ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР ПЕРВОЙ СТУПЕНИ РЕССОРНОГО ПОДВЕШИВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортной технике, а именно, к гидравлическим демпферам первой ступени рессорного подвешивания, воспринимающей при движении транспортного средства, помимо гармонических, ударные воздействия.
Известен гидравлический амортизатор (RU 41345, F16F 5/00, опубл. 20.10.2004) содержащий корпус, в котором установлен цилиндр с образованием кольцевой емкости с рабочей жидкостью, размещенный в цилиндре поршень со штоком с образованием над - и подпоршневой полостей, установленный в штоковой крышке перепускной клапан, соединяющий полость с рабочей жидкостью с надпоршневой полостью, впускные клапаны, установленные в поршне и поршневой крышке, и регулятор коэффициента демпфирования, регулятор коэффициента демпфирования выполнен в виде золотникового дросселя с переменной гидравлической характеристикой и преобразователя перемещений штока поршня, при этом плунжер золотникового дросселя с каналами для подвода и слива рабочей жидкости соответственно из надпоршневой полости цилиндра и в кольцевую емкость с рабочей жидкостью размещены в штоковой крышке, преобразователь перемещений штока поршня размещен в надпоршневой полости и выполнен в виде двух сочлененных по большому радиусу конических спиральных пружин, взаимодействующих с размещенным между ними и установленным с возможностью перемещения относительно штока поршня водилом, одно из плеч которого соединено посредством шарнира с тягой плунжера золотникового дросселя, причем верхняя коническая пружина имеет большую жесткость, чем нижняя, и меньшим радиусом закреплена на штоковой крышке, а нижняя - на штоке поршня.
Недостатком известного гидравлического амортизатора является недостаточная работоспособность в первой ступени рессорного подвешивания при ударных воздействиях от неровностей пути при движении транспортного средства. В этом гидравлическом амортизаторе водило золотникового дросселя имеет весьма сложное устройство и привод от пружины в надпоршневой полости. Такое техническое решение в силу сложности и большой инерционности не может нормально реагировать на ударное воздействие и потому этот гидравлический амортизатор не может быть использован в первой ступени рессорного подвешивания подвижного состава.
Известен гидравлический амортизатор (RU 69948, F16F 9/52, F16F 5/00, F16F 9/16, F16F 11/00, опубл. 10.01.2008) содержащий цилиндр, поршень со штоком, переменный дроссельный канал, образованный двумя элементами - каналом, соединяющим поршневую и штоковую полости цилиндра и элементом изменения проходного сечения канала, установленным в канале с возможностью относительного осевого перемещения, привод дополнительного осевого перемещения элементов переменного дроссельного канала в направлении уменьшения проходного сечения при повышении температуры и увеличении проходного сечения при снижении температуры, привод дополнительного осевого перемещения элементов переменного дроссельного канала выполнен в виде термочувствительных элементов, а амортизатор снабжен гидравлическим демпфером колебаний элемента переменного дроссельного канала. В цилиндре установлена с возможностью осевого перемещения гильза, поршень установлен в гильзе, канал, соединяющий поршневую и штоковую полости цилиндра, выполнен в боковой поверхности гильзы в виде сквозных пазов переменной ширины или сквозных отверстий, при этом между гильзой и одним торцом цилиндра установлены термочувствительные элементы, а между гильзой и вторым торцом цилиндра установлена пружина, а гидравлический демпфер колебаний элемента переменного дроссельного канала выполнен в виде дополнительного поршня, образованного гильзой с дроссельным каналом, сообщающим полость в гильзе с полостью цилиндра. Канал, соединяющий поршневую и штоковую полости цилиндра, образован канавками переменной глубины на внутренней боковой поверхности цилиндра, а поршень установлен с возможностью осевого перемещения относительно штока, при этом с одной стороны между поршнем и штоком установлены термочувствительные элементы, а с другой стороны пружина, установленная в полости, образованной поршнем и штоком, а гидравлический демпфер колебаний элемента переменного дроссельного канала выполнен в виде дополнительного поршня, образованного гильзой с дроссельным каналом, сообщающим полость в гильзе с полостью цилиндра. В поршне выполнена полость, в которой установлено с возможностью осевого перемещения регулирующее кольцо, канал, соединяющий поршневую и штоковую полости цилиндра, выполнен в регулирующем кольце, элемент изменения проходного сечения канала выполнен в виде стержня с переменным поперечным сечением, расположенного в канале, при этом между регулирующим кольцом и поршнем установлены термочувствительные элементы, а гидравлический демпфер колебаний элемента переменного дроссельного канала выполнен в виде дополнительного поршня, образованного гильзой с дроссельным каналом, сообщающим полость в гильзе с полостью цилиндра.
