Гидравлический амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции гидравлических амортизаторов.
Известен гидравлический амортизатор, который содержит резервуар, в который помещен рабочий цилиндр, содержащий направляющую штока, шток, закрепленный в направляющей штока, поршень, закрепленный на штоке гайкой, содержащий перепускной клапан и тарелку перепускного клапана, клапан сжатия и дно резервуара, причем тарелка перепускного клапана содержит осевое отверстие и отверстия для пропуска масла. [Патент №RU2316685, дата приоритета: 29.06.2006 г. дата публикации: 10.02.2008 г. МПК: F16F9/342, F16F5/00].
Известен гидравлический амортизатор, который содержит резервуар, в который помещен рабочий цилиндр, содержащий направляющую штока, шток, закрепленный в направляющей штока и снабженный поршнем содержащим перепускной клапан и тарелку перепускного клапана, при этом поршень неподвижно закреплен на штоке гайкой, клапан сжатия и дно резервуара, причем тарелка перепускного клапана содержит осевое отверстие и отверстия для пропуска масла. [Патент №RU2537017, дата приоритета: 18.12.2012 г. дата публикации: 10.05.2013 г. МПК: F16F9/34].
В качестве прототипа выбран гидравлический амортизатор, который содержит резервуар, снабженный рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, закрепленный в направляющей штока, снабженный поршнем с перепускным клапаном и тарелкой перепускного клапана и закрепленный на штоке гайкой, клапан сжатия и дно резервуара, причем тарелка перепускного клапана содержит осевое отверстие, снабженное четыремя треугольными выступами с прямоугольными гранями. [Патент №RU49148, дата приоритета: 03.06.2005 г. дата публикации: 10.11.2005 г. МПК: F16J1/08, F02F5/00, F16J9/00.].
Основной недостаток прототипа заключается в том, что при движении штока вниз, рабочая жидкость перетекает через перепускной канал поршня и взаимодействует с поверхностью осевого отверстия тарелки перепускного клапана, поверхность которого содержит выступы с прямоугольными гранями и обладает высоким гидродинамическим сопротивлением, способствующим завихрению рабочей жидкости и возникновению кавитации, негативно сказывающейся на сроке службы внутренних узлов гидравлического амортизатора.
Техническая задача заявляемой полезной модели заключается в увеличении срока службы гидравлического амортизатора.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является снижение риска возникновения завихрений рабочей жидкости и возникновения кавитации.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем.
Гидравлический амортизатор содержит резервуар с размещенным в нём рабочим цилиндром, содержащим направляющую штока, шток, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей штока, поршень с дросселирующими элементами и перепускным клапаном, снабженным тарелкой перепускного клапана и закрепленный на штоке гайкой, клапан сжатия и дно резервуара, причем тарелка перепускного клапана содержит сквозное осевое отверстие, снабженное четыремя треугольными выступами. В отличие от прототипа грани выступов имеют радиус скругления от 2,5-3,5 мм.
Резервуар имеет цилиндрическую форму и изготовлен из металла, выполняет конструкционные и защитные функции. Внутри резервуара располагаются основные конструктивные узлы и элементы, а также рабочая жидкость или газ. Для правильной работы гидравлического амортизатора резервуар должен быть герметичен и не иметь перегибов, обладать прочностью и жесткостью.
Рабочий цилиндр имеет форму, обусловленную формой выбранного поршня гидравлического амортизатора, и может быть изготовлен из металла. В рабочем цилиндре последовательно расположены: направляющая штока, шток, поршень, гайка штока, клапан сжатия. В рабочем цилиндре происходит процесс поглощения колебаний, создаваемых поршнем гидравлического амортизатора, рабочей жидкостью и преобразование их в тепловую энергию. Излишки рабочей жидкости перетекают в резервуар через клапан сжатия, установленный в нижней части рабочего цилиндра. Рабочий цилиндр расположен внутри резервуара, при этом в верхней части он фиксируется направляющей штока.
Направляющая штока содержит корпус цилиндрической формы, который может быть изготовлен из металла, керамики, или из металлокерамики. В центре корпуса направляющей штока выполнено сквозное осевое отверстие, оснащенное уплотнительными и антифрикционными элементами, в которое установлен шток, поверхность которого образует с поверхностью осевого отверстия подшипник скольжения, выполняющий направляющие функции и обеспечивающий вращательную и возвратно – поступательную подвижность штока, необходимую для работы гидравлического амортизатора. Направляющая штока устанавливается в верхней части резервуара, обеспечивает неподвижность рабочего цилиндра относительно резервуара и герметизирует гидравлический амортизатор.
