ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПРУЖИНА
PNEUMATIC SPRING

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам виброударозащиты.
Известна пневмопружина (а.с. СССР №1698525, М. кл. F16F 9/02), содержащая резервуар, расположенный в нем поршень, поршневой шток и уплотнительные элементы штока.
К основным недостаткам устройства относится то, что поршень не имеет уплотняющих элементов, поэтому при длительных высоких нагрузках, при повышенных давлениях масса газа проникает из надпоршневой полости в подпоршневую полость. Вследствие этого происходит постоянное аккумулирование энергии сжатого газа в подпоршневой полости, что приводит к уменьшению динамического хода пневмопружины, т.е. снижается эффективность гашения колебаний и надежность работы пневмопружины, а также становятся возможны пробои пневмопружины.
Известна также пневмопружина с жидкостным уплотнением поршня (патент РФ №2399806, М. кл. F16F 9/02, F16F 9/36), содержащая резервуар, расположенный в нем поршень, поршневой шток и уплотнительные элементы штока. Поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых канавок, в одних канавках размещены уплотнительные кольца, в других - жидкостное уплотнение поршня, выемку в своей центральной части, в которой размещены камера для жидкости, сообщающаяся каналами с кольцевыми канавками с жидкостным уплотнением поршня, эластичный цилиндрический стакан, контактирующий с одной стороны с камерой для жидкости, с другой стороны - с газовой средой надпоршневой полости пневмопружины, втулку, фиксирующую эластичный цилиндрический стакан внутри выемки и имеющую на боковой поверхности набор сквозных отверстий, элемент крепления с центральным отверстием, а также дополнительный клапан со стороны штока для зарядки камеры для жидкости.
К основным недостаткам устройства относится то, что при работе пневмопружины создаются повышенные силы сопротивления движению поршня только на конце хода сжатия пневмопружины, действующие вблизи зоны пробоя. При обратном ходе (ходе отбоя) повышенные силы сопротивления движению поршня не создаются, т.е. снижается надежность работы пневмопружины и становятся возможны пробои пневмопружины. При этом динамические воздействия (удары) на амортизируемый объект сопровождаются повышенными перегрузками, что отрицательно сказывается на состоянии амортизируемого объекта, его механизмов, а также сохранности груза и состоянии экипажа, если амортизируемым объектом является транспортное средство.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение вероятности пробоев и их вредных воздействий при ударных нагрузках за счет резкого увеличения сил сопротивления движению поршня на концах обоих ходов, действующих вблизи зон пробоя.
Данный технический результат достигается тем, что пневматическая пружина содержит резервуар, размещенные в нем шток с поршнем, образующим в рабочей полости резервуара надпоршневую и подпоршневую полости, уплотнительный элемент штока, поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых канавок, в одних канавках размещены уплотнительные кольца, в других - жидкостное уплотнение поршня, выемку в своей центральной части, в которой размещены камера для жидкости, сообщающаяся каналами с кольцевой канавкой с жидкостным уплотнением поршня, эластичный цилиндрический стакан, контактирующий с одной стороны с камерой для жидкости, с другой стороны - с газовой средой надпоршневой полости пневмопружины, втулку, фиксирующую эластичный цилиндрический стакан внутри выемки и имеющую на боковой поверхности набор сквозных отверстий, клапан для зарядки камеры для жидкости, согласно изобретению поршень имеет дополнительную кольцевую выемку со стороны штока, в которой размещены вторая камера для жидкости, сообщающаяся каналами с кольцевой канавкой с жидкостным уплотнением поршня, второй эластичный цилиндрический стакан с коаксиальным цилиндрическим патрубком, контактирующий наружной стенкой со второй камерой для жидкости, а внутренней стенкой второго эластичного цилиндрического стакана - с газовой средой подпоршневой полости пневмопружины, вторую втулку, сквозной канал, соединяющий надпоршневую и подпоршневую полости пневматической пружины, а также второй клапан со стороны штока для зарядки второй камеры для жидкости, причем коаксиальный цилиндрический патрубок эластичного цилиндрического стакана охватывает шток, вторая втулка фиксирует второй эластичный цилиндрический стакан внутри дополнительной кольцевой выемки и имеет на боковой поверхности набор сквозных отверстий.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена предложенная пневматическая пружина.
