ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
HYDRAULIC DAMPER

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкции рельсовых и безрельсовых транспортных средств.
Известен гидравлический амортизатор, широко используемый в различных конструкциях автомобилей (см. книгу Гидравлические амортизаторы автомобилей. Дербаримдикер А.Д. М.: Машиностроение - 1969 г.), где на стр.8 рис.4 показан телескопический амортизатор автомобиля ЗИЛ-164. Такой амортизатор состоит из резервуара и защитного кожуха, а также рабочего цилиндра, в котором подвижно установлен поршень со штоком, имеющий ряд перепускных клапанов, пружин и других деталей. Несмотря на эффективность использования таких амортизаторов, в практике последние обладают существенным недостатком, заключающимся в том, что они снабжены узлом, имеющим очень важное значение, но обладающим невысокой надежностью и конструктивной сложностью. Этим узлом является уплотнительный элемент, установленный в верхней части амортизатора, между его штоком, резервуаром и рабочим цилиндром. Нарушение целостности данного узла сопровождается утечкой рабочей жидкости и тем самым потерей амортизатором его демпфирующих способностей.
Известна также конструкция гидравлического амортизатора, описанная в патенте RU 2499685, состоящая из рабочего цилиндра, заполненного рабочей жидкостью, внутри которого подвижно расположен поршень с клапаном. Рабочий цилиндр охвачен кожухом, и они оба выполнены из диамагнитного материала. Между рабочим цилиндром и кожухом установлены тела качения, а в пространстве между ними - кольцо, выполненное из постоянного магнита. Причем такое кольцо жестко установлено на стенке кожуха. Кольцо своим магнитным полем, через воздушный зазор и стенку рабочего цилиндра, взаимодействует с цилиндрической круговой образующей поверхностью поршня, выполненного из магнитного материала. Несмотря на свою эффективность, такая конструкция амортизатора обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что он не способен в автоматическом режиме изменять свои демпфирующие характеристики, необходимые для обеспечения заданной плавности хода транспортных средств.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является разработка такого гидравлического амортизатора, который позволил бы гасить широкий спектр динамических нагрузок в автоматическом режиме при преодолении транспортным средством микро- и макронеровности пути.
Поставленная цель достигается тем, что во внутренней полости рабочего цилиндра, в его вертикальной плоскости, жестко закреплен упругий стержень, снабженный шлицами, взаимодействующими с ответными, выполненными в поршне, причем последний снабжен вертикальными каналами, переходящими на торцевых поверхностях поршня в Г-образной формы каналы, и их выходные отверстия примыкают с зазором к вертикально расположенным пластинам, жестко закрепленным на упомянутых торцевых поверхностях поршня.
На фиг. 1 показан общий вид с продольным разрезом гидравлического амортизатора.
Гидравлический амортизатор состоит из рабочего цилиндра 1 с установленными в нем упругим стержнем 2, снабженным шлицами 3, взаимосвязанными с ответными шлицами, выполненными в поршне 4. В поршне 4 имеются вертикально расположенные каналы 5, переходящие в каналы Г-образной формы 6, и к ним примыкают пластины 7, жестко закрепленные на поршне 4. В рабочем цилиндре 1 расположена рабочая жидкость 8, а сам он имеет сливную пробку 9. Рабочий цилиндр 1 через тела качения 10 контактирует через воздушный зазор с кожухом 11, на котором закреплено магнитное кольцо 12. Рабочий цилиндр 1 и кожух 11 снабжены кронштейнами 13, предназначенными для крепления гидравлического амортизатора, например, на транспортном средстве.
Работает гидравлический амортизатор следующим образом. При движении транспортного средства (это могут быть автомобили, локомотивы, вагоны и т.д.) и его колебаниях, вызванных микро- и макропрофилем дорожного полотна, происходит два режима работы гидравлического амортизатора - это рабочий ход (сжатие) и отбой. Рассмотрим отдельно эти два режима и считаем, что сжатие гидравлического амортизатора, показанного на фиг. 1, происходит по стрелке А, при этом кожух 11 перемещается в вертикальном направлении по стрелке А относительно рабочего цилиндра 1, перекатываясь своими телами качения 10 относительно последнего. Одновременно, за счет наличия магнитного кольца 12, поршень 4 также получит перемещение по стрелке А. Такое движение оказывается возможным за счет магнитного поля, создаваемого магнитным кольцом 12, при этом силу взаимодействия между ними можно определить по известной зависимости (см. книгу А.С. Касаткин, М.В. Немцов. Электротехника, 4-е изд., перераб. - 1983 г.):
где B - индукция в рабочем зазоре магнитного кольца 12 и поршня 4;
0
µ - магнитная проницаемость воздушного зазора;
S - площадь контактных поверхностей магнитного кольца 12 и поршня 4.
2
Анализируя указанную зависимость, видно, что важнейшим ее параметром является величина магнитной индукции В, которая, как известно, для постоянных магнитов не превышает значения в 2 Тл. Однако известно, что (см. газету «Комсомольская правда» от 19.07.02 г. статья «В японцах есть что-то притягательное») в Японии созданы постоянные магниты, с 1 см которого можно получить усилие до 900 кгс при магнитной индукции гораздо больше чем 2 Тл.
Одновременно с поступательным движением поршня 4 рабочая жидкость 8 по стрелке С поступит в Г-образный канал 6, затем в вертикально расположенный канал 5 и, истекая из другого Г-образного канала 6, расположенного на верхней поверхности поршня 4, создает давление по стрелке С на пластину 7, жестко закрепленную на поршне 4. И тогда под действием такого давления поршень 4 получит угловой поворот по стрелке Е, закрутив на некоторый угол в этом же направлении упругий стержень 2, который своими шлицами 3 связан с ответными, выполненными в поршне 4 (на чертеже шлицы не показаны). Такой угловой поворот упругого стержня 2 позволит сдемпфировать ту динамическую нагрузку, которая возникла при преодолении микро- и макронеровностей пути. При отбое амортизатора кожух 11 получит перемещение в направлении обратном стрелке А, а следовательно, поршень 4 также получит движение в этом направлении, причем ток рабочей жидкости 8 изменится, и она начнет истекать по вышеуказанным каналам в направлении, обратном стрелке С. Такое движение рабочей жидкости 8 позволит получить закрутку упругого стержня 2 в направлении, обратном стрелке Е, что также позволит сдемпфировать нагрузки, возникающие в режиме отбоя амортизатора. Следует отметить, что в конструкции поршня 4 может быть различное количество каналов 5 и 6 соответственно и пластин 7, что позволит более эффективно обеспечить демпфирование динамических составляющих усилий, возникающих при движении транспортных средств. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно позволяет за счет упругих свойств стержня, расположенного в поршне, демпфировать динамические нагрузки, возникающие в подвесках, различных по назначению и конструкции транспортных средств.