Гідравлічний двотрубний демпфер залізничного транспортного засобу

Реферат: Винахід належить до пристроїв підвіски залізничних транспортних засобах. Гідравлічний двотрубний демпфер залізничного транспортного засобу містить резервуар, розташований у ньому циліндр, в якому розміщений поршень зі штоком. Останній проходить крізь закріплену гайкою в резервуарі напрямну в корпусі. Передбачені верхній клапанний блок розміщений у штоці, і нижній клапанний блок, розміщений в нижній кришці. Дросельні щілини зворотних клапанів верхнього і нижнього клапанних блоків мають співвідношення площин перетину, рівне співвідношенню площин перетину штокової і безштокової порожнин. Корпус напрямної штока виконаний з рівномірно розташованими отворами, які сполучають штокову порожнину з резервуаром та мають таку загальну площу їх перетину, що дорівнює площі живого перетину пари напрямна штока - шток поршня. Технічний результат: забезпечення постійними і близькими за значеннями в гідродемпферах симетричної дії параметрів опору і швидкостей руху поршня на ходах стискання і розтягнення. UA 107018 C2 (12) UA 107018 C2 UA 107018 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до засобів гасіння коливання, а саме до гідравлічних гасителів коливань, і може бути використаний в підвісних пристроях залізничних транспортних засобах. Відомі гідравлічні гасителі коливань, що застосовуються в залізничних вагонах, які мають телескопічну поршневу конструкцію [Гасители колебаний подвижного состава М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит, М., Транспорт, 1985,стр. 16-20, 32-35]. Принцип їх дії полягає в послідовному видавлюванні рідини через канали (дросельні отвори) і зворотне наповнення цією рідиною циліндра через канали. При проходженні рідини через дросельний отвір виникає тертя, в результаті чого механічна енергія коливального руху транспортного засобу перетворюється на теплову, яка потім розсіюється в навколишній простір. При роботі гасителя (стискання-розтягнення) поршень здійснює коливання. Відомі гідравлічні телескопічні двотрубні демпфери (далі по тексту гідродемпфери) підвіски транспортних засобів [Скиндер И.Б. и Лизна Ю.А. Гидравлические телескопические амортизаторы. Атлас Конструкций. - М.: Машиностроение, 1968], що містять резервуар з вушком, розміщений у ньому циліндр з впускним і розвантажувальним клапаном стискання, поршнем з перепускним і розвантажувальним клапаном ходу розтягування і штоком з вушком, що проходить через направляючу штока, яка закриває циліндр і закріплена в резервуарі (рекуперативній камері). Недоліком відомих конструкцій гідродемпферів є наявність зазору в направляючій штока, який в процесі експлуатації від зносу збільшується, тим самим змінюються параметри опору гідродемпфера на ходах стискання і розтягування, оскільки робоча рідина надходить з штокової порожнини циліндра в рекуперативну камеру. Відомий гідравлічний телескопічний двотрубний демпфер підвіски транспортного засобу (а.с. СССР № 931503, кл. В 60 G 13/08, 1982), що містить резервуар з вушком і впускним клапаном, розміщений у ньому циліндр з поршнем і штоком, що проходить через направляючу штока, яка закриває циліндр і закріплена в резервуарі (рекуперативній камері), дросельний отвір ходу розтягування, направляючої штока і трубку, що сполучає штокову порожнину циліндра з порожниною резервуара. У поршні розташовані дросельний отвір ходу стискання із зворотним клапаном і розвантажувальні запобіжні клапани ходу стискання і розтягування. Недоліком цієї конструкції гідродемпфера є наявність в поршні двох запобіжних клапанів стискання і розтягування, а також дросельного отвору ходу розтягування, направляючої штока і трубки невизначеного перетину, що робить дану конструкцію ненадійною в експлуатації через велику кількість складових деталей, а також непередбачуваний перетік робочої рідини з порожнини циліндра в рекуперативну камеру на ходах стискання - розтягування. Зазначені недоліки суттєво впливають на точність і постійність контрольованих характеристик гідродемпфера. Найбільш близькою по технічній сутності і досягнутому результату є конструкція гідродемпфера, що містить резервуар (рекуперативну камеру) з вушком, розміщений у ньому циліндр з поршнем зі штоком з вушком, що проходить через направляючу штока, яка закриває циліндр і закріплену гайкою в резервуарі, сполученим за допомогою каналів із штоковою порожниною циліндра, верхній клапанний блок, розміщений