ГИДРОДЕМПФЕР С СИСТЕМОЙ "НЕСМАЧИВАЕМАЯ ЖИДКОСТЬ - НАНОПОРИСТОЕ ТЕЛО"

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а точнее к способу обеспечения различных требуемых сил сопротивления демпфирующих устройств (ДУ), устанавливаемых в подвеске транспортных средств.
Известны конструкции ДУ, выполненные в виде однотрубных или двухтрубных амортизаторов, содержащих разделенные полости, одна из которых заполнена жидкостью, а другая газом. Демпфирование ударной сжимающей нагрузки основано на гидравлическом сопротивлении движения поршня в жидкости, а также на сжатии газа (Амортизаторы. Конструкция, расчет, испытания. В.Н Добромиров, Е.П.Гусев, М.А.Карунин, В.П.Хавсанов; Под общ. ред. В.Н.Добромирова. - М.: МГТУ «МАМИ».2006. - 184 с.).
Недостатком указанных устройств является недостаточная демпфирующая способность.
Наиболее близким по конструктивному исполнению является ДУ, выполненное в виде однотрубного гидропневматического амортизатора, содержащего цилиндр, разделительный поршень, делящий внутренний объем цилиндра на две части - жидкостесодержащуюю и газонаполенную, шток с рабочим поршнем, снабженным двумя клапанами - сжатия и отбоя, перемещающимся в жидкостесодержащей полости цилиндра (Раймпель И. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. - Машиностроение, 1986. - 320 с.). Достоинством ДУ является пропорциональная зависимость силы демпфирования от величины ударной нагрузки. Однако, при значительной динамической нагрузке, возникающей, например, при наезде на скорости более 50 км/час на препятствие высотой более 100 мм, демпфирование ударной нагрузки становится недостаточным, что приводит к деформации, а впоследствии, и к преждевременному разрушению элементов подвески транспортного средства.
Известен способ поглощения энергии ударного воздействия с использованием гетерогенной системы, заключающийся в том, что процессе сжатия размещенной в замкнутом объеме гетерогенной системы, состоящей из пористого вещества (нанопористого тела) и несмачивающей его жидкости, происходит заполнение жидкостью в нанопористого тела, сопровождающееся поглощением энергии (патент RU №2309307, F16F 5/00, 24.07.2006). После снятия сжимающей нагрузки происходит отдача жидкости нанопористым телом, сопровождающаяся частичным возвратом (диссипацией) энергии. В гидропневматическом амортизаторе, реализующем указанный способ, компенсационные возможности ДУ увеличиваются за счет уменьшения объема циркулирующей жидкости вследствие поглощения ее нанопористым телом.
Недостатком ДУ, основанного на данном способе поглощения энергии, является узкий диапазон демпфируемых нагрузок, т.к. имеет место зависимость демпфирующих свойств от критического давление перколяционного порога (КДПП), при котором начинается процесс поглощения жидкости нанопористым телом. КДПП соответствует определенному значению динамической сжимающей нагрузки и зависит от величины нанопор (пор нанопористого тела).
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных недостатков посредством того, что гидродемпфер, выполненный в виде однотрубного гидропневматического амортизатора, содержащий полый цилиндр, разделительный поршень, делящий внутреннюю полость цилиндра на две части - жидкостесодержащуюю и газонаполенную, шток с рабочим поршнем, снабженным двумя клапанами - сжатия и отбоя, перемещающимся в жидкостесодержащей полости цилиндра, дополнительно снабжен двумя или более кассетами с нанопористыми телами с различными размерами нанопор, помещенными в разделительный поршень, причем нанопористое тело кассеты, непосредственно контактирующее с жидкостью, имеет поры большего размера, чем тела кассет расположенных за первой кассетой, а жидкость, заполняющая цилиндр, является несмачивающей по отношению к нанопористым телам. Размеры нанопор подбираются таким образом, чтобы обеспечить требуемый закон изменения демпфирования нагрузок.
Сущность полезной модели заключается в том, что:
- разделительный поршень снабжен двумя или более кассетами с нанопористыми телами с различными размерами нанопор, причем нанопористое тело кассеты, непосредственно контактирующее с жидкостью, имеет поры большего размера, чем тела кассет расположенных за первой кассетой;
- жидкость, заполняющая цилиндр, является несмачивающей по отношению к нанопористым телам.
Конструкция полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена общая конструктивная схема выполнения гидродемпфера в системе «несмачивающая жидкость-нанопористое тело».
Гидродемпфер содержит полый цилиндр 1, разделительный поршень 2, делящий внутренний объем цилиндра на две части - жидкостесодержащуюю (полости а и b) и газонаполенную (полость с), шток 3 с рабочим поршнем 4, снабженным двумя клапанами - сжатия 5 и отбоя 6, перемещающимся в жидкостесодержащей части цилиндра. Разделительный поршень 2 содержит кассеты 7 и 8 с нанопористыми телами, имеющими различные размеры нанопор, причем нанопористое тело кассеты 7, непосредственно контактирующее с жидкостью, имеет поры большего размера, чем тело кассеты 8, а жидкость, заполняющая цилиндр 1, является несмачивающей по отношению к нанопористым телам.
Принцип работы гидродемпфера в системе «несмачивающая жидкость-нанопористое тело» следующий.
Под воздействием внешней ударной нагрузки величиной Р происходит движение штока 1 с поршнем 4 направо (ход сжатия), давление в полостях b и с повышается.
Дальнейшую работу полезной модели можно разделить на этапы.
На первом этапе происходит демпфирования внешней нагрузки посредством гидравлического сопротивления клапана 5 сжатия, который открывается, перепуская жидкость из полости b в полость а.
Второй этап. Повышение давления в полости b приводит к перемещению разделительного поршня 2 вправо и сжатию газа в полости с.За счет затраты энергии на сжатие газа происходит поглощение энергии ударного воздействия.
Третий этап. В конце второго этапа давление в полости b достигает значения критического давления перколяционного порога (КДПП), при котором начинается процесс поглощения жидкости нанопористым телом, находящимся в кассете 7. На этом этапе поглощения энергии ударного воздействия сглаживается пиковая нагрузка, наиболее опасная для конструкции транспортного средства.
Четвертый этап. Если величина внешней нагрузки такова, что давление в полости b продолжает расти после заполнения пор нанопористого тела в кассете 7, начинается процесс поглощения жидкости нанопористым телом, находящимся в кассете 8, при большем значении КДПП.
Количество кассет, их толщина, характеристики нанопористых тел подбираются в соответствии с законом изменения внешней нагрузки. Граничное условие таково - жидкость не должна заполнить весь объем нанопористого тела последней кассеты, чтобы не попасть в полость с.
После снятия внешней нагрузки происходит снижение давления в полости b, нанопористые тела отдают жидкость обратно в полость b, поршень 2 перемещается налево под действием давления газа в полости с, в полости b давление ставится выше давления в полости а, поршень 4 со штоком 3 перемещается влево при открытом клапане 6 отбоя (ход расширения).
Цикл работы гидродемпфера закончен.
Техническим результатом является улучшение демпфирующей способности устройства и обеспечение требуемых сил сопротивления динамической нагрузке конкретной подвески транспортного средства.