ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
HYDRAULIC SHOCK ABSORBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к гидравлическому амортизатору, который поглощает ударную нагрузку, вызванную в процессе остановки движущегося объекта с помощью гидравлического сопротивления масла, которое перетекает из поршневой камеры в кожух цилиндра.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Гидравлические амортизаторы, которые контролируют способность демпфирования ударной нагрузки или снижают наибольшую величину ударного ускорения насколько возможно, раскрыты, например, в японской публикации нерассмотренной заявки на полезную модель № 62-140241 и японской публикации нерассмотренной заявки № 2006-250309. Амортизатор, раскрытый в JP62-140241U, имеет кожух цилиндра и поршневую камеру, образованную в кожухе цилиндра, причем поршневая камера заполнена маслом и имеет сужающуюся форму, которая сужается для того чтобы образовать прямолинейную или квадратично изогнутую форму в направлении перемещения поршня. Амортизатор, раскрытый в JP2006-250309A, имеет поршневую камеру с внутренней поверхностью, имеющую сужающуюся форму, которая линейно сужается в направлении перемещения поршня с конусностью в диапазоне от 1/50 до 1/130.
В амортизаторе, раскрытом в JP62-140241U, поскольку размер отверстия, образованного в зазоре между кожухом цилиндра и поршнем, уменьшается вместе с перемещением поршня, способность демпфирования ударной нагрузки мала в начале демпфирования. В случае, когда шток перемещается, чтобы уменьшить размер отверстия, скорость поглощения энергии увеличивается, и скорость движущегося объекта, подлежащего остановке, уменьшается. В амортизаторе, раскрытом в JP2006-250309A, эксперимент проведен с использованием специального экспериментального оборудования при определенных условиях, и результат эксперимента показывает, что наибольшее ударное ускорение мало при конусности в диапазоне от 1/50 до 1/130, и что такой диапазон, следовательно, эффективен для демпфирования ударной нагрузки.
Отверстие, образованное между кожухом цилиндра и поршнем, желательно способствует следующим процессам: на начальном этапе, в котором движущийся объект, подлежащий остановке демпфированием, соударяется с головкой штока и затем начинается остановка демпфированием, ударная работа демпфируется, в то время как площадь отверстия в целом перекрыта, таким образом уменьшая шум соударения и выброс пыли; на следующем промежуточном этапе, количество поглощаемой энергии увеличивается, чтобы замедлить объект настолько, чтобы предотвратить отдачу движущегося объекта на конечном этапе; и объект останавливается демпфированием на конечном этапе. К сожалению, амортизаторы, раскрытые в JP62-140241U и JP2006-250309A, не могут соответствовать этому желательному требованию.
В частности, хотя амортизатор, раскрытый в JP62-140241U, а именно - амортизатор, имеющий квадратично изогнутую сужающуюся форму, изображенный на Фиг. 1 в JP62-140241U, может демпфировать ударную работу и в некоторой степени снизить шум соударения и выброс пыли на начальном этапе, на котором начинается остановка движущегося объекта демпфированием, энергия недостаточно поглощается на промежуточном этапе. Поскольку большое сопротивление быстро прикладывается вблизи конца хода, не может быть достаточно предотвращена отдача движущегося объекта в месте остановки. В частности, увеличение скорости, на которой движущийся объект соударяется со штоком, вызывает отдачу движущегося объекта в месте остановки. Надлежащая остановка демпфированием вообще не может быть обеспечена.
Эта проблема описана со ссылкой на результат эксперимента, проведенного изобретателями. Фиг. 2(A) изображает зависимость внутреннего диаметра поршневой камеры от положения хода поршня между случаем, в котором поршневая камера имеет изогнутую внутреннюю поверхность a, как в репрезентативном варианте выполнения настоящего изобретения, и случаем, в котором поршневая камера имеет сужающуюся внутреннюю поверхность b, как в амортизаторе, раскрытом в JP62-140241U или JP2006-250309A. Фиг. 2(B) схематично изображает зависимость положения хода от сопротивления, прикладываемого к движущемуся объекту штоком в отдельных случаях, причем зависимость показана кривыми a' и b', соответственно.
