Гідравлічний амортизатор з гідрокомпенсаторами для гасіння механічних коливань тиску та гідравлічних ударів

Реферат: Винахід належить до машинобудування, а саме до засобів гасіння механічних коливань та гідроударів, і може бути використаний, переважно, в підвісках транспортних засобів, а також в гідросистемах та в гідроприводах різного призначення. Заявлений гідравлічний амортизатор для гасіння механічних коливань та гідравлічних ударів, що містить гідроциліндр, поршень зі штоком, розміщені в гідроциліндрі з утворенням штокової і поршневої порожнин, які сполучені між собою байпасними каналами через зворотні клапани і газовий компенсатор. Кожний байпасний канал оснащений гідрокомпенсатором, який при перетіканні робочої рідини зі штокової порожнини циліндра в поршневу порожнину гасить хвилю тиску рідини за рахунок дисипації енергії, і який виконаний у вигляді циліндрового жорсткого корпусу більшого діаметра, ніж байпасні канали з приєднаними до його торців штуцерами, заповненого вкладишами з пружного матеріалу. Корпус всередині розділений на демпфірувальні камери не менше ніж двома дисками з отворами для проходу робочої рідини. В кожному диску є тільки один отвір на його периферії, виконаний у вигляді сегмента. Отвори в суміжних дисках розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини у гідрокомпенсаторі. Винахід полягає у спрощенні конструкції гідравлічного амортизатора з одночасним підвищенням експлуатаційних властивостей. UA 112022 C2 (12) UA 112022 C2 UA 112022 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до машинобудування, а саме до засобів гасіння механічних коливань та гідроударів і може бути використаний, переважно, в підвісках транспортних засобів, а також в гідросистемах та в гідроприводах різного призначення. Відомий гідравлічний амортизатор, що має корпус у вигляді циліндра, поршень зі штоком, які розміщені в циліндрі з утворенням штокової і поршневої порожнин, компенсаційну камеру, сполучену зі штоковою і поршневою порожнинами циліндра каналами через зворотні клапани, при цьому штокова порожнина сполучена з поршневою порожниною каналом через клапан віддачі, а поршнева порожнина сполучена з компенсаційною камерою каналом через клапан стиску, а також клапани віддачі і стиску виконані у вигляді редукційних клапанів по типу "До себе". В цьому пристрої шляхом налагоджування клапанів віддачі і стиску можна одержувати різні характеристики опору амортизатора [див. пат. Російської Федерації № 2042063 з класу F16F 5/00 опублікований 20.08.1995 р. в Бюл. № 23]. Основним недоліком відомого технічного рішення є обмеженість функціонально-технічних властивостей даного пристрою, оскільки в ньому може бути встановлена тільки одна певна характеристика опору амортизатора, яка не змінюється в процесі роботи амортизатора, а отже, амортизатор має невисоку ефективність роботи при русі транспортного засобу (автомобіля) у складних дорожніх умовах. Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, що досягається, і який приймається за прототип, є гідравлічний амортизатор, що містить циліндр, поршень зі штоком, які розміщені в циліндрі з утворенням штокової і поршневої порожнин, які сполучаються між собою байпасними каналами через зворотні клапани, а також газовий компенсатор, причому кожний байпасний канал обладнаний пристроєм, який регулює пропускну здатність перетікання робочої рідини зі штокової порожнини циліндра в поршневу порожнину і навпаки, виконаним у вигляді труби Вентурі, встановленої по осі байпасного каналу, звуження якої з'єднане з байпасним каналом додатковим, підключеним перед звуженням паралельно останньому, обвідним каналом, утвореним патрубками відводу та повернення робочої рідини, з'єднаних теплообмінником, при цьому теплообмінник контактує з електричним підігрівачем, який зв'язаний з блоком управління, до входу якого підключені датчики перепаду тисків робочої рідини на трубах Вентурі і джерело живлення. Суть даної технічної пропозиції