Пневматический исполнительный демпфирующий механизм

 

Пневматический исполнительный демпфирующий механизм относится к машиностроению и касается как простейших устройств двустороннего действия без демпфирования, так и устройств для соединения различных подвесок транспортных средств с шасси, выполняющих функции пневморессор, амортизаторов и подъемников подвесок. Механизм содержит две соосно расположенные резинокордные оболочки (РКО), промежуточный элемент, герметично соединенный с встречно направленными торцами РКО и сообщающий их полости между собой посредством клапанно-дроссельного устройства и с внешним источником регулируемого по величине P₁ давления, а также шток, герметично соединенный с противоположными торцами РКО посредством поршней. Шток имеет возможность перемещения по оси устройства в подшипниках скольжения, один из которых взаимодействует с поршнем, другой - с поверхностью штока и размещен между РКО. Одна РКО размещена внутри герметичного кожуха, полость которого подключена к внешнему источнику регулируемого давления величиной Р₂, не превышающей величину давления P₁ внутри РКО. Технический результат – повышение надежности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению и касается как простейших устройств двустороннего действия, так и устройств для соединения различных подвесок транспортных средств с шасси, выполняющих функции пневморессор, амортизаторов и подъемников подвесок.

Известен пневматический демпфер, содержащий две резинокордные оболочки (РКО), промежуточный элемент, герметично соединенный с встречно направленными торцами РКО и сообщающий их полости посредством клапанно-дросселирующего устройства, шток, герметично соединенный с противоположными торцами РКО, одна из которых размещена внутри жесткого герметичного кожуха с обратным клапаном, сообщающим полость кожуха с атмосферой [1].

Недостатком этого устройства являются его ограниченные функциональные возможности, поскольку оно, например, не может выполнять функцию исполнительного механизма.

Известна пневматическая рессора, содержащая две соосно расположенные эластичные камеры со стабильно разными эффективными площадями. Между ними расположено дросселирующее устройство, а противоположные торцы РКО связаны жестким штоком, обеспечивающим работу эластичных камер в противофазе. Разность в эффективных площадях камер, умноженная на величину давления сжатого газа, подводимого внутрь камер, создает статическое рабочее усилие [2].

Такая конструкция пневматического механизма не позволяет осуществлять реверс вектора статического рабочего усилия, направленного по его оси, в конструкции отсутствует направляющий аппарат.

Известная пневматическая рессора, выбранная в качестве прототипа, содержит две соосно расположенные и подключенные к внешнему источнику давления РКО со стабильно разными эффективными площадями, промежуточный элемент, герметично соединенный с встречно направленными торцами РКО и сообщающий их полости посредством дроссельных отверстий, а также шток, герметично соединенный с противоположными торцами РКО посредством поршней, выполняющих и функцию направляющего аппарата [3].

В этом устройстве внешние поверхности поршней выполняют функции направляющих как для РКО, так и для штока, что влечет за собой и увеличение длины устройства и трудности в его использовании на транспортных средствах.

При любом расположении устройства в пространстве имеет место проблема защиты по крайней мере одной РКО от внешних частиц, способных, накапливаясь, создавать пространство между поршнем и РКО и, уменьшая зазоры между движущимися частями, приводить к поломке устройства. Кроме этого, оно не позволяет осуществлять реверс вектора статического рабочего усилия, направленного по его оси.

Эти недостатки устранены в предлагаемой конструкции пневматического механизма, содержащего две соосно расположенные РКО, промежуточный элемент, герметично соединенный с встречно направленными торцами РКО и сообщающий их полости между собой посредством клапанно-дроссельного устройства и с внешним источником регулируемого по величине P₁ давления, а также шток, герметично соединенный с противоположными торцами РКО посредством поршней. Шток имеет возможность перемещения по оси устройства в подшипниках скольжения, один из которых взаимодействует с внутренней поверхностью верхнего поршня, а другой - с поверхностью штока и размещен между РКО. Верхняя РКО размещена внутри герметичного кожуха, полость которого подключена к внешнему источнику регулируемого давления величиной Р₂.

