Усовершенствованный золотниковый клапан гидравлического демпфера
Группа изобретений относится к устройствам демпфирования. Золотниковый клапан (15) гидравлического демпфера включает в себя пару упругих элементов (47, 49) аккумулирования энергии, один из которых расположен между каждым из золотников (39, 41) клапана и разделительной секцией (27) корпуса клапана для смещения золотников (39, 41) клапана в противоположных направлениях по отношению к силам, создаваемым рабочими давлениями в гидравлической текучей среде гидравлического демпфера (1). Золотники (39, 41) клапанов выполнены с возможностью изменения ограничения гидравлического потока между верхней частью (11) и нижней частью (13) гидравлического демпфера (1). Путь гидравлического потока сжатия конструктивно отделен от пути гидравлического потока обратного хода для предотвращения обратного потока через другой путь гидравлического потока во время потока гидравлической текучей среды в любом направлении, причём каждый упомянутый путь потока сообщается только с по меньшей мере одним профилированным отверстием (35, 37), расположенным рядом с противоположным концом одной из втулок (23, 25) клапана. Также заявлен узел гидравлического демпфера, включающий такой клапан. Обеспечивается уменьшение количества движущихся деталей, а также повышение функциональности гидравлического демпфера. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Перекрёстная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США № 62/985,101, которая была подана 4 марта 2020 г. и включена в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
Изобретение относится к клапану для гидравлического демпфера, включая гидравлический демпфер, для использования в подвеске колёсного транспортного средства.
Гидравлические демпферы, используемые для управления системами динамической подвески, обычно содержат поршень, который перемещается с возможностью скольжения внутри цилиндрического основного корпуса и который герметизирован по периметру относительно его стенок. Поршень прикреплён к узлу штока. Поршень делит цилиндрический основной корпус на две части (верхнюю часть и нижнюю часть), которые соединены ограничительными каналами, замедляющими скорость потока текучей среды между верхней частью и нижней частью, когда узел штока перемещается относительно основного корпуса. Таким образом, основная рабочая характеристика демпфера, определяемая с помощью соотношения между давлением и потоком, определяется геометрической конфигурацией ограничительных каналов между верхней частью и нижней частью.
Если ограничительные каналы просто выполнены как фиксированные отверстия, в этом случае давление, создаваемое на поршне демпфера, увеличивается пропорционально квадрату гидравлического потока через отверстия. К сожалению, эта квадратичная зависимость давления от расхода не является желательной характеристикой для управления большинством динамических систем. В случае системы автомобильной подвески демпфер обычно называют амортизатором, а характеристика давление-поток прямо пропорциональна определяющему соотношению сила-скорость амортизатора, которое, как правило, должно быть линейным или даже до некоторой степени отклоняющимся. Предпочтительный способ достижения желаемых характеристик демпфера, отличающихся от базового квадратичного закона с фиксированным отверстием, заключается в изменении площади отверстия в предварительно заданном соотношении к давлению на поршне.
Наиболее распространённая конструкция клапана демпфера с переменным проходным сечением состоит из пакета деформируемых пластин, закреплённых над набором каналов, которые соединяют верхнюю часть и нижнюю часть либо через поршень, либо вокруг него. Давление на поршень оказывает нагрузку на пластины, вызывая их отклонение, что, в свою очередь, открывает каналы и создаёт путь для гидравлической текучей среды демпфера. Величина отклонения пластин изменяется пропорционально давлению на поршень и, таким образом, создаёт форму переменного отверстия. Патент US 2748898, выданный заявителю DeCarbon, является самой ранней ссылкой на такую конструкцию и описывает амортизатор двойного действия, в котором поршень имеет компоновку каналов, герметизированных с помощью упругих листовых элементов, которые испытывают напряжение и упруго изгибаются под действием текучей среды, выходящей под давлением из каналов. В патенте '898 также подробно описывается уникальный, но в настоящее время широко используемый способ компоновки каналов двух наборов пластинчатых элементов над и под поршнем, чтобы обеспечить независимые и, возможно, асимметричные характеристики давления-потока в двух различных рабочих направлениях.
Наиболее существенным ограничением использования деформируемых пластин для создания клапана демпфера с переменным проходным сечением является то, что характеристика давление-поток сильно зависит от деформированной формы деформируемых пластин, которая, в свою очередь, чрезвычайно чувствительна к толщине пластины, свойствам материала пластины, допуску на размер в отношении формы пластины, процессу сборки, трению между пластинами в пакете пластин, допуску на расположение каналов относительно пластин, допуску на размер в отношении поперечных сечений каналов и чистоту сборки. Эта чувствительность в конечном итоге представляет собой значительную проблему для достижения желаемой характеристики давления напорного потока, или при попытке согласования характеристик двух демпферов. Дополнительным недостатком компоновки деформируемых пластин является то, что характеристику давление-поток невозможно легко предсказать с помощью математических технологий вследствие сложного рабочего механизма. Другим недостатком этой конфигурации является то, что характеристика давление-поток имеет тенденцию отклоняться от своей первоначальной кривой с течением времени вследствие того, что материал деформируемой пластины устаёт и теряет свою жёсткость и прочность, а мелкие частицы, образующиеся в результате износа уплотнения, поршня и штока, застревают между пластинами.
Патент US 5547050, выданный заявителю Beck, иллюстрирует сложность, связанную с изготовлением и сборкой демпфера, в котором используются деформируемые пластины для создания регулируемого отверстия. В патенте ‘050 описан способ крепления пластин и поршня к штоку для преодоления некоторых ограничений по размерам, связанных с такой компоновкой. Хотя модифицированная компоновка устраняет допуски, связанные с креплением деформируемой пластины, она не улучшает отклонение, связанное с точностью размеров самих пластин или расхождением с исходной характеристикой давление-поток, которое происходит с течением времени. Кроме того, в патенте '050 не описывается компоновка, для которой эксплуатационные характеристики демпфера можно предсказать математически.
