Рекуперативный амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к конструкциям амортизаторов транспортных средств.
Известен рекуперативный амортизатор [Пат. US 8376100, МПК F16F 9/00, B60K 6/00, опубл. 2013 г.], содержащий корпус с цилиндрической полостью, в которой установлен поршень со штоком с образованием двух рабочих камер переменного объема, заполненных жидкостью и сообщенных через систему обратных клапанов друг с другом, с гидравлическим двигателем, кинематически связанным с электрическим генератором, и емкостным резервуаром.
Недостатками конструкции являются недостаточные демпфирующие свойства и возможности регулирования характеристики, что снижает эффективность устройства при действии ударных нагрузок.
Известно устройство демпфирования амортизаторов [Пат. RU 2773982, МПК B60G 13/14, опубл. 2022 г.], содержащее два амортизатора с возможностью осуществления возвратно-поступательного движения, пневмогидравлический аккумулятор с предохранительным клапаном, регулируемый дроссель, гидравлический мотор, а также четыре обратных клапана напорной магистрали и четыре обратных клапана отводящей магистрали, соединенные гидравлическим контуром так, чтобы при движении поршней амортизаторов рабочая жидкость из каждой камеры амортизаторов поступала в гидравлический мотор в одном и том же направлении. Устройство демпфирования амортизаторов отличается тем, что выходы верхних и нижних камер первого и второго амортизатора соединены напорной магистралью через четыре обратных клапана с входом регулируемого дросселя, который, в свою очередь, соединен со входами гидравлического мотора и пневмогидравлического аккумулятора, при этом выход гидравлического мотора соединен отводящей магистралью через четыре обратных клапана с входами верхних и нижних камер первого и второго амортизатора.
Недостатками конструкции являются недостаточные демпфирующие свойства и возможности регулирования характеристики, что снижает эффективность устройства при действии ударных нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является  рекуперативный амортизатор [Пат. RU 129880, МПК B60G 13/14, опубл. 2013 г.], содержащий корпус с цилиндрической полостью, в которой установлен поршень со штоком с образованием двух рабочих камер переменного объема, заполненных жидкостью, каждая рабочая камера имеет гидравлические напорный и впускной патрубки, при этом напорный патрубок первой рабочей камеры сообщен с входом первого гидравлического двигателя, напорный патрубок второй рабочей камеры сообщен с входом второго гидравлического двигателя, выход первого гидравлического двигателя сообщен с впускным патрубком второй рабочей камеры, а выход второго гидравлического двигателя сообщен с впускным патрубком первой рабочей камеры, причем в каждом напорном патрубке установлен регулятор расхода жидкости, а гидравлические двигатели кинематически связаны с электрическим генератором. Регуляторы расхода жидкости связаны с системой управления, изменяющей величину расхода жидкости. Патрубки выполнены с различными параметрами гидравлического сопротивления. Гидравлические двигатели установлены посредством муфт свободного хода на валу, соединенном с электрическим генератором.
Недостатками конструкции прототипа являются недостаточные демпфирующие свойства и возможности регулирования характеристики, что снижает эффективность устройства при действии ударных нагрузок.
Задачей представленной полезной модели является обеспечение широких возможностей регулирования демпфирующей характеристики.
Техническим результатом полезной модели является повышение демпфирующих свойств при действии ударных нагрузок.
Указанный технический результат достигается тем, что рекуперативный амортизатор, содержащий корпус с цилиндрической полостью, в которой установлен поршень со штоком с образованием двух рабочих камер переменного объема, заполненных жидкостью, каждая из которых имеет гидравлический патрубок, причем рабочие камеры переменного объема посредством гидравлических патрубков соединены с двумя компенсационными камерами, в которых расположены поршни, разделяющие полости переменного объема с жидкостью и с газом, причем полости переменного объема с газом компенсационных камер сообщены между собой с помощью пневмомагистралей через соединенные параллельно управляемый дроссель переменного сечения, связанный с системой управления, пневмодвигатели, соединенные с электрическими генераторами посредством муфт свободного хода, и обратные клапаны, установленные на входах пневмодвигателей таким образом, чтобы обеспечивать разнонаправленный поток газа на ходах сжатия и отбоя.
