УСТРОЙСТВО ДЛЯ АМОРТИЗАЦИИ И РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ОБЪЕКТ Российский патент 1994 года по МПК F16F9/00 

Изобретение относится к гидравлическим устройствам для амортизации и равномерного распределения давления по криволинейным поверхностям и может быть использовано в транспортном машиностроении, медицине, производстве мебели, измерительной технике и других отраслях промышленности, в частности, в конструкциях сидений транспортных средств, кроватей и матрацев, используемых в медицине для профилактических и лечебных целей, бытовой и промышленной мебели, приборов для взвешивания, измерения давления опоры, а также измерения шероховатостей и неровностей.

Известно устройство для амортизации, содержащее заполненный рабочей средой корпус с отверстиями, в которых установлены цилиндры с размещенными в них поршнями с штоками [1] .

Устройство позволяет амортизировать установленные на нем объекты, однако не позволяет равномерно распределять давление по криволинейной поверхности опирающегося на него тела.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для амортизации, содержащее заполненный жидкостью корпус с основными и дополнительными отверстиями, цилиндры с размещенными в них поршнями и соединенными с последними и установленными в основных отверстиях штоками и опорные элементы, связанные со свободными концами штоков [2] .

Известное устройство позволяет амортизировать и равномерно распределять давление по криволинейной поверхности тела, контактирующей с опорной поверхностью устройства, образованной опорными элементами.

Однако, устройство обладает следующими недостатками.

Для выполнения устройством функции амортизации требуется специальная жидкость, обладающая упругими свойствами.

Работоспособность устройства при выполнении им функции равномерного распределения давления по криволинейной поверхности объекта зависит от отношения площади опорной поверхности, контактирующей с поверхностью объекта, к общей площади опорной поверхности, а также от степени заполненности жидкостью цилиндров. Например, при заполнении цилиндров жидкостью на 50% их объема устройство работоспособно только при теоретическом значении указанного отношения, не меньшем чем 0,5, причем чем больше кривизна поверхности объекта, тем больше должно быть это отношение. Иначе, как минимум, один поршень перемещается до конца цилиндра, что делает невозможным равномерное распределение давления по поверхности опирающегося на устройство объекта.

Кроме того, устройство не позволяет оценить давление жидкости в корпусе и величину нагрузки, действующей на опорную поверхность, а также не обеспечивает возможность настройки на требуемый диапазон изменения нагрузки, действующей на опорную поверхность.

Цель изобретения - обеспечение эффективности амортизации опирающегося на устройство объекта независимо от упругих свойств жидкости, заполняющей корпус, и равномерного распределения давления по криволинейной поверхности объекта при любых значениях отношения площади опорной поверхности, контактирующей с поверхностью объекта, к общей площади опорной поверхности устройства. При этом должна быть обеспечена возможность оценки давления жидкости в корпусе и нагрузки, действующей на опорную поверхность устройства, а также настройки устройства на требуемый диапазон изменения нагрузки.

Эта цель достигается тем, что в устройство для амортизации и равномерного распределения давления на объект, содержащем заполненный жидкостью корпус с основными и дополнительным отверстиями, цилиндры с размещенными в них поршнями и соединенными с последними и установленными в основных отверстиях штоками, опорные элементы, связанные со свободными концами штоков, и устройство регулирования давления, последнее выполнено в виде герметично перекрывающего дополнительное отверстие упругого элемента, эффективная площадь S₁ которого выбрана из соотношения: S₁>0,1S₂, где S₂ - суммарная площадь рабочих торцовых поверхностей поршней, а опорные элементы равномерно расположены по всей поверхности корпуса, обращаемой к объекту.

Устройство также может быть снабжено покрытием, связанным с опорными элементами и прикрепленными своими краями к корпусу.

При этом упругий элемент может быть выполнен в виде подпружиненного компенсационного поршня, размещенного в компенсационном цилиндре, который герметично установлен в дополнительном отверстии и направлен внутрь корпуса, а компенсационный цилиндр с внешней стороны корпуса снабжен крышкой, установленной с возможностью перемещения вдоль оси вращения компенсационного цилиндра и фиксации в требуемом положении, и пружиной, одним концом упирающейся в крышку, а другим - в компенсационный поршень.