Патент US 5709290, выданный заявителю Ekert и др., описывает создание ограничительных поверхностей сжатия и обратного хода, которые равномерно поддерживают деформируемые пластины в их отклонённом состоянии на обоих пределах пути отклонения. Деформируемые пластины патента ‘290 защищены от прогибания к деформированному состоянию, которое может значительно изменить расчётные рабочие характеристики узла демпфера. Расположение ограничительной поверхности значительно улучшает способность демпфера сохранять свою первоначальную характеристику давление-поток с течением времени. Эта система, однако, особенно чувствительна к чётко определённым допускам, в результате чего незначительные изменения в конкретных конструктивных признаках могут привести к значительным нежелательным изменениям эксплуатационных характеристик.
Были признаны ограничения клапанов демпфера с регулируемым проходным сечением, в которых используются пакеты деформируемых пластин. Несмотря на то, что были предложены многочисленные альтернативы, и они появляются в предшествующем уровне техники, такая компоновка остаётся доминирующим подходом к обеспечению желаемых характеристик давление-поток в демпферах ударов, используемых в автомобильных системах подвески.
Патент US 6311812, выданный заявителю Sonsterad и др., предлагает альтернативу подходу с деформируемой пластиной, описывая регулятор давления тарельчатого типа, который использует балансировку давления на тарелке для управления площадью, полученной в результате кольцевого отверстия. Форма передней стороны тарелки может варьироваться для контроля балансировки давления. Таким образом, общая характеристика давление-поток регулятора давления и, в конечном счёте, демпфера, в котором используется это устройство, регулируется с помощью изменяющейся площади кольцевого отверстия. Хотя патент ‘812 преодолевает многие проблемы чувствительности к допускам, связанные с клапанами демпфера с регулируемым проходным сечением из деформируемой пластины, его базовая конфигурация ограничена тем, что предлагает только гидравлическое ограничение кольцевого проходного отверстия. Это ограничение преодолевается в альтернативных вариантах осуществления изобретения, но только благодаря добавлению значительной сложности, что опять-таки вносит дополнительную чувствительность к производственному допуску. Однако наиболее существенным ограничением компоновки клапанов согласно патенту '812 является то, что компоновка клапанов является однонаправленной. Для регулятора давления по патенту '812, который будет использоваться в амортизаторе двойного действия, используется набор односторонних шаровых клапанов, реализованных с возможностью действовать как в направлении сжатия, так и в направлении обратного хода. Это ограничивает характеристику давления и потока демпфера, являющейся идентичной как в направлении сжатия, так и в направлении обратного хода, что редко бывает желательным. Кроме того, регулятор давления по патенту '812 является большим и сложным, и его невозможно разумно интегрировать в поршень демпфера. Наконец, как и в случае конфигураций с деформируемыми пластинами, в патенте '812 не описывается компоновка, для которой можно математически предсказать характеристику давление-поток.
Эффективное, но комплексное решение проблем чувствительности к допускам, которые существуют в пассивных клапанах с регулируемым проходным сечением, описано в патенте US 5996745, выданном заявителю Jones и др. Патент ‘745 описывает клапан демпфера для управления давлением-потоком и, следовательно, силой-скоростью, характеристикой амортизатора, который состоит из приспособления для изгиба с пьезоэлектрическим материалом, встроенным в него. Приспособление для изгиба используется аналогично деформируемым пластинам обычного клапана демпфера, но благодаря подаче электрического напряжения на пьезоэлектрический материал изменяется жёсткость приспособления для изгиба и изменяется давление, необходимое для деформации приспособления для изгиба. Электронный датчик используется для измерения скорости поршня, а напряжение, подаваемое на приспособление для изгиба, изменяется в зависимости от измеренной скорости. Таким образом, жёсткость приспособления для изгиба становится зависимой от скорости демпфера, а характеристики сила-скорость и, следовательно, характеристики давление-поток, активно контролируются с помощью системы обратной связи. Хотя клапан с переменным проходным сечением на основе пьезоэлектрического материала согласно патенту ‘745 может преодолеть ограничения допуска пассивных клапанов демпфера, связанная с этим сложность и стоимость чрезмерно высоки. Кроме того, в патенте '745 не описывается компоновка, для которой можно было бы математически просто предсказать характеристику давление-поток.
В патенте США 5386892, выданном заявителю Ashiba, описан частотно-чувствительный гидравлический амортизатор, который позволяет обеспечить плавное переключение характеристик демпфирующей силы с высокочастотной амплитудно-частотной характеристики на низкочастотную амплитудно-частотную характеристику, как для такта растяжения, так и для такта сжатия. В первой системе демпфирования амортизатора ударов используются подпружиненные заслонки, перемещающиеся в направляющих трубках, чтобы постепенно блокировать входные отверстия для потока гидравлической текучей среды во время сжатия и втягивания поршня, чтобы реагировать на относительно небольшие высокочастотные перемещения поршня. Эта первая система демпфирования требует наличия обратных клапанов для управления направлением потока гидравлической текучей среды через различные сообщающиеся каналы во время такого высокочастотного перемещения поршня. Однако эта первая система демпфирования является нефункциональной при относительно больших и низкочастотных перемещениях поршня. Он должен быть объединен со второй системой демпфирования, в которой используются традиционные дисковые клапаны, чтобы работать с давлениями, создаваемыми во время таких более крупных и низкочастотных перемещений поршня, чтобы обеспечивать полную функциональность демпфирования, и все еще страдает от неспособности математически просто обеспечивать предсказуемую характеристику давления-потока.