Как видно из Фиг. 2(A) и (B), в известном гидравлическом амортизаторе, имеющем поршневую камеру сужающейся формы, поскольку отверстие начинает сужаться, не смотря на то что движущийся объект быстро соударяется со штоком на начальном этапе, на котором начинается остановка движущегося объекта демпфированием, сопротивление, приложенное к движущемуся объекту штоком, то есть, поглощение энергии амортизатором, не достаточно способствует демпфированию ударной работы на начальном этапе, как показано кривой b' на Фиг. 2(B) по сравнению со случаем, в котором размер отверстия постоянен (например, случай, показанный на Фиг. 3 в JP62-140241U). Таким образом, достаточное уменьшение шума соударения и выброса пыли не обеспечивается. Как изображено на Фиг. 2(a) в JP62-140241U и Фиг. 2(B), на которых кривая b' показывает большое сопротивление, которое вызывает отдачу вблизи конца хода непосредственно перед остановкой движущегося объекта демпфированием, поглощение энергии на промежуточном этапе после начального этапа очевидно недостаточно.
Требуется способность амортизаторов останавливать значительно различные типы движущихся объектов демпфированием, тогда как трудно изготовить поршневую камеру, которая обеспечивает различные типы остановки демпфированием. Вышеописанный тип остановки демпфированием используется, несмотря на недостаточные характеристики регулирования, поскольку поршневая камера образована таким образом, чтобы поддерживать как можно больше различных типов остановки демпфированием и чтобы иметь высокую технологичность.
Однако часто требуется амортизатор, который имеет хорошую производительность и характеристики, жертвуя в некоторой степени технологичностью. Следовательно, должен быть обеспечен амортизатор, который имеет некоторую технологичность и имеет производительность, максимально удовлетворяющую требованиям пользователя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание гидравлического амортизатора, который позволяет стабильную остановку поршня демпфированием в конце хода, в результате соответствующей настройки отклонений уменьшения диаметра внутренней поверхности поршневой камеры, со следующими отдельными этапами: этап, в котором движущийся объект соударяется с головкой штока поршня, в результате чего поршень начинает перемещаться; следующий этап для главного замедления; и следующий конечный этап для остановки демпфированием.
Другой задачей настоящего изобретения является создание амортизатора, который имеет поршневую камеру, включающую в себя начальную часть, главную замедляющую часть и конечную часть, причем отдельные части имеют различные длины хода и отклонения уменьшения диаметра в пределах длины хода, для того чтобы соответствовать требуемым характеристикам, что позволяет амортизатору иметь гибкость, чтобы охватывать широкий диапазон моделей амортизации ударной нагрузки.
Согласно варианту настоящего изобретения, создан гидравлический амортизатор, причем гидравлический амортизатор включает в себя кожух цилиндра; поршневую камеру, образованную в кожухе цилиндра и заполненную маслом; демпфирующий поршень, размещенный в поршневой камере с возможностью перемещения в осевом направлении поршневой камеры; и шток, имеющий основание, соединенное с поршнем, причем головка штока герметично выведена наружу кожуха цилиндра, в котором в начальной части, в которой движущийся объект соударяется с головкой штока, в результате чего поршень начинает перемещаться, внутренняя поверхность поршневой камеры образована так, чтобы иметь изгиб с диаметром, большим диаметра воображаемой сужающейся поверхности, образованной в пределах разности D диаметра между началом длины хода поршня и диаметра его конца, который уже диаметра начала; в главной замедляющей части после начальной части, отклонение уменьшения диаметра внутренней поверхности постепенно увеличивается, в результате чего диаметр становится меньше диаметра действительной сужающейся поверхности, и изгиб образован так, чтобы изменение в отклонении уменьшения диаметра достигало точки наибольшего отклонения и менялось с положительного на отрицательное; и в конечной части после точки наибольшего отклонения в главной замедляющей части, отклонение уменьшения диаметра постепенно уменьшается, в результате чего образован изгиб для остановки поршня демпфированием.