В эксплуатации транспортных средств высокие демпфирующие свойства и широкие возможности регулирования характеристики предлагаемого устройства можно обеспечить за счет соединенных параллельно управляемого дросселя и пневмодвигателей. Управляемый дроссель связан с системой управления, что позволяет автоматически изменять его проходное сечение и расход газа, т.е. влиять на количественные параметры газа при его перетекании на ходах сжатия и отбоя из одной компенсационной камеры в другую. Расход газа, перетекаемого через пневмодвигатели, будет зависеть от электрической нагрузки в цепях генераторов. Таким образом, регулируя величины параметров электрических цепей генераторов, можно добиться как несимметричности, так и симметричности участков характеристики предлагаемого устройства на ходах сжатия и отбоя. Наличие муфт свободного хода, посредством которых пневмодвигатели соединены с электрическими генераторами, и обратных клапанов, установленных на входах пневмодвигателей, позволяет обеспечить работу одному пневмодвигателю только на ходе отбоя, а другому только на ходе сжатия. Регулирование величин расхода газа через управляемый дроссель переменного сечения и пневмодвигатели может осуществляться независимо, т.е. одновременно или разновременно в зависимости от внешних возмущений.
Высокая эффективность предлагаемого устройства при действии ударных нагрузок обусловлена тем, что внешнее воздействие в предлагаемой конструкции передается через жидкость на газ, который обладает свойствами сжимаемости и упругости, поглощая, таким образом, часть энергии удара. Реализуется это за счет того, что рабочие камеры переменного объема устройства посредством гидравлических патрубков соединены с двумя компенсационными камерами. В компенсационных камерах расположены поршни, разделяющие полости переменного объема с жидкостью и с газом. Полости переменного объема с газом компенсационных камер сообщены между собой с помощью пневмомагистралей через соединенные параллельно управляемый дроссель переменного сечения, пневмодвигатели и обратные клапаны. Газ, как рабочее тело, непосредственно участвует в преобразовании части внешней механической энергии в полезную электрическую энергию генераторов, осуществляя рекуперацию.
Таким образом, обеспечение широких возможностей регулирования демпфирующей характеристики ведет к повышению демпфирующих свойств при действии ударных нагрузок.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого рекуперативного амортизатора.
На фиг. 2 представлена схема соединения пневмодвигателей с электрическими генераторами посредством муфт свободного хода.
На фиг. 3 представлена предполагаемая область регулирования характеристики предлагаемого рекуперативного амортизатора.
Рекуперативный амортизатор (фиг. 1) содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, в которой установлен поршень 3 со штоком 4 с образованием двух рабочих камер переменного объема 5 и 6. Рабочие камеры переменного объема 5 и 6 заполнены жидкостью и имеют гидравлические патрубки 7 и 8. Рабочие камеры переменного объема 5 и 6 посредством гидравлических патрубков 7 и 8 соединены с двумя компенсационными камерами 9 и 10. В компенсационных камерах 9 и 10 расположены поршни 11 и 12, разделяющие полости переменного объема с жидкостью 13 и 14 и с газом 15 и 16. Полости переменного объема с газом 15 и 16 компенсационных камер 9 и 10 сообщены между собой с помощью пневмомагистралей 17 и 18 через соединенные параллельно управляемый дроссель переменного сечения 19, пневмодвигатели 20 и 21, соединенные с электрическими генераторами 22 и 23 посредством муфт свободного хода 24 и 25 (фиг. 2), и обратные клапаны 26 и 27 (фиг. 1). Управляемый дроссель переменного сечения 19 связан с системой управления (на схеме не показана). Обратные клапаны 26 и 27 установлены на входах пневмодвигателей 20 и 21 таким образом, чтобы обеспечивать разнонаправленный поток газа на ходах сжатия и отбоя.
Предлагаемый рекуперативный амортизатор работает следующим образом.
При возвратно-поступательном движении штока 4 с поршнем 3 в корпусе 1 с цилиндрической полостью 2 усилие неупругого сопротивления устройства (фиг. 1 и 3) будет складываться из сил сухого трения поршня 3 в корпусе 1 и поршней 11 и 12 в компенсационных камерах 9 и 10, сил трения жидкости в гидравлических патрубках 7 и 8, усилий местных сопротивлений перетеканию газа в пневмомагистралях 17 и 18, в управляемом дросселе переменного сечения 19 и обратных клапанах 26 и 27 при их открытии, а также из моментов сил трения, возникающих в приводе пневмодвигателей 20 и 21, и моментов сил полезной нагрузки, создаваемой генераторами 22 и 23 (фиг. 2). Кроме того, на ходах сжатия и отбоя дополнительно к этому добавляются силы тяжести поршней 11 и 12 (фиг. 1). Сжимаемость и упругость газа позволяют обеспечить, в отличие от свойств жидкости, высокую эффективность предлагаемого устройства при действии ударных нагрузок.