Соответственно, заявитель намеревался разработать клапан демпфера, который устраняет сложность, связанную с ранее описанными типами компоновок с переменным проходным сечением, но предлагает простую конфигурацию, которая обеспечивает математически предсказуемую, воспроизводимую и надёжную характеристику давления-потока. Цель состояла в том, чтобы создать золотниковый клапан для гидравлического демпфера, который уменьшает количество необходимых компонентов, упрощает процедуру сборки, снижает стоимость производства и улучшает общие эксплуатационные характеристики демпфера. Золотниковый клапан выполнен с возможностью управления потоком гидравлической текучей среды через основной поршень демпфера в заданном соотношении с перепадом давления на основном поршне посредством компоновки с переменным проходным сечением, основанной на пропорционально перекрытых отверстиях определённой формы. Профилированные отверстия были сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечивать единственный путь для гидравлической текучей среды между верхней частью и нижней частью основного корпуса демпфера, и выполнены с возможностью пропорционального открывания и закрывания в ответ на перепад давления на основном поршне. Таким образом, рабочие характеристики демпфера просто и предсказуемо диктовались геометрической конфигурацией профилированных отверстий. Точно определённая открытая площадь профилированных отверстий обеспечивает математически предсказуемое ограничение гидравлического потока, который работает преимущественно в турбулентном режиме, что приводит к нечувствительности к вязкости гидравлической текучей среды и, следовательно, к изменению температуры.
Патент US 8235186, выданный заявителю Holt и др., описывает такой узел гидравлического демпфера, включающий в себя основной корпус, основной поршень и корпус клапана. Корпус клапана содержит одиночный золотник клапана, выполненный по меньшей мере одним профилированным отверстием, втулку клапана, выполненную с возможностью закрывать профилированное отверстие для потока гидравлической текучей среды между тактами сжатия и обратного хода, а также для обеспечения возможности прохождения этой гидравлической текучей среды в противоположных направлениях во время тактов сжатия и обратного хода, соответственно, открывая профилированное отверстие в разной степени. Верхнюю и нижнюю части демпфера соединяет единственный проходной канал. Единственный упругий элемент аккумулирования энергии, обычно цилиндрическая пружина, смещает относительно друг друга золотник клапана и втулку клапана. В качестве альтернативы можно использовать две рабочие части для аккумулирования энергии для раздельного смещения золотника клапана и втулки клапана относительно корпуса клапана. В такте сжатия гидравлическое давление на конце втулки клапана сжимает цилиндрическую пружину, в то время как золотник клапана остаётся неподвижным, и позволяет гидравлической текучей среде протекать только в одном направлении. По мере снижения гидравлического давления, цилиндрическая пружина толкает втулку клапана в исходное положение с закрытым профилированным отверстием. Затем, в такте обратного хода, гидравлическое давление в противоположном направлении вынуждает золотник клапана сжимать цилиндрическую пружину, в то время как золотник клапана остаётся неподвижным. Это снова открывает профилированное отверстие и позволяет гидравлической текучей среде протекать в противоположном направлении. Использование единственного профилированного отверстия или набора таких отверстий в золотнике клапана является эффективным, но не позволяет настраивать гидравлический поток, используя только профилированное отверстие или отверстия для создания разницы между потоком сжатия и потоком обратного хода.
Патент US 8800732, выданный заявителю Holt и др., описывает усовершенствованный узел гидравлического демпфера, включающий в себя основной корпус, основной поршень и корпус клапана. Корпус клапана состоит из двух золотников и единственной втулки клапана, снабженной отдельными отверстиями для потока такта сжатия и потока обратного хода. Единственное упругое средство аккумулирования энергии, опять же обычно цилиндрическая пружина, смещает золотники клапанов друг относительно друга, в результате чего давление гидравлической текучей среды на одном из золотников клапана открывает отверстие для потока обратного хода, в то время как давление на другом золотнике клапана открывает отверстие для потока такта сжатия. Все проточные отверстия закрыты при отсутствии перепада давления в гидравлической текучей среде. Опять же, используется единственный проточный канал. Односторонние контрольные прокладки используются для предотвращения обратного потока гидравлической текучей среды в нежелательном направлении при наличии перепада давления. Этот улучшенный демпфер позволяет настраивать гидравлический поток между тактами сжатия и обратного хода. Недостатком демпфера является то, что односторонние контрольные прокладки, подвергаясь нагрузке в результате очень большого количества циклов изгиба, могут износиться или потенциально сломаться. Хотя такой износ или поломка, вероятно, не является фатальной для работы демпферов, в конечном итоге они могут снизить их эксплуатационные характеристики.
Эти инновации обеспечили очень успешное поколение гидравлических демпферов. Тем не менее, было бы желательным создание демпфера, который позволял бы регулировать гидравлический поток между тактами сжатия и обратного хода, в то же время, позволяя избежать износа при непрерывном использовании.
Раскрытие изобретения
Другой усовершенствованный узел гидравлического демпфера обеспечивает преимущества патентов ‘186 и ‘732 с меньшим количеством движущихся частей и улучшенной функциональностью. Частично это достигается благодаря устранению одноходовых клапанов вследствие использования конструктивно отдельных гидравлических проточных каналов.
В первом основном варианте осуществления изобретения золотниковый клапан гидравлического демпфера содержит корпус клапана, приспособленный для крепления к штоку основного поршня гидравлического демпфера, при этом рядом с противоположными концами корпуса клапана выполнены отверстия, одно из которых сообщается по текучей среде с верхней частью гидравлического демпфера, а другое одно из отверстий сообщается по текучей среде с нижней частью гидравлического демпфера для облегчения протекания гидравлической текучей среды между верхней частью и нижней частью под рабочими давлениями; пару полых цилиндрических втулок клапана, образующих отверстие, прерываемое разделительной секцией или мембраной корпуса клапана, и закреплённых относительно корпуса клапана, при этом каждая из полых цилиндрических втулок клапана выполнена с по меньшей мере одним профилированным отверстием, расположенным рядом с противоположным концом соответствующей втулки клапана и выполненным с возможностью выборочного гидравлического соединения верхней части и нижней части гидравлического демпфера; пару золотников клапана, каждый из которых функционально расположен с возможностью перемещения внутри отверстия соответствующей втулки клапана и выполнен с возможностью выборочной блокировки в любой момент времени всех профилированных отверстий, или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с противоположным концом одной втулки клапана, или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с противоположным концом другой втулки клапана; пару упругих элементов аккумулирования энергии, один из которых расположен между каждым золотником клапана и разделительной секцией или мембраной корпуса клапана для смещения золотников клапана в противоположных направлениях по отношению к силам, создаваемым рабочими давлениями в гидравлической текучей среды гидравлического демпфера так, что, когда соответствующий элемент аккумулирования энергии сжимается из-за воздействия рабочего давления, создаваемого в любом из отверстий корпуса клапана, либо один, либо другой из золотников клапана перемещается относительно соответствующей втулки клапана так, что открытая площадь по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с подвижным золотником клапана, изменяется в пропорциональном соотношении к давлению, изменяя ограничение гидравлического потока между верхней частью и нижней частью гидравлического демпфера, в то время как неподвижный золотник клапана блокирует по меньшей мере одно профилированное отверстие, расположенное рядом с неподвижным золотником клапана; и путь гидравлического потока сжатия, конструктивно отделенный от пути гидравлического потока обратного хода для предотвращения обратного потока через другой путь гидравлического потока во время протекания гидравлической текучей среды в любом направлении, причём каждый указанный путь потока сообщается только с по меньшей мере одним профилированным отверстием, расположенным рядом с противоположным концом одной из втулок клапана.
