ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР
HYDRAULIC DAMPER

Изобретение относится к области транспортных машин и может быть использовано в подвесках транспортных устройств (автомобилей, тракторов, тележек и т.д.), которые работают при больших перепадах температур, и особенно в зимних условиях с низкими температурами окружающей среды.
Известен гидравлический амортизатор, содержащий цилиндр с гидравлической полостью, установленный в нем поршень и перепускные отверстия, перекрытые обратными клапанами, имеющими подвижный запорный орган (см. А.С. СССР №746142, М. Кл. F16F 5/00, опубл. 7.07.1980).
Недостатком этой конструкции является ее низкая работоспособность при работе в зимних условиях, когда жидкость, заполняющая гидравлическую полость, при низких температурах имеет высокую вязкость, в связи с чем, при трогании транспортной машины с места после длительной стоянки перепускные отверстия, выполняющие функции дросселей, имеют слишком большое гидравлическое сопротивление, и амортизатор длительное время, пока жидкость не разогреется от трения, оказывается практически неработоспособным. Кроме того, в связи с излишне большим гидравлическим сопротивлением перепускных отверстий, в гидравлической полости амортизатора во время колебаний транспортного средства возникает излишне большой перепад давления на поршне, приводящий к катастрофическому износу и разрушению уплотнительных элементов амортизатора, разрушению его корпусных элементов и быстрому выходу его из строя, т.е. к снижению работоспособности и ресурса работы амортизатора.
Известен также гидравлический амортизатор, содержащий цилиндр с гидравлической полостью, установленный в нем поршень и перепускные отверстия, перекрытые обратными клапанами, имеющими подвижный запорный орган, причем, по крайней мере, часть обратных клапанов снабжена ограничителями подъема, выполненными в виде биметаллических пластин (см. патент России №2287730, МПК F16F 9/34, опубл. 20.11.2006, бюл. №32).
Однако в этой конструкции задача повышения работоспособности и ресурса работы амортизатора в зимних условиях решена лишь частично, т.к. в реальной конструкции амортизатора невозможно разместить биметаллические пластины вдоль радиуса цилиндра амортизатора достаточной длины, чтобы они могли обеспечить работоспособность конструкции во всем диапазоне температур, характерных для большинства северных территорий.
Задачей изобретения является расширение диапазона рабочих температур работы гидравлического амортизатора.
Указанная задача решается тем, что в известной конструкции амортизатора биметаллические пластины выполнены в форме спирали.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На рис.1 схематично показано сечение гидравлического амортизатора при отсутствии действия на него нагрузки.
На рис.2 показан схематично увеличенный фрагмент гидравлического амортизатора в зоне его поршня с ограничителем запорного элемента, имеющего форму, соответствующую низкой температуре гидравлической жидкости амортизатора.
На рис.3 показан этот же фрагмент амортизатора при нормальной температуре гидравлической жидкости.
На рис.4 схематично показано сечение гидравлического амортизатора при действии на него сжимающей нагрузки (ход сжатия), а на рис.5 - при действии растягивающей нагрузки (ход отдачи), на обоих рисунках положение ограничителей запорных элементов соответствует низкой температуре гидравлической жидкости.
На рис.6 показано поперечное сечение амортизатора выше поршня, а на рис.7 - поперечное сечение амортизатора ниже поршня.
-6
-6
Амортизатор состоит (рис.1) из верхнего крепления 1, соединенного с защитным кожухом 2 и штоком 3, входящим в корпус 4. Пружина 5 прижимает клапан 6 к цилиндру 7, имеющему гидравлический резервуар 8. Клапан 6 служит для перелива избытка жидкости из резервуара 8. Ограничитель подъема 9 установлен над гибкой пластиной клапана 10, перекрывающей перепускное отверстие 11. Дроссельное перепускное отверстие 12 перекрыто подпружиненным клапаном 13 и расположено в поршне 14. Поршень 14 делит резервуар 8 на надпоршневое и подпоршневое пространство. Ограничитель подъема 15 расположен над гибкой пластиной клапана 16, выполненной в виде плоской тарелки с центральным отверстием, перекрывающей перепускные отверстия 17. Клапан 18, поджатый пружиной 19, отсекает гидравлический резервуар 8 от нижней полости 20, соединенной с цилиндрической полостью 21. Ограничитель 9 (рис.2 и 3) выполнен в виде биметаллической пластины, выполненной в вде спирали (см. рис.6), имеющей нижнюю пластину 22, обращенную в сторону пластины клапана 10, изготовленную из материала с низким коэффициентом линейного расширения α, например из нержавеющей стали - α=(10-12)·10мм/мм·К, и верхнюю 23, выполненную из материала с высоким α, например из дюралюминия - α=(22-24)·10мм/мм·К. Аналогично устроен и ограничитель подъема 15. Поршень 14 снабжен уплотнительными кольцами 24 (рис.2 и 3).
