ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР

Группа изобретений относится к способам и устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин, а именно -к амортизаторам, использующим жидкость как поглощающую среду для амортизации движущихся тел со средствами автоматического регулирования характеристик амортизации при изменении температуры.
Известен способ амортизации, заключающийся в торможении взаимодействующего с движущимся телом цилиндра или штока гидроамортизатора при создании гидравлического сопротивления относительному перемещению цилиндра и поршня пропусканием рабочей жидкости через переменный дроссельный канал, соединяющий поршневую и штоковую полости гидроцилиндра, сечение которого изменяют по заданному закону торможения при относительном осевом перемещении элементов, образующих переменный дроссельный канал, реализуемый при работе гидравлических амортизаторов, содержащих цилиндр, поршень со штоком, переменный дроссельный канал, образованный двумя элементами - каналом, соединяющим поршневую и штоковую полости цилиндра и элементом изменения проходного сечения канала, установленным в канале с возможностью относительного осевого перемещения (И.Б.Филипов "Тормозные устройства пневмоприводов", Л.: Машиностроение, 1987, рис. 2.2 (стр. 36), рис. 2.18-2.21 (стр. 57-59), "Гидропневматическое энергопоглощающее устройство" авт. свид. SU №1036974, МПК F 16 F 9/06, опубл. 1983 г.).
Наиболее близким к заявляемым способу и устройству и принятым в качестве прототипа является способ, реализованный при работе гидропневматического энергопоглощающего устройства и его конструкция (авт. свид. SU №1036974).
Основным недостатком такого способа амортизации и гидравлического амортизатора является нестабильность характеристик торможения - силы, скорости и пути торможения при изменении температуры рабочей жидкости и соответствующем изменении ее вязкости и плотности.
Следствием нестабильности силы торможения является то, что максимальный уровень силы торможения существенно возрастает при изменении температуры рабочей жидкости по сравнению с номинальной, для которой рассчитан переменный дроссельный канал.
Задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение стабильных характеристик торможения - силы, скорости и пути торможения при изменении температуры рабочей жидкости и соответствующем изменении ее вязкости.
Единым техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой группы изобретений, является обеспечение дополнительного изменения сечения дроссельного канала в зависимости от изменения температуры рабочей жидкости путем дополнительного относительного осевого перемещения элементов, образующих переменный дроссельный канал, и обеспечение за счет этого стабильных характеристик торможения независимо от изменений температуры рабочей жидкости.
Поставленная задача решается усовершенствованием способа амортизации движущегося тела, заключающегося в торможении соединенного с движущимся телом цилиндра или штока гидроамортизатора при создании гидравлического сопротивления относительному перемещению цилиндра и поршня пропусканием рабочей жидкости через переменный дроссельный канал, соединяющий поршневую и штоковую полости гидроцилиндра, сечение которого изменяют по заданному закону торможения при относительном осевом перемещении элементов, образующих переменный дроссельный канал. Это усовершенствование заключается в том, что сечение переменного дроссельного канала дополнительно изменяют в зависимости
от изменения температуры рабочей жидкости путем дополнительного относительного осевого перемещения элементов, образующих переменный дроссельный канал, причем с повышением температуры рабочей жидкости сечение переменного дроссельного канала уменьшают, а с понижением температуры рабочей жидкости сечение переменного дроссельного канала увеличивают.
Дополнительное изменение сечения переменного дроссельного канала в зависимости от изменения температуры рабочей жидкости путем дополнительного относительного осевого перемещения элементов, образующих переменный дроссельный канал, позволяет обеспечить изменение гидравлического сопротивления переменного дроссельного канала только в соответствии с заданным законом торможения, независимо от изменений температуры рабочей жидкости.
Уменьшение сечения переменного дроссельного канала с повышением температуры рабочей жидкости позволяет увеличить его гидравлическое сопротивление соответственно уменьшению вязкости нагретой рабочей жидкости.
Увеличение сечения переменного дроссельного канала с понижением температуры рабочей жидкости позволяет уменьшить его гидравлическое сопротивление соответственно увеличению вязкости охлажденной рабочей жидкости.
Поставленная задача решается также усовершенствованием устройства - гидравлического амортизатора, содержащего цилиндр, поршень со штоком, переменный дроссельный канал, образованный двумя элементами - каналом, соединяющим поршневую и штоковую полости цилиндра и элементом изменения проходного сечения канала, установленным в канале с возможностью относительного осевого перемещения.