полягає в тому, що в цьому гідравлічному амортизаторі примусове перетікання робочої рідини зі штокової порожнини циліндра в поршневу порожнину і навпаки здійснюється по байпасних каналах. Кожний байпасний канал обладнаний пристроєм, який регулює пропускну здатність перетікання робочої рідини, виконаним у вигляді труби Вентурі, що дозволяє здійснювати регулювання гідравлічного опору амортизатора при різних дорожніх умовах і в залежності від завантаження автомобіля. Завдяки цьому забезпечується підвищення ефективності роботи амортизатора при русі автомобіля у складних дорожніх умовах [див. пат. України № 85757 з класу F16F 9/50 опублікований 25.02.2009 р. в Бюл. № 4]. Основним недоліком відомого технічного рішення, є дуже висока складність конструкції компенсатора для гасіння механічних коливань. Наявність цього недоліку обумовлена наявністю трубок Вентурі, обвідних каналів з підігрівачами, датчиків тиску, системи контролю. Другим недоліком відомого технічного рішення є висока ймовірність відмови роботи пристрою, через те, що всі деталі й вузли компенсатора знаходяться на амортизаторі, який розташований зовні транспортного засобу, то при русі у складних дорожніх умовах, саме ці "умови" й спричинять механічне руйнування компенсатора, а разом з ним, й вихід зі строю і амортизатора через витікання з нього робочої рідини, оскільки компенсатор є невід'ємною частиною гідросистеми амортизатора. Третім недоліком відомого технічного рішення є те, що в процесі роботи компенсатора змінюється температура робочої рідини, зокрема вона розігрівається до кипіння (до утворення пари). Зміна температури рідини, як правило, змінює її властивості, а отже, амортизатор змінює свої характеристики опору. Він або зростатиме, або, навпаки, зменшуватиметься, тобто в обох випадках змінює розрахункові характеристики пристрою. В основу винаходу поставлено задачу спрощення конструкції відомого гідравлічного амортизатора з одночасним підвищенням експлуатаційних властивостей за рахунок стабілізації температури робочої рідини шляхом заміни гідрокомпенсатора на більш просту і надійну конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що в гідравлічному амортизаторі для гасіння механічних коливань та гідравлічних ударів, що містить гідроциліндр, поршень зі штоком, розміщені в гідроциліндрі з утворенням штокової і поршневої порожнин, які сполучаються між собою байпасними каналами через зворотні клапани і газовий компенсатор, згідно з пропозицією, кожний байпасний канал оснащений гідрокомпенсатором, який при перетіканні 1 UA 112022 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 робочої рідини зі штокової порожнини циліндра в поршневу порожнину гасить хвилю тиску рідини за рахунок дисипації енергії, і який виконаний у вигляді циліндрового жорсткого корпусу більшого діаметра, ніж байпасні канали з приєднаними до його торців штуцерами, заповненого вкладишами з пружного матеріалу, переважно кульками з маслобензостійкої гуми, а також всередині корпусу розділений на демпфірувальні камери не менше ніж двома дисками з отворами для проходу робочої рідини, при цьому в кожному диску є тільки один отвір на його периферії, виконаний у вигляді сегмента, та отвори в суміжних дисках розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини у гідрокомпенсаторі. Завдяки розширеному корпусу гідрокомпенсатора та багаторазової зміни напряму руху потоку робочої рідини в ньому, рідина постійно омиває та взаємодіє з пружними вкладишами, якими заповнена кожна демпфірувальна камера. У разі появи гідравлічного удару або непередбачених механічних коливань тиску у гідравлічному амортизаторі, хвиля тиску, що виникає при цьому, повністю гаситься за рахунок дисипації енергії на вході рідини у корпус, зміни напряму її течії, а також внаслідок пружного стиснення вкладишів. Регулювання діапазону частот хвиль, що гасяться, і ступеня зниження їх амплітуди досягається варіюванням розмірами пружних кульок і їх жорсткості. Виконання