В другом аспекте изобретения полые цилиндрические втулки клапана включают в себя втулку сжатия, имеющую набор профилированных отверстий для потока сжатия, и втулку обратного хода, имеющую набор профилированных отверстий для потока обратного хода, при этом элементы аккумулирования энергии включают в себя элемент аккумулирования энергии сжатия и элемент аккумулирования энергии обратного хода, а пара золотников клапана включает в себя золотник сжатия, выполненный с возможностью выборочного открывания и закрывания соответствующих профилированных отверстий потока сжатия, и золотник обратного хода, выполненный с возможностью выборочного открывания и закрывания соответствующих профилированных отверстий потока обратного хода.
В ещё одном аспекте изобретения наборы профилированных отверстий для потоков обратного и хода сжатия выполнены с предварительно заданными точными формами, а каждый из золотников обратного хода и сжатия имеет переднюю кромку, выполненную с возможностью точного управления переменной открытой площадью соответствующих отверстий для потока обратного хода и сжатия в пропорциональном соотношении к рабочему давлению в демпфере для обеспечения желаемых характеристик давления-потока.
В ещё одном аспекте изобретения упругие элементы аккумулирования энергии представляют собой цилиндрические пружины.
В ещё одном аспекте изобретения отверстия полых цилиндрических втулок клапана выполнены с возможностью приема золотников клапана с предварительно заданным радиальным зазором с жёстким допуском, который приспособлен для выборочного продольного перемещения каждого из золотников клапана внутри соответствующего отверстия, предотвращая при этом гидравлический поток текучей среды через радиальный зазор.
В ещё одном аспекте изобретения золотниковый клапан гидравлического демпфера прикреплён к основному поршню посредством механического крепления, сварки, резьбы или подобного соединения.
В ещё одном аспекте изобретения передняя кромка каждого золотника клапана, подвергаемая воздействию потока гидравлической текучей среды через по меньшей мере одно соответствующее профилированное отверстие, скошена для получения острой кромки с целью обеспечения минимального возмущения потока гидравлической текучей среды через золотник клапана.
В ещё одном аспекте изобретения втулки клапана включают в себя втулку сжатия и втулку обратного хода, разделённые разделительной секцией корпуса клапана, а упругие элементы аккумулирования энергии включают в себя элемент аккумулирования энергии сжатия и элемент аккумулирования энергии обратного хода, которые способны соответственно смещать один золотник из их пары от разделительной секции корпуса клапана.
Во втором основном варианте осуществления изобретения узел гидравлического демпфера содержит основной корпус, узел штока и основной поршень, содержащий корпус клапана, прикреплённый к штоку поршня, функционально выполненный для определения верхней части и нижней части внутри основного корпуса, корпус клапана имеющий на противоположных концах отверстия, одно из которых выборочно сообщается по текучей среде с верхней частью основного корпуса, а другое выборочно сообщается по текучей среде с нижней частью основного корпуса; путь гидравлического потока сжатия, конструктивно отделенный от пути гидравлического потока обратного хода для предотвращения обратного потока во время протекания гидравлической текучей среды в любом направлении через другой путь гидравлического потока; пару полых цилиндрических втулок клапана, образующих отверстие, прерываемое с помощью мембраны корпуса клапана, и закреплённых относительно корпуса клапана, при этом каждая из полых цилиндрических втулок клапана выполнена с по меньшей мере одним профилированным отверстием, расположенным рядом с противоположным концом соответствующей втулки клапана и выполненным с возможностью выборочного гидравлического соединения верхней части и нижней части гидравлического демпфера; пару золотников клапана, каждый из которых функционально расположен с возможностью перемещения внутри отверстия соответствующей втулки клапана и выполнен с возможностью выборочной блокировки в любой момент времени всех профилированных отверстий, или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с первым концом втулки клапана, или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом со вторым концом втулки клапана; упругий элемент аккумулирования энергии, расположенный между золотниками клапана для смещения золотников клапана в противоположных направлениях по отношению к силам, создаваемым рабочими давлениями в гидравлической текучей среде гидравлического демпфера так, что, когда элемент аккумулирования энергии сжимается из-за рабочего давления, созданного в любом из отверстий корпуса клапана, либо один, либо другой из золотников клапана перемещается относительно втулки клапана так, что открытая площадь по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с подвижным золотником клапана, изменяется в пропорциональном соотношении к давлению, изменяя ограничение гидравлического потока между верхней частью и нижней частью гидравлического демпфера, в то время как неподвижный золотник клапана блокирует по меньшей мере одно профилированное отверстие, расположенное рядом с неподвижным золотником клапана.
В ещё одном аспекте второго основного варианта осуществления изобретения втулки клапана включают в себя втулку сжатия и втулку обратного потока, разделённые с помощью разделительной секции корпуса клапана, а упругие элементы аккумулирования энергии содержат элемент аккумулирования энергии сжатия и элемент аккумулирования энергии обратного хода, которые соответственно способны смещать один из пары золотников клапана от разделительной секции корпуса клапана.