в штоці, і нижній клапанний блок, розміщений в нижній кришці, конструктивно виконаними однаковими, що включають зворотні клапани з плоскимипідпружиненими сідлами, дросельні щілини на кільцевому виступі зворотного клапана і запобіжні клапани, розміщені в одній осі штока і циліндра [Гасители колебаний подвижного состава М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит, М., Транспорт, 1985, стр. 16]. Основу гідродемпфера складають верхній і нижній клапанні блоки, поршень з поршневим направляючим кільцем і направляюча штока, виготовлена із зазором з поверхнею штока. Відомий гідродемпфер приймається як прототип винаходу, що заявляється, оскільки є найбільш близьким по технічній сутності і досягуваному результату. Підставою для його вибору як прототипу є наявність конструктивно виконаних однаковими клапанними блоками з дросельними щілинами в зворотних клапанах, що мають форму квадрата, поршневого направляючого кільця з зазором (Δn) прямокутного перетину [Гасители колебаний подвижного состава М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит, М., Транспорт, 1985, стр. 79], направляючої штока, що має з штоком зазор (Δш) в парі направляюча штока - шток [Гасители колебаний подвижного состава М.М. Соколов, В.И. Варава, Г.М. Левит, М., Транспорт, 1985, стр. 62, рис. 4.1], верхнього клапанного блока, розміщеного в штоці, нижнього клапанного блока, розміщеного в нижній кришці (днищі), що знаходяться в одній осі. 1 UA 107018 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Недоліком цієї конструкції гідродемпфера є наявність дросельних щілин в зворотних клапанах невизначеного перетину, виникнення витоків робочої рідини через зазори в парах направляюча штока - шток і поршневе направляюче кільце - циліндр. Незважаючи на простоту конструкції і використання уніфікованих, однакових вузлів і деталей, відомий гідродемпфер в наслідок цих недоліків в процесі експлуатації втрачає первісні параметри опору. Крім того для гідродемпферів симетричної дії непропорційна втрата показників параметрів опору на ходах стискання і розтягування, а значить і швидкостей руху поршня, призводить до розбалансування системи підвіски транспортного засобу, наприклад вагона, а це в кінцевому рахунку викликає крутильні коливання його рами, що приводить до порушення комфортності руху і сприяє при підвищених швидкостях до аварій. У зв'язку з цим в основу запропонованого винаходу поставлена задача створення такої конструкції гідродемпфера, у якій шляхом усунення зазначених недоліків прототипу досягається новий технічний результат, а саме - необхідна постійність в процесі тривалої експлуатації параметрів опору і швидкостей руху поршня на ходах стискання - розтягування, забезпечення близьких за значенням параметрів опору і швидкостей руху поршня на ходах стискання і розтягування. Для досягнення поставленої мети у відомій конструкції гідравлічного двотрубного демпфера залізничного транспортного засобу, що містить резервуар з вушком, розміщений у ньому циліндр із поршнем з штоком і вушком, що проходить через направляючу штока, яка закриває циліндр і закріплена гайкою в резервуарі, сполучений за допомогою каналів з штоковою порожниною циліндра, верхній клапанний блок, розміщений в штоці, і нижній клапанний блок, розміщений в нижній кришці, конструктивно виконаними однаковими, що включають зворотні клапани з плоскими підпружиненими сідлами, дросельні щілини на кільцевому виступі зворотних клапанів і запобіжні клапани, розміщені в одній осі штока і циліндра, - згідно винаходу, - дросельні щілини зворотних клапанів верхнього і нижнього клапанних блоків мають співвідношення площин перетину, рівне співвідношенню площин перетину штокової і безштокової порожнин, а корпус направляючої штока виконаний принаймні з чотирма рівно розташованими отворами з перетином загальною площею, рівною площі живого перетину пари направляюча штока - шток поршня. Причинно-наслідковий зв'язок між новою сукупністю ознак і технічним результатом полягає в наступному. Замість наявних дросельних щілин невизначеної площі перетину прямокутної форми, конструктивно виконаними однаковими у верхньому і нижньому зворотних клапанах клапанних блоках, в гідродемпфері, згідно винаходу, дросельні щілини мають співвідношення площин перетину, рівного співвідношенню площини перетину штокової і безштокової порожнин гідродемпфера. Направляюча штока виконана принаймні з чотирма рівно розташованими