В предпочтительном варианте выполнения амортизатора настоящего изобретения, внутренняя поверхность поршневой камеры имеет изгиб наружу по отношению к центральной осевой линии поршневой камеры в начальной части и главной замедляющей части, и имеет изгиб внутрь по отношению к центральной осевой линии поршневой камеры в конечной части. Более того, точка наибольшего отклонения в конце главной замедляющей части в пределах длины хода поршня расположена в положении, в котором кинетическая энергия уменьшается настолько, что обеспечивается остановка поршня демпфированием в пределах длины хода в конечной части после главной замедляющей части.
В амортизаторе настоящего изобретения, соответственно, начальная часть расположена от начала хода поршня до 15% хода по внутренней поверхности поршневой камеры, главная замедляющая часть продолжается от конца начальной части до 60% хода, и оставшаяся часть хода после главной замедляющей части является конечной частью.
Отклонение (ε/D) сжатия потока в точке, в которой ход переходит из начальной части в главную замедляющую часть, составляет, по меньшей мере, 6%, отклонение C/D внутреннего диаметра поршневой камеры в точке наибольшего отклонения составляет от 40 до 70%, и отношение δ/D наибольшей разности δ внутреннего диаметра между воображаемой сужающейся поверхностью и изгибом внутри поршневой камеры к разности D диаметра составляет от 10 до 25% в конечной части.
Описанный выше гидравлический амортизатор настоящего изобретения позволяет стабильную остановку поршня демпфированием в конце хода в результате соответствующей настройки отклонений уменьшения диаметра внутренней поверхности поршневой камеры со следующими отдельными этапами: этап, в котором движущийся объект соударяется с головкой штока поршня, в результате чего поршень начинает перемещаться; следующий этап для главного замедления; и следующий конечный этап для остановки демпфированием. Кроме того, обеспечен амортизатор, который имеет поршневую камеру, включающую в себя начальную часть, главную замедляющую часть и конечную часть, причем отдельные части имеют различные длины хода и отклонения уменьшения диаметра в пределах длины хода, для того чтобы соответствовать требуемым характеристикам, что позволяет амортизатору иметь гибкость, чтобы охватывать широкий диапазон моделей амортизации ударной нагрузки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - вид в сечении, изображающий общую конфигурацию варианта выполнения гидравлического амортизатора настоящего изобретения;
Фиг. 2(A) - схематичный вид внутренней формы поршневой камеры амортизатора настоящего изобретения в сравнении с амортизатором, имеющим известную сужающуюся поверхность; и
Фиг. 2(B) - схематичный вид зависимости положений хода от сопротивления, прикладываемого к движущемуся объекту штоками в амортизаторах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 изображает общую конфигурацию варианта выполнения гидравлического амортизатора настоящего изобретения. Амортизатор имеет кожух 1 цилиндра цилиндрической формы и поршневую камеру 2, которая обеспечена внутри кожуха 1 цилиндра и заполнена маслом под давлением. Демпфирующий поршень 3 размещен в поршневой камере 2 с возможностью перемещения в осевом направлении поршневой камеры 2. Головка штока 4, имеющая основание, соединенное с поршнем 3, герметично выведена наружу кожуха 1 цилиндра, и головка выполняет функцию ударного конца 4a, с которым соударяется движущийся объект, подлежащий остановке демпфированием.
Конфигурация кожуха 1 цилиндра подробно описана ниже. Кожух цилиндра имеет торцевую стенку 2a со стороны головки, расположенную на стороне основания в направлении центральной оси L. Отверстие 6 для впрыска масла, из которого масло подается в поршневую камеру 2, образовано внутри торцевой стенки 2a со стороны головки, и отверстие 6 для впрыска масла герметизировано пробкой 7. Поршневая камера 2 обеспечена между торцевой стенкой 2a со стороны головки и разделительной стенкой 9 аккумуляторной камеры 8, расположенной в кожухе 1 цилиндра на стороне головки в направлении оси L. Хотя разделительная стенка 9 частично выполняет функцию отделения штоковой полости поршневой камеры 2, разделительная стенка 9 аккумулятора 8 может не использоваться для такого отделения.
