Газонаполненный амортизатор
GAS-CHARGED SHOCK ABSORBER

Предлагаемое изобретение относится к амортизационным устройствам, в частности, с использованием газа в камерах с эластичными стенками.
Известны различные технические решения в рассматриваемой области.
Так известен патент РФ на изобретение №2588554 (МПК B60G15/14, B60G17/052, F16F9/05, опубл. 27.06.2016). Узел пневматической пружины и газонаполненного амортизатора и способ его сборки (варианты). Узел пневматической пружины и газонаполненного амортизатора включает в себя узлы пневматической пружины и газонаполненного амортизатора. Узел пневматической пружины содержит первую и вторую стеночные части и первую гибкую стеночную секцию, функционально соединенную между первой и второй стеночными частями таким образом, что между ними образована первая камера. Узел газонаполненного амортизатора содержит третью и четвертую стеночные части, вторую гибкую стеночную секцию, при этом между ними образована вторая камера, стержень амортизатора и уплотняющий элемент. Конец второй гибкой стеночной секции содержит внешний край, расположенный по направлению ко второй камере. Уплотняющий элемент функционально расположен между внешним краем и второй камерой таким образом, что внешний край гидравлически изолирован от второй камеры посредством указанного уплотняющего элемента. Узел пневматической пружины и газонаполненного амортизатора выполнен с возможностью воздействия на него сжатия и расширения. Достигается повышение плавности хода транспортного средства.
Недостатком является сложность конструкции и большое количество элементов.
Известен патент РФ на изобретение №2172876 (МПК F16F9/00, опубл. 27.08.2001). Вакуумный амортизатор содержит два основания и размещенный между ними рабочий элемент. Одно из оснований выполнено в виде стакана. Его внутренний объем герметизирован рабочим элементом, который представляет собой эластичную газонепроницаемую мембрану, наружная поверхность которой имеет профиль, соответствующий профилю внутренней поверхности стакана, что обеспечивает их плотное прилегание и возможность получения вакуума в замембранном пространстве при приложении растягивающих усилий к основаниям. Внутренняя поверхность мембраны жестко соединена с другим основанием, например, посредством выступа, образованного на ее поверхности.
Недостаток - отсутствие возможности регулировать усилие сжатия.
Известен патент РФ на изобретение №2636986 (МПК B60G15/12, B60G17/048, B60G17/052, B60G17/056, F16F9/05, F16F9/342, F16F9/512, опубл. 29.11.2017). Устройство пневматической подвески с интегрированным клапаном управления и штокообразным средством приведения в действие. Пневматическая рессора включает интегрированную систему клапанов управления для подвода сжатого воздуха в полость для создания давления рессоры, образованную между кожухом, трубой пневматической рессоры и соединяющим указанные конструктивные элементы упругим элементом пневматической подвески. Система клапанов управления состоит из отдельного клапана для впуска воздуха и отдельного клапана для выпуска воздуха. Клапан для впуска воздуха расположен напротив клапана для выпуска воздуха с обращенными друг к другу приводными толкателями. Расположенные между ними воздействующие на них механические средства приведения в действие включают установленный с одной стороны на кожухе или трубе пневматической рессоры шток переключения. Противолежащие и предназначенные каждому из приводных толкателей направляющие скольжения штока переключения воздействуют на приводные толкатели для зависимого от положения хода приведения в действие клапана.
Достигается обеспечение надежного впуска и выпуска воздуха в или из полости для создания давления рессоры при любом положении хода
Недостатком является большое количество элементов.
Известен также пневматический упругий элемент, описанный в патенте РФ №2325567 (МПК F16F9/04, опубл. 27.05.2008), содержащий резинокордную оболочку, рабочую и дополнительную емкости и расположенную между ними перегородку с калиброванным отверстием и с отверстиями, перекрываемыми свободно лежащей диафрагмой при ходе отдачи, рабочая и дополнительная емкости заключены в нижний цилиндрический стакан с отверстием на верхнем торце стакана, а на верхнем торце дополнительной емкости соосно последней установлен вспомогательный упругий элемент, содержащий вспомогательную резинокордную оболочку, вспомогательные рабочую и дополнительную емкости и расположенную между ними вспомогательную перегородку с калиброванным отверстием и с отверстиями, перекрываемыми свободно висящей диафрагмой при ходе сжатия, кроме того, вспомогательная рабочая емкость помещена в верхний цилиндрический стакан, жестко закрепленный на верхнем торце нижнего цилиндрического стакана, причем вспомогательная дополнительная емкость расположена в отверстии верхнего торца нижнего цилиндрического стакана. Причем дополнительная емкость жестко соединена своим верхним торцом с основанием вспомогательной дополнительной емкости и со стойками, проходящими через направляющие отверстия верхнего торца нижнего цилиндрического стакана и связывающими амортизируемый объект с пневматическим упругим элементом.