отворами з перетином загальною площею, рівною площі живого перетину пари направляюча штока - шток поршня, що виключає виникнення незбалансованого опору в поршневій і штоковій порожнинах циліндра. При цьому характеристики опору замість невизначених в прототипі з налаштованими на однакові витрати робочої рідини через дросельні щілини при спрацьовуванні зворотних верхнього та нижнього клапанів, конструктивно виконаних однаковими будуть, згідно винаходу, залежать від співвідношення площин штокової і безштокової порожнин циліндра. Додатковий технічний результат забезпечується тим, що при виконанні поршневого направляючого кільця із замковим з'єднанням у вигляді зигзагоподібної дзеркально-відбитої форми з поліамідного пластику армованого-наповненого скловолокном, виключається перетікання робочої рідини з безштокової порожнини циліндра в штокову, тим самим забезпечується гарантоване зменшення аеродинамічного коливання вагона. Таким чином технічне рішення, що заявляється, відповідає критерію патентоспроможності "новизна". Доказом прийнятих технічних рішень являється наступне. У гідродемпфері, призначеному для використання в пасажирських вагонах залізничного транспорту необхідно, щоб робоча рідина проходила через дросельні щілини з певним заданим гідравлічним опором. Причому, цей опір, як при ході стискання, так і при ході розтягування, має бути однаковим. Очевидно, що площі перетину дросельних щілин у заявлюваному гідродемфері повинні бути різні. А для того, щоб робоча рідина проходила через дросельні щілини із заданим гідравлічним опором як на ході стискання, так і на ході розтягування необхідно забезпечити конструктивно необхідний і достатній тиск рідини у поршневій і штоковій порожнинах циліндра. Використовуючи рівняння нерозривності з гідродинаміки 2 UA 107018 C2 Vn Sш   const , Vш Sn де Vn , Vш - швидкість руху рідини, відповідно, в поршневий і штоковій порожнинах циліндра; Sn , Sш - площа живого перерізу, відповідно, поршневої і штокової порожнини. 5 10 F F Sn  n ; Sш  ш , Рш Pn де Fn , Fш - зусилля, діюче, відповідно, на поршень і шток; Pn , Рш - тиск, що виникає від діючого зусилля, відповідно, в поршневій і штоковій порожнині. Тоді Vn  Fш  Pn  const . Vш Fn  Рш А для забезпечення Рn=Рш необхідно виконання умов Fn D 2  d2 Sв     const , Fш D2 Sн  де D , d - відповідно, діаметр поршня і штока. 15 20 25 30 35 40 45 S в , S н - відповідно, площа перетину дросельної щілини верхнього клапанного вузла і   нижнього. Наведений доказ поширюється і для каналів, що з'єднують рекуперативну камеру із штоковою порожниною циліндра. Суть винаходу пояснюється кресленням. Фіг. 1 - загальний вид гідродемпфера, що заявляється, в продольному розрізі з видом А. Фіг. 2 - загальний вид нижнього клапанного блока. Фіг. 3 - загальний від верхнього клапанного блока. Пропонований винахід має наступну конструкцію. Гідродемпфер (див. фіг. 1) містить резервуар 1 (фіг. 1 і 2), проушини 2 (фіг. 1), циліндр 3 (фіг. 1, 2 і 3), поршень 4 (фіг.1 і 3) з штоком 5, направляючу штока 6 в корпусі 7 (фіг. 1), гайку 8 (фіг. 1), верхній клапанний блок 9 (фіг.1 і 3), нижній клапанний блок 10 (фіг. 1 і 2), нижню кришку 11 (фіг. 1 і 2), зворотній клапан 12 (фіг. 2 і 3), дросельні щілини 13 (фіг. 2), запобіжний клапан 14 (фіг. 2 і 3), поршневе направляюче кільце 15 (фіг. 3). В корпусі 7 виконані отвори з перетином ΣSк (де ΣSк - сумарна площа перетину отворів), з'єднаних із штоковою порожниною через щілину ΣSΔш (де SΔш - площа живого перетину пари направляюча штока - шток поршня), в співвідношенні  Sк  1, Sш тим самим запобігається виникнення додаткового опору. В зворотних клапанах 12 (фіг. 1 і 2) верхнього і нижнього клапанних блоків 10 (фіг. 1 і 2) дросельні щілини 13 (фіг. 2) виконані в співвідношенні ввhв Sш ,  внhн Sn де вв , вн - ширина дросельних щілин відповідно верхнього і нижнього зворотних клапанів; hв , hн - висота дросельних щілин відповідно верхнього і нижнього зворотних клапанів; Sш , Sn - площа перетину відповідно штокової і поршневої порожнини. Поршневе направляюче кільце 15 (фіг. 3) виконане з поліамідного пластику армованого наповненого скловолокном і має антифрикційні і пружні властивості, та завдяки замкового з'єднання у вигляді зигзагоподібної дзеркально - відбитої форми запобігає перетоку робочої рідини із штокової порожнини в поршневу. Гідродемфер працює наступним чином. При коливаннях вагона шток 5 гідродемфера виконує зворотно-поступальний рух відносно