Шток имеет цилиндрическую форму и представляет собой металлический стержень, покрытый снаружи слоем хрома, уменьшающего силы трения, возникающие между поверхностью штока и поверхностью осевого сквозного отверстия направляющей штока. Длина штока обусловлена конструктивными особенностями крепления к неподрессоренным массам транспортного средства, а также областью применения гидравлического амортизатора. В нижней части штока выполнено посадочное место для поршня с дросселирующими элементами, а на конце нижней части штока нанесена резьба для установки гайки, неподвижно фиксирующей поршень с дросселирующими элементами на посадочном месте.
Поршень имеет преимущественно цилиндрическую форму, его размеры обусловлены конструктивными особенностями и областью применения гидравлического амортизатора. Поршень может быть изготовлен из металла или композитных материалов. Поршень имеет сквозное осевое отверстие, в которое вставляется шток, а также содержит концентрические сквозные отверстия, которые играют роль дросселирующих элементов. Концентрические сквозные отверстия, прикрытые тарелкой перепускного клапана, образуют перепускной клапан поршня. Часть рабочего цилиндра, находящаяся над поршнем, является надпоршневой, а часть рабочего цилиндра, находящаяся под поршнем, является подпоршневой.  Поршень, прикрепленный к штоку амортизатора, совершает возвратно поступательные движения в рабочем цилиндре, а рабочая жидкость, перетекающая через сквозные концентрические отверстия дросселирующей системы поршня, поглощает колебания, создаваемые поршнем, совершая тем самым работу по превращению поступательных движений в тепловую энергию.
Перепускной клапан образован сквозными концентрическими отверстиями, выполненными в поршне, и тарелкой перепускного клапана, частично прикрывающей сквозные концентрические отверстия со стороны надпоршневой части рабочего цилиндра. Перепускной клапан обеспечивает регулирование количества рабочей жидкости, перетекающей через сквозные концентрические отверстия из подпоршневой в надпоршневую часть рабочего цилиндра под действием давления, создаваемым поршнем при движении штока вниз. Регулирование количества перепускаемой рабочей жидкости происходит за счет изменения формы, размера, материала, а также конструктивных особенностей при изготовлении тарелки перепускного клапана.
Тарелка перепускного клапана имеет форму диска и обусловлена формой поршня и расположением концентрических отверстий и может быть изготовлена из металла, обладающего стойкостью к упругой деформации, методом штамповки. Тарелка перепускного клапана содержит сквозное осевое отверстие, предназначенное для установки тарелки перепускного клапана на посадочное место, выполненное на нижней поверхности штока таким образом, чтобы после установки на нижнюю часть штока, поршня с дросселирующими элементами, тарелка перепускного клапана находилась в надпоршневой части рабочего цилиндра и полностью или частично перекрывала сквозные концентрические отверстия, выполненные в поршне.
Сквозное осевое отверстие снабжено четырьмя треугольными выступами. Количество выступов обеспечивает надежное зацепление тарелки перепускного клапана с посадочным, местом и задает упругие характеристики тарелки перепускного клапана, необходимые для правильной работы перепускного клапана, а образованная форма сквозного осевого отверстия позволяет перепускать рабочую жидкость, перетекающую из сквозных концентрических отверстий поршня в надпоршневую часть рабочего цилиндра через сквозное осевое отверстие тарелки перепускного клапана.
Треугольные выступы имеют скругленные по радиусу 2,5-3,5 мм грани и образуют форму сквозного осевого отверстия перепускного клапана, обеспечивающую прямолинейное движение рабочей жидкости, перетекающей из сквозных концентрических отверстий поршня в надпоршневую часть рабочего цилиндра, и обеспечивающую надежное зацепление с посадочным местом, выполненном на нижней части штока.
В случае, когда треугольные выступы имеют грани, скругленные по радиусу менее 2,5 мм, не обеспечивается надежного зацепления гранью выступа за посадочное место на штоке, вследствие чего повышается риск появления вибраций и срыва тарелки перепускного клапана с посадочного места
В случае, когда треугольные выступы имеют грани, скругленные по радиусу более 3,5 мм, образуется форма сквозного осевого отверстия тарелки перепускного клапана с высоким гидродинамическим сопротивлением не обеспечивающая пропускной способности рабочей жидкости, перетекающей из сквозных концентрических отверстий поршня в надпоршневую часть рабочего цилиндра, вследствие чего повышается риск перегрева рабочей жидкости.
Гайка предназначена для фиксации поршня с дросселирующими элементами на посадочном месте, выполненном на штоке и может быть изготовлена из металла, например стали, чугуна, алюминия или из композитных материалов.
