Амортизатор
SHOCK ABSORBER

Предлагаемый амортизатор относится к устройствам для гашения колебаний виброизолируемых объектов и предназначен для применения в подвесках транспортных средств совместно с упругими несущими элементами.
Известен амортизатор, содержащий цилиндр, установленный в цилиндре шток с поршнем, делящим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, выполненные в средней части цилиндра в два ряда отверстия, поочередно перекрываемые поршнем, два обратных клапана, установленные на верхнем и нижнем концах цилиндра и предназначенные для пропускания жидкости из надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра, два гидравлических канала, дроссель и предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, установленные в поршне и сообщающие надпоршневую и подпоршневую полости между собой, компенсационную камеру, размещенную в нижней части цилиндра, верхнюю и нижнюю обоймы, установленные на верхнем и нижнем концах цилиндра напротив обратных клапанов, и среднюю обойму, закрепленную на средней части цилиндра напротив отверстий, причем внутри верхней обоймы выполнена проточка, сообщенная через обратный клапан с надпоршневой полостью, внутри нижней обоймы выполнена проточка, сообщенная через обратный клапан с подпоршневой полостью, внутри средней обоймы выполнены верхняя и нижняя проточки, при этом верхняя проточка средней обоймы сообщена с надпоршневой полостью через отверстия в средней части цилиндра и соединена с проточкой нижней обоймы посредством левого гидравлического канала, а нижняя проточка средней обоймы сообщена с подпоршневой полостью через отверстия в средней части цилиндра и соединена с проточкой верхней обоймы посредством правого гидравлического канала. Данный амортизатор обеспечивает плавное увеличение и ограничение гидравлического сопротивления на одной половине ходов сжатия и отбоя (от момента смены направления деформации амортизатора до положения статического равновесия) и его резкое уменьшение на другой половине ходов сжатия и отбоя (от положения статического равновесия до момента смены направления деформации амортизатора) [патент РФ 2426921, кл. F 16 F 9/48, Бюл. № 7, 2009].
Недостатком данного амортизатора является то, что при прохождении поршнем своего среднего положения при открытии верхнего ряда отверстий на ходе сжатия и нижнего ряда отверстий на ходе отбоя происходит практически мгновенное ослабление сопротивления, вследствие чего возникают большие всплески ускорений, приводящие к снижению плавности хода транспортного средства. Кроме того, амортизатор имеет относительно высокую сложность его конструкции и большие радиальные габариты из-за наличия гидравлических каналов, выполненных в виде трубок, расположенных снаружи цилиндра, что увеличивает массу, снижает надежность работы и затрудняет установку амортизатора в подвеску транспортного средства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является амортизатор, содержащий цилиндр, установленный в цилиндре шток с поршнем, делящим цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, компенсационную камеру, размещенную в нижней части цилиндра, дроссель и предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, установленные в поршне и сообщающие надпоршневую и подпоршневую полости между собой, плунжер, закрепленный в нижней части цилиндра, герметично установленный в осевом отверстии поршня и образующий в глухом осевом отверстии, выполненным в штоке, кольцевой канал, сообщенный с надпоршневой полостью через радиальные отверстия, выполненные в нижней части штока, причем внутри плунжера выполнен осевой канал, сообщенный с кольцевым каналом через верхний обратный клапан, а с подпоршневой полостью через нижний обратный клапан и радиальные отверстия, выполненные в нижней части плунжера, в средней части которого выполнены в два ряда верхние и нижние радиальные отверстия, соединенные с осевым каналом и сообщающие кольцевой канал и подпоршневую полость между собой [патент РФ 186333, кл. F 16 F 9/48, Бюл. № 2, 2019].
Недостатком данного амортизатора является то, что при прохождении поршнем своего среднего положения при открытии верхнего ряда радиальных отверстий в плунжере на ходе сжатия и нижнего ряда радиальных отверстий в плунжере на ходе отбоя происходит практически мгновенное ослабление сопротивления, вследствие чего возникают большие всплески ускорений, приводящие к снижению плавности хода транспортного средства.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции саморегулируемого амортизатора, обеспечивающей плавное уменьшение сопротивления на ходах сжатия и отбоя при подходе поршня к своему среднему положению.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение его гасящих свойств амортизатора и плавности хода транспортных средств практически по любым типам дорог.
Данная техническая задача решается тем, что в амортизаторе, содержащем цилиндр, шток с поршнем, компенсационную камеру, дроссель и предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, установленные в поршне, плунжер, закрепленный в нижней части цилиндра, герметично установленный в осевом отверстии поршня и образующий в глухом осевом отверстии штока кольцевой канал, сообщенный с надпоршневой полостью через радиальные отверстия в нижней части штока и сообщенный с подпоршневой полостью через верхний обратный клапан, осевой канал внутри плунжера, нижний обратный клапан и радиальные отверстия в нижней части плунжера, в средней части которого выполнены два ряда верхних и нижних радиальных отверстий, соединенных с осевым каналом и поочередно перекрываемые поршнем, средняя часть осевого отверстия поршня герметично взаимодействует с плунжером, а верхний и нижний края осевого отверстия поршня выполнены в виде усеченных конусов, образующих с плунжером верхнюю и нижнюю кольцевые конические щели, обеспечивающие плавное уменьшение гидравлического сопротивления при поочередном открытии верхнего ряда радиальных отверстий на ходе сжатия и нижнего ряда радиальных отверстий на ходе отбоя при подходе поршня к своему среднему положению, причем максимальная площадь поперечного сечения кольцевых конических щелей напротив верхнего и нижнего торцов поршня больше или равна площади дросселя поршня.