Это усовершенствование заключается в том, что гидравлический амортизатор снабжен узлом терморегулирования проходного сечения переменного
дроссельного канала, выполненным в виде термочувствительных элементов, образующих привод дополнительного относительного осевого перемещения элементов переменного дроссельного канала в направлении уменьшения проходного сечения при повышении температуры и увеличения проходного сечения при снижении температуры.
Такое выполнение гидравлического амортизатора позволяет дополнительно изменять сечение дроссельного канала в зависимости от изменения температуры рабочей жидкости, что необходимо для обеспечения изменения гидравлического сопротивления переменного дроссельного канала только в соответствии с заданным законом торможения, независимо от изменений температуры рабочей жидкости.
Кроме того, элемент изменения проходного сечения канала может быть выполнен в виде стержня с переменным поперечным сечением, расположенного в канале, соединяющем поршневую и штоковую полости, при этом стержень подпружинен относительно торца гидроцилиндра, а термочувствительные элементы расположены между торцом цилиндра и стержнем.
Такое конструктивное выполнение - простой и надежный вариант, обеспечивающий дополнительное изменение сечения дроссельного канала в зависимости от изменения температуры рабочей жидкости в случае задания требуемого закона торможения стержнем с переменным поперечным сечением, расположенным в канале, соединяющем поршневую и штоковую полости.
Кроме того, в цилиндре установлена с возможностью осевого перемещения гильза, поршень установлен в гильзе, канал, соединяющий поршневую и штоковую полости цилиндра, выполнен в боковой поверхности гильзы в виде сквозных пазов переменной ширины или в виде сквозных отверстий, при этом между гильзой и одним торцом цилиндра установлены
термочувствительные элементы, а между гильзой и вторым торцом цилиндра установлена пружина.
Такое конструктивное выполнение - простой и надежный вариант гидравлического амортизатора при задании требуемого закона торможения перемещением поршня в гильзе со сквозными пазами или отверстиями на боковой поверхности.
При этом полость в гильзе может быть сообщена с полостью цилиндра дроссельным каналом.
Наличие дроссельного канала обеспечивает возможность демпфирования гильзы и выравнивания температур рабочей жидкости в полости гильзы и полости цилиндра, в которой расположены термочувствительные элементы.
Кроме того, канал, соединяющий поршневую и штоковую полости цилиндра, образован канавками переменной глубины на внутренней боковой поверхности цилиндра, а поршень установлен с возможностью осевого перемещения относительно штока, при этом с одной стороны между поршнем и штоком установлены термочувствительные элементы, а с другой стороны - пружина, установленная в полости, образованной поршнем и штоком.
Такое конструктивное выполнение - простой и надежный вариант гидравлического амортизатора при задании требуемого закона торможения перемещением поршня в цилиндре с канавками переменной глубины на внутренней боковой поверхности.
При этом полость, образованная поршнем и штоком, сообщена с полостью цилиндра дроссельным каналом.
Наличие дроссельного канала обеспечивает возможность демпфирования поршня для предотвращения его колебаний при работе амортизатора и уменьшение влияния на процесс торможения погрешностей, вызываемых колебаниями поршня.
Кроме того, в поршне может быть выполнена полость, в которой установлено с возможностью осевого перемещения регулирующее кольцо, канал, соединяющий поршневую и штоковую полости цилиндра, выполнен в регулирующем кольце, элемент изменения проходного сечения канала выполнен в виде стержня с переменным поперечным сечением, расположенного в канале, при этом между регулирующим кольцом и поршнем установлены термочувствительные элементы.
Такое конструктивное выполнение - простой и надежный вариант гидравлического амортизатора при задании требуемого закона торможения регулирующим кольцом, перемещаемым вместе с поршнем, и стержнем, закрепленным в торце цилиндра.
При этом полость в поршне может быть сообщена с полостью цилиндра дроссельным каналом.
Наличие дроссельного канала обеспечивает возможность демпфирования регулирующего кольца и выравнивания температур рабочей жидкости в полости поршня, в которой расположены термочувствительные элементы, и полости цилиндра, а также обеспечивает разгрузку термочувствительных элементов от нагрузок, действующих на подвижное регулирующее кольцо.
Кроме того, термочувствительные элементы могут быть выполнены из термобиметаллов.
Выполнение термочувствительных элементов из термобиметаллов позволяет плавно и непрерывно, осуществлять дополнительное осевое перемещение элементов переменного дроссельного канала в зависимости от температуры рабочей жидкости.
Кроме того, термочувствительные элементы могут быть выполнены из материалов с термомеханической памятью, при этом каждый термочувствительный элемент обладает собственной термомеханической памятью.