циліндра 3. При ході стискання зменшується об'єм поршневої порожнини і рідина витискається із неї одночасно по двох напрямках - в штокову порожнину і резервуар (рекуперативну камеру). Оскільки площа поршневої порожнини більша площі штокової порожнини, одна частка рідини надходить в штокову порожнину через відкритий зворотній клапан 12 верхнього клапанного 3 UA 107018 C2 5 10 15 20 25 блока 9. Друга частка робочої рідини витискається і надходить в резервуар (рекуперативну камеру) через дросельні щілини 13 закритого під тиском рідини зворотного клапана 12 нижнього клапанного блока 10. Таким чином тиск в поршневій порожнині залежить від витрат рідини через дросельні щілини 13, тобто від швидкості руху штока 5. Зі збільшенням швидкості руху штока 5 при стисканні зростає тиск в поршневій порожнині і відповідно зростає сила опору при стисканні. При ході розтягнення об'єм поршневої порожнини збільшується, а штокової порожнині зменшується. Робоча рідина витискається із штокової порожнини через дросельні щілини 13 закритого під тиском рідини зворотного клапана 12 верхнього клапанного блока 9. Завдяки тому, що площа поршневої порожнини значно більша ніж штокової, тиск в поршневій порожнині циліндра 3 падає нижче атмосферного і під дією перепаду тиску відкривається зворотній клапан 12 нижнього клапанного блока 10 і рідина починає поступати з рекуперативного резервуара 1 в поршневу порожнину через відкритий зворотній клапан 12 нижнього клапанного блока 10. Тиск в штоковій порожнині залежить від витрат рідини через дросельні щілини 13 закритого під тиском рідини зворотного клапана 12 верхнього клапанного блока 9, тобто від швидкості руху штока 5. Зі збільшенням швидкості руху штока 5 збільшується тиск в штоковій порожнині циліндра 3 і відповідно збільшується сила опору при розтягненні. Нижче наведені приклади протоколів випробування гідродемпферів в вигляді робочих діаграм з регістрацією параметрів опору на ходах стискання і розтягнення, швидкостей руху, симетричності параметрів опору гідродемферів, виготовлених згідно запропонованого винаходу. Дослідження проводили на комп'ютеризованому діагностувальному стенді мод. СВД, конструкції МІНЕТЕК. Запропонований винахід в порівняні з прототипом дозволяє забезпечити близькі по значенню параметри опору і швидкостей руху на ходах стискання - розтягнення і близьку до 100 % симетричність дії, що дозволяє збільшити ефективність гасіння коливань і виключає розбалансованість при русі ходової частини транспортного засобу. 4 UA 107018 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 1. Гідравлічний двотрубний демпфер залізничного транспортного засобу, що містить резервуар з вушком, розташований у ньому циліндр, в якому розміщений поршень зі штоком з вушком, де шток проходить крізь закріплену гайкою в резервуарі напрямну в корпусі, який закриває циліндр, а резервуар сполучений за допомогою каналів із штоковою порожниною циліндра, верхній клапанний блок, розміщений у штоці, і нижній клапанний блок, розміщений в нижній кришці, де ці блоки конструктивно виконані однаковими та містять зворотні клапани з підпружиненими плоскими сідлами, дросельні щілини на кільцевому виступі зворотних клапанів і запобіжні клапани, розміщені співвісно до штока і циліндра, який відрізняється тим, що дросельні щілини зворотних клапанів верхнього і нижнього клапанних блоків мають співвідношення площин перетину, рівне співвідношенню площин перетину штокової і безштокової порожнин, а корпус напрямної штока виконаний принаймні з чотирма рівномірно розташованими отворами, які сполучають штокову порожнину з резервуаром та мають таку загальну площу їх перетину, що дорівнює площі живого перетину пари напрямна штока - шток поршня. 2. Гідродемпфер за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення площин перетину дросельних щілин верхнього та нижнього зворотних клапанів встановлюють рівним співвідношенню сил опору стискання і розтягування. 3. Гідродемпфер за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що передбачено поршневе напрямне кільце, причому напрямна штока і поршневе напрямне кільце виконані з поліамідного пластику армованого - наповненого скловолокном. 4. Гідродемфер за будь-яким пп. 1-3, який відрізняється тим, що поршневе напрямне кільце виконане із замковим з'єднанням, що має зигзагоподібну дзеркально-відбиту форму. 5 UA 107018 C2 6 UA 107018 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7