Гидравлический амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции гидравлических амортизаторов.
Известен гидравлический амортизатор, который содержит резервуар с размещенным в нём рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, сальник штока, шток, подвижно закрепленный в осевом отверстии направляющей штока, поршень, закрепленный на штоке, и клапан сжатия, при этом сальник штока имеет рабочие кромки в нижней и верхней частях осевого отверстия [патент № RU2244180, дата приоритета 27.05.2002 г., дата публикации 10.01.2005 г., МПК F16F9/06].
Известен гидравлический амортизатор, который содержит резервуар, снабжённый гайкой резервуара, с размещенным в нём рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, сальник штока, шток, подвижно закрепленный в осевом отверстии направляющей штока, поршень, закрепленный на штоке, и клапан сжатия, при этом сальник штока имеет рабочие кромки в нижней и верхней частях осевого отверстия и снабжен каркасным кольцом [патент № RU2460914, дата приоритета 19.11.2008 г., дата публикации 10.09.2012 г., МПК F16F9/342, F16F9/46].
В качестве прототипа выбран гидравлический амортизатор, который содержит резервуар, снабженный гайкой резервуара, с размещенным в нём рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, подвижно закрепленный в осевом отверстии направляющей штока, сальник штока, поршень, закрепленный на штоке, и клапан сжатия, при этом сальник штока имеет рабочие кромки в нижней и верхней частях осевого отверстия, снабжен  пружинным кольцом, установленным в углубление на наружной поверхности нижней части сальника штока, и пазом на наружной поверхности средней части сальника штока, в который установлено каркасное кольцо [патент № RU2572025, дата приоритета 24.02.2012 г., дата публикации 27.12.2015 г., МПК F60G15/06].
Недостатками прототипа является то, что верхняя рабочая кромка не имеет достаточной прижимной силы к поверхности штока, а нижняя рабочая кромка испытывает термические и фрикционные нагрузки, способствующие ее быстрому износу, что в совокупности может привести к потере герметичности гидравлического амортизатора.  Также дефект тонкой стенки паза, в который установлено каркасное кольцо, может привести к отрыву каркасного кольца, потере жесткости сальника штока и выходу из строя гидравлического амортизатора.
Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности гидравлического амортизатора.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является увеличение срока службы сальника штока гидравлического амортизатора.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Гидравлический амортизатор содержит резервуар, снабженный гайкой резервуара, с размещенным в нём рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей  штока и снабженный поршнем с дросселирующими элементами, сальник штока, обойму сальника и клапан сжатия, причем сальник штока, имеет рабочие кромки в нижней и верхней частях осевого отверстия, снабжен пружинным кольцом, установленным в углубление на наружной поверхности  нижней части сальника штока, и каркасным кольцом. В отличие от прототипа сальник штока содержит дополнительное пружинное кольцо, установленное в углубление на наружной поверхности верхней части сальника штока, дополнительную рабочую кромку, выполненную в нижней части осевого отверстия сальника штока, а каркасное кольцо закреплено в сальнике штока посредством вулканизации.
Резервуар имеет цилиндрическую форму и изготовлен из металла, выполняет конструкционные и защитные функции. Внутри резервуара располагаются основные конструктивные узлы и элементы, а также рабочая жидкость или газ. Для правильной работы гидравлического амортизатора резервуар должен быть герметичен и не иметь перегибов, обладать прочностью и жесткостью.
Гайка резервуара выполнена в виде цилиндра с центральным сквозным осевым отверстием, на внешней поверхности которого нанесена резьба, предназначенная для монтажа гайки резервуара в верхней части резервуара. Гайка резервуара обеспечивает фиксацию направляющей штока и рабочего цилиндра путём прижатия этих элементов к дну резервуара в процессе её монтажа. Внешний диаметр гайки резервуара равен внутреннему диаметру верхней части резервуара.
Рабочий цилиндр имеет форму, обусловленную формой выбранного поршня гидравлического амортизатора, и может быть изготовлен из металла. В рабочем цилиндре последовательно расположены направляющая штока, шток, поршень, гайка штока, клапан сжатия. В рабочем цилиндре происходит процесс поглощения колебаний, создаваемых поршнем гидравлического амортизатора, рабочей жидкостью, и преобразование их в тепловую энергию. Излишки рабочей жидкости перетекают в резервуар через клапан сжатия, установленный в нижней части рабочего цилиндра. Рабочий цилиндр расположен внутри резервуара, при этом в верхней части он фиксируется направляющей штока.
Направляющая штока содержит корпус цилиндрической формы, который может быть изготовлен из металла, керамики или из металлокерамики. В центре корпуса направляющей штока выполнено сквозное осевое отверстие, оснащенное уплотнительными и антифрикционными элементами, в которое установлен шток, поверхность которого образует с поверхностью осевого отверстия подшипник скольжения, выполняющий направляющие функции и обеспечивающий вращательную и возвратно–поступательную подвижность штока, необходимую для работы гидравлического амортизатора. Направляющая штока устанавливается в верхней части резервуара, обеспечивает неподвижность рабочего цилиндра относительно резервуара и герметизирует гидравлический амортизатор.
