный сжимаемым жидким эластомером 3, в котором погружен шток 4 с поршнем 5. При этом внутренняя полость корпуса 1 плотно закрыта с одной стороны посредством крышки 6, а с другой стороны - посредством крышки 7 с манжетными уплотнениями 8. В корпусе 2 установлена направляющая хода 9 поршня 5, в которой выполнены сквозные каналы 10, и сквозь которую пропущена часть 11 штока 4. В исходном положении штока 4, его поршнем 5, внутренняя полость корпуса 2 разделена на часть 12 между поршнем 5 и крышкой 7 с манжетными уплотнениями 8, и на часть 13 между поршнем 5 и направляющей его хода 9. При этом имеется возможность изменения объема этих частей 12 и 13 в зависимости от положения поршня 5 (фиг. 3, 4).
Со стороны направляющей хода 9 поршня 5 расположен подвижный кольцевой клапан 14 и ограничитель его хода 15. В поршне 5 выполнены сквозные конические каналы 16, сообщающие между собой упомянутые части 12 и 13 внутренней полости корпуса 2.
Со стороны поршня 5 на торце крышки 7 с манжетными уплотнениями 8 выполнен буртик 17.
На части 11 штока 4, пропущенной сквозь ограничитель хода 9 поршня 5, выполнена, как минимум, одна продольная канавка 18, например, в виде шлица в составе других таких же шлицев.
В поршне 5 со стороны подвижного кольцевого клапана 14 выполнено углубление 19, которое также выполнено и в поршне 5 со стороны крышки 7 с манжетным уплотнением 8, что дополняет объем жидкого эластомера 3 в части 12 внутренней полости корпуса между поршнем 5 и крышкой 7 с манжетным уплотнением 8.
Это позволяет создать объем находящегося там жидкого эластомера 3, в исходном положении поршня 5, не менее чем 5% от его общего объема в амортизаторе 1.
Такой объем жидкого эластомера 3 может быть увеличен тем, что в крышке с манжетным уплотнением со стороны поршня будет выполнено, как минимум, также одно углубление 20. При этом буртик 17, выполненный со стороны поршня 5 на торце крышки 7 с манжетными уплотнениями 8, формирует углубление 20. Оно может быть как дополнением полости 12, так и самой этой полостью (не показано) в исходном положении поршня 5, формирующей весь запоршневой объем эластомера 3 в данном месте корпуса 2 амортизатора 1. Вместо углубления 20 в крышке 7 могут быть выполнены отдельные отверстия (не показано).
Упомянутые углубления 19 в поршне 5 и углубление 20 в крышке 7 с манжетным уплотнением 8 выполнены в виде кольцевой полости с конической поверхностью.
Жидкий эластомер 3 закачан под давлением внутрь корпуса 2 амортизатора 1 (фиг. 1 и 2) через шариковый клапан 21.
Амортизатор 1 может быть установлен в различных изделиях, воспринимающих ударные нагрузки. Например, в конструкции аппарата 22 (фиг. 3), поглощающего энергию удара в системе демпфирования железнодорожного состава (фиг. 5). Причем корпус 2 амортизатора 1 закреплен на плите 23 корпуса аппарата 22, которая с помощью шпилек 24 и гаек 25 соединена с нажимным поршнем 26, с возможностью свободного прохождения отверстий 27 этого поршня сквозь шпильки 24.
Исходное положение штока 4 с поршнем 5 амортизатора 1 в этом случае (фиг. 3), а значит и объем части 12 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1, от которой зависит исходное количество жидкого эластомера 3 в этой части 12, настраивается с помощью гаек 25 на шпильках 24.
Аппарат 22 (фиг. 3), поглощающий энергию удара, может быть установлен (фиг. 5) через упорный штифт 28 в тяговом хомуте 29 автосцепки 30 вагона 31 системы демпфирования железнодорожного состава. Причем клин 32 этой сцепки через упорную плиту 33 контактирует с нажимным поршнем 26 аппарата 22.
Амортизатор (фиг. 1) в составе аппарата 22 поглощающего энергию удара (фиг. 3, 4), который установлен в тяговом хомуте 29 (фиг. 5) автосцепки 30 вагона 31, работает следующим образом.
Удар от автосцепки 30 (фиг. 5) вагона 31 передается через клин 3 автосцепки на упорную плиту 33. В результате происходит перемещение нажимного поршня 26 в корпус аппарата 22, одновременно с перемещением штока 4 с поршнем 5 (фиг. 4) амортизатора 1 до упора в его корпус 2. При этом подвижный кольцевой клапан 14 (фиг. 4) закрывает сообщение частей 12 и 13 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1 под действием мгновенного нарастания давления сжимаемого жидкого эластомера 3 в полости 13 и в пространстве за ней через сквозные каналы 10 направляющей хода 9 поршня 5.
Гашение энергии такого удара происходит за счет перетекания жидкого эластомера 3 из полости 12 в полость 13 только через дроссельный зазор (не обозначен из-за своей малой величины) между поршнем 5 и корпусом 2 амортизатора 1.
В конце хода штока 4 (фиг. 4) с поршнем 5 амортизатора 1 остаточное воздействие демпфированного амортизатором 1 удара, уже значительно уменьшенной силы, в случае сверхнормативного удара, передается непосредственно на раму вагона 31 (фиг. 5).
После этого, за счет снятия нагрузки на шток 4 (фиг. 4), под действием остаточного давления жидкого эластомера 3 на поршень 5, шток 4 возвращается в исходную позицию. Причем за счет открытия кольцевого клапана 14 (фиг. 3) при выравнивании давлений эластомера в частях 12, 13 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1, происходит возврат поршня 5 со штоком 4 в исходную позицию, при которой нажимной поршень 26 аппарата 22 также перемещается в исходную позицию (фиг. 3).
Упомянутое распределение жидкого эластомера 3, не менее чем 5% в части 12 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1, позволяет увеличить количество жидкого эластомера 3 при его сжатии в стадии обратного хода штока 4 амортизатора 1. Это облегчит переток данной текучей среды при низких температурах окружающей среды и обеспечит, в конечном итоге, улучшенное демпфирование ударной нагрузки, приходящейся на раму вагона 31 (фиг. 5).
Источники информации:
1. Патент PL 122000 (B1), МПК F16F 7/12; F16F 9/30; F16F 9/516, приоритет 1979.11.08, опубликован 1982.06.30.
2. Патент PL 170036 (B1), МПК F16F 9/30; F16F 9/346, приоритет 1993.04.28, опубликован 1996.10.31 /прототип/.