Недостатком известного гидравлического амортизатора является недостаточная работоспособность в первой ступени рессорного подвешивания при ударных воздействиях от различных неровностей пути. В этом гидравлическом амортизаторе между гильзой и вторым торцом цилиндра установлена пружина, но отсутствует выход рабочей жидкости из этой полости, кроме дроссельного канала, потому при ударных воздействиях на гидравлический амортизатор рабочая жидкость не сможет найти полноценный выход из этой полости и гидравлический амортизатор жестко воспримет это ударное воздействие и жестко передаст его подрессоренной массе транспортного средства.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является принятый за прототип гидравлический демпфер (RU 2435999, F16F 5/00, F16F 9/16, опубл. 10.12.2011). Демпфер содержит основание, направляющее и амортизирующее устройства. Шток жестко закреплен в днище цилиндрической гильзы с образованием герметичной кольцевой полости. Днище цилиндрической гильзы закреплено во втулке, жестко связанной с основанием защищаемого объекта. В кольцевой полости расположена пружина, которая нижним торцом упирается в днище, а верхним - в поршень. Поршень выполнен в виде диска и расположен с дросселирующим зазором относительно штока. В верхней части штока расположена подвижная относительно штока крышка. Крышка состоит из кольцевого фланца с уплотнением и жестко связанной с фланцем втулки, охватывающей внешнюю поверхность цилиндрической гильзы через уплотнение. Коаксиально штоку расположена пружина, верхний торец которой упирается в крышку, а нижний - в поршень. На крышке фиксируется опорный элемент виброизолируемого объекта. Достигается повышение эффективности виброизоляции.
Недостатком известного гидравлического демпфера является недостаточная работоспособность в первой ступени рессорного подвешивания при ударных воздействиях от рельсового пути на стыках, стрелках и других неровностей. Поскольку дроссель расположен с постоянным дросселирующим зазором относительно штока и отсутствует другой проход рабочей жидкости, то при ударных воздействиях на гидравлический демпфер рабочая жидкость не сможет найти дополнительного выхода из подпоршневой или надпоршневой полостей и гидравлический демпфер жестко воспримет это ударное воздействие и жестко передаст его подрессоренной массе.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в повышении работоспособности гидравлического демпфера первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен гидравлический демпфер первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства, который содержит корпус с основанием и коаксиально размещенным в корпусе цилиндром, в котором установлен с возможностью перемещения поршень со штоком, при этом поршень установлен с возможностью перемещения относительно штока и подпружинен сверху и снизу пружинами, внутренняя полость цилиндра разделена поршнем на надпоршневую и подпоршневую полости, которые заполнены рабочей жидкостью, кольцевая полость между цилиндром и корпусом заполнена рабочей жидкостью частично, цилиндр снизу закрыт днищем и сверху закрыт направляющей втулкой, в поршне имеется дроссель сжатия, а в направляющей втулке имеется дроссель растяжения, при этом шток пропущен через центральное отверстие в направляющей втулке, а вся цилиндропоршневая группа деталей зафиксирована в корпусе кольцевой гайкой, корпус и шток снабжены проушинами, в днище смонтирован впускной клапан, дроссель растяжения соединен через радиальный канал в направляющей втулке с переливной трубкой, выходящей в кольцевую полость, поршень имеет круговую канавку по внутреннему диаметру, которая соединена вертикальными каналами с подпоршневой полостью цилиндра, а шток с торца имеет несквозное осевое отверстие с резьбовым выходом, снабженное рядами радиальных верхних и нижних отверстий на разных уровнях.
По меньшей мере, один ряд радиальных верхних отверстий на своем уровне имеет выход в надпоршневую полость и, по меньшей мере, один ряд радиальных нижних отверстий на своем уровне имеет выход в подпоршневую полость.