Обойма сальника представляет из себя штампованную деталь, изготовленную из металла, содержащую осевое отверстие и устанавливаемую между направляющей штока и гайкой резервуара. Обойма сальника предназначена для фиксации сальника штока на посадочном месте, на выступе направляющей штока посредством установленной гайки резервуара.
Сальник штока имеет цилиндрическую форму и может быть выполнен из эластичного материла, например резины или силикона. Сальник штока содержит сквозное осевое отверстие, на поверхности которого в верхней и нижней частях выполнены радиальные выступы, образующие рабочие кромки. Рабочие кромки могут быть выполнены треугольной, круглой или многогранной формы и должны обеспечивать плотный контакт с поверхностью штока. В нижней части осевого отверстия выполнены две рабочие кромки, в верхней части – одна рабочая кромка. Нижние рабочие кромки обеспечивают герметичность гидравлического амортизатора и не позволяют рабочей жидкости вытечь из резервуара, а верхняя рабочая кромка обеспечивает защиту внутренних узлов от грязи и пыли. При этом наличие дополнительных рабочих кромок на поверхности сквозного осевого отверстия сальника штока в верхней и нижней частях может увеличить надежность и обеспечить дополнительную герметичность полученного соединения.
Пружинные кольца, установленные в углубления на наружной поверхности в верхних и нижних частях сальника штока, создают прижимную силу рабочих кромок к поверхности штока, обеспечивающую компенсацию износа рабочих кромок о поверхность штока. Таким образом, сохраняется плотный контакт и надежное уплотнение соединения при затвердевании и потере эластичности материала сальника штока. Пружинные кольца могут быть изготовлены из пружинной стали, могут быть плоскими, закрученными в вертикальной плоскости или закрученными горизонтально по спирали. Пружинные кольца должны обеспечивать прижимную силу в диапазоне 0.2-0.5 Н, обеспечивающую плотный контакт между кромками сальника штока и поверхностью штока. В случае, когда прижимная сила пружинных колец будет ниже 0.2 Н, может возникнуть риск потери герметичности или попадания внутрь гидравлического амортизатора частиц пыли и грязи. В случае, когда прижимная сила пружинных колец будет превышать 0.5 Н, может возникнуть риск появления выработки и образования продольных рисок на поверхности штока, что также приведет к потере герметичности гидравлического амортизатора.
Каркасное кольцо обеспечивает прочность и твердость эластичного сальника штока. Каркасное кольцо установлено в сальник таким образом, что внутренняя, верхняя и наружная поверхности кольца полностью погружены в сальник штока и присоединены к сальнику методом вулканизации. Нижняя поверхность каркасного кольца не погружена в сальник штока и представляет из себя площадку, предназначенную для базирования сальника штока в направляющей штока. Установленное таким образом каркасное кольцо обеспечивает жесткость сальника штока, а нижняя поверхность каркасного кольца позволяет неподвижно установить сальник штока на посадочное место.
Шток имеет цилиндрическую форму и представляет собой металлический стержень, покрытый снаружи слоем хрома, уменьшающего силы трения, возникающие между поверхностью штока и поверхностью осевого сквозного отверстия направляющей штока. Длина штока обусловлена конструктивными особенностями крепления к неподрессоренным массам транспортного средства, а также областью применения гидравлического амортизатора. В нижней части штока выполнено посадочное место для поршня с дросселирующими элементами, а на конце нанесена резьба для установки гайки штока, неподвижно фиксирующей поршень с дросселирующими элементами на посадочном месте.
Поршень имеет преимущественно цилиндрическую форму, его размеры обусловлены конструктивными особенностями и областью применения гидравлического амортизатора. Поршень может быть изготовлен из металла или композитных материалов. Поршень имеет сквозное осевое отверстие, в которое вставляется шток, а также содержит концентрические сквозные отверстия, которые играют роль дросселирующих элементов. Часть рабочего цилиндра, находящаяся над поршнем, является надпоршневой, а часть рабочего цилиндра, находящаяся под поршнем, является подпоршневой.  Поршень, прикрепленный к штоку амортизатора, совершает возвратно- поступательные движения в рабочем цилиндре, а рабочая жидкость, перетекающая через сквозные концентрические отверстия дросселирующей системы поршня, поглощает колебания, создаваемые поршнем, совершая тем самым работу по превращению поступательных движений в тепловую энергию.
Клапан сжатия гидравлического амортизатора содержит корпус, форма которого повторяет форму рабочего цилиндра, и может быть выполнен из металла или композитных материалов. Корпус может содержать одно или несколько сквозных отверстий или каналов. Клапан сжатия обеспечивает центрирование рабочего цилиндра в резервуаре гидравлического амортизатора.