Если РКО имеют равные эффективные площади, то независимо от величины давления P₁ шток будет находиться в покое под действием равных по величине и противоположных по направлению сил этого давления.

Появление давления (разрежения) в полости кожуха вызывает адекватную по величине и направлению осевую силу, действующую на шток: при Р₂ больше 0 сила направлена на выталкивание штока, при Р₃ меньше 0 - на втягивание. Уход от отрицательных величин давлений для обеспечения реверса статического рабочего усилия достигается установкой в кожух РКО с относительно большей эффективной площадью. В любом варианте для исключения смятия РКО и ее захода в пространство движения других деталей устройства внешние приборы обеспечивают превышение величины внутреннего давления P₁ в РКО над величиной давления Р₂ в кожухе.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого пневматического устройства и органов его управления; на фиг.2 - положение крана 23, при котором полость кожуха связана с атмосферой; на фиг.3 представлено положение крана 23, при котором полость кожуха находится под давлением, а на фиг.4 полости РКО и полость кожуха связаны с атмосферой.

Механизм содержит две РКО 1 с относительно большей и 2 с относительно меньшей эффективными площадями, встречные торцы которых герметично закреплены на промежуточном элементе 3, к которому в свою очередь герметично закреплен кожух 4. Противоположные торцы РКО 1 и 2 посредством поршней 5 и 6 герметично закреплены на штоке 7, имеющем возможность перемещения в осевом направлении в подшипниках 9 и 10. Между полостями РКО 1 и 2 установлен клапан 11 и имеется канал 12. Его сечение зависит от положения дистанционно управляемого дросселя 13, который одновременно влияет на связь каналов 12 и 15. К внешним приборам управления механизм подключается посредством тяги 14 дросселя 13 и штуцеров 15 и 16 с одноименными каналами и крепится на рабочем месте с помощью проушин 17 и 18. Внешние приборы управления содержат управляемый редукционный клапан 19 со своей рукояткой 20, подключенный к бортовой пневматической магистрали 21, редукционный клапан 22, обеспечивающий условие P₁ больше Р₂, кран 23, позиционные режимы работы которого представлены на фиг.2, 3 и 4, кнопку 24 сброса P₁, кинематически связанную с краном 23 таким образом, что она срабатывает только в позиции фиг.4 крана 23 и рукоятку 25 управления дросселем 13.

Работает механизм следующим образом: установленный с помощью проушин 17 и 18 между, например, шасси и подвижной в вертикальной плоскости рамой отвала плужного снегоочистителя, через каналы 15 и 16 и тягу 14 золотника 13 механизм подключается к приборам и органам управления 20 - 25. Там, посредством крана 23 в позиции фиг.2, полость кожуха 4 сообщается с атмосферой, а в РКО 1 и 2 подается сжатый воздух величиной давления P₁ по сообщающимся при выдвинутом дросселе 13 каналам 15 и 12. При увеличении P₁ используется только рукоятка 20, а при уменьшении кран 23 кратковременно устанавливается в позицию фиг.4, где он кинематически связывается с кнопкой 24, и все полости сообщаются с атмосферой.

Так как эффективная площадь РКО 1 больше, чем у РКО 2, возникает усилие, направленное вверх по оси штока 7, и при соответствующей величине давления P₁ начинается его движение в подшипниках 9 и 10 вверх. При этом сжатый воздух из уменьшающейся полости РКО 2 через клапан 11, канал 12 и зазор в подшипнике 9 перетекает в увеличивающуюся полость РКО 1, которая через канал 16 и кран 23 в позиции фиг.2 вытесняет воздух из кожуха 4 в атмосферу. Достигнув крайнего верхнего положения, шток 7 фиксирует там присоединенный к нему посредством проушины 17 рабочий орган усилием, пропорционально зависящим от величины P₁.