Несквозное отверстие с торца штока закрыто болтом.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение работоспособности гидравлического демпфера первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства путем применения подпружиненного с двух сторон поршня, подвижного относительно штока и наличия в штоке осевого и радиальных отверстий. Совокупность отличительных признаков позволяет эффективно ограничивать на допустимом уровне неупругое сопротивление гидравлического демпфера первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства при ударных воздействиях за счет смещения поршня относительно штока, что увеличивает объем полости цилиндра со стороны ударного воздействия и за счет перетока рабочей жидкости из полости цилиндра со стороны ударного воздействия. Ограничение на допустимом уровне неупругого сопротивления гидравлического демпфера первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства снижает ударное воздействие от пути на транспортное средство и, как следствие, повышает плавность хода подвижного состава, уменьшает повреждения транспортного средства.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где представлен вид гидравлического демпфера первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства в разрезе.
На чертеже обозначены:
1 - корпус;
2 - проушина корпусная;
3 - цилиндр;
4 - поршень;
5 - шток;
6 - кольцо поршневое;
7 - дроссель сжатия;
8 - шарик;
9 - пружина;
10 - гайка регулировочная с проходным отверстием в центре;
11 - круговая канавка;
12 - вертикальный канал;
13 - отверстие осевое несквозное;
14 - отверстия радиальные верхние;
15 - отверстия радиальные нижние;
16 - болт;
17 - пружина верхняя;
18 - пружина нижняя;
19 - днище;
20 - впускной клапан;
21 - направляющая втулка;
22 - гайка корпуса;
23 - кольцо резиновое;
24 - дроссель растяжения;
25 - канал радиальный;
26 - трубка переливная;
27 - рабочая жидкость;
28 - манжета штока;
29 - проушина штоковая;
30 - кожух;
31 - кольцо защитное;
"А" - подпоршневая полость цилиндра;
"Б" - надпоршневая полость цилиндра;
"В" - кольцевая полость;
"Г" - подкожуховая полость;
"Д" - внутренняя полость несквозного отверстия штока.
Заявленный гидравлический демпфер первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства содержит корпус 1 с проушиной 2. В корпусе коаксиально размещен цилиндр 3, в который с возможностью перемещения вставлен поршень 4 со штоком 5 и с поршневым кольцом 6. Поршень выполнен подвижным с минимальным зазором относительно штока, в нем установлен дроссель сжатия 7 в виде калиброванного отверстия, перекрытое шариком 8, поджатым пружиной 9 с регулировочной гайкой 10 с проходным отверстием в центре. Со стороны внутреннего диаметра в поршне 4 выполнена круговая канавка 11, которая соединена вертикальными каналами 12 с подпоршневой полостью "А" цилиндра. Шток 5 с торца имеет несквозное отверстие 13 с резьбовым выходом, снабженное рядами верхних и нижних радиальных отверстий на разных уровнях. По меньшей мере, один ряд верхних радиальных отверстий 14 на своем уровне имеет выход в надпоршневую полость "Б" и, по меньшей мере, один ряд нижних радиальных отверстий 15 на своем уровне может имеет выход в подпоршневую полость при смещении поршня 4 вверх относительно штока 5. Несквозное отверстие с торца штока 5 закрыто болтом 16. Поршень 4 сверху поджат пружиной верхней 17, опирающейся на заплечик в штоке 5, а снизу поджат пружиной нижней 18, опирающейся на болт несквозного отверстия в штоке5. Пружинь 17, 18 установлены с расчетным преднатягом, что обеспечивает смещение поршня 4 относительно штока 5 только при достижении определенного давления рабочей жидкости на поршень 4. Цилиндр 3 снизу закрыт днищем 19 с впускным клапаном 20, а сверху закрыт направляющей втулкой 21. Шток с минимальным зазором пропущен в центральное отверстие направляющей втулки. Вся цилиндропоршневая группа закреплена в корпусе гайкой корпуса 22 с резиновым кольцом 23. В направляющей втулке имеется дроссель растяжения 24 в виде калиброванного отверстия и несквозной радиальный канал 25, соединенный с переливной трубкой 26, которая прикреплена к направляющей втулке и имеет выход в кольцевую полость "В". Надпоршневая "А" и подпоршневая "Б" полости цилиндра и штоковая полость "Д" заполнены рабочей жидкостью 27, а кольцевая полость "В" между цилиндром и корпусом заполнена рабочей жидкостью частично. Шток уплотнен манжетой 28 и снабжен проушиной штоковой 29, к которой жестко присоединен кожух 30. На наружной поверхности корпуса имеется круговая канавка, в которую установлено защитное кольцо 31, предохраняющее подкожуховую полость "Г" от попадания в нее абразивных частиц и снега.