вкладишів у вигляді пружних кульок гранично спрощує їх конструкцію і технологію виготовлення, проте вони можуть бути й іншої форми. Ще більшою мірою спрощується технологія виготовлення вкладишів довільної форми. Завдяки заміні трубки Вентурі, обвідних каналів та теплообмінника на гідрокомпенсатор, значно спрощується конструкція амортизатора, і, як наслідок, підвищується надійність його роботи, робоча рідина не змінює своїх теплофізичних властивостей, і, як наслідок, підвищується стабільність роботи амортизатора та передбачуваність його експлуатаційних властивостей, робота гідрокомпенсатора не потребує витрати додаткової електроенергії для розігріву теплообмінників. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак, стосовно запропонованого гідравлічного амортизатора з гідрокомпенсаторами, отриманих завдяки внесеним конструктивним змінам, дозволяє досягти певного технічного результату, зазначеного у постановці задачі. Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями, на яких зображено наступне: фіг. 1 - запропонований гідравлічний амортизатор з гідрокомпенсаторами для гасіння механічних коливань тиску та гідравлічних ударів, загальний вигляд, розріз; фіг. 2 конструкція гідрокомпенсатора, поздовжній розріз. Регулюючий гідравлічний однотрубний газонаповнений амортизатор містить циліндр 1, направляючу втулку 2, поршень 3 зі штоком 4, розміщені в циліндрі 1 з утворенням штокової порожнини 5 і поршневої порожнини 6, а також газовий компенсатор, який складається з газової порожнини 7 та розділювача 8. Штокова і поршнева порожнини 5 і 6 сполучаються між собою байпасними каналами 9 і 10 через зворотні клапани 11 і 12. Байпасні канали 9 і 10 обладнані гідрокомпенсаторами 13 і 14 (аналогічними за конструкцією), які гасять хвилю тиску рідини за рахунок дисипації енергії при вході рідини у гідрокомпенсатори 13 і 14, зміни напряму її течії, а також внаслідок пружного стиснення пружних вкладишів, якими заповнений гідрокомпенсатори 13 і 14. Гідрокомпенсатор 13 або 14 складається з циліндричного жорсткого корпусу 15 більшого діаметра, ніж діаметри байбасних каналів 9 і 10. Корпус 15 гідрокомпенсатора 13 (14) може бути і не циліндричним, проте циліндрична його форма найбільш технологічна у виготовленні. Всередині корпус 15 заповнений вкладишами з пружного матеріалу, виконаних, наприклад, у вигляді кульок 16 з мастилобензойстійкої гуми. Всередині корпус 15 також роздільний на демпфірувальні камери 17 не менше двома дисками 18 з отвором 19 для проходу робочої рідини. У кожному диску 18 є тільки один отвір 19 на його периферії, виконаний у вигляді сегмента (найбільш технологічно виготовляти). Отвори 19 в суміжних дисках 18 розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини у корпусі 15 гідрокомпенсатора 13 (14). Запропонований гідравлічний амортизатор з гідрокомпенсаторами для гасіння механічних коливань тиску та гідравлічних ударів працює в такий спосіб. В процесі стиснення поршень 3 зі штоком 4 переміщується вниз. При цьому робоча рідина перетікає з поршневої порожнини 6 циліндра 1 в штокову порожнину 5 по байпасному каналу 9 через гідрокомпенсатор 13 і зворотний клапан 11. В байпасному каналі 9 потік робочої рідини навпростець надходить в корпус 15 гідрокомпенсатора 13. При сталому режимі руху робочої рідини, вона розосереджується в першій демпфірувальній камері 17. Далі, ударяючись об перший диск 18 (глуха перешкода), робоча рідина змінює свій напрям руху і потрапляє через отвір 19 в другу демпфірувальну камеру 17, де знов 2 UA 112022 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 розосереджується. Потім робоча рідина, ударяючись об другий диск 18, знов змінює свій напрям руху і потрапляє через отвір 19 в третю демпфірувальну камеру 17, де знов розосереджується і, в міру просування, повертається в байбасний канал 9. В процесі руху в корпусі 15, робоча рідина в кожній демпфірувальній камері 17, омиваючи кульки 16, постійно і багато разів змінює