КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОРШНЯ
STRUCTURE AND METHOD FOR DAMPING OF PISTON MOVEMENT

Область техники
Изобретение относится к конструкции для демпфирования перемещения поршня в пневматическом цилиндре согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Изобретение также относится к коробке передач, содержащей такую конструкцию, и к способу демпфирования перемещения поршня.
Уровень техники
Для корректировки передачи механической мощности от двигателя, например, транспортного средства к валу привода, который приводит ведущие колеса транспортного средства, в транспортных средствах используются различные типы коробок передач. Коробка передач содержит главный вал и расположенный параллельно ему передаточный вал, каждый из которых имеет множество шестерен, размещенных вокруг них. Количество шестерен вдоль валов зависит от числа положений передач в коробке передач.
Изменение передачи предусматривает соединение/разъединение выбранных шестерен с ведущим валом или передаточным валом, чтобы передавать заданный крутящий момент на ведущий вал. Это также включает перемещения рычага управления коробкой передач, передаваемые на боковой нажимной вал, который является подвижным в поперечном направлении относительно главного вала и передаточного вала, и передаваемые на продольный вал, который передвигается параллельно главному валу и передаточному валу. Различные валы осуществляют соединение/разъединение шестерен с передаточным валом и главным валом.
Быстрое и безошибочное соединение/разъединение шестерен с соответствующими валами, вокруг которых они размещены, требует применение значительного осевого направленного усилия к валам. При низких температурах, когда вязкость смазочного материала изменяется, обуславливая, менее свободное скольжение различных частей в коробке передач относительно друг друга, требуется большая величина усилия. Одним из способов облегчения этого является применение пневматического цилиндра, связанного с соответствующим валом для содействия перемещению вала, причем пневматический цилиндр располагается на конце соответствующего вала таким образом, что когда из пневматической системы транспортного средства подается сжатый воздух, пневматический цилиндр способствует перемещению вала.
Пневматический цилиндр имеет продольную ось и поршень, который располагается в круговой цилиндрической полости, и к которому прикрепляется ось. Поршень и ось являются подвижными, по меньшей мере, между двумя различными положениями в полости. Размещение поршня в полости приводит в результате к образованию пространства V1 на одной стороне поршня и пространства V2 на противоположной стороне поршня. Поршень и, следовательно, боковой нажимной вал, соединенный с ним, могут быть передвинуты в заданных направлениях за счет соединения источника сжатого воздуха и повышения давления в соответствующих пространствах V1 и V2.
Когда сжатый воздух подается в пространство V1 или V2, поршень быстро передвигается по направлению к одному из крайних положений, в котором он останавливается, когда ударяется об окружающий корпус цилиндра. Такое воздействие приводит к появлению лязгающего звука, когда поршень ударяется об корпус.
Существуют различные отличающиеся решения для демпфирования этого лязгающего звука. Один вариант заключается в использовании демпфирующего удар упругого элемента между контактными поверхностями поршня и корпусом. Недостаток этого решения состоит в том, что после разрушения демпфирующего удар элемента это приводит к утрате возможности демпфирования, а в худшем случае к тому, что оставшиеся фрагменты осуществляют сдерживание или блокирование поршня в корпусе.
Другое решение для демпфирования этого лязгающего звука состоит в наложении постоянного ограничения на подачу сжатого воздуха в соответствующие пространства для того, чтобы уменьшить скорость поршня таким образом, чтобы он не двигался так быстро по направлению к корпусу. Однако ограничение также замедляет фактическую скорость переключения передачи, что является явным недостатком, так как быстрое переключение передачи является важной составляющей для коробки передач.
Дополнительное демпфирующее устройство является гидравлическим демпфирующим устройством, но оно является дорогим, поскольку является сложным, требует обслуживания и неудовлетворительно работает при низких температурах.
Следовательно, существует потребность в эффективной конструкции, которая не имеет недостатков, описанным выше, для демпфирования поршня таким образом, чтобы он не ударялся об корпус.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является устранение упомянутого недостатка. Данная задача решается посредством создания конструкции согласно первому независимому пункту формулы изобретения и способа согласно второму независимому пункту формулы изобретения.
Конструкция для демпфирования перемещения поршня в пневматическом цилиндре содержит:
пневматический цилиндр с, по меньшей мере, одной продольной осью, предназначенной для передачи силы от пневматического цилиндра, причем упомянутый пневматический цилиндр содержит корпус, в котором поршень, соединенный с продольной осью, размещен таким образом, что с каждой стороны поршня образуется пространство, и это каждое пространство имеет соединенный с ним шланг или трубку для сжатого воздуха;
клапанное устройство, размещенное вместе со шлангом или трубкой для сжатого воздуха;
устройство для сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха к каждому пространству посредством соответствующего шланга или трубки для сжатого воздуха, и
блок управления, соединенный с каждым клапанным устройством для управления при подаче сжатого воздуха и при его выпуске пространствами в пневматическом цилиндре через шланги или трубки для сжатого воздуха.
