Гидропневматический амортизатор

Полезная модель относится к гидропневматическим амортизаторам, применяемым в управляемых коленных модулях, используемых  при протезировании нижних конечностей человека.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой  полезной модели является выбранный в качестве прототипа гидропневматический амортизатор, содержащий заполненный рабочей жидкостью цилиндр, размещенный в нем поршень со штоком, делящий полость цилиндра на поршневую и штоковую полости,  клапаны сжатия и отбоя, два дросселя с управляющим механизмом каждый и компенсационную полость (патент РФ на полезную модель № 71298, опубл. 10.03.2008 года).
Недостатками прототипа являются большие габариты амортизатора, не обеспечивающие компактность устройства при расположении в коленных модулях.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в сокращении габаритов гидропневматического амортизатора и обеспечении компактности при его расположении в коленных модулях при одновременном обеспечении повышения эффективности работы дросселей.
Поставленный технический результат достигается тем, что гидропневматический амортизатор, содержащий заполненный рабочей жидкостью цилиндр, размещенный в нем поршень со штоком, делящий полость цилиндра на поршневую и штоковую полости,  клапаны сжатия и отбоя, два дросселя с управляющим механизмом каждый и компенсационную полость, снабжен выполненной полой и делящей поршневую полость на первую и вторую полости перегородкой с двумя изолированными полостями, сообщенными одна со штоковой полостью, другая - с первой поршневой полостью, и обе периодически со второй поршневой полостью, компенсационная полость размещена в цилиндре, каждый управляющий механизм выполнен в виде закрепленного на перегородке сервомеханизма с валом, размещенного в соответствующей изолированной полости перегородки, а каждый дроссель образован седлом соответствующего клапана, выполненным с  калибровочным отверстием, и соответствующей клапанной тарелкой, выполненной с фигурной прорезью и имеющей возможность периодического осевого перемещения вдоль вала соответствующего сервомеханизма и периодического поворота на заданный угол.
На фиг. 1 изображен гидропневматический амортизатор, продольный разрез,
на фиг. 2 – положение клапанной тарелки отбоя в зависимости от направления движения штока, увеличено,
на фиг. 3 – клапанная тарелка, вид сверху, увеличено.
Гидропневматический амортизатор  содержит заполненный рабочей жидкостью 1 цилиндр 2, размещенный в нем поршень 3 со штоком 4, делящий полость цилиндра 2 на поршневую 5 и штоковую 6 полости,  клапаны сжатия 7 и отбоя 8, два дросселя 9 с управляющим механизмом каждый и компенсационную полость 10. Амортизатор снабжен выполненной полой и делящей поршневую полость 5 на первую и вторую  полости (поз. 11 и поз. 12)   перегородкой 13 с двумя изолированными полостями 14 и 15, сообщенными одна 14 со штоковой полостью 6, другая 15 - с первой поршневой полостью 11, и обе (14 и 15) периодически со второй поршневой полостью 12, компенсационная полость 10 размещена в цилиндре 2, каждый управляющий механизм выполнен в виде закрепленного на перегородке 13 сервомеханизма 16 (17) с валом 18 (19), размещенного в соответствующей изолированной полости 14 (15) перегородки 13, а каждый дроссель 9 образован седлом 20 (21) соответствующего клапана 7 (8), выполненным с  калибровочным отверстием 22 (23), и соответствующей клапанной тарелкой 24 (25), выполненной с фигурной прорезью 26 (27) и имеющей возможность периодического осевого перемещения вдоль вала 18 (19) соответствующего сервомеханизма 16 (17) и периодического поворота на заданный угол, при этом каждая клапанная тарелка 24 (25) установлена на валу 18 (19) соответствующего сервомеханизма 16 (17), например, с образованием шлицевого соединения (на чертежах не показано).
Гидропневматический амортизатор работает  следующим образом.