свій напрям руху. При виникненні гідравлічного удару або механічних коливань тиску, хвиля підвищеного тиску, в першу чергу, стикається з першою демпфірувальною камерою 17, де частково (пікові навантаження) гаситься за рахунок дисипації енергії в розширеній частині корпусу 15. Далі, частина неврівноваженого потоку робочої рідини, що "проскочила", стикається з кульками 16, які, завдяки своїй піддатливості (пружності матеріалу), розсіюють хвилю енергії ще більшою мірою. При подальшому просуванні потоку рідини по корпусу 15 гідрокомпенсатора 13, через багаторазову зміну напрямку та дії кульок 16, її тиск вирівнюється до прийнятного рівня. Таким чином, гідрокомпенсатор 13 дозволяє повністю погасити гідравлічний удар або механічні коливання тиску за рахунок одночасної дії трьох чинників, а саме: дисипації енергії при переході з однієї демпфірувальної камери 17 в іншу, багатократної зміни потоку протікання робочої рідини і пружності матеріалу кульок 16. В процесі відбою поршень 3 зі штоком 4 переміщується вгору. При цьому робоча рідина перетікає зі штокової порожнини 5 циліндра 1 в поршневу порожнину 6 по байпасному каналу 10 через гідрокоменсатор 14 і зворотний клапан 12. Гасіння гідроударів або механічних коливань тиску робочої рідини у гідрокомпенсаторі 14 відбувається за описаною вище схемою. Таким чином, пропонований гідрокомпенсатор 13 (14) дозволяє здійснювати регулювання гідравлічного опору амортизатора при різних дорожніх умовах і в залежності від завантаження автомобіля. Завдяки цьому забезпечується підвищення ефективності роботи амортизатора при русі автомобіля у складних дорожніх умовах. Існуючі технології машинобудування дозволяють організувати промислове виготовлення і оснащення транспортних засобів пропонованими гідравлічними амортизаторами. До технічних переваг пропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: загальне спрощення конструкції гідравлічного амортизатора за рахунок заміни трубок Вентурі на гідрокомпенсатори; покращення експлуатаційних властивостей за рахунок стабілізації температури робочої рідини; підвищення надійності роботи гідравлічного амортизатора внаслідок спрощення його конструкції (зменшення кількості вузлів); відсутність витрат додаткової електроенергії за рахунок відсутності теплообмінників; надійність гасіння гідравлічного удару та непередбачених механічних коливань тиску за рахунок постійного протікання робочої рідини через компенсуючі елементи, збільшення довжини гасячого тракту і багатократної зміни напряму руху робочої рідини у гідрокомпенсаторі. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок зниження вартості гідравлічного амортизатора. Соціальний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок спрощення експлуатації гідравлічного амортизатора. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Гідравлічний амортизатор для гасіння механічних коливань та гідравлічних ударів, що містить гідроциліндр та поршень зі штоком, розміщені в гідроциліндрі з утворенням штокової і поршневої порожнин, які сполучені між собою байпасними каналами через зворотні клапани і газовий компенсатор, який відрізняється тим, що кожний байпасний канал оснащений гідрокомпенсатором, який при перетіканні робочої рідини зі штокової порожнини циліндра в поршневу порожнину гасить хвилю тиску рідини за рахунок дисипації енергії, і який виконаний у вигляді циліндрового жорсткого корпусу більшого діаметра, ніж байпасні канали з приєднаними до його торців штуцерами, заповненого вкладишами з пружного матеріалу, а також всередині корпус розділений на демпфірувальні камери не менше ніж двома дисками з отворами для проходу робочої рідини, при цьому в кожному диску є тільки один отвір на його периферії, виконаний у вигляді сегмента, причому отвори в суміжних дисках розташовані на діаметрально протилежних їх боках для зміни напряму руху потоку робочої рідини у гідрокомпенсаторі. 3 UA 112022 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4