Поршневая камера 2 имеет внутреннюю поверхность, в которой внутренний диаметр постепенно уменьшается в направлении глубины, для того чтобы образовать кривую a (см. Фиг. 2(A)). Демпфирующий поршень 3 имеет внешний диаметр меньше внутреннего диаметра поршневой камеры 2 и размещен в поршневой камеры 2 так, чтобы иметь возможность перемещения в осевом направлении поршневой камеры 2 (совпадает с направлением оси L кожуха 1 цилиндра). Основание штока 4 соединено с поршнем 3. Посадочный элемент 13 пружины прикреплен к штоку 4 гайкой 14 в дополнение к поршню 3. Возвратная пружина 12 обеспечена между посадочным элементом 13 пружины и торцевой стенкой 2a со стороны головки и непрерывно поджимает поршень 3 в начальное положение (положение, изображенное на Фиг. 1), в котором поршень 3 упирается в перегородку.
Шток 4, соединенный с поршнем 3, проходит через центральное отверстие 9a разделительной стенки 9 аккумуляторной камеры 8 и герметично выводится наружу, в то же время проходя через центральные отверстия кольцевого уплотнения 16 штока и торцевой крышки 15, которая закрывает конец штоковой полости кожуха 1 цилиндра, причем уплотнение 16 штока обеспечено между разделительной стенкой 9 и торцевой крышкой 15.
Упругий элемент 18, который выполнен из закрытопористого материала, для того чтобы иметь возможность сжатия и расширения, размещен в аккумуляторной камере 8, обеспеченной между внутренней поверхностью кожуха 1 цилиндра и разделительной стенкой 9. Аккумуляторная камера 8 сообщается с поршневой камерой 2 через сквозное отверстие 9b, образованное в разделительной стенке 9. Аккумуляторная камера 8 и поршневая камера 2 заполнены маслом под давлением.
В том случае, когда движущийся объект, подлежащий остановке демпфированием, соударяется с головкой штока 4 в начальном положении, изображенном на Фиг. 1, шток 4 толкает поршень 3, в результате чего поршень 3 перемещается вглубь. В это время, кинетическая энергия движущегося объекта поглощается гидравлическим сопротивлением масла, перетекающим сквозь проточный зазор (отверстие), образованный вокруг поршня 3, таким образом останавливая объект демпфированием.
Во время перемещения поршня 3 и штока 4 из начального положения вглубь, аккумуляторная камера 8 принимает масло с помощью сжатого упругого элемента 18 в количестве, соответствующем объему штока 4, который был введен в поршневую камеру 2.
Со ссылкой на Фиг. 2 описана конкретная конфигурация изогнутой внутренней поверхности поршневой камеры 2, в частности, зависимость положения хода поршня 3 в пределах длины хода поршня 3 от проточного зазора (отверстия), образованного вокруг поршня 3, причем проточный зазор ограничен внутренним диаметром поршневой камеры 2. Поскольку внутренняя поверхность поршня 2 по существу совпадает с кривой a, "внутренняя поверхность" в дальнейшем может обозначаться символом "a".
Фиг. 2(A) показывает зависимость положения хода поршня 3 от внутреннего диаметра поршневой камеры 2 в репрезентативной конфигурации внутренней поверхности a поршневой камеры 2 настоящего изобретения в сравнении со случаем, в котором внутренняя поверхность поршневой камеры образована сужающейся поверхностью b, как в известных амортизаторах.