Благодаря тому, что средняя часть осевого отверстия поршня герметично взаимодействует с плунжером, верхний и нижний края осевого отверстия поршня выполнены в виде усеченных конусов, образующих с плунжером верхнюю и нижнюю кольцевые конические щели, а максимальная площадь поперечного сечения кольцевых конических щелей напротив верхнего и нижнего торцов поршня больше или равна площади дросселя поршня, обеспечивается плавное и существенное (более 4 раз) уменьшение гидравлического сопротивления при подходе поршня к своему среднему положению в моменты открытия верхнего ряда радиальных отверстий на ходе сжатия и нижнего ряда радиальных отверстий на ходе отбоя, что повышает гасящие свойства амортизатора и плавность хода транспортного средства.
На фиг. 1 изображен общий вид амортизатора; на фиг. 2 – схема подвески с амортизатором и упругим элементом в положении статического равновесия; на фиг. 3 – осциллограмма колебаний объекта и основания при кинематическом возмущении; на фиг. 4 – рабочая диаграмма подвески с саморегулируемым амортизатором.
Амортизатор содержит цилиндр 1, установленный в нем шток 2 с поршнем 3, делящим цилиндр 1 на надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости, заполненные жидкостью (фиг. 1). В нижней части цилиндра 1 размещена компенсационная пневматическая камера 6, отделенная от подпоршневой полости 5 плавающим поршнем 7. В поршне 3 выполнен дроссель 8 и установлены предохранительные клапаны хода сжатия 9 и хода отбоя 10, сообщающие надпоршневую 4 и подпоршневую 5 полости между собой. В нижней части цилиндра 1 закреплен плунжер 11, установленный в осевом отверстии 12 поршня 3 и в глухом осевом отверстии 13, выполненным в штоке 2.
Средняя часть осевого отверстия 12 поршня 3 герметично взаимодействует с плунжером 11, а верхний и нижний края осевого отверстия 12 выполнены в виде усеченных конусов, образующих с плунжером 11 верхнюю 14 и нижнюю 15 кольцевые конические щели. Поскольку максимальная площадь поперечного сечения кольцевых конических щелей 14 и 15 напротив верхнего и нижнего торцов поршня 3 больше или равна площади дросселя 8, то в среднем положении поршня 3 обеспечивается увеличение общей площади дросселирования жидкости более 2 раз, что означает существенное (более 4 раз) уменьшение силы сопротивления амортизатора.
Плунжер 11 и глухое осевое отверстие 13 образуют в штоке 2 кольцевой канал 16, сообщенный с надпоршневой полостью 4 через радиальные отверстия 17, выполненные в нижней части штока 2. Внутри плунжера 11 выполнен осевой канал 18, сообщенный с кольцевым каналом 16 через верхний обратный клапан 19, а с подпоршневой полостью 5 через нижний обратный клапан 20 и радиальные отверстия 21, выполненные в нижней части плунжера 11. В средней части плунжера 11 на расстоянии, равном высоте поршня 3, выполнены два ряда верхних 22 и нижних 23 радиальных отверстий, которые соединены с осевым каналом 18 и сообщают кольцевой канал 16 и подпоршневую полость 5 между собой.
Амортизатор соединяется с объектом виброзащиты 24 и основанием 25, между которыми установлен упругий несущий элемент 26 (фиг. 2).
В положении статического равновесия поршень 3 находится в средней части цилиндра 1 между радиальными отверстиями 22 и 23 плунжера 11 (фиг. 1). Соответствующие положения объекта 24 и основания 25 определяются точками a…g (фиг. 3 и 4).
Амортизатор работает следующим образом.
На участке a…b объект 24 и основание 25 сближаются друг с другом       (x – y < 0), что означает сжатие упругого несущего элемента 26 и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). При этом поршень 3 перемещается от средней части цилиндра 1 вниз, а шток 2 входит в цилиндр 1 (фиг. 1). Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 7 вниз и увеличению давления газа в компенсационной камере 6. Под действием перепада давлений на поршне 3 жидкость из подпоршневой полости 5 поступает в надпоршневую полость 4 через радиальные отверстия 21 в плунжере 11, нижний обратный клапан 20, осевой канал 18, радиальные отверстия 22 плунжера 11, кольцевой канал 16 и радиальные отверстия 17 штока 2. Поскольку основной объем жидкости свободно выдавливается через нижний обратный клапан 20, то дроссель 8 практически выключен из работы и сила сопротивления амортизатора близка к нулю.