Клапан сжатия гидравлического амортизатора содержит корпус, форма наружной поверхности которого повторяет форму рабочего цилиндра, форма нижней поверхности корпуса повторяет форму верхней поверхности дна резервуара. Корпус клапана сжатия может быть изготовлен из металла, например алюминия, стали, чугуна или композитных материалов. Корпус клапана сжатия имеет сквозное осевое отверстие и каналы на нижней поверхности, предназначенные для перепускания рабочей жидкости.
Дно резервуара изготовлено методом листовой штамповки из металла, имеет форму тарелки и крепится к резервуару неразъемным способом, например методом сварки, либо может представлять с резервуаром единый элемент. Дно резервуара обеспечивает герметичность и точку опоры для узлов гидравлического амортизатора, расположенных внутри резервуара. К нижней поверхности дна резервуара могут быть присоединены различными способами элементы, обеспечивающие крепление гидравлического амортизатора к неподрессоренным массам транспортного средства, например, проушина или кронштейн.
Заявляемая полезная модель обладает новым, ранее неизвестным существенным отличительным признаком, заключающимся в том, что тарелка перепускного клапана содержит осевое отверстие, снабженное четырьмя выступами, грани которых имеют радиус скругления от 2,5-3,5 мм. Скругленные грани выступов осевого отверстия образуют поверхность сквозного осевого отверстия, обладающую низким гидродинамическим сопротивлением потоку рабочей жидкости, и позволяют снизить вибрации тарелки перепускного клапана, возникающие при резкой смене направления движения штока, вызывающие турбулентный эффект в потоках рабочей жидкости. Таким образом, скругление граней выступов, выполненных в осевом отверстии тарелки перепускного клапана, позволяет добиться достижения технического результата, заключающегося в снижении риска возникновения завихрений рабочей жидкости способствующих возникновению явления кавитации и, тем самым, увеличить срок службы гидравлического амортизатора.
Наличие нового отличительного существенного признака свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемая полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 – Гидравлический амортизатор с тарелкой перепускного клапана.
Фиг. 2 – Тарелка перепускного клапана.
Фиг. 3 – Поршень с тарелкой перепускного клапана.
Гидравлический амортизатор представлен резервуаром 1 с размещенным в нём рабочим цилиндром 2, при этом в рабочий цилиндр 2 погружен шток 3, подвижно закрепленный в сквозном осевом отверстии направляющей 4 штока и снабженный поршнем 5 с дросселирующими элементами 6, среди которых имеются сквозные концентрические отверстия 7, прикрытые тарелкой 8 перепускного клапана и в совокупности образующие перепускной клапан, при этом сквозное осевое отверстие тарелки перепускного клапана снабжено четырьмя треугольными выступами 9, грани 10 которых имеют радиус скругления 2,5-3,5 мм. Поршень 5 с дросселирующими элементами 6 и перепускным клапаном закреплен на штоке 3 гайкой 4, а на дне 11 резервуара установлен клапан 12 сжатия.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Шток 3 вместе с поршнем 5 при эксплуатации гидравлического амортизатора совершают возвратно-поступательные движения в рабочем цилиндре 2. При перемещении штока 3 с поршнем 5 вниз рабочая жидкость под давлением поршня 5 через дросселирующие элементы 6 перетекает из подпоршневой части в надпоршневую часть рабочего цилиндра 2. Часть объема рабочей жидкости при ходе сжатия перетекает через клапан 12 сжатия в полость резервуара 1.  При движении штока 3 вверх рабочая жидкость под давлением поршня, через дросселирующие элементы, перетекает из надпоршневой части в подпоршневую, а созданное поршнем 5 разрежение в рабочем цилиндре 2 затягивает через клапан 12 сжатия рабочую жидкость из полости резервуара 1. Таким образом, работа, которую выполняет рабочая жидкость, гасит колебания, возникающие при эксплуатации гидравлического амортизатора.
При движении штока 3 с поршнем 5 вниз, часть рабочей жидкости может перетекать из подпоршневой в надпоршневую часть рабочего цилиндра 2 через перепускной клапан, образованный сквозными концентрическими отверстиями 7, выполненными в поршне 5, и тарелкой 8 перепускного клапана. Попадая в сквозные концентрические отверстия 7 поршня 5 через выполненный между дросселирующими элементами зазор, рабочая жидкость движется через сквозное осевое отверстие тарелки 8 перепускного клапана и взаимодействует с поверхностью сквозного осевого отверстия тарелки 8 перепускного клапана, имеющую низкое гидродинамическое сопротивление. Поток рабочей жидкости при этом не перегревается и движется прямолинейно, что обеспечивает снижение риска возникновения завихрений рабочей жидкости и возникновения кавитации и увеличивает срок службы гидравлического амортизатора.