В частности, положение хода поршня 3 грубо делится на три части: начальная часть S, в которой движущийся объект соударяется с головкой штока 4, в результате чего поршень 3 начинает перемещаться; главная замедляющая часть М после начальной части S; и конечная часть E, в которой поршень 3, замедленный в главной замедляющей части М, останавливается. В отдельных частях, зависимость положения хода поршня 3 от внутреннего диаметра поршневой камеры 2 описывается следующим образом.
В начальной части S, внутренняя поверхность a поршневой камеры 2 имеет внутренний диаметр, больший диаметра воображаемой сужающейся поверхности b, которая образована в поршневой камере 2 так, чтобы линейно сужаться на разности D диаметра между началом и концом длины хода поршня 3. Кроме того, внутренняя поверхность a имеет изгиб наружу по отношению к центральной оси L поршневой камеры 2. В начальной части S, диаметр внутренней поверхности a поршневой камеры 2 начинает уменьшаться, в то время как шум соударения и выброс пыли уменьшаются на этапе, на котором движущийся объект соударяется с головкой штока 4, в результате чего поршень 3 начинает перемещаться. Начальная часть S является длиной хода перед следующей главной замедляющей частью М, другими словами, главной замедляющей частью М, в которой энергия поршня 3 поглощается уменьшением диаметра внутренней поверхности a поршневой камеры 2, для желаемого замедления поршня 3 амортизатором.
Изгиб наружу по отношению к центральной оси L в начальной части S по существу образован так, чтобы выражаться простыми формулами, такими как квадратное уравнение с двумя неизвестными, в плоскости сечения, включающей в себя ось L, таким образом облегчая, например, контроль производственных процессов. Большой диаметр внутренней поверхности a поршневой камеры 2 по сравнению с большим диаметром воображаемой сужающейся поверхности b означает, что он включает в себя случай, в котором диаметр внутренней поверхности a поршневой камеры 2 превосходит наибольший диаметр сужающейся поверхности b на начальном этапе и, следовательно, включает в себя случай, в котором ударная нагрузка, вызванная соударением движущегося объекта с головкой штока 4, постепенно ослабляется.
Внутренняя поверхность a поршневой камеры 2 в начальной части S плавно непрерывна с внутренней поверхностью a в главной замедляющей части М после начальной части S, в то же время имея диаметр, больший диаметра воображаемой сужающейся поверхности b. Внутренняя поверхность a имеет изгиб, образованный следующим образом: отклонение уменьшения диаметра постепенно увеличивается для желаемого замедления поршня 3 амортизатором; диаметр затем становится меньше диаметра воображаемой сужающейся поверхности b; и отклонение уменьшения диаметра достигает точки P наибольшего отклонения, в которой изменение в отклонении уменьшения диаметра меняется с положительного на отрицательное. Таким образом, в главной замедляющей части М, внутренняя поверхность a имеет изгиб наружу по отношению к центральной оси L поршневой камеры 2.
За исключением участка, плавно непрерывного со смежной изогнутой поверхностью, желательно, чтобы изогнутая поверхность в главной замедляющей части М была по существу образована изгибом, выражаемым простыми формулами, такими как квадратное уравнение с двумя неизвестными, в плоскости сечения, включающей в себя ось L, как в изогнутой поверхности в начальной части S. С другой стороны, в главной замедляющей части М важно придать структуре, которая обеспечивает скорость поглощения энергии, возможность регулирования в зависимости от количества энергии движущегося объекта, и быстро увеличить сопротивление для остановки движущегося объекта демпфированием в конечной части E, как заключительном этапе, и для предотвращения сильного соударения в конце хода и отдачи вблизи конца вследствие недостатка поглощения кинетической энергии до конца хода. Скорость поршня 3 продолжает снижаться сопротивлением, вызванным внутренним диаметром поршневой камеры 2, заданным в главной замедляющей части М, и снижается настолько, что обеспечивается плавная остановка поршня 3 демпфированием в следующей конечной части E. Это помогает уменьшить наибольшее значение сопротивления на Фиг. 2(B) насколько возможно.