Конструкция согласно изобретению характеризуется тем, что блок управления содержит средство для управления клапанными устройствами таким образом, что за счет управления подачей сжатого воздуха к любому из пространств в пневматическом цилиндре вызывается перемещение поршня и оси, соединенной с ним, и также управляет клапанными устройствами с тем, чтобы сжатый воздух подавался в другое пространство перед началом перемещения поршня для того, чтобы таким образом демпфировать перемещение поршня.
Демпфирующая среда, используемая конструкцией, таким образом, является сжатым воздухом, который уже доступен в конструкции для того, чтобы вызывать перемещение поршня. Эта конструкция, следовательно, включает крайне мало компонентов в том отношении, что демпфирующая среда, сжатый воздух подаются и выводятся из пневматического цилиндра посредством двух шлангов для сжатого воздуха, которые также используются для того, чтобы вызывать заданное перемещение поршня в пневматическом цилиндре.
Конструкция осуществляет отличное демпфирование поршня перед тем, как он натолкнется на корпус пневматического цилиндра, причем она не является сложной и, следовательно, дорогостоящей. Удовлетворительное демпфирование достигается сжатым воздухом, используемым для демпфирования перемещения поршня, уже поданным перед началом перемещения поршня.
Вариант осуществления конструкции содержит средство для определения положения поршня. Определяемое положение передается в качестве параметра к блоку управления и используется в нем для определения того, когда сжатый воздух должен быть подан в пространства для оптимального демпфирования. Такое определение положения позволяет изменять и корректировать демпфирование в ответ на окружающие обстоятельства, например, температуру пневматического цилиндра, которая значительно воздействует на скорость перемещения поршня.
В варианте осуществления конструкции средство для определения положения поршня располагается в осевом продолжении пространств и содержит вторую ось, коаксиальную с первой осью, но располагающуюся на противоположной стороне поршня от первой оси, и узел определения положения, содержащий углубление, в котором передвигается вторая ось с тем, чтобы можно было определить положение поршня в пневматическом цилиндре. Такой тип средства для определения положения поршня обеспечивает достоверное и точное определение его положения, из которого также можно определить его перемещение.
В варианте осуществления конструкции поршень в пневматическом цилиндре является подвижным между двумя положениями, а в другом варианте осуществления конструкции поршень в пневматическом цилиндре является подвижным между тремя положениями, причем среднее положение является положением покоя, в которое поршень возвращается спиральной пружиной, размещаемой, вокруг оси между поршнем и корпусом с каждой стороны поршня. Конфигурация пневматического цилиндра может меняться в зависимости от применения, в котором он должен быть использован. Независимо от конфигурации конструкции результатом является надежная конструкция и отличное демпфирование перемещения поршня.
В варианте осуществления конструкции клапанное устройство является соленоидным клапаном, который позволяет осуществлять управление потоком сжатого воздуха к и от пространств пневматического цилиндра с удовлетворительной точностью.
Конструкция согласно изобретению может быть преимущественно использована в коробке передач, в которой продольная ось пневматического цилиндра соединяется с любым из валов коробки передач, которые используются для соединения/разъединения различных положений передачи в коробке передач. Конструкция согласно изобретению уменьшает износ на составных частях коробки передач и уровень шума, генерируемого каждый раз, когда поршень ударяет корпус пневматического цилиндра.
Когда конструкция используется в коробке передач, продольная ось пневматического цилиндра может преимущественно соединяться с боковым нажимным валом коробки передач. Боковой нажимной вал в коробке передач является поперечным относительно главного вала и передаточного вала.
Настоящее изобретение также относится к способу демпфирования перемещения поршня в упомянутой конструкции, включающему этапы, на которых:
с помощью блока управления приводят в действие клапанное устройство таким образом, что пространство, которое должно быть использовано для демпфирования перемещения поршня, подвергается сжатию, по меньшей мере, до начала перемещения поршня для того, чтобы таким образом демпфировать перемещение поршня перед тем, как он приблизится к корпусу;
с помощью блока управления приводят в действие клапанное устройство для повышения давления в пространстве, что вызывает перемещение поршня в заданном направлении.
Этот способ обеспечивает отличное демпфирование перемещения поршня, не требуя значительных модификаций в существующих пневматических цилиндрах.
Вариант осуществления способа также включает этап определения положения поршня, причем блок управления использует эту информацию для надежного управления повышением давления в пространствах пневматического цилиндра. Этот дополнительный этап позволяет добиться более точного управления демпфированием поршня на основе существующих условий.