Пневматическая пружина содержит резервуар 1, имеющий верхнюю крышку 2 и нижнюю крышку 3, служащую направляющей для штока 4, в которой помещен уплотняющий элемент 5 штока 4. Поршень 6 имеет выемку 7 в своей центральной части и образует в резервуаре 1 надпоршневую полость 8 и подпоршневую полость 9. Внутри выемки 7 расположены эластичный цилиндрический стакан 10, втулка 11, имеющая на боковой поверхности сквозные отверстия 12, камера 13 для жидкости, сообщающаяся с помощью каналов 14 с канавкой 15 с жидкостным уплотнением поршня 6, расположенным на боковой поверхности поршня 6, элемент крепления 16 с центральным отверстием, фиксирующим эластичный цилиндрический стакан 10 и втулка 11 в выемке 7. Поршень 6 со стороны надпоршневой полости 8 имеет клапан 17 для зарядки рабочей жидкостью камеры 13 для жидкости, а на своей боковой поверхности - набор кольцевых канавок с уплотняющими кольцами 18. На верхней крышке 2 расположен клапан 19 для зарядки газом под давлением пневмопружины. Для крепления пневмопружины с подрессоренной и неподрессоренной массами конкретного механизма верхняя крышка 2 и шток 4 имеют проушины. Надпоршневая полость 8 и подпоршневая полость 9 соединены сквозным каналом 20 поршня 6.
Поршень 6 имеет со стороны подпоршневой полости 9 вторую кольцевую выемку 21, в которой расположен второй эластичный цилиндрический стакан 22 с коаксиальным цилиндрическим патрубком 23. Второй эластичный цилиндрический стакан 22 контактирует наружной стенкой со второй камерой для жидкости 24, а внутренней стенкой второго эластичного цилиндрического стакана - с газовой средой подпоршневой полости 9 пневмопружины. Цилиндрический патрубок 23 охватывает шток 4. Вторая втулка 25 фиксирует второй эластичный цилиндрический стакан 22 внутри дополнительной кольцевой выемки 21 и имеет на боковой поверхности набор сквозных отверстий 26. Вторая камера для жидкости 24 сообщается с помощью каналов 27 с канавкой 28 с жидкостным уплотнением поршня 6, расположенным на боковой поверхности поршня 6. Элемент крепления 29, представляющий собой плоскую шайбу с секторными отверстиями, фиксирует второй эластичный цилиндрический стакан 22 и вторую втулку 25 в выемке 21. Второй клапан 30 расположен со стороны подпоршневой полости 9 и служит для зарядки рабочей жидкостью второй камеры 24.
Пневматическая пружина работает следующим образом.
После ее сборки и заправки камер для жидкости 13 и 24 рабочей жидкостью и резервуара 1 газом под давлением шток 4 под действием давления сжатого газа на поршень 6 выталкивается с определенным усилием наружу через направляющую нижнюю крышку 3, чем обеспечивается функционирование в конкретном механизме. На ходе сжатия пневматической пружины при ударных нагрузках надпоршневая полость 8 уменьшается в объеме, газ в ней не успевает перетечь по сквозному каналу 20 поршня 6 в подпоршневую полость 9. При повышенных давлениях газа в надпоршневой полости 8 и выемке 7 газ проникает через сквозные отверстия 12 втулки 11 и усиливает давление на стенки эластичного цилиндрического стакана 10. За счет этого повышается давление жидкости в камере 13, каналах 14, повышается давление жидкостного уплотнения поршня в канавке 15. Увеличение давления жидкостного уплотнения поршня в канавке 15 ведет к резкому увеличению сил трения поршня и сопротивлению движению поршня 6 на конце хода сжатия, действующих вблизи зоны пробоя пневматической пружины.
При обратном ходе при ударных нагрузках аналогичные процессы происходят в подпоршневой полости 9. Подпоршневая полость 9 уменьшается в объеме, газ в ней не успевает перетечь по сквозному каналу 20 поршня 6 в надпоршневую полость 8. При повышенных давлениях газа в подпоршневой полости 9 и второй кольцевой выемке 21 газ проникает через сквозные отверстия 26 второй втулки 25 и усиливает давление на стенки второго эластичного цилиндрического стакана 22. За счет этого повышается давление жидкости во второй камере 24, каналах 27, повышается давление жидкостного уплотнения поршня в канавке 28. Увеличение давления жидкостного уплотнения поршня в канавке 28 ведет к резкому увеличению сил трения поршня и сопротивлению движению поршня 6 на конце хода отбоя, действующих вблизи зоны пробоя пневматической пружины.
При медленных нагрузках или отсутствии ударов при работе газ успевает перетекать по каналу 20 поршня 6 из надпоршневой полости 8 в подпоршневую полость 9 или обратно и увеличения давления жидкостного уплотнения поршня в канавках 15 и 28 не происходит.
Таким образом, предложенная пневматическая пружина позволяет при работе снизить вероятность пробоев и их вредных воздействий при ударных нагрузках за счет резкого увеличения сил сопротивления движению поршня на концах обоих ходов, действующих вблизи зон пробоя. Ее использование позволит снизить перегрузки, повысить эффективность и надежность работы амортизирующих устройств, в частности в транспортных средствах, повысить плавность хода, улучшить условия работы экипажа и обеспечить требуемую сохранность спецгрузов при транспортировке.