Такое выполнение термочувствительных элементов позволяет обеспечить дополнительное, равномерное перемещение элементов переменного дроссельного канала во всем диапазоне температур.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен предлагаемый гидравлический амортизатор с элементом изменения проходного сечения канала, выполненным в виде стержня, на фиг.2 - гидравлический амортизатор с установленной в цилиндре гильзой со сквозными пазами переменной ширины, на фиг.3 - гидравлический амортизатор с установленной в цилиндре гильзой со сквозными отверстиями, на фиг.4 - гидравлический амортизатор канавочного типа, на фиг.5 - гидравлический амортизатор с регулирующим кольцом.
Гидравлический амортизатор содержит цилиндр 1, поршень 2 со штоком 3, переменный дроссельный канал, образованный двумя элементами - каналом 4, соединяющим поршневую 5 и штоковую 6 полости цилиндра 1, и элементом изменения проходного сечения канала, установленным в канале 4 с возможностью относительного осевого перемещения. Гидравлический амортизатор снабжен узлом терморегулирования проходного сечения переменного дроссельного канала, выполненным в виде термочувствительных элементов 7, образующих привод дополнительного относительного осевого перемещения элементов переменного дроссельного канала в направлении уменьшения проходного сечения при повышении температуры и увеличения проходного сечения при снижении температуры.
В варианте на фиг.1 элемент изменения проходного сечения канала выполнен в виде стержня 8 с переменным поперечным сечением, расположенного в канале 4. Стержень 8 подпружинен относительно торца 9 цилиндра 1 пружиной 10, а термочувствительные элементы 7 расположены между торцом 9 цилиндра 1 и стержнем 8.
В вариантах на фиг.2 и фиг.3 в цилиндре 1 установлена с возможностью осевого перемещения гильза 11, поршень 2 установлен в гильзе 11, канал, соединяющий поршневую и штоковую полости гидроцилиндра, выполнен в боковой поверхности гильзы 11 в виде сквозных пазов 12 переменной ширины (фиг.2) или сквозных отверстий 13 (фиг.3), сообщенных между собой канавкой 14 на внутренней поверхности цилиндра 1. При этом между гильзой 11 и одним торцом 15 цилиндра 1 образована полость 16, в которой установлены термочувствительные элементы 7, а между гильзой 11 и вторым торцом 17 цилиндра 1 установлена пружина 18. Полость 19 в гильзе 11 сообщена с полостью 16 цилиндра 1 дроссельным каналом 20.
В варианте на фиг.4 канал, соединяющий поршневую 5 и штоковую 6 полости цилиндра 1, образован канавками 21 переменной глубины на внутренней боковой поверхности цилиндра 1, а поршень 2 установлен с возможностью осевого перемещения относительно штока 3, при этом с одной стороны между поршнем 2 и штоком 3 установлены термочувствительные элементы 7, а с другой стороны -пружина 22, установленная в полости 23, образованной поршнем 2 и штоком 3. Полость 23 сообщена с полостью 5 цилиндра 1 дроссельным каналом 24.
В варианте на фиг.5 в поршне 2 выполнена полость 25, в которой установлено с возможностью осевого перемещения регулирующее кольцо 26, канал 27, соединяющий поршневую 5 и штоковую 6 полости цилиндра 1, выполнен в регулирующем кольце 26, элемент изменения проходного сечения канала выполнен в виде стержня 28 с переменным поперечным сечением, расположенного в канале 27, при этом между регулирующим кольцом 26 и поршнем 2 установлены термочувствительные элементы 7. Полость 25 в поршне 2 сообщена со штоковой полостью б цилиндра 1 дроссельным каналом 29.
Термочувствительные элементы 7 могут быть выполнены из термобиметаллов, или из материалов с термомеханической памятью, при этом каждый термочувствительный элемент обладает собственной термомеханической памятью.
Предлагаемый способ осуществляется при работе предлагаемого гидравлического амортизатора.