Заявляемая полезная модель обладает новыми существенными отличительными признаками:
сальник штока содержит дополнительное пружинное кольцо, установленное в углубление на наружной поверхности верхней части сальника штока. Установка дополнительного пружинного кольца создает дополнительную прижимную силу верхней рабочей кромки сальника штока к поверхности штока и позволяет компенсировать ее износ, предотвращая возможность образования зазора между верхней рабочей кромкой и поверхностью штока гидравлического амортизатора, не допуская утечки рабочей жидкости;
сальник штока содержит дополнительную рабочую кромку, выполненную в нижней части осевого отверстия сальника штока, что позволяет равномерно распределить нагрузку, возникающую в процессе эксплуатации гидравлического амортизатора, тем самым снизить износ нижних рабочих кромок и обеспечить надежную герметизацию гидравлического амортизатора;
сальник штока содержит каркасное кольцо, которое закреплено в сальнике штока посредством вулканизации. Каркасное кольцо спекается с сальником штока и представляет с ним единый элемент. Таким образом снижается нагрузка на стенку паза и предотвращается возможность отрыва каркасного кольца, обеспечивающего жесткость сальника штока и фиксацию сальника штока на посадочном месте, тем самым снижается риск возникновения дефекта сальника штока гидравлического амортизатора.
Отличительные признаки, которыми характеризуется заявляемая полезная модель, одновременно компенсируют износ рабочих кромок сальника штока, равномерно распределяют нагрузку, действующую на рабочие кромки сальника штока, и снижают риск разрушения сальника штока, тем самым позволяют достичь технический результат, который заключается в увеличении срока службы сальника штока, в результате чего повышается надежность 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 – сальник штока.
Фиг. 3 – вид установленного сальника штока.
Гидравлический амортизатор содержит резервуар 1, снабженный гайкой 2 резервуара, с размещенным в нём рабочим цилиндром 3, содержащим направляющую 4 штока, шток 5, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей 4 штока и снабженный поршнем 6 с дросселирующими элементами 7, сальник 8 штока , обойму 9 сальника и клапан 10 сжатия, установленный в донной части, причем сальник 8 штока имеет рабочие кромки 11 и 12, в нижней и верхней частях осевого отверстия снабжен пружинным кольцом 13, установленным в углубление на наружной поверхности в нижней части сальника штока, и каркасное кольцо 14. Сальник 8 штока содержит дополнительное пружинное кольцо 15, установленное в углубление на наружной поверхности верхней части сальника 8 штока, дополнительную рабочую кромку 16, выполненную в нижней части осевого отверстия сальника 8 штока, а каркасное кольцо 14 закреплено в сальнике 8 штока посредством вулканизации.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Шток 5 вместе с поршнем 6 при эксплуатации гидравлического амортизатора совершают возвратно-поступательные движения в рабочем цилиндре 3. При перемещении штока 5 с поршнем 6 вниз (ход сжатия) рабочая жидкость под давлением поршня 6 через дросселирующие элементы 7 перетекает из нижней (подпоршневой) части в верхнюю (надпоршневую) часть рабочего цилиндра 3. Часть объема рабочей жидкости при ходе сжатия перетекает через клапан 10 сжатия в полость резервуара 1. При движении штока 5 вверх (ход отбоя) рабочая жидкость под давлением поршня 6 через дросселирующие элементы 7 перетекает из надпоршневой часть в подпоршневую, а созданное поршнем 6 разрежение в рабочем цилиндре 3 затягивает через клапан 10 сжатия рабочую жидкость из полости резервуара 1. Таким образом, работа, которую выполняет рабочая жидкость, гасит колебания, возникающие при эксплуатации гидравлического амортизатора.
Шток 5 подвижно установлен в направляющей 4 штока и уплотнен сальником 8 штока, который посредством обоймы 9 сальника, прижатой гайкой 2 резервуара, опирается каркасным кольцом 14 на выступ направляющей 4 штока. Пружинное кольцо 13, установленное в углубление на наружной поверхности нижней части сальника штока, создает прижимную силу рабочих кромок 11 и 16, уплотняющих соединение сальника 8 штока и обеспечивающих герметичность гидравлического амортизатора изнутри. Пружинное кольцо 15, установленное в углубление на наружной поверхности верхней части сальника 8 штока, создает прижимную силу рабочей кромки 12, обеспечивающей герметичность гидравлического амортизатора снаружи и защищающей его от попадания частиц грязи и пыли.
При движении штока 5 вниз (ход сжатия) поверхность штока 5 взаимодействует с рабочими кромками 11, 16 и 12 сальника 8 штока, прижимаемыми пружинными кольцами 13 и 15. При этом верхняя рабочая кромка 12 совершает работу по удалению с поверхности штока 5 частиц песка и пыли, обеспечивая тем самым защиту внутренних узлов гидравлического амортизатора.
При движении штока 5 вверх (ход отбоя) поверхность штока 5 также взаимодействует с рабочими кромками 11 ,12 и 16, прижимаемыми пружинными кольцами 13 и 15. При этом нижние рабочие кромки 11, 12 выполняют работу по снятию масляной пленки с поверхности штока 5, обеспечивая тем самым герметичность гидравлического амортизатора.
Таким образом достигается технический результат, направленный на увеличение срока службы гидравлического амортизатора, и решается техническая задача, направленная на повышение надежности гидравлического амортизатора.