Амортизатор

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к системам амортизации. Сущность изобретения заключается в том, что амортизатор содержит основание и по крайней мере одну пару эластичных герметических оболочек (ЭГО). С одной стороны к каждой ЭГО в паре прикреплен поддон с упором, которым ЭГО обращены друг к другу с зазором для размещения амортизируемого объекта. С противоположной стороны к каждой ЭГО прикреплен ресивер, жестко связанный с основанием. Полости ресивера и ЭГО соединены между собой посредством сквозного канала и обратного клапана относительно ЭГО. Полость ресивера связана с источником рабочего газа, а также связана с внешней средой через перепускной клапан, заслонка которого снабжена закрепленным на основании сильфоном, полость которого посредством канала связана с полостью ресивера. Техническим результатом является увеличение быстродействия амортизатора и уменьшение ударных нагрузок на амортизируемый объект при минимальных ходах амортизатора. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно, к системам амортизации, направленным на повышение ударозащиты объектов.

Известен пневматический упругий элемент по авторскому свидетельству СССР №1341412, МПК F 16 F 9/04. Известный пневматический упругий элемент содержит резинокордную оболочку с днищем, к которому прикреплена демпферная камера. Часть днища, в которой размещен клапан в виде диафрагмы с дроссельным отверстием и трубопровод с соплом, вырезана и подпружинена в осевом направлении пружинами. Резинокордная оболочка сообщена с трубопроводом, сопло которого прикреплено к части днища фланцем. Торец дроссельного отверстия расположен относительно торца сопла с зазором, который может меняться при прогибе клапана. Во фланце выполнены отверстия. Клапан может быть уплотнен при помощи резинового уплотнителя. Верхняя часть резинокордной оболочки соединена с опорной плитой.

Пневматический упругий элемент работает следующим образом.

В нерабочем положении давление воздуха в резинокордной оболочке и демпферной камере одинаково.

При плавном ходе сжатия возрастает давление воздуха в резинокордной оболочке. При этом клапан прижимается к резиновому уплотнению и воздух из резинокордной оболочки начинает перетекать в демпферную камеру через дроссельное отверстие с малым сопротивлением воздуха и трубопровод, имеющий большое сопротивление, и сопло.

Демпфирование колебаний в этом случае происходит за счет взаимодействия струй, истекающих с определенными скоростями из дроссельного отверстия и сопла, причем чем больше скорость перемещения виброизолируемого объекта, тем эффективнее взаимодействие воздушных струй и больше сопротивление демпфера.

При ходе сжатия взаимодействие встречных струй воздуха тем эффективнее, чем больше скорость перемещения опорной плиты, тем выше давление воздуха в резинокордной оболочке, чем больше прогиб клапана и чем меньше зазор между срезами дроссельного отверстия при всех возможных частотах колебаний не оказывает сопротивления перетеканию воздуха.

При ударном воздействии нагрузки на пневматический упругий элемент, резко возрастает давление воздуха в резинокордной оболочке, в результате чего клапан прогибается и зазор полностью компенсируется. При этом перетекание воздуха в демпферную камеру не происходит. Резкое повышение давления воздуха в резинокордной оболочке передается на часть днища, которая, поджав пружины, открывается и пропускает часть воздуха в демпферную камеру, в результате чего давление воздуха внутри резинокордной оболочки снижается, часть днища закрывается, зазор восстанавливается и начинает действовать струйный эффект пневматического упругого элемента.

При резком ходе отдачи снижается давление воздуха в резинокордной оболочке по сравнению с давлением воздуха в демпферной камере и клапан поднимается вверх. При этом сжатый в демпферной камере воздух перетекает в резинокордную оболочку через отверстия и зазор между клапаном и резиновым уплотнением.

При плавном ходе отдачи и медленном изменении давления воздуха в резинокордной оболочке сжатый в демпферной камере воздух перетекает через отверстие, зазор, дроссельное отверстие и трубопровод с соплом в обратном направлении. При этом взаимодействие струй воздуха не происходит и, следовательно, сопротивление пневматического упругого элемента при ходе отдачи будет меньше, чем при ходе сжатия. В дальнейшем цикл повторяется.