Гидравлический демпфер первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства работает следующим образом.
На транспортном средстве гидравлический демпфер прикреплен своими проушинами 2 и 29 к подрессоренным массам первой ступени рессорного подвешивания. При движении транспортного средства подрессоренные массы в первой ступени рессорного подвешивания совершают колебательные движения гармонического и ударного видов, при этом проушины 2 и 29 гидравлического демпфера перемещаются между собой, шток 5 с подпружиненным поршнем 4 перемещаются возвратно-поступательно относительно цилиндра 3 и демпфер совершает ходы сжатия и растяжения.
На ходе сжатия, когда поршень 4 в гармоническом движении перемещается к днищу 19 повышается давление рабочей жидкости 27 в подпоршневой полости "А", однако, действующие при этом усилия на поршень 4 не превышают усилия преднатяга верхней пружины 17. Поршень 4 не смещается относительно штока 5 и рабочая жидкость под давлением отжимает шарик 8 с пружиной 9 в поршне 4 и рабочая жидкость 27 через дроссель сжатия 7 и через центральное проходное отверстие в регулировочной гайке 10 поступает в надпоршневую полость "Б", далее, перетекает через дроссель растяжения 24 в радиальный канал 25 в направляющей втулке 21, затем в переливную трубку 26 и в кольцевую полость "В". При проходе рабочей жидкости 27 через дроссели сжатия 7 и растяжения 24 реализуются силы вязкого трения, которые препятствуют перемещению поршня 4 со штоком 5, и, следовательно, препятствуют колебанию подрессоренных частей подвижного состава на ходе сжатия. При ударном воздействии от рельсовых неровностей, например рельсовых стыков, на первую ступень рессорного подвешивания транспортного средства скачкообразно возрастает скорость перемещения поршня 4 и, соответственно, скачкообразно возрастает давление рабочей жидкости 27 в подпоршневой полости "А". Под возросшим давлением рабочей жидкости 27 поршень 4 преодолевает усилия преднатяга верхней пружины 17 и смещается относительно штока 5 вверх. При смещении поршня 4 увеличивается объем подпоршневой полости "А" цилиндра 3, что ограничивает нарастание давления рабочей жидкости 27 в этой полости, а, следовательно, ограничивает силу неупругого сопротивления демпфера. При смещении поршня 4 вверх относительно штока 5 нижний ряд радиальных отверстий 15 в штоке 5 сообщается с подпоршневой полостью "А" и рабочая жидкость 27 из этой полости через нижний ряд радиальных отверстий 15, через полость "Д" несквозного отверстия 13 и верхний ряд радиальных отверстий 14 перетекает в надпоршневую полость "Б" цилиндра 3 в объеме, существенно большем, чем только через дроссель сжатия 7. Суммарное воздействие от смещения поршня 4 относительно штока 5 и эффективного перетока жидкости 27 через радиальные отверстия 15, 14 из подпоршневой полости"А" в надпоршневую полость "Б" обеспечивает эффективное ограничение роста давления рабочей жидкости 27 в подпоршневой полости "А". Отсюда ограничивается на допускаемом максимальном уровне передача ударного воздействия на подрессоренные массы транспортного средства. Этот допустимый уровень определяется расчетным методом, задается жесткостью верхней пружины 17, которая упирается в поршень сверху, ее преднатягом, и размерами радиальных отверстий 15, 14. Установкой пружин 17 с различной жесткостью и преднатягом, размерами радиальных отверстий 15, 14 в предлагаемом демпфере можно эффективно регулировать давление рабочей жидкости 27 и, следовательно, максимальную силу неупругого сопротивления демпфера на ходе сжатия. Этим ограничивается нежелательная передача ударного воздействия от рельсового пути на подвижной состав при движении транспортного средства.