В варианте осуществления способа повышение давления в двух пространствах осуществляется одновременно, что является простым и, следовательно, надежным способом применения заданного демпфирования, приводя в результате к менее сложным блокам управления и средствам управления.
Вариант осуществления способа также включает этап, на котором воздуху в пространстве, использующемся для демпфирования движения поршня, позволяется покидать пространство через шланг или трубку для сжатого воздуха блоком управления, открывающим клапан сжатого воздуха, через некоторое время после того, как в пространстве повышено давление. Этот дополнительный этап представляет дополнительный параметр для оптимизации демпфирования поршня.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более подробно описано далее со ссылкой на его варианты осуществления, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
фиг. 1 - схематичная иллюстрация первого варианта осуществления пневматического цилиндра;
фиг. 2 - схематичная иллюстрация второго варианта осуществления пневматического цилиндра;
фиг. 3 - схематичная диаграмма альтернативного варианта повышения давления в пространствах пневматического цилиндра; и
фиг. 4 - схематичная диаграмма второго альтернативного варианта повышения давления в пространствах пневматического цилиндра.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 схематично проиллюстрирован первый вариант осуществления очень упрощенного пневматического цилиндра 10. Пневматический цилиндр содержит корпус 11, который вмещает поршень 12 и продольную ось 13, которая соединяется с ним и которая проходит от центра одной стороны поршня через одну торцевую стенку пневматического цилиндра 10 за пределы корпуса 11 таким образом, что осевое перемещение, вызванное пневматическим цилиндром, может быть надлежащим образом использовано в заданных применениях.
Внутренняя полость пневматического цилиндра 10 является по существу круговым цилиндром, но также могут быть предоставлены другие формы, которые соответствуют форме цилиндра. Для отвечающего требованиям функционирования пневматического цилиндра важно существование удовлетворительного уплотнения между внешней окружностью поршня и внутренней частью полости, и между периферией оси и выпускного отверстия в торцевой стенке корпуса. Существуют различные типы скользящих уплотнений, которые могут быть размещены на внешней периферии поршня и внутренней поверхности выпускного отверстия. Конфигурация на внешней стороне корпуса может изменяться в зависимости от применения, в котором должен быть использован пневматический цилиндр.
В полости с каждой стороны поршня 12 образуется пространство, размер которого (объем) зависит от положения поршня в пневматическом цилиндре. На фиг. 1 и 2 одно пространство обозначено V1, а пространство на противоположной стороне поршня обозначено V2. Как упоминалось раньше, объем этих пространств зависит от осевого положения поршня в полости. В варианте осуществления, отображенном на фиг. 1, поршень и ось, соединенная с ним, подвижны между двумя отличными положениями в соответствующих концах полости, тогда как поршень в варианте осуществления пневматического цилиндра, отображенном на фиг. 2, является подвижным между тремя положениями.
У каждого конца пневматического цилиндра к полости около соответствующей торцевой стенки соединяется шланг для сжатого воздуха со связанным клапаном 30 сжатого воздуха таким образом, что один из шлангов ведет в пространство V1, а другой шланг ведет в пространство V2 на противоположной стороне поршня. Соответствующие шланги 14 для сжатого воздуха соединяются с источником 31 сжатого воздуха, который осуществляет постоянную подачу сжатого воздуха к ним. Поршень и, следовательно, ось, соединенная с ним, могут двигаться в заданных направлениях между двумя положениями за счет открывания клапана, а следовательно, подачи сжатого воздуха и повышения давления в соответствующих пространствах V1 и V2.
На фиг. 2 проиллюстрирован второй вариант осуществления пневматического цилиндра 20. Этот пневматический цилиндр подобным образом имеет окружающий корпус 21, который содержит полость по существу в виде кругового цилиндра, поршень 22 и продольную ось 23, соединенную с ним. В этом случае ось 23 проходит от обеих сторон центра поршня. На одной стороне она проходит от поршня через пространство V2 на этой стороне поршня и выходит наружу из корпуса 21 таким образом, что осевое перемещение, вызванное пневматическим цилиндром, может быть надлежащим образом использовано.
Вторая ось 29 продолжается с другой стороны поршня 22 коаксиально с первой осью 23. Вторая ось 29 служит как часть узла 26 определения положения, располагающегося в осевом продолжении пространства. Узел 26 определения положения также содержит углубление 25, располагающееся в центре торцевой стенки 28 пространства. Когда поршень 22 двигается по направлению к или от торцевой стенки 28, вторая ось 29 передвигается в углублении 25, которое, по меньшей мере, имеет такую же длину как у второй оси 29. Узел 26 определения положения определяет положение оси в углублении 25 и позволяет определить скорость перемещения поршня в пневматическом цилиндре. Разумеется, узел определения положения также применим в сочетании с первым вариантом осуществления пневматического цилиндра.
