Гидравлический демпфер

Гидравлический демпфер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкции рельсовых и безрельсовых транспортных средств.

Известен гидравлический демпфер, широко используемый в различных конструкциях автомобилей (см. книгу Гидравлические амортизаторы автомобилей. Дербаримдикер А.Д. М.: Машиностроение - 1969 г., где на стр. 8 рис. 4 показан телескопический амортизатор автомобиля ЗИЛ-164). Такой амортизатор состоит из резервуара и защитного кожуха, а также рабочего цилиндра, в котором подвижно установлен поршень со штоком, имеющий ряд перепускных клапанов, пружин и других деталей. Несмотря на эффективность использования таких амортизаторов, в практике последние обладают существенным недостатком, заключающимся в том, что они снабжены узлом, имеющим очень важное значение, но обладающим невысокой надежностью и конструктивной сложностью. Этим узлом является уплотнительный элемент, установленный в верхней части амортизатора, между его штоком, резервуаром и рабочим цилиндром. Нарушение целостности данного узла сопровождается утечкой рабочей жидкости и тем самым потерей амортизатором его демпфирующих способностей.

Известна также конструкция гидравлического амортизатора, описанная в патенте RU 2499685, состоящая из рабочего цилиндра, заполненного рабочей жидкостью, внутри которого подвижно расположен поршень с клапанами. Рабочий цилиндр охвачен кожухом, и они оба выполнены из диамагнитного материала. Между рабочим цилиндром и кожухом установлены тела качения, а в пространстве между ними - кольцо, выполненное из постоянного магнита. Причем такое кольцо жестко установлено на стенке кожуха. Кольцо своим магнитным полем через воздушный зазор и стенку рабочего цилиндра взаимодействует с цилиндрической круговой образующей поверхностью поршня, выполненного из магнитного материала. Несмотря на свою эффективность использования, такая конструкция амортизатора обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что он не способен в автоматическом режиме изменять свои демпфирующие характеристики, необходимые для обеспечения заданной плавности хода транспортных средств.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является разработка такого гидравлического демпфера, который позволил бы осуществлять изменение его демпфирующих характеристик в зависимости от микро- и макропрофиля неровностей дорожного полотна.

Поставленная цель достигается тем, что внутри рабочего цилиндра, вдоль его продольной оси симметрии, соосно установлены два шлицевых стержня, выполненных из упругого материала и взаимодействующих с ответными шлицами подпружиненных относительно рабочего цилиндра половин поршня, причем каждая из половин снабжена вертикально расположенными дроссельными каналами, переходящими на наружных поверхностях половин поршня в Г-образной формы каналы, выходные отверстия которых примыкают с зазором к пластинам, жестко закрепленным на упомянутых половинах поршня.

На фиг. 1 показан общий вид гидравлического демпфера в разрезе, на фиг. 2 - одна из половин поршня, вид сверху, на фиг. 3 - один из его каналов в разрезе.

Гидравлический демпфер состоит из рабочего цилиндра 1 с жестко присоединенными к нему шлицевыми стержнями 2 и 3, снабженными соответственно упорными выступами 4 и 5. На шлицевых стержнях 2 и 3 подвижно размещены соответственно половины поршня 6 и 7, снабженные вертикальными дроссельными каналами 8 и 9, сопряженными с Г-образной формы каналами 10 и 11. Также на половинах поршня 6 и 7 жестко закреплены пластины 12. Рабочий цилиндр 1 с помощью тел качения 13 охвачен кожухом 14 и в нем жестко закреплено магнитное кольцо 15. На кожухе 14 жестко закреплен монтажный кронштейн 16, а на рабочем цилиндре - монтажный кронштейн 17. В рабочем цилиндре 1 расположена рабочая жидкость 18. На шлицевых стержнях 2 и 3 размещены винтовые пружины сжатия 19.

