ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР
HYDRAULIC DAMPER

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в подвижных транспортных средствах для гашения колебаний, преимущественно ж/д транспорта.
Из уровня техники известен телескопический гидроамортизатор, содержащий корпус, цилиндр, шток с поршнем, штоковую и поршневую крышки, клапаны, установленные в поршне и поршневой крышке, и дроссельный канал, который соединяет надпоршневую полость цилиндра с резервуаром с рабочей жидкостью, образованным между корпусом и цилиндром (см. авт. св. СССР N362958, В61F 5/10, 1972 г.; авт. св. СССР N1006819, кл. F16F 5/00, 1983 г.; авт. св. СССР N1325225, кл. F16F 5/00, 1987 г.).
Недостатками известных решений амортизатора являются нестабильность характеристики и быстрый перегрев рабочей жидкости вследствие ее циркуляции из поршневой полости в штоковую полость через обратные клапаны в поршне в двух направлениях.
Известен также амортизатор, содержащий цилиндр, внутри которого с образованием штоковой и поршневой рабочих полостей установлен поршень со штоком, штоковую и поршневую крышки, резервуар с рабочей жидкостью между корпусом и цилиндром, впускные клапаны в поршне и поршневой крышке, перепускные клапаны и дроссельный канал в штоковой крышке, соединяющие резервуар с поршневой полостью (см. кн. А.Д. Дербаремдикера, Гидравлические амортизаторы автомобилей. - М.: Машиностроение, 1969, с.132, рис.70).
Известный амортизатор имеет более стабильные характеристики, так как поток жидкости в нем всегда движется в одну сторону и лучше охлаждается за счет использования в качестве нагружающих элементов при ходе сжатия и растяжения одних и тех же перепускных клапанов и дросселя в штоковой крышке, однако чрезмерное увеличение сил сопротивления при отрицательных температурах, когда вязкость рабочей жидкости резко возрастает, обуславливает нестабильность работы амортизатора на морозе и возможность поломки от перегрузки.
Наиболее близким к изобретению является решение по патенту РФ 2118726 (1997 г.), согласно которому гидравлический демпфер содержит корпус, цилиндр, поршень со штоком, штоковую и поршневую крышки, резервуар с рабочей жидкостью, образованный между корпусом и цилиндром, впускные клапаны, установленные в поршне и поршневой крышке, перепускные клапаны и дроссельный канал в штоковой крышке, соединяющие резервуар с поршневой полостью, при этом штоковая крышка снабжена дополнительным перепускным клапаном, выполненная с камерой управления, а дроссель выполнен состоящим из ламинарной части на входе рабочей жидкости из поршневой полости и турбулентной части на выходе в резервуар, переходная зона между которыми соединена каналом с камерой управления дополнительного перепускного клапана.
Известное изобретение направлено на повышение надежности работы гидравлического демпфера и обеспечение стабильности характеристик, особенно при отрицательных температурах окружающей среды. Однако конструкция имеет ряд недостатков, обусловленных сложностью конструктивного выполнения клапанного узла, отсутствием средств отвода утечек через уплотнения в зоне штоковой крышки, недостаточной технологичностью, вызванной сложностью выполнения мест для установки уплотнений коробчатого сечения.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных недостатков, а также упрощение конструкции и улучшение технологичности при улучшении эксплуатационных характеристик, что обусловлено введением в конструкцию регулировочной шайбы, установленной посредством свободной посадки на штоке гидроцилиндра и являющейся одновременно опорными стенками для расположенных по обе стороны от нее уплотнителя и уплотнительного элемента, а также средства для отвода рабочей среды от них, при этом регулировочная шайба является также и опорным элементом подпружиненного плунжера предохранительного клапана, выполненного с пружинной повышенного диаметра, обеспечивающей совместно тороидальной опорной поверхностью запирающего элемента плавное срабатывание при ударных нагрузках в деталях подвески. При этом толщина сменной регулировочной шайбы задает величину максимальной силы сопротивления гидравлического демпфера.
Для достижения указанного результата в гидравлическом демпфере транспортного средства, содержащем корпус, выполненный полым и связанный с одной частью колебательной системы, внутри корпуса установлен гидравлический цилиндр с образованием с ним резервуара для рабочей жидкости, поршень со штоком гидравлического цилиндра установлены с образованием поршневой и штоковой полостей, между корпусом и цилиндром на штоке расположен демпфирующий узел, имеющий крышку, связанную с корпусным элементом, в котором установлены дроссель и, по меньшей мере, один предохранительный клапан с возможностью сообщения поршневой и штоковой полостей с резервуаром, свободный конец штока связан с другой частью колебательной системы, причем крышка выполнена с кольцевой соосно штоку канавкой с размещенным в ней уплотнителем и установлена относительно корпусного элемента с возможностью образования между ними сливной полости, сообщенной с резервуаром, причем на корпусном элементе со стороны штока выполнена кольцевая канавка с установленным в ней опорным элементом и уплотнительным элементом, предохранительный клапан выполнен в виде плунжера с фланцем и с цилиндрической направляющей с размещенным на ней запорным элементом, подпружиненным относительно фланца плунжера и установленным с возможностью контактирования с седлом, размещенным на корпусном элементе для сообщения штоковой полости со сливной полостью и далее с резервуаром, упомянутый уплотнитель крышки выполнен в виде уплотнителя-грязесъемника, а кольцевые канавки в крышке и корпусном элементе выполнены открытыми в сторону сливной полости, внутри которой концентрично штоку расположена регулировочная шайба с кольцевым выступом с возможностью осевой фиксации уплотнителя-грязесъемника и опорного и уплотнительного элементов, а также с возможностью контактирования с торцом плунжера, выполненным со сферической поверхностью, причем запирающий элемент выполнен с тороидальной канавкой на пути движения потока рабочей среды при открытом предохранительном клапане с возможностью радиусного поворота потока рабочей среды и формирования динамической силы.