Пневматический цилиндр также содержит две спиральные пружины 27, каждая из которых располагается в осевом направлении между торцевой стенкой соответствующего пространства и соответствующей стороной поршня. Основная функция этих спиральных пружин состоит в том, чтобы возвращать поршень и связанную ось в положение покоя поршня, находящееся по существу в центре пневматического цилиндра в случаях, когда поршень передвигается в двух осевых направлениях в пневматическом цилиндре из положения покоя. Как и в варианте осуществления пневматического цилиндра, описанном выше, этот пневматический цилиндр обеспечен шлангами 24 для сжатого воздуха и клапанами сжатого воздуха, не проиллюстрированными, располагающимися на соответствующих концах полости.
Клапаны сжатого воздуха вне зависимости от их конфигурации управляются блоком 32 управления, который содержит управляющее средство, такое как, например, программный код, для осуществления заданного управления клапанами сжатого воздуха на основе конкретных параметров. Если пневматический цилиндр обеспечивается устройствами определения положения для определения положения поршня, этот параметр среди других используется блоком управления.
Если имеется необходимость в осевом движении, вызванном пневматическим цилиндром, как описано выше, блок управления активирует клапан сжатого воздуха, так что на основе повышения давления и подачи сжатого воздуха в выбранное пространство вызывают заданное перемещение поршня и оси. Однако для достижения цели демпфирования перемещения поршня блок управления либо перед, либо в это же время, когда он активирует пространство для осуществления перемещения поршня, активирует клапан сжатого воздуха, который повышает давление во втором пространстве таким образом, что сжатый воздух в этом пространстве служит в качестве демпфирующей среды и демпфирует перемещение поршня. Сжатый воздух в этом пространстве, следовательно, будет эффективно демпфировать перемещение поршня перед тем, как поршень достигнет конца полости.
d
Повышение давления в пространстве, использованном для демпфирования перемещения поршня, может быть осуществлено в течение любого времени, начиная с момента непосредственно перед повышением давления в пространстве, для того, чтобы вызвать перемещение поршня, заканчивая моментом синхронным с повышением давления в пространстве, которое вызывает перемещение поршня. Однако для того, чтобы достичь заданного демпфирования поршня, повышение давления в пространстве для демпфирования перемещения поршня должно всегда активироваться перед началом перемещения поршня в пневматическом цилиндре. Примеры этого схематично проиллюстрированы на фиг. 3 и 4, на которых в качестве функции времени проиллюстрировано повышение давления p1, означающего повышение давления в пространстве для того, чтобы вызвать перемещение поршня, и повышение давления p2, которое вызывает демпфирование поршня. На фиг. 3 повышение давления в пространства V1 для перемещения поршня и в пространстве V2 демпфирования осуществляются одновременно в момент времени Т, но после истечения промежутка времени t давление p2 в пространстве V2 сбрасывается.
d
d
На фиг. 4 повышение давления p2 в демпфирующем пространстве V2 осуществляется в момент времени Т, который наступает незадолго до повышения давления p1, т.е. повышения давления для осуществления перемещения поршня. В конкретных применениях этот способ является наиболее подходящим, когда требуется осуществить максимально возможное демпфирование. В обоих случаях продолжительность времени повышения давления t может быть использована в качестве параметра для дополнительного управления величиной прикладываемого демпфирования поршня. Это может быть использовано, например, для корректировки демпфирования согласно, например, температуре в коробке передач, где используется клапан сжатого воздуха, поскольку вязкость смазочного материала зависит от температуры. Более продолжительное время t активизации приводит к большему демпфированию поршня.
Таким образом, сжатый воздух отчасти используется для того, чтобы вызвать перемещения поршня, а также в качестве демпфирующей среды за счет блока управления, который в конкретных случаях активирует повышение давления в противоположном пространстве для того, чтобы демпфировать перемещение поршня.
Повышение давления в пространстве для демпфирования перемещения поршня заканчивается блоком управления за счет открывания клапана сжатого воздуха, вследствие чего сила поршня вызовет течение воздуха из пространства посредством шланга для сжатого воздуха и вывод его в окружающую среду.
Несмотря на то что изобретение описано выше на примере различных вариантов его осуществления, возможно некоторое количество модификаций.
Пневматический цилиндр может быть сконфигурирован множеством различных способов, например, в отношении его формы поперечного сечения.
Пневматический цилиндр может иметь больше положений покоя для поршня.
Блок управления может быть сконфигурирован и адаптирован для удовлетворения заданным характеристикам демпфирования.
Хотя изобретение было описано на основе нескольких примерных вариантов осуществления, оно не ограничено ими и определено только прилагаемой формулой изобретения.