Основным недостатком известного пневматического упругого элемента по авторскому свидетельству №1341412 является запаздывание в срабатывании при воздействии ударной нагрузки на амортизируемый объект. Это происходит из-за использования в перепускных клапанах металлических пружин, так как их относительно большая масса и инерционность приводят к задержке при открытии клапана. При этом происходит кратковременное превышение давления по сравнению с расчетным, а следовательно, и превышение нагрузок на амортизируемый объект по сравнению с допустимыми нагрузками, что может привести к повреждению амортизируемого объекта.

Известен также пневматический демпфер по авторскому свидетельству СССР №1370342, МПК F 16 F 9/04, принятый в качестве ближайшего аналога.

Пневматический демпфер по авторскому свидетельству №1370342 содержит соосно расположенные конические резинокордные оболочки, между смежными торцами которых установлена разделяющая их жесткая перегородка, а к противоположным торцам оболочек прикреплены основания, выполненные в виде конических поршней, соединенных между собой стержнем, проходящим через осевое отверстие в шаровой опоре, установленной в центральном отверстии перегородки. В кольцевой проточке шаровой опоры соосно стержню установлен уравновешенный выравнивающий клапан, который посредством кольца фрикционно связан со стержнем. В перегородке выполнены отверстия, закрытые подпружиненными перепускными клапанами, которые снабжены регулировочными устройствами, обеспечивающими изменение сопротивления клапанов.

В шаровой опоре выполнены радиальные отверстия, сообщенные каналами с резинокордной оболочкой, а в выравнивающем клапане - осевые каналы и кольцевая выточка. Резинокордная оболочка закрыта жестким кожухом, прикрепленным к перегородке и снабженным обратным клапаном.

К одному из конических поршней жестко закреплена проушина.

Пневматический демпфер устанавливается в подвеске транспортного средства параллельно упругому элементу, перегородкой жестко крепится к подрессоренной массе, а посредством проушины соединяется с подрессоренной массой.

В статическом положении демпфера независимо от положения выравнивающего клапана давления воздуха в полостях резинокордных оболочек примерно одинаково.

Пневматический демпфер работает следующим образом.

В начале хода сжатия стержень вместе с поршнями перемещается относительно шаровой опоры вверх, поднимая выравнивающий клапан до упора в верхний выступ шаровой опоры. Радиальные отверстия закрываются, и дальнейший ход сжатия происходит при разобщенных между собой полостях резинокордных оболочек. В полости второй оболочки давление воздуха и эффективная площадь увеличиваются, в полости первой оболочки уменьшаются, в результате сила сопротивления ходу сжатия интенсивно нарастает. С момента достижения заданного сопротивлением перепада давления воздуха в полостях демпфера после открытия клапана и до окончания хода сжатия сила сопротивления увеличивается незначительно, только за счет изменения разности эффективных площадей двух резинокордных оболочек.

С началом хода отбоя стержень перемещает выравнивающий клапан вниз. Во время прохождения клапаном среднего положения кольцевая выточка совпадает с радиальными отверстиями, при этом полости оболочек кратковременно сообщаются между собой, давление воздуха в них практически выравнивается. С увеличением хода отбоя клапан перекрывает радиальные отверстия, давление воздуха и эффективная площадь в полости первой оболочки увеличиваются, в полости второй оболочки - уменьшаются, при этом сила сопротивления ходу отбоя интенсивно нарастает. С момента достижения заданного перепада давления воздуха в полостях демпфера после открытия клапана и до окончания хода отбоя увеличение силы сопротивления обусловлено только изменением разности эффективных площадей оболочек.

Наличие герметичного кожуха позволяет увеличить силу сопротивления демпфера на ходе отбоя без увеличения перепада давления воздуха в полостях оболочек.

В начале очередного хода сжатия клапан, перемещаясь вверх, кратковременно открывает отверстие, давление воздуха в полостях демпфера выравнивается, рабочий цикл повторяется.

Основным недостатком известного изобретения по авторскому свидетельству №1370342 являются запаздывания в срабатывании при воздействии на амортизатор ударной нагрузки, а также большие хода амортизатора, которые появляются из-за медленного нарастания и спада силы торможения. Вследствие этого возможно превышение перегрузок амортизируемого объекта по сравнению с допустимыми, что в конечном итоге может привести к повреждению амортизируемого объекта.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача увеличить быстродействие амортизатора и уменьшить ударные нагрузки на амортизируемый объект при минимальных ходах амортизатора.

Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что у амортизатора, содержащего основание и по крайней мере одну пару эластичных герметических оболочек (ЭГО), с одной стороны к каждой ЭГО в паре прикреплен поддон с упором, которым оболочки обращены друг к другу с зазором для размещения амортизируемого объекта, а с противоположной стороны к каждой ЭГО прикреплен ресивер, жестко связанный с основанием, при этом полости ресивера и ЭГО соединены между собой посредством сквозного канала и обратного клапана, ориентированного относительно ЭГО, в тоже время полость ресивера связана с источником рабочего газа, а также связана с внешней средой через клапан, заслонка которого снабжена закрепленным на основании сильфоном, полость которого посредством канала связана с полостью ресивера.

Между основанием и каждым поддоном могут быть установлены по крайней мере два гидравлических однотрубных демпфера (гидродемпфер), каждый из которых выполнен в виде пустотелого корпуса, при этом корпус каждого гидродемпфера шарнирно связан с основанием, а шток гидродемпфера пропущен через отверстие в борту поддона и снабжен концевым ограничителем хода отбоя гидродемпфера.

ЭГО может быть выполнена из резинокордного материала.

Каждый поддон может быть снабжен направляющими относительно ресивера.

Тарелка обратного клапана может быть выполнена из углепластика.

Основание может быть выполнено по меньшей мере с двумя опорными взаимно-параллельными стенками, к каждой из которых прикреплены ресивер, сильфон и шарнир гидродемпфера.

Упор поддона может быть выполнен в виде двух скрепленных между собой наложением одной на другую пластин, одна из которых прикреплена к поддону и выполнена из мягкого эластичного материала, а вторая внешняя пластина выполнена из материала с низким коэффициентом поверхностного трения.

Мягкая эластичная пластина может быть выполнена из резины.

Пластина с низким коэффициентом поверхностного трения может быть выполнена из фторопласта.

Благодаря указанной сущности изобретения получен технический результат, а именно увеличено быстродействие амортизатора и уменьшены ударные нагрузки на амортизируемый объект, в том числе при минимальных ходах амортизатора.

На чертеже приведена общая схема амортизатора.

Амортизатор состоит по крайней мере из одной пары идентичных зеркально симметричных частей, расположенных с зазором относительно друг друга, для размещения амортизируемого объекта 1. Обе части амортизатора закреплены на общем основании 2, имеющем две параллельные стенки 3 и 4, к каждой из которых прикреплена своя часть амортизатора.

Одна из пары идентичных частей амортизатора содержит эластичную герметическую оболочку (ЭГО) 5. С одной стороны к ЭГО 5 прикреплен поддон 6 с упором 7, а с противоположной стороны к ЭГО 5 прикреплен ресивер 8, жестко связанный со стенкой 3 основания 2. Полость 9 ЭГО 5 и полость 10 ресивера 8 соединены между собой посредством сквозного отверстия 11 расчетного сечения и обратного клапана 12 относительно ЭГО 5. В тоже время полость 10 ресивера 8 связана с источником 13 рабочего газа посредством канала 14, а также связана с внешней средой через перепускной клапан 15, заслонка которого снабжена сильфоном 16, закрепленным на стенке 3 основания 2. Полость 17 сильфона 16 связана с полостью 10 ресивера 8 посредством канала 18 расчетного проходного сечения.

Поддон 6 снабжен направляющими 19 относительно ресивера 8 и двумя бортами 20 со сквозными отверстиями 21.

Между стенкой 3 основания 2 и бортами 20 поддона 6 установлены два гидродемпфера 23. Корпус 24 каждого гидродемпфера 23 шарниром 22 связан со стенкой 3 основания 2, а шток 25 каждого гидродемпфера 23 пропущен через отверстие 21 в борту 20 поддона 6 и снабжен концевым ограничителем 26 хода.

Упор 7 поддона 6 состоит из скрепленных между собой наложением пластины 27 из резины и пластины 28 из фторопласта.