В ещё одном аспекте второго основного варианта осуществления изобретения основной корпус гидравлического демпфера содержит цилиндрическую внутреннюю стенку отверстия, а золотниковый клапан гидравлического демпфера выполнен с возможностью скользящего контакта с внутренней стенкой отверстия основного корпуса с малым допуском для обеспечения продольного перемещения золотникового клапана внутри внутренней цилиндрической стенки отверстия основного корпуса, предотвращая поток гидравлический текуче среды между ними.
В ещё одном аспекте второго основного варианта осуществления изобретения гидравлический золотниковый клапан выполнен с упругим уплотнением между корпусом клапана и внутренним цилиндрическим отверстием основного корпуса.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения показан на чертежах.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан узел гидравлического демпфера, вид в перспективе;
на фиг. 2 - узел гидравлического демпфера по фиг. 1, вид в перспективе с частичным разрезом;
на фиг. 3 - часть узла гидравлического демпфера, изображенная без потока гидравлической текучей среды, вид в вертикальном разрезе;
на фиг. 4 - часть узла гидравлического демпфера во время сжатия или хода сжатия, вид в вертикальном разрезе;
на фиг. 5 показано то же, что и на фиг. 4, при этом изображен поток гидравлической текучей среды во время сжатия или хода сжатия;
на фиг. 6 - часть узла гидравлического демпфера во время обратного хода, вид в вертикальном разрезе;
на фиг. 7 показано то же, что и на фиг. 6, при этом показан поток гидравлической текучей среды во время обратного хода;
на фиг. 8 - части золотникового клапана гидравлического демпфера, покомпонентный вид в перспективе.
Осуществление изобретения
Варианты осуществления изобретения, примеры и альтернативные варианты предыдущих абзацев, пунктов формулы изобретения или последующего описания и чертежей, включая любые их различные аспекты или соответствующие отдельные признаки, могут быть рассмотрены независимо или в любой комбинации. Признаки, описанные во взаимосвязи с одним вариантом осуществления, применимы ко всем вариантам осуществления, до тех пор, пока такие признаки не являются несовместимыми.
Обращаясь к фиг. 1 и фиг. 2, узел (1) гидравлического демпфера состоит из основного корпуса (3), узла штока или штока (5) поршня и основного поршня (7), который выполнен так, что разделяет внутреннюю камеру (9) основного корпуса (3) на верхнюю часть (11) и нижнюю часть (13). Верхняя часть (11) и нижняя часть (13) основного корпуса (3) содержат гидравлическую текучую среду. Термины «верхний» и «нижний» используются в данном контексте для определения относительного положения, а не для указания конкретной пространственной ориентации узла демпфера. Основной поршень (7) содержит золотниковый клапан (15) гидравлического демпфера, который установлен на узле (5) штока. Золотниковый клапан (15) гидравлического демпфера может быть прикреплён к узлу (5) штока с помощью механического крепления, сварки, резьбового, или подобного соединения. Как показано на фиг. 3 и фиг. 8, одно или несколько уплотнений (17) могут быть расположены между золотниковым клапаном (15) гидравлического демпфера и основным корпусом (3).
Золотниковый клапан (15) гидравлического демпфера содержит корпус (19) клапана.
Золотниковый клапан (15) гидравлического демпфера дополнительно содержит пару полых цилиндрических втулок (23, 25) клапана, надёжно установленных по центру внутри корпуса (19) клапана. Они включают в себя втулку (23) сжатия и втулку (25) обратного хода. Втулки (23, 25) клапана надёжно установлены внутри корпуса (19) клапана и прилегают к нему на противоположных концах втулок (23, 25) клапана и в центре у разделительной секции или мембраны (27) корпуса (19) клапана, чтобы предотвратить гидравлический поток на этих концах. Втулки (23, 25) клапана образуют внутреннее цилиндрическое отверстие (29), прерываемое разделительной секцией или мембраной (27) корпуса клапана. Отверстие (29) содержит два отверстия (31, 33), разделённых разделительной секцией или мембраной (27) корпуса клапана. В качестве альтернативы, разделительная секция или мембрана (27) может содержать отдельный компонент, а не часть самого корпуса клапана.
Втулки (23, 25) клапана выполнены с набором профилированных отверстий (35, 37) для потока. Они включают в себя профилированные отверстия (35) для потока сжатия, расположенные рядом с концом одной втулки (23) клапана, и профилированные отверстия (37) для потока обратного хода, расположенные рядом с противоположным или противолежащим концом другой втулки (25) клапана.
Внутренние цилиндрические отверстия (31, 33) втулки клапана выполнены с возможностью приема пары золотников (39, 41) клапана. Золотник (39) сжатия расположен рядом с профилированными отверстиями (35) для потока сжатия. Золотник (41) обратного хода расположен рядом с профилированными отверстиями (37) для потока обратного хода. Передние кромки (43, 45) золотников (39, 41) клапана могут быть скошены для создания острых кромок. Это уменьшает возмущение потока гидравлической текучей среды через такие кромки и, таким образом, способствует более плавной работе гидравлического демпфера.
Обеспечивается наличие пары упругих средств (47, 49) аккумулирования энергии, одно из которых расположено между каждым из золотников (39, 41) клапана и разделительной секцией или мембраной (27) корпуса клапана. Как правило, эти упругие средства аккумулирования энергии представляют собой цилиндрические пружины, которые смещают золотники (39, 41) клапана в противоположных направлениях. Золотники (39, 41) клапана могут прилегать к корпусу (19) клапана в состоянии покоя и предпочтительно в каждый момент времени смещаются цилиндрическими пружинами (47, 49). Цилиндрическая пружина (47) сжатия связана с золотником (39) сжатия, а цилиндрическая пружина (49) обратного хода связана с золотником (41) обратного хода.