Работает гидравлический демпфер следующим образом. При движении транспортного средства (на чертежах оно не показано) и преодолении им микро- и макропрофиля дорожного полотна происходят колебания его экипажной части, за счет чего кожух 14, например, совершает перемещение по стрелке A в вертикальной плоскости относительно рабочего цилиндра 1, при этом магнитное кольцо 15 увлекает за собой то одну половину поршня 6, то другую 7 в этом же направлении. Рассмотрим подробнее режимы работы демпфера. Так, например, при сжатии, считая начальным (исходным) моментом работы демпфера его положение, показанное на фиг. 1. Под действием магнитного поля, создаваемого магнитным кольцом 15, верхняя половина поршня 6 остается на месте за счет наличия упорного выступа 4, а нижняя 7 движется по стрелке B, сжимая свою винтовую пружину сжатия 19. Такое движение нижней половины поршня 7 происходит с сопротивлением, во-первых, за счет сжатия своей винтовой пружины сжатия 19, во-вторых, за счет протекания рабочей жидкости 18 через вертикальные дроссельные каналы 9 и 8, и, в-третьих, выходя из них через Г-образной формы каналы 10, встречая на своем пути пластины 12, создавая крутящий момент сопротивления на верхней половине поршня 6. Но так как верхняя половина поршня закреплена на шлицевом стержне 2, то происходит его упругая угловая деформация, что в итоге и приводит к эффективному гашению колебаний транспортного средства не только за счет рассеивания энергии в гидравлической среде, но и механической.

Предположим, что при сжатии произошло резкое перемещение нижней половины поршня 7 по стрелке B, и тогда рабочая жидкость 18 создаст дополнительное давление в пространстве между указанными половинами поршней, при этом верхняя половина поршня 6 несколько переместится по стрелке C, сжав свою пружину сжатия 19 и тем самым уменьшив расстояние между его поверхностью и верхней стенкой рабочего цилиндра 1. Изменение такого расстояния позволит увеличить крутильную жесткость шлицевого стержня 2, которая, как известно, определяется по зависимости:

где G - модуль упругости материала второго рода;

J_ρ - момент инерции поперечного сечения стержня;

l - длина стержня;

d - диаметр стержня.

После исчезновения вышеуказанной динамической составляющей нагрузки кожух 14 возвращается в исходное положение, показанное на фиг. 1, и под действием магнитного поля, создаваемого магнитным кольцом 15, и винтовых пружин 19 половины поршней 6 и 7 так же занимают положение, показанное на фиг. 1. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно, причем режим отбоя гидравлического демпфера при динамических процессах будет аналогичен, в принципе, вышеописанному. Следует отметить, что особую роль в работе предлагаемого технического решения играет магнитное кольцо 15, которое по сути дела управляет перемещениями половин поршня 6 и 7, и поэтому важным моментом является создаваемое магнитным кольцом 15 усилие, приложенное к цилиндрическим поверхностям половин поршня 6 и 7. Известно (см. книгу А.С. Касаткин, М.В. Немцов. Электротехника, 4-е изд., перераб. - 1983 г.), что такое усилие можно определить по формуле:

где B - индукция в рабочем зазоре магнитного кольца 15 и половин поршня 6 и 7;

µ₀ - магнитная проницаемость воздушного зазора;

S - площадь контактных поверхностей указанных деталей демпфера.

Анализ этой формулы показывает, что создаваемое усилие существенно зависит от магнитной индукции B, которая, как известно, для постоянных магнитов не превышает значения в 2 Тл. Однако известно, что (см. газету «Комсомольская правда» от 19.07.02 г. статья «В японцах есть что-то притягательное») в Японии созданы постоянные магниты, с 1 см² которых можно получить усилие до 900 кгс при магнитной индукции гораздо больше чем 2 Тл. Учитывая это и используя постоянные магниты с такой характеристикой, можно создать гидравлические демпферы на основе предложенного технического решения. Такие демпферы обеспечат плавность хода не только безрельсовых транспортных средств, но и рельсовых, таких как локомотивы, пассажирские вагоны и т.д.

Технико-экономическая эффективность предложенной конструкции при возможном использовании ее в практике основывается на том, что она не имеет штока, требующего применения недолговечных уплотнительных элементов, может использоваться в широком диапазоне нагрузок и изменять свои демпфирующие характеристики в автоматическом режиме в зависимости от величины этих нагрузок.

Гидравлический демпфер, состоящий из рабочего цилиндра, охваченного кожухом через тела качения, и поршня, выполненного из магнитного материала, контактирующего через воздушный зазор с магнитным кольцом, жестко закрепленным на кожухе, отличающийся тем, что внутри рабочего цилиндра вдоль продольной его оси симметрии соосно установлены два шлицевых стержня, выполненных из упругого материала и взаимосвязанных с ответными шлицами подпружиненных относительно рабочего цилиндра половин поршня, причем каждая из таких половин последнего снабжена вертикально расположенными дроссельными каналами, переходящими на наружных поверхностях половин поршня в каналы Г-образной формы, выходные отверстия которых примыкают с зазором к пластинам, жестко закрепленным на упомянутых половинах поршня.