На ходе сжатия при движении вниз штока 4 с поршнем 3 в корпусе 1 с цилиндрической полостью 2 (фиг. 1) жидкость под действием перепада давления, создаваемого поршнем 3, перетекает из рабочей камеры переменного объема 6 через гидравлический патрубок 8 в полость переменного объема с жидкостью 14 компенсационной камеры 10. Создается перепад давления между полостями переменного объема с жидкостью 14 и с газом 16, который вызывает перемещение поршня 12 вверх в компенсационной камере 10. Это приводит к сжатию газа в полости переменного объема 16. Одновременно, под действием перепада давления, создаваемого поршнем 3, жидкость перетекает из полости переменного объема с жидкостью 13 компенсационной камеры 9 через гидравлический патрубок 7 в рабочую камеру переменного объема 5. Создается перепад давления между полостями переменного объема с жидкостью 13 и с газом 15, который вызывает перемещение поршня 11 вниз в компенсационной камере 9. Это приводит к расширению газа в полости переменного объема 15. Под действием возникшего перепада давления газа создаются условия по его перетеканию из полости переменного объема 16 компенсационной камеры 10 в полость переменного объема 15 компенсационной камеры 9 через пневмомагистрали 17 и 18 и соединенные параллельно управляемый дроссель переменного сечения 19 и обратный клапан 27, установленный на входе пневмодвигателя 20. Регулирование величин расхода газа через управляемый дроссель переменного сечения 19 и пневмодвигатель 20 может осуществляться независимо, т.е. одновременно или разновременно в зависимости от внешних возмущений.
На ходе отбоя при движении вверх штока 4 с поршнем 3 в корпусе 1 с цилиндрической полостью 2 (фиг. 1) жидкость под действием перепада давления, создаваемого поршнем 3, перетекает из рабочей камеры переменного объема 5 через гидравлический патрубок 7 в полость переменного объема с жидкостью 13 компенсационной камеры 9. Создается перепад давления между полостями переменного объема с жидкостью 13 и с газом 15, который вызывает перемещение поршня 11 вверх в компенсационной камере 9. Это приводит к сжатию газа в полости переменного объема 15. Одновременно, под действием перепада давления, создаваемого поршнем 3, жидкость перетекает из полости переменного объема с жидкостью 14 компенсационной камеры 10 через гидравлический патрубок 8 в рабочую камеру переменного объема 6. Создается перепад давления между полостями переменного объема с жидкостью 14 и с газом 16, который вызывает перемещение поршня 12 вниз в компенсационной камере 10. Это приводит к расширению газа в полости переменного объема 16. Под действием возникшего перепада давления газа создаются условия по его перетеканию из полости переменного объема 15 компенсационной камеры 9 в полость переменного объема 16 компенсационной камеры 10 через пневмомагистрали 17 и 18 и соединенные параллельно управляемый дроссель переменного сечения 19 и обратный клапан 26, установленный на входе пневмодвигателя 21. Регулирование величин расхода газа через управляемый дроссель переменного сечения 19 и пневмодвигатель 21 может осуществляться независимо, т.е. одновременно или разновременно в зависимости от внешних возмущений.
Муфты свободного хода 24 и 25 (фиг. 2), посредством которых пневмодвигатели 20 и 21 соединяются с электрическими генераторами 22 и 23, при изменении направления газовых потоков, проходящих через пневмодвигатели 20 и 21, отключают передачу нагрузки от генераторов 22 и 23.
Таким образом, за счет того, что рабочие камеры переменного объема 5 и 6 посредством гидравлических патрубков 7 и 8 соединены с двумя компенсационными камерами 9 и 10, в которых расположены поршни 11 и 12, разделяющие полости переменного объема с жидкостью 13 и 14 и с газом 15 и 16, причем полости переменного объема с газом 15 и 16 компенсационных камер 9 и 10 сообщены между собой с помощью пневмомагистралей 17 и 18 через соединенные параллельно управляемый дроссель переменного сечения 19, связанный с системой управления, пневмодвигатели 20 и 21, соединенные с электрическими генераторами 22 и 23 посредством муфт свободного хода 24 и 25, и обратные клапаны 26 и 27, установленные на входах пневмодвигателей 20 и 21 таким образом, чтобы обеспечивать разнонаправленный поток газа на ходах сжатия и отбоя, достигается технический результат по повышению эффективности устройства при действии ударных нагрузок.