Амортизатор работает следующим образом (рис.2-5).
a
При действии нагрузки сверху вниз (ход сжатия, рис.4, направление нагрузки показано стрелкой С) его поршень 14 движется вниз, давление в подпоршневом пространстве повышается, что приводит к поднятию пластины 10 и открытию клапана 18. Величина поднятия пластины 10 ограничена ограничителем подъема 9, положение которого зависит от его температуры, которая практически равна температуре окружающей его жидкости. На рис.2 показано положение ограничителя подъема при низкой температуре, т.е. в момент трогания автотранспортного средства при низкой температуре окружающей среды. Возможная величина поднятия пластины велика и обозначена на рис.2 буквой . На ходе сжатия жидкость из подпоршневого пространства перетекает в надпоршневое пространство через перепускные отверстия 11 и через клапан 18 - в цилиндрическую полость 21. При движении жидкости через перепускное отверстие 11 и проходное сечение клапана 18 происходят потери энергии на трение, работа которого превращается в теплоту и затем частично отводится в окружающую среду через стенки корпуса 4, а частично идет на нагрев жидкости.
При растяжении амортизатора (ход отдачи, рис.5, направление действия усилия показано стрелкой Д) в подпоршневом пространстве создается разрежение, давление в нем падает, что приводит к опусканию пластины 10, закрытию клапана 18, поднятию пластины 16 и открытию клапана 13. При этом жидкость совершает обратное движение с тем же эффектом преобразования энергии трения жидкости в теплоту и частичной передачи теплоты в окружающую среду.
Таким образом, при низкой температуре жидкости в амортизаторе открытие части клапанов в прямом и обратном направлении происходит набольшую величину (размер а на рис.2), а поскольку отверстия 11 и 17 имеют достаточно большое сечение, холодная и поэтому очень вязкая жидкость не встречает при прохождении через эти отверстия излишне большого сопротивления, что не приводит к излишне большому перепаду давления на уплотнении 24 поршня 14 и к угрозе разрушения тонкостенного цилиндра 7.
По мере движения транспортного средства и работе установленного на нем амортизатора температура заполняющей амортизатор жидкости постепенно растет, ее вязкость падает. Одновременно происходит нагрев ограничителей подъема 9 и 15 и их прогиб в сторону контролируемых ими пластин - соответственно 10 и 16. При этом сопротивление перепускных отверстий 11 и 17 начинает все больше зависеть не от их проходного сечения, а от сечения щели, образуемой окружностью этих отверстий и расстоянием б (рис.3). Эта щель выполняет функцию дросселя, сопротивление которого обратно пропорционально расстоянию б. Чем выше температура жидкости, тем ниже ее вязкость, но тем меньше расстояние б и тем выше сопротивление клапанной системы «отверстие - пластина клапана - ограничитель подъема».
По достижении теплового равновесия амортизатора при продолжающемся движении транспортного средства, на котором он установлен, процесс изменения сопротивления протеканию жидкости через клапанные системы в амортизаторе заканчивается, и амортизатор работает в штатной ситуации.
В предложенной конструкции амортизатора имеется возможность размещения биметаллических ограничителей подъема гибких пластин клапанов значительно (примерно в 2-2,5 раза) большей длины, что объясняется их спиралевидной формой. Это обеспечивает гораздо большее перемещение конца биметаллических пластин при их нагреве или охлаждении, т.к. прогиб биметаллической пластины зависит от квадрата ее длины (см. Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1990, стр.241). Таким образом, появляется возможность при одном и том же перепаде температур обеспечить существенно большую разность между положениями концов биметаллических пластин - величина (а-б), см. рис.2 и 3, и расширить температурный диапазон нормальной работы гидравлического амортизатора.