Основным недостатком также является сложность конструкции, отсюда технологическая сложность изготовления, т.к. конструкция содержит четыре цилиндрических стакана, имеющих соосное расположение, а также разные типоразмеры резинокордных оболочек основного и вспомогательного упругих элементов.
Известны также заявки на изобретения US №20040124571, US №20030173723, в которых сопротивление перемещению сжатого газа через каналы и отверстия клапанов обеспечивает возможность рассеяния энергии, связанной с секцией пневматической пружины, таким образом, обеспечивается некоторая степень демпфирования.
Известные решения обладают рядом недостатков:
имеют сложные конструкции из-за большого количества элементов, отсутствует возможность регулировать усилие сжатия.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому решению является патент РФ №2413103 (МПК F16F9/04, опубл. 27.02.2011), принятый за прототип. Пневматический упругий элемент состоит из основного упругого элемента, содержащего резинокордную оболочку, рабочую и дополнительную емкости и расположенную между ними перегородку с калиброванным отверстием и с отверстиями, перекрываемыми свободно лежащей диафрагмой при ходе отдачи, а также из вспомогательного упругого элемента, содержащего вспомогательную резинокордную оболочку, вспомогательные рабочую и дополнительную емкости и расположенную между ними вспомогательную перегородку с калиброванным отверстием и с отверстиями, перекрываемыми свободно висящей диафрагмой при ходе сжатия, и стоек, связывающих амортизируемый объект с пневматическим упругим элементом. Рабочие емкости основного и вспомогательного упругих элементов заключены во внешний неподвижный цилиндрический стакан, внутри которого располагается внутренний подвижный цилиндрический стакан, служащий общей дополнительной емкостью основного и вспомогательного упругих элементов, причем в центральной части внешнего неподвижного цилиндрического стакана выполнен ряд направляющих пазов, через которые амортизируемый объект жестко связан Г-образными стойками с внутренним подвижным цилиндрическим стаканом.
Прототип имеет следующие недостатки, по сравнению с предлагаемым решением:
- прекращение выполнения функций, в случае повреждения резинокордной оболочки и потери давления;
- отсутствие возможности регулировки давления (подкачки) в процессе эксплуатации;
- внешний неподвижный цилиндрический стакан исключает возможность гашения вибраций, распространяющихся не вдоль оси симметрии устройства, в том числе поперечных их компонентов.
Таким образом, главная техническая проблема в рассматриваемой сфере заключается в сложности известных конструкций, ведущей к технологической сложности изготовления. Предлагаемое техническое решение направлено на решение названной проблемы.
Достоинства предлагаемого решения, по сравнению с известными техническими решениями:
- гибкие стенки несут нагрузку и, благодаря своей форме создают дополнительное контрусилие сжатию, позволяя при меньших габаритах нести большую нагрузку, кроме того это позволяет предложенному узлу не терять свойств демпфирования даже при повреждении и потери давления;
- простота конструкции, небольшое количество конструктивных элементов;
- обеспечение постепенного увеличения демпфирующих свойств, в зависимости от хода сжатия и высокой эффективности диссипации энергии.
Технический результат заключается в улучшении технических характеристик, а именно, в упрощении конструкции при сохранении стабильности демпфирующих свойств и высокой эффективности диссипации энергии колебаний объекта.
Достигается технический результат тем, что в газонаполненном амортизаторе, состоящем из корпуса и полого пневматического упругого элемента с рабочей и дополнительной камерами, заполненными сжатым воздухом, и свободно лежащей мембраной между камерами, согласно изобретению, упругий элемент имеет форму конуса и крепится к основанию по окружности с помощью фланцевого соединения, причем рабочая камера образована внутренней поверхностью упругого элемента, а дополнительная камера - выемкой в основании и перекрыта снизу крышкой с ниппелем.