Движущееся тело (не показано) жестко связано или в момент начала амортизации взаимодействует с заполненным рабочей жидкостью цилиндром 1 или штоком 3 гидравлического амортизатора. В варианте на фиг.1 при относительном перемещении цилиндра 1 и поршня 2 изменяется положение стержня 8 с переменным поперечным сечением в канале 4, изменяя гидравлическое сопротивление пробрызгиванию рабочей жидкости через переменный дроссельный канал, образованный каналом 4 и стержнем 8. При изменении температуры рабочей жидкости происходит деформация термочувствительных элементов 7, обеспечивающая дополнительное осевое перемещение стержня 8 в канале 4. При этом сечение переменного дроссельного канала дополнительно изменяется в зависимости от изменения температуры рабочей жидкости, причем с повышением температуры рабочей жидкости сечение переменного дроссельного канала уменьшается, а с понижением температуры рабочей жидкости сечение переменного дроссельного канала увеличивается. Изменение сечения переменного дроссельного канала приводит к изменению гидравлического сопротивления пробрызгиванию рабочей жидкости через переменный дроссельный канал только в соответствии с заданным законом торможения, независимо от изменений температуры рабочей жидкости, обеспечивая стабильные характеристики торможения - силу, скорость и путь торможения.
В вариантах на фиг.2 и фиг.3 при относительном перемещении цилиндра 1 и поршня 2 происходит относительное перемещение поршня 2 и гильзы 11, изменяя сечение переменного дроссельного канала, образованного
пазами 12 и поршнем 2 (фиг.2) и отверстиями 13 и поршнем 2 (фиг.3). При изменении температуры рабочей жидкости происходит деформация термочувствительных элементов 7, приводящая к осевому перемещению гильзы 11 относительно поршня 2, обеспечивающему дополнительное изменение сечения переменного дроссельного канала в соответствии с изменением температуры. При перемещении гильзы 11 часть рабочей жидкости из полости 19 перетекает в полость 16 по дроссельному каналу 20, обеспечивая демпфирование гильзы 11 и выравнивание температур рабочей жидкости в полости 19 гильзы 11 и полости 16 цилиндра 1, в которой расположены термочувствительные элементы 7.
В варианте на фиг.4 при относительном перемещении цилиндра 1 и поршня 2 изменяется проходное сечение переменного дроссельного канала, образованного канавками 21 переменной глубины и поршнем 2. При изменении температуры рабочей жидкости происходит деформация термочувствительных элементов 7, приводящая к осевому перемещению поршня 2 относительно штока 3, и дополнительное перемещение поршня 2 относительно цилиндра 1 (канавок 21), обеспечивающее дополнительное изменение сечения переменного дроссельного канала в соответствии с изменением температуры. При перемещении поршня 2 относительно штока 3 часть рабочей жидкости из полости 23 перетекает в поршневую полость 5 по дроссельному каналу 24, обеспечивая демпфирование поршня 2, что необходимо для уменьшения влияния на процесс торможения погрешностей, вызываемых колебаниями поршня 2.
В варианте на фиг.5 при относительном перемещении цилиндра 1 и поршня 2 изменяется проходное сечение переменного дроссельного канала, образованного каналом 27 в регулирующем кольце 26 и стержнем 28 с переменным поперечным сечением, расположенным в канале 27. При изменении температуры рабочей жидкости происходит деформация термочувствительных элементов 7, приводящая к осевому перемещению регулирующего
кольца 26 относительно поршня 2 и стержня 28, обеспечивающему дополнительное изменение сечения переменного дроссельного канала в соответствии с изменением температуры. При перемещении регулирующего кольца 26 относительно поршня 3 часть рабочей жидкости из полости 25 в поршне 2 перетекает в штоковую полость 6 цилиндра 1 по дроссельному каналу 29, обеспечивая демпфирование регулирующего кольца 24, что необходимо для уменьшения влияния на процесс торможения погрешностей, вызываемых колебаниями регулирующего кольца 24.
Для амортизации тела массой 2500 кг, на пути 920 мм, движущегося с начальной скоростью 15 м/с, в температурном диапазоне рабочей жидкости в амортизаторе от -50°С до +100°С разброс силы гидравлического сопротивления торможению тела при применении предлагаемого способа амортизации и предлагаемых конструкций амортизаторов снижен с 330...430 кН до 330...340 кН для всего диапазона изменения температуры рабочей жидкости за счет дополнительного относительного осевого перемещения элементов, образующих переменный дроссельный канал, в пределах 60 мм, т.е. максимальный уровень силы торможения снижен более чем на 20%. При этом разброс хода амортизации снижен с диапазона 770...910 мм (в прототипе) до величины 900...920 мм при применении предлагаемого способа.
Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства обеспечивает достижение стабильных характеристик торможения - силы, скорости и пути торможения при изменении температуры рабочей жидкости и соответствующем изменении ее вязкости за счет дополнительного изменения сечения дроссельного канала в зависимости от изменения температуры рабочей жидкости путем дополнительного относительного осевого перемещения элементов, образующих переменный дроссельный канал, и обеспечение за счет этого стабильных характеристик торможения независимо от изменений температуры рабочей жидкости.