Корпус (19) клапана снабжен множеством отверстий на каждом конце. Первый набор отверстий (51, 53) ведёт соответственно от нижней части (13) и верхней части (11) демпфера к внутренним отверстиям (31, 33) втулок (23, 25) клапана. Они включают в себя первое отверстие (51) для потока сжатия и первое отверстие (53) для потока обратного хода. Второй набор отверстий, второе отверстие (55) для потока сжатия и второе отверстие (57) для потока обратного хода расположены снаружи втулок (23, 25) клапана и сообщаются с отдельными путями (59, 61) потока, которые соединяют верхнюю часть (11) с нижней частью (13). Один из этих вторых путей потока, путь (59) потока сжатия, сообщается с профилированными отверстиями (35) для потока сжатия, а другой, второй путь потока - путь (61) потока обратного хода, сообщается с профилированными отверстиями (37) для потока обратного хода.
Когда в демпфере отсутствует направленное рабочее давление, как проиллюстрировано на фиг. 3, упругие средства (47, 49) аккумулирования энергии смещают золотники (39, 41) сжатия и обратного хода в противоположных направлениях, чтобы полностью перекрыть соответствующие наборы профилированных отверстий (35, 37) для потоков сжатия и обратного хода и таким образом перекрыть гидравлические пути между верхней частью (11) и нижней частью (13) гидравлического демпфера. До тех пор, пока профилированное отверстие для потока сжатия или обратного хода не будет подвергаться гидравлическому давлению, гидравлическая текучая среда не может протекать.
В общих чертах, когда гидравлический демпфер находится в состоянии покоя, перепад давления между верхней частью (11) и нижней частью (13) не создаётся. Когда происходит такт сжатия (или наезд на дорожную неровность) демпфера, как показано на фиг. 4 и фиг. 5, гидравлическая текучая среда стремится перетекать из нижней части (13) (удалённой от штока поршня) в верхнюю часть (11) (содержащую шток поршня). Таким образом, гидравлическая текучая среда оказывает давление на золотник (39) сжатия, который сжимает цилиндрическую пружину (47) сжатия. Это вызывает перемещение золотника (39) сжатия относительно втулки (23) сжатия, что постепенно открывает одно или несколько профилированных отверстий (35) для потока сжатия во втулке (23) сжатия. В этом случае гидравлическая текучая среда протекает из нижней части (13) через открытое профилированное отверстие или отверстия (35) для потока сжатия во втулке (23) сжатия, через путь (59) потока сжатия, через второе отверстие (55) потока сжатия и в верхнюю часть (11). Направление потока гидравлической текучей среды контролируется с помощью пути (59) потока сжатия. Путь гидравлического потока к нижней части (13) во время сжатия отсутствует, поскольку золотник (41) обратного хода перекрывает профилированные отверстия (37) для потока обратного хода. По мере того, как поршень (7) приближается к своему предельному положению перемещения во время такта сжатия, перепад давления между верхней и нижней частями (11, 13) постепенно уменьшается по мере того, как поршень замедляется, цилиндрическая пружина (47) сжатия разжимается, и профилированные отверстия (35) для потока сжатия закрываются, когда золотник (39) сжатия возвращается в исходное положение, как показано на фиг. 3. В предельном положении такта сжатия поршня гидравлическое давление в демпфере по меньшей мере на мгновение становится равным в верхней и нижней частях (11, 13) и профилированные отверстия (35) для потока сжатия снова полностью перекрываются.
И наоборот, когда такт обратного хода поршня происходит после сжатия, как показано на фиг. 6 и фиг. 7, гидравлическая текучая среда стремится перетекать из верхней части (11) в нижнюю часть (13). Таким образом, гидравлическая текучая среда оказывает давление на золотник (41) обратного хода, который сжимает цилиндрическую пружину (49) обратного хода. Это вызывает перемещение золотника (41) обратного хода относительно втулки (25) обратного хода, что постепенно открывает одно или несколько профилированных отверстий (37) для потока обратного хода во втулке (25) обратного хода. В этом случае гидравлическая текучая среда протекает из верхней части (11) через открытые профилированные отверстия (37) для потока обратного хода втулки (25) обратного хода через путь (61) для потока обратного хода в нижнюю часть (13). В этом случае направление потока гидравлической текучей среды во время такта поршня обратного хода регулируется с помощью пути (61) для потока обратного хода. Путь гидравлического потока к верхней части (11) во время такта обратного хода отсутствует, поскольку золотник (39) сжатия перекрывает профилированные отверстия (35) для потока сжатия. По мере того, как поршень отходит от своего предельного положения перемещения во время такта обратного хода, перепад давления между нижней и верхней частями (13, 11) постепенно уменьшается по мере замедления поршня, цилиндрическая пружина (49) обратного хода разжимается, профилированные отверстия (37) для потока обратного хода во втулке (25) обратного хода закрываются, и золотник (41) обратного хода снова возвращается в нерабочее положение, как показано на фиг. 3. В предельном положении такта обратного хода поршня в демпфере гидравлическое давление по меньшей мере на мгновение становится равным в верхней и нижней частях (11, 13) и профилированные отверстия (37) для потока обратного хода снова полностью перекрываются.
Таким образом, в любой конкретный момент времени открыт только один набор профилированных отверстий. Оба набора профилированных отверстий закрыты, когда демпфер не находится под нагрузкой. Изменение созданного рабочего давления гидравлической текучей среды в гидравлическом демпфере создаёт пропорциональное продольное перемещение одного из золотников клапана против смещающей силы соответствующей цилиндрической пружины, которая, в свою очередь, изменяет площадь ограничения гидравлического потока, пропорционально открывая большую и меньшую площади профилированных отверстий сжатия и обратного потока, как это может быть в любой конкретный момент времени. Таким образом, рабочие характеристики гидравлического демпфера определяются пропорциональным открыванием и закрытием профилированных отверстий соответствующего потока в ответ на созданное рабочее давление, что создаёт математически предсказуемое и стабильное соотношение давления и потока. Это соотношение давления и потока гидравлического демпфера можно настроить при перемещении в направлении сжатия или обратного хода, при изменении формы профиля соответствующих профилированных отверстий, при использовании различных степеней жёсткости пружины для соответствующих цилиндрических пружин, или с помощью изменения предварительной нагрузки на соответствующих цилиндрических пружинах.