На участке b…с объект 24 и основание 25 удаляются друг от друга            (x – y < 0), что означает растяжение упругого несущего элемента 26 и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). При этом поршень 3 перемещается вверх, а шток 2 выходит из цилиндра 1 (фиг. 1). Давление в надпоршневой полости 4 возрастает, а в подпоршневой полости 5 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 7 вверх и уменьшению давления газа в компенсационной камере 6. Поскольку при этом нижний обратный клапан 20 закрыт, то жидкость из надпоршневой полости 4 выдавливается поршнем 3 в подпоршневую полость 5 через дроссель 8, обеспечивая повышенное сопротивление амортизатора на ходе отбоя, которое плавно увеличивается на участке b…с от момента смены направления деформации амортизатора до момента прохождения средней частью отверстия 12 поршня 3 нижних отверстий 23 плунжера 11.
На участке c…d объект 24 и основание 25 продолжают удаляться друг от друга (x – y < 0). При этом поршень 3 перемещается вверх, приближаясь к средней части цилиндра 1. Жидкость из надпоршневой полости 4 поступает в подпоршневую полость 5 не только через дроссель 8, но и через отверстия 17 штока 2, кольцевой канал 16, верхний обратный клапан 19, осевой канал 18, нижние радиальные отверстия 23 плунжера 11 и нижнюю кольцевую коническую щель 15 между плунжером 11 и отверстием 12 поршня 3, которая до момента занятия поршнем 3 среднего статического положения постепенно увеличивается, обеспечивая плавное и существенное (более 4 раз) уменьшение силы сопротивления амортизатора.
При больших скоростях растяжения подвески на участке b…d срабатывает предохранительный клапан хода отбоя 10, через который жидкость из надпоршневой полости 4 перетекает в подпоршневую полость 5, что ограничивает силу амортизатора на ходе отбоя.
На участке d…e объект 24 и основание 25 продолжают удаляться друг от друга (x – y > 0), что означает дальнейшее растяжение упругого несущего элемента 26 и амортизатора. Поскольку при этом основной объем жидкости свободно выдавливается через верхний обратный клапан 19, то дроссель 8 практически выключен из работы и сила сопротивления амортизатора близка к нулю.
На участке e…f объект 24 и основание 25 сближаются друг с другом       (x – y > 0), что означает ход сжатия упругого несущего элемента 26 и амортизатора (фиг. 2, 3 и 4). При этом поршень 3 перемещается вниз, а шток 2 входит в цилиндр 1 (фиг. 1). Давление в подпоршневой полости 5 возрастает, а в надпоршневой полости 4 уменьшается, что приводит к перемещению плавающего поршня 7 вниз и увеличению давления газа в компенсационной камере 6. Поскольку при этом обратный клапан хода отбоя 19 закрыт, то жидкость из подпоршневой полости 5 выдавливается в надпоршневую полость 4 через дроссель 8, что обеспечивает повышенное сопротивление амортизатора, которое плавно увеличивается от момента смены направления деформации амортизатора до момента прохождения средней частью отверстия 12 поршня 3 верхнего ряда радиальных отверстий 22 в плунжере 11.
При дальнейшем ходе сжатия на участке f…g поршень 3 приближается к средней части цилиндра 1. Жидкость из подпоршневой полости 5 поступает в надпоршневую полость 4 не только через дроссель 8, но и через радиальные отверстия 21 в плунжере 11, нижний обратный клапан 20, осевой канал 18, радиальные отверстия 22 плунжера 11, верхнюю кольцевую конусную щель 14, кольцевой канал 16 и радиальные отверстия 17 штока 2. Поскольку на участке f…g поперечное сечение кольцевой конической щели 14 напротив верхнего ряда радиальных отверстий 22 плунжера 11 постепенно увеличивается, то обеспечивается плавное и существенное (более 4 раз) уменьшение силы сопротивления амортизатора.
При больших скоростях сжатия подвески на участке e…g срабатывает предохранительный клапан хода сжатия 9, через который жидкость из подпоршневой полости 5 перетекает в надпоршневую полость 4, что ограничивает силу амортизатора на ходе сжатия.
При дальнейшем движении объекта 24 и основания 25 описанная последовательность работы амортизатора повторяется, что обеспечивает саморегулирование неупругого сопротивления по амплитуде, направлению и скорости колебаний, формируя рабочую диаграмму подвески в виде «бабочки» (фиг. 4).
Предлагаемый амортизатор обеспечивает плавное увеличение сопротивления при смене направления деформации подвески и его плавное уменьшение практически до нуля на ходах сжатия и отбоя при подходе поршня к своему среднему статическому положению и последующему его движению до момента смены направления деформации. Данный алгоритм работы амортизатора обеспечивает снижение собственной частоты и амплитуд вертикальных перемещений и ускорений объекта виброзащиты в широком диапазоне частного воздействия.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, заключающийся в повышении гасящих свойств амортизатора и плавности хода транспортных средств практически по любым типам дорог.