Для увеличения быстродействия и снижения инерционной массы тарелка 29 обратного клапана 12 изготовлена из углепластика.

В статическом положении шток 25 с концевым ограничителем 26 хода усилием внутренней пружины 30 гидродемпфера 23 поджат к борту 20 поддона 6.

Другая из пары идентичных частей амортизатора содержит эластичную герметическую оболочку (ЭГО) 31. С одной стороны к ЭГО 31 прикреплен поддон 32 с упором 33, а с противоположной стороны к ЭГО 31 прикреплен ресивер 34, жестко связанный со стенкой 4 основания 2. Полость 35 ЭГО 31 и полость 36 ресивера 34 соединены между собой посредством сквозного отверстия 37 расчетного сечения и обратного клапана 38 относительно ЭГО 31. В тоже время полость 36 ресивера 34 связана с источником 39 рабочего газа посредством канала 40, а также связана с внешней средой через перепускной клапан 41, заслонка которого снабжена сильфоном 42, закрепленным на стенке 4 основания 2. Полость 43 сильфона 42 связана с полостью 36 ресивера 34 посредством канала 44 расчетного проходного сечения.

Поддон 32 снабжен направляющими 45 относительно ресивера 34 и двумя бортами 46 со сквозными отверстиями 47.

Между стенкой 4 основания 2 и бортами 46 поддона 32 установлены два гидродемпфера 48. Корпус 49 каждого гидродемпфера 48 шарниром 50 связан со стенкой 4 основания 2, а шток 51 каждого гидродемпфера 48 пропущен через отверстие 47 в борту 46 поддона 32 и снабжен концевым ограничителем 52 хода.

Упор 33 поддона 32 состоит из скрепленных между собой наложением пластины 53 из резины и пластины 54 из фторопласта.

Для увеличения быстродействия и снижения инерционной массы тарелка 55 обратного клапана 37 изготовлена из углепластика.

В статическом положении шток 51 с концевым ограничителем 52 хода усилием внутренней пружины 56 гидродемпфера 48 поджат к борту 46 поддона 32.

В статическом положении перепад давлений между ЭГО 5 и ЭГО 31 амортизатора уравновешивает вес амортизируемого объекта (при горизонтальном расположении амортизатора давление в ЭГО 5 и 31 одинаковое).

Амортизатор работает следующим образом.

При внешнем ударном воздействии на стенку 3 основания 2 амортизатор с основанием 2 начинает перемещаться вниз. При этом давление в ЭГО 5 повышается, что приводит к открытию обратного клапана 12. После чего давление в ресивере 8 также повышается. Давление в сильфоне 16 первоначально было равно давлению в ресивере 8, а так как площадь сечения подводящего канала 18 мала, то за время ударного воздействия давление газа в силъфоне 16 не успевает измениться. После того как давление в ресивере 8 превысит начальное давление на величину, равную отношению эффективной площади полости сильфона 16 к площади седла перепускного клапана 15, клапан 15 начинает открываться, выпуская сжатый газ из ресивера 8 и ЭГО 5 в атмосферу. Благодаря тому, что газ выпускается в атмосферу энергия удара не накапливается в рабочих полостях амортизатора, а рассеивается в атмосферу.

Использование в перепускном клапане в качестве упругого элемента сжатого газа позволяет на два порядка повысить быстродействие клапана 15 и исключить кратковременное превышение давления над расчетным при открытии клапана 15. Кроме того, выравнивание давлений в сильфоне 16 перепускного клапана 15 и в ресивере 8 перед ударным воздействием позволяет более точно обеспечить момент начала открытия клапана 15 в независимости от разбросов начального давления в ресивере 8.

При дальнейшем относительном движении амортизируемого объекта 1 перепускной клапан 15 обеспечивает постоянное давление в ресивере 8 и ЭГО 5. Вместе с тем начинает двигаться вниз и поддон 6. При движении поддон 6 перемещается по направляющим 19 ресивера 8, что исключает боковые смещения поддона 6. В тоже время начинают двигаться штоки 25 гидродемпферов 23. Под действием внутренних пружин 30 гидродемпферов 23 штоки 25 начинают втягиваться. На первых этапах движения скорости движения штоков 25 оказываются меньше скорости движения поддона 6, и между концевыми ограничителями 26 хода и поддоном 6 образуется зазор. На окончательных этапах ударного воздействия относительная скорость амортизируемого объекта 1 уменьшается до нуля и концевые ограничители 26 хода штоков 25 гидродемпферов 23 догоняют поддон 6.

