Телескопический гидропневматический амортизатор
TELESCOPIC HYDROPNEUMATIC SHOCK ABSORBER

Техническое решение относится к телескопическим гидропневматическим амортизаторам и предназначено для гашения колебаний, поглощения толчков и ударов подвижных элементов машин и механизмов.
В состав указанных амортизаторов входят рабочий цилиндр, гидравлический дроссель, шток, направляющая втулка и разделяющий элемент - плавающий поршень, эластичная мембрана или гибкий баллон. Полость цилиндра над поршнем, мембраной или баллоном заполнена жидкостью, полость под поршнем, мембраной или баллоном заполнена газом.
Из уровня техники известно применение телескопических гидропневматических амортизаторов в подвеске колес автомобилей типа McPherson в качестве направляющих элементов подвески. Для восприятия боковых сил в конструкцию амортизаторов входит дополнительный корпус, отделенный от рабочего цилиндра подшипниками скольжения.
Аналогами заявленного решения являются телескопические гидропневматические амортизаторы, описанные в источнике [1].
Такие телескопические гидропневматические амортизаторы имеют следующие недостатки:
- шток малого диаметра имеет пониженное сопротивление к изгибающим нагрузкам;
- дополнительный корпус с подшипниками скольжения усложняет и утяжеляет конструкцию.
Из уровня техники известен телескопический гидропневматический амортизатор с газовой полостью в штоке, патент РФ №2269042 от 27.01.2006 (прототип).
В указанном устройстве диаметр штока увеличен, в нем располагается газовая полость и упругая мембрана. Однако диаметр штока ограничен размерами втулки, сужающей проходное сечение отверстия для штока в торце рабочего цилиндра и тем самым уменьшающей прочность штока на изгиб. Наличие втулки также усложняет и утяжеляет конструкцию.
Заявленное изобретение решает проблему упрощения конструкции, снижения массы, повышения надежности и прочности телескопического гидропневматического амортизатора.
Технический результат изобретения - повышение прочности телескопического гидропневматического амортизатора при одновременном упрощении конструкции, снижении массы и повышении надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что телескопический гидропневматический амортизатор содержит рабочий цилиндр, заполненный жидкостью и газом, плавающий поршень, упругую мембрану или гибкий баллон, разделяющие жидкость и газ, и гидравлический дроссель. Рабочий цилиндр состоит из двух стаканов - внешнего и внутреннего, телескопически соединенных между собой открытыми торцами с возможностью осевого перемещения относительно друг друга. На дне внешнего стакана закреплен фиксирующий стержень с расширенной головной частью. В открытом торце внутреннего стакана закреплен гидравлический дроссель с осевым отверстием, Фиксирующий стержень проходит через осевое отверстие гидравлического дросселя, при этом диаметр расширенной головной части стержня превышает диаметр осевого отверстия дросселя.
Сущность заявленного технического решения поясняется общим видом телескопического гидропневматического амортизатора, изображенным на фиг. 1, где обозначены:
1 - внешний стакан;
2 - внутренний стакан;
3 - фиксирующий стержень;
4 - гидравлический дроссель;
5 - гибкий баллон;
6 - полость внешнего стакана, заполненная жидкостью;
7 - полость внутреннего стакана, заполненная жидкостью;
8 - полость гибкого баллона, заполненная газом.
Ниже приведен пример осуществления изобретения.
Рабочий цилиндр состоит из внешнего 1 и внутреннего 2 стаканов с крепежными проушинами на внешней поверхности дна каждого из стаканов для соединения с элементами машин и механизмов. Внешний 1 и внутренний 2 стаканы соосны. Внутренний стакан 2 частично вставлен во внешний стакан 1. Стенки стаканов скользяще сопряжены таким образом, чтобы стаканы имели возможность скольжения друг относительно друга с применением плотной посадки.
На внутренней поверхности дна стакана 1 на его оси посредством сборочного соединения закреплен фиксирующий стержень 3 с расширенной головной частью. В открытом торце стакана 2 закреплен дисковый гидравлический дроссель 4 с осевым отверстием. Фиксирующий стержень 3 проходит через осевое отверстие гидравлического дросселя 4 и опирается своей расширенной головной частью на нижнюю крышку дросселя 4 при достижении амортизатором своего раздвинутого положения, предотвращая разъединение стаканов 1 и 2.