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- дроссель представлял бы собой набор дроссельных шайб, установленных в дроссельном канале, выполненном в корпусном элементе с возможностью диссипативного рассеивания энергии потока рабочей среды в тепловую энергию,
- толщину регулировочной шайбы определяли бы из условия задания максимальной силы сопротивления действию давления рабочей среды.
- на кольцевом выступе регулировочной шайбы выполнено радиальное отверстие с возможностью отвода утечек от опорного и уплотнительного элементов в сливную полость.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения указанного выше технического результата.
Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто в предпочтительном варианте исполнения более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых:
На фиг.1 представлен общий вид демпфера продольный разрез.
На фиг.2 - сечение А-А по фиг.1.
На фиг.3 - фрагмент выполнения демпфирующего узла.
На фиг.4 - вариант выполнения уплотнителя-грязесъемника.
На представленных чертежах гидравлический демпфер изображен с указанием следующих позиций:
1 - корпус
2 - цилиндр
3 - поршень
4 - шток
5 - штоковая полость
6 - поршневая полость
7 - впускные клапана
8 - резервуар для рабочей среды
9 - крышка
10 - кольцевая канавка
11 - уплотнитель-грязесъемник
12 - корпусной элемент
13 - кольцевая канавка
14 - опорный элемент
15 - уплотнительный элемент
16 - дроссельные шайбы
17 - предохранительный клапан
18 - плунжер со сферической опорной поверхностью и цилиндрической направляющей
19 - запорный элемент
20 - коническая поверхность
21 - кольцевой отражатель с тороидальной канавкой
22 - пружина
23 - регулировочная шайба
24 - радиальное отверстие в регулировочной шайбе
25 - сферическая поверхность
26 - коническая фаска
27 - цилиндрический буртик
28 - уплотнительный выступ тороидальной формы
29 - уплотнительная кромка
30 - кольцевая полость
31 - эластичное кольцо круглого сечения
32 - сливная полость
33 - кольцевой выступ
34 - канал с предохранительным клапаном 17
35 - дроссельный канал
36 - донный впускной клапан
37 - радиальное отверстие в регулировочной шайбе 23
38 - кожух
39 - канал в корпусном элементе
40 - фланец плунжера.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует на примере подвески тележки ж/д вагона возможность достижения данной совокупностью признаков заданного технического результата.
Согласно изобретению гидравлический демпфер транспортного средства содержит корпус 1, выполненный полым, который связан с одной частью колебательной системы подвески ж/д тележки вагона. Внутри корпуса 1 установлен соединенный с ним гидравлический цилиндр 2 с образованием с ним резервуара 8 для рабочей жидкости, а поверх корпуса 1 размещен кожух 38.
Поршень 3 со штоком 4 гидравлического цилиндра 2 установлены с образованием поршневой и штоковой полостей 5, 6, соответственно. Между корпусом 1 и цилиндром 2 на штоке 4 расположен демпфирующий узел, имеющий крышку 9, связанную с корпусным элементом 12, в котором в дроссельном канале 35 установлен дроссель и, по меньшей мере, один предохранительный клапан 17 с возможностью сообщения поршневой 5 и штоковой 6 полостей с резервуаром 8.
Свободный конец штока 4 связан с другой частью колебательной системы, в частности подвески ж/д тележки вагона. Крышка 9 со стороны штока выполнена с кольцевой, соосно штоку 4, канавкой 10 с размещенным в ней уплотнителем.
Крышка 9 установлена на штоке 4 сбоку относительно корпусного элемента 12 с возможностью образования между ними сливной полости 32, сообщенной с резервуаром 8 каналами 39. На корпусном элементе 12 со стороны штока 4 выполнена кольцевая канавка 13 с установленными в ней опорным элементом 14 и уплотнительным элементом 15 для взаимодействия с поверхностью штока с возможностью исключения проникания рабочей среды из штоковой полости 5 в сливную полость 32.
Предохранительный клапан 17 выполнен в виде плунжера 18 с фланцем 40 и с цилиндрической направляющей с размещенным на ней запорным элементом 19, подпружиненным относительно фланца плунжера 18 и установленным с возможностью контактирования своей конической поверхностью 20 с седлом, размещенным на торцевой части канала корпусного элемента 12 для сообщения штоковой полости 5 со сливной полостью 3,2 и далее с резервуаром 8. Плунжер 18 со стороны фланца 40 выполнен со сферической торцевой поверхностью 25.