При движении основания 2 вниз поддон 32 нижней части амортизатора упирается в концевые ограничители 52 хода штоков 51 гидродемпферов 48, выдвигая при этом штоки 51 из гидродемпферов 48. В результате чего сопротивление гидродемпферов 48 увеличивается и упор 33 с поддоном 32 отстает от амортизируемого объекта 1. При этом силовое воздействие верхней части амортизатора на амортизируемый объект 1 прекращается и амортизируемый объект 1 перемещается только усилием верхней части амортизатора. На окончательных этапах ударного воздействия относительная скорость амортизируемого объекта 1 уменьшается до нуля и поддон 32 догоняет амортизируемый объект 1.

В связи с тем, что характеристики ударного воздействия могут отличаться и в некоторых случаях упор 33 поддона 32 может догнать амортизируемый объект 1 после изменения знака относительной скорости, это не может привести к значительным динамическим нагрузкам, так как в упоре 33 поддона 32 имеется слой резины 53, а масса поддона 32 невелика. Если амортизатор используется в составе системы амортизации, то при пространственном ударе амортизируемый объект 1 перемещается по фторопластовым пластинам 28 и 54 упоров 7 и 33 поддонов 6 и 32. Так как во время ударного воздействия часть рабочего газа была выпущена в атмосферу, то после окончания ударного воздействия давление газа в полостях ресиверов 8 и 34, а также ЭГО 5 и 31 восстанавливается из источников 13 и 38 со сжатым газом, соединенных с ресиверами 8 и 34 посредством каналов 14 и 40 малого расчетного сечения.

Давления газа восстанавливается до первоначального, рабочий цикл повторяется.

Благодаря указанной сущности изобретения получен технический результат, а именно увеличено быстродействие амортизатора и уменьшены ударные нагрузки на амортизируемый объект, в том числе при минимальных ходах амортизатора.

1. Амортизатор, содержащий основание и по крайней мере одну пару эластичных герметических оболочек (ЭГО), отличающийся тем, что с одной стороны к каждой ЭГО в паре прикреплен поддон с упором, которым ЭГО обращены друг к другу с зазором для размещения амортизируемого объекта, а с противоположной стороны к каждой ЭГО прикреплен ресивер, жестко связанный с основанием, при этом полости ресивера и ЭГО соединены между собой посредством сквозного канала и обратного клапана относительно ЭГО, в то же время полость ресивера связана с источником рабочего газа, а также связана с внешней средой через перепускной клапан, заслонка которого снабжена закрепленным на основании сильфоном, полость которого посредством канала связана с полостью ресивера.

2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что между основанием и каждым поддоном установлены по крайней мере два гидравлических однотрубных демпфера (гидродемпфер), каждый из которых выполнен в виде пустотелого корпуса, при этом корпус каждого гидродемпфера шарнирно связан с основанием, а шток каждого гидродемпфера пропущен через отверстие в борту поддона и снабжен концевым ограничителем хода отбоя гидродемпфера.

3. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что ЭГО выполнена из резинокордного материала.

4. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что каждый поддон снабжен направляющими относительно ресивера.

5. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что тарелка обратного клапана выполнена из углепластика.

6. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что основание выполнено по меньшей мере с двумя опорными взаимно параллельными стенками, к каждой из которых прикреплены ресивер, сильфон и шарнир гидродемпфера.

7. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что упор поддона выполнен в виде двух скрепленных между собой наложением одной на другую пластин, одна из которых прикреплена к поддону и выполнена из мягкого эластичного материала, а вторая, внешняя, пластина выполнена из материала с низким коэффициентом поверхностного трения.

8. Амортизатор по п.7, отличающийся тем, что мягкая эластичная пластина выполнена из резины.

9. Амортизатор по п.7, отличающийся тем, что пластина с низким коэффициентом поверхностного трения выполнена из фторопласта.