В полость стакана 2 вложен гибкий баллон 5 в виде тонкостенной оболочки, опирающейся на стенки и дно стакана. Вместо гибкого баллона 5 возможно использование эластичной мембраны или плавающего поршня (свободно расположенного на границе жидкости и газа и перемещающегося под действием градиента давления).
Полость 6 образована боковыми стенками и дном стакана 1 и верхней крышкой гидравлического дросселя 4. Полость 7 образована боковыми стенками стакана 2, нижней крышкой гидравлического дросселя 4 и вогнутой поверхностью оболочки гибкого баллона 5. Полость 8 расположена внутри оболочки гибкого баллона 5. Полости 6 и 7 заполнены жидкостью, полость 8 заполнена газом под давлением.
Жидкость может представлять собой силиконовое масло, в качестве газа может использоваться азот. Стаканы могут изготавливаются из металлов (в частности из их сплавов, например, стали), полимерных или композитных материалов и др. Гибкий баллон формируется из полимерного пленочного материала с металлизированным барьерным покрытием.
Контактные поверхности стаканов (части боковых стенок, прилегающих друг к другу) шлифуются и полируются до достижения параметра шероховатости ~ 0,1 мкм. На контактные поверхности может наноситься антифрикционное покрытие AlMgB14-TiB2 толщиной ~ 1 мкм, обладающее поверхностной твердостью 31 ГПа, коэффициентом трения скольжения 0,04, шероховатостью поверхности ~ 1 нм, коэффициентом температурного расширения на уровне стали, повышенной ударной вязкостью и низкой адгезией к внешнему загрязнению.
Гидропневматический амортизатор может дополнительно оснащаться клапаном регулировки давления газа, буферами сжатия/отбоя и грязезащитным кожухом (на чертеже не показаны).
Гидропневматический амортизатор может собираться следующим образом.
Фиксирующий стержень 3 своей хвостовой частью продевается через осевое отверстие гидравлического дросселя 4 и соединяется со стаканом 1 с помощью диффузионной сварки. Гибкий баллон 5 наполняется газом под давлением, герметично заклеивается и вкладывается в стакан 2. Стенки стаканов 1 и 2 нагреваются, гидравлический дроссель 4 охлаждается и устанавливается в открытом торце стакана 2 с помощью теплового натяга. Сборка гидропневматического амортизатора производится в среде жидкости под давлением.
При работе гидропневматического амортизатора на сжатие стакан 1 надвигается на стакан 2, внутренний объем рабочего цилиндра сокращается, жидкость перетекает через гидравлический дроссель 4 из полости 6 в полость 7, сжимая газ в полости 8. При работе гидропневматического амортизатора на отбой газ в полости 8 расширяется, воздействуя на жидкость, которая начинает перетекать обратно из полости 7 в полость 6, стаканы 1 и 2 раздвигаются до исходного положения, в котором расширенная головная часть фиксирующего стержня 3 упирается в нижнюю крышку гидравлического дросселя 4.
В вышеописанной конструкции внешний и внутренние стаканы непосредственно воспринимают изгибающие нагрузки своими стенками. Диаметр внешнего стакана равен диаметру рабочего цилиндра, т.е. поперечное сечение силового элемента, воспринимающего изгибающие нагрузки, увеличивается до максимума, тем самым увеличивая момент сопротивления силового элемента. Одновременно с этим данная конструкция позволяет отказаться от втулки, дополнительного корпуса и подшипников скольжения.
Следовательно, такая конструкция обеспечивает повышение прочности телескопического гидропневматического амортизатора при одновременном упрощении конструкции, снижении массы и повышении надежности, а признаки, характеризующие конструкцию, непосредственно влияют на достижение вышеуказанного технического результата.
Источники информации:
1. Добромиров В.Н., Острецов А.В. Конструкции амортизаторов. М.: МГТУ "МАМИ", 2007. УДК 629.11.012.813 (аналоги).