При установке крана 23 в позицию фиг.3 происходит заполнение полости кожуха 4 сжатым воздухом величиной давления Р₂ и возникает сила, направленная по оси штока 7 вниз. Величина и направление суммарной внутренней статической силы действия на шток 7 зависит от совокупности геометрических размеров элементов устройства и величин Р₂ и P₁. Но так как геометрические размеры элементов механизма уже выбраны, а редукционный клапан 22 обеспечивает условие устойчивости формы РКО 1.

P₂ = f (P₁) = P₁ - const,

то и величина и направление суммарной внутренней силы действия на шток 7 в позиции фиг.3 крана 23 зависят только от величины P₁. Можно найти такое значение P⁰₁, при котором суммарная внутренняя статическая сила, действующая на шток 7, равняется нулю (“плавающий” режим).

При движении машины расстояние между проушинами 17 и 18 меняется. На низкой скорости, в режиме P₁ равно P⁰₁, с ничтожными вертикальными ускорениями и соответственно силами инерции рабочих органов пневматический механизм за счет упругости воздуха пассивно отслеживает неровности обрабатываемой поверхности.

При увеличении скорости движения существенно возрастают и силы инерции рабочего органа, что приводит к его отрыву от обрабатываемой поверхности, а затем к ударному соединению с ней. При этом снижается качество работы машины и появляется непредсказуемая опасность ее схода с курса. Чтобы уйти от этого, редукционный клапан 19 регулируется рукояткой 20 на условие P₁ больше P⁰₁, при котором суммарная внутренняя сила, действующая на шток 7, направлена вниз и создает в зависимости от положения дросселя 13 нормированное упругое или квазиупругое усилие прижатия рабочего органа к обрабатываемой поверхности и подавляющего силы его инерции, направленные вверх.

При быстром принудительном смещении штока 7 вверх сжатый воздух дополнительно сжимается в уменьшающихся полостях кожуха 4 и РКО 2 и перетекает через клапан 11, канал 12 и зазор в подшипнике 9 в увеличивающуюся полость РКО 1. При этом происходит процесс частичного демпфирования и преобразования кинетической энергии присоединенной к штоку 7 массы рабочего органа.

При движении штока вниз под действием внутренней суммарной силы сжатого воздуха объем полости РКО 1 уменьшается, сжатый воздух в ней дополнительно сжимается и стремится перетечь в увеличивающуюся полость РКО 2 через канал 12 и зазор в подшипнике 9. Специально подобранное и зафиксированное с помощью гайки дросселя 13 дросселирующее сечение, сформированное им в канале 12, позволяет достичь оптимальной скорости выхода штока 7 из пневматического механизма и рассеивать опасную энергию двигающейся массы рабочего органа, соединенного со штоком 7.

Литература

1. А.С. 1370342, 30.01.88, Бюлл.№4.

2. A.C. 1296760, 15.03.87, Бюлл.№10.

3. JP№60-121336A, F 16 F 9/04, 07.11.85 №M-427.

Формула изобретения

1. Пневматический исполнительный демпфирующий механизм, содержащий две соосно расположенные резинокордные оболочки, промежуточный элемент, герметично соединенный с встречно направленными торцами резинокордных оболочек и сообщающий их полости между собой и с внешним источником регулируемого по величине давления газа, а также шток, герметично соединенный с противоположными торцами резинокордных оболочек, отличающийся тем, что одна из резинокордных оболочек размещена внутри герметичного кожуха, полость которого подключена к источнику регулируемого давления величиной P₂, не превышающей величину давления Р₁ внутри резинокордных оболочек.

2. Пневматический исполнительный демпфирующий механизм по п.1, отличающейся тем, что резинокордная оболочка, размещенная внутри кожуха, имеет относительно большую эффективную площадь.

3. Пневматический исполнительный демпфирующий механизм по п.1, отличающийся тем, что полости резинокордных оболочек сообщаются посредством клапанно-дроссельного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4