На ходе растяжения при гармонических колебаниях подрессоренных масс в первой ступени рессорного подвешивания шток 5 с поршнем 4 перемещается к направляющей 21, при этом дроссель сжатия 7 в поршне 4 закрыт шариком 8, поэтому в надпоршневой полости "Б" повышается давление рабочей жидкости 27. Рабочая жидкость 27 из надпоршневой полости "Б" под давлением перетекает через дроссель растяжения 24 в радиальный канал 26 в направляющей втулке 21, далее, в переливную трубку 26 и в кольцевую полость "В". При проходе рабочей жидкости 27 через дроссель растяжения 24 реализуются силы неупругого сопротивления демпфера на ходе растяжения. Одновременно понижается давление в подпоршневой полости "А" и перепадом давлений в этой полости и в кольцевой полости "В" открывается впускной клапан 20 в днище 19 и рабочая жидкость 27 через этот клапан из кольцевой полости "В" перетекает в подпоршневую полость "А" и заполняет ее для эффективного функционирования демпфера на следующем ходе сжатия. При ударном воздействии со стороны рельсовых стыков или стрелочных переводов на колесо и на буксовый узел транспортного средства скачкообразно возрастает скорость перемещения поршня 4 и, соответственно, скачкообразно возрастает давление рабочей жидкости 27 в надпоршневой полости "Б". Давлением рабочей жидкости 27 поршень 4 преодолевает преднатяг усилия нижней пружины 18 и смещается относительно штока 5 вниз. При этом на величину этого смещения увеличивается объем надпоршневой полости "Б" цилиндра 3, что ограничивает нарастание давления рабочей жидкости 27 в этой полости на ходе растяжения, а, следовательно, ограничивает на допустимом уровне силу неупругого сопротивления демпфера. При смещении поршня 4 вниз относительно штока 5 круговая канавка поршня 11 совмещается с нижним рядом радиальных отверстий 15 в штоке 5 и рабочая жидкость 27 из надпоршневой полости "А" через верхние радиальные отверстия 14, через полость "Д" несквозного отверстия и нижние радиальные отверстия 15 начинает протекать из надпоршневой полости "Б" цилиндра 3 в подпоршневую полость "А" цилиндра в объеме, существенно большем, чем только через дроссель растяжения 24 и, тем самым, еще эффективнее ограничивает рост давления рабочей жидкости 27 в надпоршневой полости "Б" на ходе растяжения. Увеличение количества рабочей жидкости 27, проходящей из надпоршневой полости "Б" цилиндра 3 в подпоршневую полость "А", ограничивает нарастание давления и, следовательно, нарастание сил сопротивления на ходе растяжения на допускаемом максимальном уровне. Суммарное воздействие от смещения поршня 4 относительно штока 5 и эффективного перетока жидкости 27 через радиальные отверстия 14, 15 из надпоршневой полости "Б" в подпоршневую полость "А" обеспечивает эффективное ограничение роста давления рабочей жидкости 27 в подпоршневой полости "А". Установкой пружины 18 с различной жесткостью и преднатягом, размерами радиальных отверстий 14, 15, в предлагаемом гидравлическом демпфере можно эффективно регулировать давление рабочей жидкости 27 и, следовательно, максимальную силу неупругого сопротивления гидравлического демпфера на ходе растяжения при ударном воздействии на транспортное средство.
Максимальное значение сил неупругого сопротивления гидравлического демпфера первой ступени рессорного подвешивания ограничивается из условий прочности присоединительных элементов демпфера, условий безопасности движения транспортного средства и обеспечения плавности хода вагона или локомотива.
Кожух 30 и защитное кольцо 31 предохраняют подкожуховую полость "Г" от абразивных и снежных частиц. Недопущение абразивных частиц защищает поверхность штока 5 и манжеты 28 от преждевременного износа или повреждения, а недопущение снежных частиц устраняет подкожуховое льдообразование. Манжета 28 уплотняет шток 5 против утечек рабочей жидкости 27, поршневое кольцо 6 уплотняет поршень 4, а резиновое кольцо 23 защищает от утечек рабочей жидкости 27 резьбовое соединение гайки 22 и корпуса 1.
Вследствие конструктивных отличий предлагаемый демпфер первой ступени рессорного подвешивания наиболее эффективно ограничивает усилия сопротивления, развиваемые демпфером при ударном воздействии на ходах сжатия и растяжения, что обеспечивает необходимую плавность хода транспортного средства.
Предлагаемый гидравлический демпфер первой ступени рессорного подвешивания транспортного средства может быть применен на железнодорожных вагонах, локомотивах, трамваях и вагонах метрополитена.