Упомянутый уплотнитель крышки 9 выполнен в виде уплотнителя-грязесъемника 11, т.е. имеет дополнительно к уплотняющему участку с эластичным кольцом 31 круглого сечения участок для защиты от проникновения грязи извне внутрь демпфирующего узла и далее в гидравлический цилиндр. Кольцевые канавки 10 и 13 в крышке 9 и корпусном элементе 12 выполнены открытыми в сторону сливной полости 32, внутри которой концентрично штоку 4 расположена регулировочная шайба 23, выполненная с кольцевым выступом 33 с возможностью осевой фиксации уплотнителя-грязесъемника 11 и опорного и уплотнительного элементов 14, 15, а также с возможностью контактирования со сферической поверхностью 25 торца плунжера 18, замыкания тем самым усилие действия пружины 22 предохранительного клапана 17 на упомянутую крышку 9.
На кольцевом уступе 33 регулировочной шайбы 23, выполненной сменной, в выступе 33 выполнено радиальное отверстие 24 с возможностью отвода утечек от опорного 14 и уплотнительного 15 элементов в сливную полость 32. При этом толщину регулировочной шайбы 23 определяют из условия задания максимальной демпферной силы, противодействующей давлению рабочей среды.
В одном из вариантов дроссель представляет собой набор дроссельных шайб 16, установленных в дроссельном канале 35, выполненном в корпусном элементе 12 с возможностью диссипативного рассеивания энергии потока рабочей среды в тепловую энергию.
С целью обеспечения направленного движения рабочей среды из штоковой полости 5 запорный элемент 19 выполнен с тороидальной канавкой 28 на пути движения потока рабочей среды при открытом предохранительном клапане 17 с возможностью радиусного поворота потока и формирования динамической силы от действия потока рабочей среды, действующей в сторону сжатия пружины 22. При этом, согласно изобретению, пружина 22 может быть выполнена максимально больших размеров по отношению к прототипу при аналогичных упругих свойств, что позволило при воздействии рабочей среды в торец запорного элемента 19 при пиковых нагрузках на демпфер плавно открывать его, чему также способствует упомянутая динамической сила. Такое решение фактически исключило ударные нагрузки, возникающие на элементы крепления демпфера к ж/д тележке.
Гидравлический демпфер работает следующим образом.
В режиме нормальных нагрузок и скоростей перемещения поршня относительно цилиндра, так называемый «дроссельный режим», поршень 3 перемещается в сторону демпферного узла, впускной клапан 7 при этом закрывается, а рабочая среда из штоковой полости 5 через дроссельный канал 35 с установленными дроссельными шайбами 16 поступает в сливную полость 32 и далее в резервуар, при этом происходит преобразование механической энергии взаимного перемещения рамы ж/д тележки и надрессоренной ее балки в гидравлическую энергию давления рабочей среды с последующим диссипативным рассеиванием ее в тепловую энергию.
Усилие "F" на штоке 4 при этом определяется практически перепадом давления, возникающим в дроссельном канале 35, и примерно пропорционально объему "q" рабочей среды и скорости "V" ее перемещения. С увеличением скорости "V и давления "Р" рабочей среды в штоковой полости 5 сверх допустимой в работу вступают предохранительный клапан 17, уменьшающий предельную нагрузку на демпфер, и, как следствие, на конструктивные элементы подвески. При этом в поршневую полость 6 через донные обратные клапаны 36 и через магистраль, сообщенную со сливной полостью 32, засасывается рабочая среда.
В другом режиме работы демпфера, когда поршневая полость уменьшается в объеме, поршень 3 с открытым впускным клапаном 7, выполненным в виде шарикового обратного клапана, выталкивает рабочую среду в штоковую полость 5.
Конструктивной особенностью изобретения является, во-первых, выполнение предохранительного клапана 17 с возможностью в минимальных радиальных размерах обеспечить увеличение площади проходного сечения без увеличения усилия сжатия пружины 22 и проявления эффекта «дросселирования» при прохождении рабочей среды через проходное сечение, а во-вторых, выполнение демпферного узла со сменной регулировочной шайбой 23, выполненной с выступом и каналом 37 и установленной с зазором на цилиндрической поверхности штока 4 с возможностью обеспечения отвода рабочей среды от уплотнителя-грязесъемника 11 и уплотнительного элемента 15 в сливную полость 32 и далее в резервуар 8. При этом регулировочная шайба 23 своим уступом 33 и противоположной стороной поджимает уплотнитель-грязесъемник 11 и уплотнительный элемент 15, обеспечивая всегда их рабочее состояние. Кроме этого, выполнение кольцевых канавок 10 и 13 в крышке и корпусном элементе 12 открытыми в сторону сливной полости 32 существенно улучшают технологичность как изготовления, так и обслуживания, в частности процесс замены уплотнителя-грязесъемника 11 и уплотнительного элемента 15, а также и опорного элемента 14 в случае их замены.
Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку осуществимо с использованием известных средств производства.