Набор профилированных отверстий потока обратного хода и профилированных отверстий потока сжатия может быть сконфигурирован в каждом случае как отверстия с несколькими формами или как отверстия с единственной формой. Отверстия могут быть сконфигурированы с предварительно заданным профилем, имеющим переменную ширину, что способствует желаемым характеристикам давления-потока. Открывание профилированных отверстий обеспечивает математически предсказуемое ограничение гидравлического потока на основе установленной теории потока через отверстия в любой точке во время продольного перемещения золотников клапанов. Профили набора отверстий для потока обратного хода и потока сжатия могут быть одинаковыми или независимыми друг от друга и, как правило, имеют сложную и неправильную форму.
Использование отдельных путей потока сжатия и потока обратного хода устраняет необходимость в одноходовых клапанах или контрольных прокладках и снижает износ демпфера. Исключение контрольных прокладок устраняет риск выхода их из строя. Полученный демпфер является прочным и надёжным.
Другие средства для достижения того же результата в контексте изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники, в частности для облегчения сборки демпфера. Например, корпус клапана может состоять из нескольких частей, в результате чего внутренние компоненты могут быть собраны до соединения частей корпуса клапана.
Следует понимать, что, хотя в проиллюстрированных вариантах осуществления изобретения раскрыты конкретные компоновки компонентов, другие компоновки этого изобретения также будут полезны. Хотя показаны и описаны конкретные последовательности этапов, следует понимать, что этапы можно выполнять в любом порядке, разделять или комбинировать, если не указано иное, и они по-прежнему будут иметь преимущества от использования настоящего изобретения.
Хотя различные примеры имеют определённые компоненты, показанные на чертежах, варианты осуществления изобретения не ограничиваются этими конкретными комбинациями. Можно использовать некоторые компоненты или признаки из одного из примеров в сочетании с признаками или компонентами из другого примера.
Хотя были раскрыты иллюстративные варианты осуществления изобретения, специалисту в данной области техники будет понятно, что определённые модификации входят в объем формулы изобретения. По этой причине следует изучить последующие пункты формулы изобретения, чтобы определить их истинный объем и содержание.
1. Золотниковый клапан (15) гидравлического демпфера, содержащий:
корпус (19) клапана, приспособленный для крепления к штоку (5) основного поршня гидравлического демпфера, при этом рядом с противоположными концами корпуса (19) клапана выполнены отверстия (51, 53), одно из которых сообщается по текучей среде с верхней частью (11) гидравлического демпфера (1), а другое одно из отверстий сообщается по текучей среде с нижней частью (13) гидравлического демпфера (1) для облегчения протекания гидравлической текучей среды между верхней частью (11) и нижней частью (13) под рабочими давлениями;
пару полых цилиндрических втулок (23, 25) клапана, образующих отверстие (29), прерываемое разделительной секцией или мембраной (27) корпуса клапана, и закреплённых относительно корпуса (19) клапана, при этом каждая из полых цилиндрических втулок (23, 25) клапана выполнена с по меньшей мере одним профилированным отверстием (35, 37), расположенным рядом с противоположным концом соответствующей втулки (23, 25) клапана и выполненным с возможностью выборочного гидравлического соединения верхней части (11) и нижней части (13) гидравлического демпфера (1);
пару золотников (39, 41) клапана, каждый из которых функционально расположен с возможностью перемещения внутри отверстия (31, 33) соответствующей втулки (23, 25) клапана и выполнен с возможностью выборочной блокировки в любой момент времени всех профилированных отверстий (35, 37), или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с противоположным концом одной втулки (23, 25) клапана, или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с противоположным концом другой втулки (23, 25) клапана;
пару упругих элементов (47, 49) аккумулирования энергии, один из которых расположен между каждым золотником (39, 41) клапана и разделительной секцией или мембраной (27) корпуса клапана для смещения золотников (39, 41) клапана в противоположных направлениях по отношению к силам, создаваемым рабочими давлениями в гидравлической текучей среде гидравлического демпфера (1), так, что, когда соответствующий элемент (47, 49) аккумулирования энергии сжимается из-за рабочего давления, созданного в любом из отверстий (51, 53) корпуса клапана, либо один, либо другой из золотников (39, 41) клапана перемещается относительно соответствующей втулки (23, 25) клапана так, что открытая площадь по меньшей мере одного профилированного отверстия (35, 37), расположенного рядом с подвижным золотником (39, 41) клапана, изменяется в пропорциональном соотношении к давлению, изменяя ограничение гидравлического потока между верхней частью (11) и нижней частью (13) гидравлического демпфера (1), в то время как неподвижный золотник (39, 41) клапана блокирует по меньшей мере одно профилированное отверстие (35, 37), расположенное рядом с неподвижным золотником клапана (39, 41); и
путь (59) гидравлического потока сжатия, конструктивно отделённый от пути (61) гидравлического потока обратного хода для предотвращения обратного потока через другой путь гидравлического потока во время протекания гидравлической текучей среды в любом направлении, причём каждый указанный путь (59, 61) потока сообщается только с по меньшей мере одним профилированным отверстием (35, 37), расположенным рядом с противоположным концом одной из втулок (23, 25) клапана.
2. Золотниковый клапан (15) по п. 1, в котором полые цилиндрические втулки (23, 25) клапана включают в себя втулку (23) сжатия, имеющую набор профилированных отверстий (35) для потока сжатия, и втулку (25) обратного хода, имеющую набор профилированных отверстий (37) для потока обратного хода, при этом элементы (47, 49) аккумулирования энергии включают в себя элемент (47) аккумулирования энергии сжатия и элемент (49) аккумулирования энергии обратного хода, а пара золотников (39, 41) клапана включает в себя золотник (39) сжатия, выполненный с возможностью выборочного открывания и закрывания соответствующих профилированных отверстий (35) для потока сжатия, и золотник (41) обратного хода, выполненный с возможностью выборочного открывания и закрывания соответствующих профилированных отверстий (37) для потока обратного хода.