Дополнительные отличия предлагаемого технического решения:
- газонаполненный амортизатор имеет опорную площадку вверху упругого элемента;
- упругий элемент имеет форму полого конуса со стенками, толщина которых увеличивается к основанию;
- мембрана имеет металлизирующее покрытие, либо завулканизированную проволоку, образующую индукционную катушку, а основание имеет встроенный постоянный магнит.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическим материалом, в виде чертеже, на котором представлен предлагаемый газонаполненный амортизатор, где:
1 - упругий элемент; 2 - мембрана; 3 - фланцевое соединение; 4 - основание; 5 - крышка; 6 - ниппель, 7 - магниты, 8 - индукционная катушка.
Газонаполненный амортизатор состоит из корпуса и полого пневматического упругого элемента 1 с рабочей и дополнительной камерами, заполненными сжатым воздухом, и свободно лежащей мембраной 2 между камерами. Упругий элемент 1 имеет форму конуса и крепится к основанию 4 по окружности с помощью фланцевого соединения 3, причем рабочая камера образована внутренней поверхностью упругого элемента 1, а дополнительная камера - выемкой в основании и перекрыта снизу крышкой 5 с ниппелем 6.
Упругий элемент 1 имеет форму полого конуса со стенками, толщина которых увеличивается к основанию 4.
Газонаполненный амортизатор имеет опорную площадку вверху упругого элемента 1.
Мембрана 2 имеет металлизирующее покрытие, либо завулканизированную проволоку, образующую индукционную катушку, а основание 4 имеет встроенный постоянный магнит 7.
Амортизатор работает следующим образом. При ходе сжатии, под воздействием потока воздуха из рабочей камеры, образованной упругим элементом 1 и основанием 4, зафиксированными между собой фланцевым соединением 3, мембрана 2 открывается и воздух, без существенного сопротивления перетекает в дополнительную камеру между основанием 4 и крышкой 5, таким образом обеспечивая наибольшую амплитуду и скорость отрабатывания неровностей, при этом стенки упругого элемента амортизатора, наряду с давлением воздуха, обеспечивают упругое сопротивление, которое нелинейно увеличивается, по мере приближения хода сжатия к максимальному значению, обеспечивая стабильность демпфирующих свойств и предотвращая удар при выработке объема рабочей камеры. Давление воздуха внутри амортизатора может быть увеличено, либо снижено, в зависимости от нагрузки на транспортное средство, посредством накачивания воздуха через ниппель 6.
Ход отдачи обеспечивается за счет восстановления гибких стенок упругого элемента 1, а также за счет сжатого воздуха, и дополнительной камере. При этом мембрана, под воздействием обратного потока воздуха, перекрывает часть отверстий, расположенных в основании 4, таким образом воздух проходит лишь через часть калиброванных отверстий, что создает дополнительное сопротивление потоку снижая скорость хода отдачи амортизатора, диссипируя накопленную энергию, что предотвращает возникновение резонансного раскачивания и подбрасывания транспортного средства при прохождении множественных неровностей.
В ходе работы амортизатора мембрана, открывая и закрывая часть отверстий, совершает колебательные движения, при этом индукционная катушка 8 в мембране 2, колеблясь в магнитном поле магнитов 7, установленных в основании 4, вырабатывает электрический ток, амплитуда и частота импульсов которого может служить информацией о работе амортизатора, его исправности и состоянии дорожного покрытия для системы контроля параметров транспортного средства, что может быть актуально для выбора режимов работы тормозной системы, а также для беспилотных транспортных средств управляемых в автономном режиме. Также подача электрического тока на индукционную катушку 8 мембраны 2 производит магнитное поле, которое притягивает, либо отталкивает, в зависимости от полярности, мембрану от магнитов 7, установленных в основании 4, противодействуя открытию либо закрытию части отверстий, тем самым создавая или нейтрализуя дополнительное сопротивление потоку воздуха из рабочей полости в дополнительную и обратно и позволяет в определенной степени изменять демпфирующие свойства амортизатора.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает улучшенными техническими характеристиками, а именно, имеет упрощенную конструкцию с небольшим количеством конструктивных элементов, при сохранении стабильности демпфирующих свойств (в зависимости от хода сжатия) и высокой эффективности диссипации энергии колебаний объекта. Гибкие стенки несут нагрузку и, благодаря своей форме создают дополнительное контрусилие сжатию, позволяя при меньших габаритах нести большую нагрузку, кроме того, это позволяет предложенному узлу не терять свойств демпфирования даже при повреждении.