В фазе отбоя (т.е. при выдвигании штока 4 с поршнем 3 из его нижнего положения в верхнее по фиг. 1) под давлением рабочей жидкости 1 клапанная тарелка 25 клапана отбоя 8 прижимается к седлу 21 и поворачивается с помощью сервомеханизма 17 на заданный угол, соответствующий определенному перекрытию калиброванного отверстия 23 в седле 21 фигурной прорезью 27 в клапанной тарелке 25, тем самым обеспечивая определенный расход перетекающей из штоковой полости 6 во вторую поршневую полость 12 рабочей жидкости и требуемую степень демпфирования амортизатора в фазе отбоя. При этом клапан сжатия 7 автоматически полностью открывается за счет потока жидкости (работает функция обратного клапана), тем самым происходит «разгерметизация» первой поршневой полости 11, и плавающий поршень (поз. не обозначен) компенсационной полости 10 поднимается вверх. Тем самым создается   избыточное давление в полостях 12 и 11, дополнительно помогая штоку 4 выдвигать из цилиндра 2 вверх. В зависимости от поворота  клапанной тарелки 25 клапана отбоя 8 можно регулировать скорость выхода штока 4 из цилиндра 2.
В фазе сжатия (т.е.  вдвигании штока 4 с поршнем 3 из его верхнего положения в нижнее по фиг. 1) под давлением рабочей жидкости клапанная тарелка  24 клапана сжатия 7 прижимается к седлу  20 и поворачивается с помощью сервомеханизма 16 на заданный угол, соответствующий определенному перекрытию калибровочного отверстия 22 в седле 20 фигурной прорезью 22 в клапанной тарелке 24, тем самым обеспечивая определенный расход перетекающей из первой поршневой полости 11  во вторую поршневую полость 12 рабочей жидкости и требуемую степень демпфирования амортизатора в фазе сжатия. При этом  клапанная тарелка 25 клапана отбоя 8 под действием потока жидкости   автоматически  полностью открывается (работает функция обратного клапана), происходит «разгерметизация»  штоковой полости 6, и плавающий поршень опускается вниз.
Предлагаемый гидропневматический амортизатор имеет два сервомеханизма 16 (17),  расположенные внутри амортизатора и позволяющие регулировать амортизатор в режимах сжатия и отбоя. Конструкция дросселей 9 позволяет регулировать давление  поршневой 5  в режиме сжатия  и штоковой 6 полостей в режиме отбоя, в зависимости от назначения,  и автоматически  «разгерметизировать»  противоположную от поршня 3 полость соответственно. Оптимальное расположение клапанов 7 и 8 с сервомеханизмами 16 и 17 позволяет уменьшить габариты амортизатора и защитить их от внешнего воздействия.  За счет правильной работы клапанов  7 и 8 предотвращена возможность вспенивания рабочей жидкости при работе амортизатора, так как давление в цилиндре 2 амортизатора, создаваемое в компенсационной камере 10  при помощи плавающего поршня, является недостаточным для его нормальной работы. Вспенивание жидкости приводит к образованию пузырьков газа и пробою амортизатора. Как результат, сальник перестает быть герметичным, и вследствие этого происходит утечка масла.
За счет автоматического открытия соответствующих клапанов 7 и 8 в режиме «разгерметизации» соответствующих полостей амортизатора снижено энергопотребление при работе сервомеханизмов 16 и17.
Таким образом, уникальность данного гидропневматического амортизатора состоит в том, что при его небольших габаритах, обеспечивается способность регулировки по трём параметрам, - это управление скоростью выброса штока 4, скоростью сжатия штока 4 и полная блокировка штока 4 амортизатора при его сжатии. Это достигается использованием в амортизаторе модифицированных сервомеханизмов 16 и17 , способных работать при больших давлениях рабочей жидкости до 300 атмосфер с высоким ресурсом до миллиона циклов. Скорость блокировки и разблокировки штока 4 амортизатора составляет сотые доли секунды. Рабочее напряжение сервомеханизмов 16 и 17 составляет до 7,5 вольт, рабочее давление компенсационной камеры 10 до 10 атм. Ход штока 4 -34 мм. Длина амортизатора со штоком 4 составляет 230 мм, диаметр 32 мм. Вес 150 грамм.