3. Золотниковый клапан по п. 2, в котором наборы профилированных отверстий (35, 37) для потоков обратного хода и сжатия выполнены с предварительно заданными точными формами, а каждый из золотников (39,41) обратного хода и сжатия имеет переднюю кромку (43, 45), выполненную с возможностью точного управления переменной открытой площадью соответствующих отверстий (35, 37) для потока обратного хода и сжатия в пропорциональном соотношении к рабочему давлению в демпфере (1) для обеспечения желаемых характеристик давление-поток.
4. Золотниковый клапан (15) по п. 1, в котором упругие элементы (47, 49) аккумулирования энергии представляют собой цилиндрические пружины.
5. Золотниковый клапан (15) по п. 1, в котором отверстия (31, 33) полых цилиндрических втулок (23, 25) клапана выполнены с возможностью приема золотников (39, 41) клапана с предварительно заданным радиальным зазором с жёстким допуском, который приспособлен для выборочного продольного перемещения каждого из золотников (39, 41) клапана внутри указанного соответствующего отверстия (31, 33), предотвращая при этом поток гидравлической текучей среды через радиальный зазор.
6. Золотниковый клапан (15) по п. 1, который прикреплён к основному поршню штока (5) посредством механического крепления, сварки, резьбы или подобного соединения.
7. Золотниковый клапан (15) по п. 1, в котором передняя кромка (43, 45) каждого золотника (39, 41) клапана, подвергаемая воздействию потока гидравлической текучей среды через по меньшей мере одно соответствующее профилированное отверстие (35, 37), скошена для получения острой кромки с целью обеспечения минимального возмущения потока гидравлической текучей среды через золотник (39, 41) клапана.
8. Золотниковый клапан (15) по п. 1, в котором втулки (23, 25) клапана включают в себя втулку (23) сжатия и втулку (25) обратного хода, разделённые разделительной секцией (27) корпуса (19) клапана, а упругие элементы (47, 49) аккумулирования энергии включают в себя элемент (47) аккумулирования энергии сжатия и элемент (49) аккумулирования энергии обратного хода, которые способны соответственно смещать один золотник (39, 41) из их пары от разделительной секции (27) корпуса (19) клапана.
9. Узел гидравлического демпфера (1), содержащий:
основной корпус (3), шток (5) поршня и основной поршень (7), содержащий корпус (19) клапана, прикреплённый к штоку (5) поршня, функционально выполненный для определения верхней части (11) и нижней части (13) внутри основного корпуса (3);
корпус (19) клапана, имеющий на противоположных концах отверстия (51, 53), одно из которых выборочно сообщается по текучей среде с верхней частью (11) основного корпуса (3), а другое выборочно сообщается по текучей среде с нижней частью (13) основного корпуса (3);
пару полых цилиндрических втулок (23, 25) клапана, образующих отверстие (29), прерываемое разделителем или мембраной (27) корпуса клапана, и закреплённых относительно корпуса (19) клапана, при этом каждая из полых цилиндрических втулок (23, 25) клапана выполнена с по меньшей мере одним профилированным отверстием (35, 37), расположенным рядом с противоположным концом соответствующей втулки (23, 25) клапана и выполненным с возможностью выборочного гидравлического соединения верхней части (11) и нижней части (13) гидравлического демпфера (1);
пару золотников (39, 41) клапана, каждый из которых функционально расположен с возможностью перемещения внутри отверстия (31, 33) соответствующей втулки (23, 25) клапана и выполнен с возможностью выборочной блокировки в любой момент времени всех профилированных отверстий (35, 37), или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с противоположным концом одной втулки (23, 25) клапана, или только по меньшей мере одного профилированного отверстия, расположенного рядом с противоположным концом другой втулки (23, 25) клапана;
пару упругих элементов (47, 49) аккумулирования энергии, один из которых расположен между каждым золотником (39, 41) клапана и перегородкой или мембраной (27) корпуса клапана для смещения соответствующих золотников (39, 41) клапана в противоположных направлениях по отношению к силам, создаваемым рабочими давлениями в гидравлической текучей среде гидравлического демпфера; и
путь (59) гидравлического потока сжатия, конструктивно отделённый от пути гидравлического потока (61) обратного хода для предотвращения обратного потока во время протекания гидравлической текучей среды в любом направлении через другой путь гидравлического потока, причём каждый указанный путь потока сообщается только с одним из по меньшей мере одного профилированного отверстия (35, 37), расположенного рядом с противоположным концом одной из втулок (23, 25) клапана,
так, что когда соответствующий элемент (47, 49) аккумулирования энергии сжимается из-за рабочего давления, созданного в любом из отверстий (51, 53) корпуса клапана, либо один, либо другой из золотников (39, 41) клапана перемещается относительно соответствующей втулки (23, 25) клапана так, что открытая площадь соответствующего по меньшей мере одного профилированного отверстия (35, 37), расположенного рядом с подвижным золотником (39 ,41) клапана, изменяется в пропорциональном соотношении к давлению, изменяя ограничение гидравлического потока между верхней частью (11) и нижней частью (13) гидравлического демпфера, в то время как неподвижный золотник (39, 41) клапана блокирует по меньшей мере одно профилированное отверстие (35, 37), расположенное рядом с неподвижным золотником (39, 41) клапана.
10. Узел гидравлического демпфера по п. 9, в котором втулки клапана включают в себя втулку (23) сжатия и втулку (25) обратного хода, разделённые с помощью разделительной секции (27) корпуса (19) клапана, а упругие элементы (47, 49) аккумулирования энергии содержат элемент (47) аккумулирования энергии сжатия и элемент (49) аккумулирования энергии обратного хода, которые соответственно способны смещать один из пары золотников (39, 41) клапана от разделительной секции (27) корпуса (19) клапана.