На основе вышеизложенного описания, точка P наибольшего отклонения в конце хода в главной замедляющей части должна быть расположена, по меньшей мере, в положении, которое обеспечивает уменьшение кинетической энергии для остановки поршня 3 демпфированием (мягкая посадка) в пределах длины хода в следующей конечной части E. Положение точки P наибольшего отклонения также должно быть задано ввиду обеспечения длины хода в конечной части E.
Конечная часть E после точки P наибольшего отклонения в главной замедляющей части М имеет изгиб, который плавно непрерывен с изгибом в главной замедляющей части М и в котором отклонение уменьшения диаметра постепенно уменьшается, в результате чего поршень 3 останавливается демпфированием. Следовательно, в конечной части E движущийся объект, который был замедлен в главной замедляющей части М, подвергается поглощению кинетической энергии перед концом хода и затем контролируется, для того чтобы плавно остановиться, в то же время избегая сильного соударения с концом хода и отдачи вблизи конца. Хотя постепенное уменьшение отклонения уменьшения диаметра в конечной части E ведет к наличию у поршневой камеры 2 уменьшенного диаметра и изгиба внутрь по отношению к центральной оси L, как описано выше, зазор от 1/100 до 5/100 мм обеспечен между поршнем 3 и внутренней поверхностью поршневой камеры 2 в конце хода, как в известных амортизаторах.
Для того чтобы обеспечить вышеописанную зависимость положения хода поршня 3 от внутреннего диаметра поршневой камеры 2, желательно, начальная часть S обычно расположена от начала хода поршня 3 до 15% хода по внутренней поверхности a поршневой камеры 2, главная замедляющая часть М продолжается от конца начальной части S до 60% хода и оставшаяся часть хода после замедляющей части М является конечной частью E. Эти диапазоны были подтверждены экспериментами при изучении настоящего изобретения и моделировании на ЭВМ.
В ходе экспериментов при изучении настоящего изобретения и моделировании на ЭВМ, было подтверждено следующее: отношение отклонения ε диаметра внутренней поверхности поршневой камеры в точке, в которой ход переходит из начальной части S в главную замедляющую часть М, к разности D внутреннего диаметра поршневой камеры между началом и концом хода (ε/D), в частности среднее отклонение сжатия потока в начальной части S составило соответственно 6% или менее; и аналогично, отклонение внутреннего диаметра поршневой камеры C/D в точке P наибольшего отклонения составило соответственно от 40 до 70%. Ссылочная позиция С является разностью внутреннего диаметра поршневой камеры между началом хода и точкой P наибольшего отклонения.
Более того, было подтверждено следующее: в конечной части E, отношение δ/D наибольшей разности δ внутреннего диаметра между воображаемой сужающейся поверхностью и изогнутой поверхностью поршневой камеры к разности D диаметра составляло желательно от 10 до 25%; при отношении более 25%, вероятно наблюдалась отдача поршня вблизи конца хода; и при отношении менее 10%, недостаточное сжатие потока вызывало проблему с поглощением энергии, в результате чего вероятно наблюдались упор поршня в нижнюю часть в конце хода (пробой) или отдача вблизи конца хода.
Фиг. 2(B) схематично изображает зависимость положения хода с участием внутренней поверхности a, которая образована изгибом, описанным выше, поршневой камеры от сопротивления, прикладываемого к движущемуся объекту штоком в сравнении со случаем, в котором поршневая камера имеет сужающуюся внутреннюю поверхность b. На кривой a', отражающей настоящее изобретение, наибольшее сопротивление достаточно мало, и очевидно, что должное замедление выполняется.
Посредством гидравлического амортизатора, описанного выше, отклонение уменьшения диаметра внутренней поверхности поршневой камеры задано соответствующим образом в каждой части, и, следовательно, стабильная остановка демпфированием может быть выполнена в конце хода. Отклонение уменьшения диаметра в каждой части поршневой камеры амортизатора задано так, чтобы соответствовать требуемым характеристикам, таким образом обеспечивая амортизатору гибкость, которая позволяет охватывать широкий диапазон моделей амортизации ударной нагрузки.