Кроме того, упругий элемент может быть выполнен в виде сильфона, один конец которого имеет дело, а другой герметично прикреплен к стенке корпуса по краям дополнительного отверстия, или в виде мембраны, герметично установленной в дополнительном отверстии.

Наличие упругого элемента, герметично перекрывающего дополнительное отверстие корпуса, обеспечивает эффективную амортизацию опирающегося на устройство объекта независимо от упругих свойств жидкости, заполняющей корпус, и равномерное распределение давления по криволинейной поверхности объекта при любых значениях отношения площади опорной поверхности, контактирующей с поверхностью опирающегося на нее объекта, к общей площади опорной поверхности устройства.

Экспериментальная поверхность опытных образцов устройства показала, что эффективная амортизация объектов возможна только тогда, когда эффективная площадь S₁ упругого элемента составляет более 10% площади S₂, представляющей собой сумму площадей S₂¹ рабочих торцовых поверхностей поршней. Это связано с тем, что при уменьшении площади S₁ ниже указанного предела для компенсации сравнительно небольших ходов поршней требуется значительный ход упругого элемента. При этом увеличивается инерционность устройства и резко ухудшаются его амортизационные свойства. Выбор указанного соотношения позволяет также минимизировать габаритные размеры устройства.

По положению конструкционных частей упругого элемента (компенсационного поршня, дна сильфона или поверхности мембраны), можно определить давление жидкости в корпусе и нагрузку, действующую на опорную поверхность устройства.

Наличие крышки, которая может перемещаться вдоль оси вращения компенсационного цилиндра, обеспечивает возможность настройки устройства на требуемый диапазон изменения нагрузки, действующей на опорную поверхность устройства.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 и 4 - примеры выполнения упругого элемента в виде сильфона и мембраны соответственно.

Устройство содержит заполненный жидкостью корпус 1 с основными и дополнительным отверстиями, цилиндры 2 с размещенными в них поршнями 3 и соединенными с последними и установленными в основных отверстиях штоками 4 и опорные элементы 5, связанные со свободными концами штоков 4 и образующие опорную поверхность устройства, при этом дополнительное отверстие герметично перекрывается упругим элементом, представляющим собой подпружиненный компенсационный поршень 6, размещенный в компенсационном цилиндре 7, который герметично установлен в отверстии и направлен внутрь корпуса 1, а цилиндр 7 с внешней стороны корпуса 1 снабжен крышкой 8, установленной с возможностью перемещения вдоль оси вращения цилиндра 7 и фиксации в требуемом положении, а также пружиной 9, одним концом упирающейся в крышку 8, а другим - в поршень 6.

Для обеспечения заполнения жидкостью корпус 1 имеет технологическое отверстие с устанавливаемой в нем герметичной пробкой 10, а для обеспечения герметичности поршня 3 и 6 могут иметь упругие прокладки, выполненные, например, в виде резиновых колец.

Упругий элемент может быть выполнен в виде сильфона 11, один конец которого имеет дно 12, а другой герметично прикреплен к стенке корпуса 1 по краям дополнительного отверстия, или в виде мембраны 13, герметично установленной в дополнительном отверстии корпуса 1.

Для более равномерного распределения давления по поверхности объекта устройство может быть снабжено покрытием 14, выполненным например из ткани и накрывающим опорные элементы 5, при этом края покрытия прикреплены к корпусу 1.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы корпус 1 заполняют жидкостью так, что цилиндры 2 полностью заполнены жидкостью, а поршни 3 выдвинуты в цилиндрах 2 до упора.

Крышку 8, навинчивая на цилиндр 7, устанавливают в положение, определяемое требуемым диапазоном изменения нагрузки, действующей на опорную поверхность устройства, в котором устройство должно эффективно выполнять свои функции. При этом нижний F_min и верхний F_max пределы указанного диапазона связаны с расстоянием L_o, на которое уменьшается длина пружины 9 вследствие перемещения крышки 8, следующими соотношениями:
F_min= KL_o (1)
F_max= K(L_o+L) (2)
где К - коэффициент упругости пружины 9;
L - длина рабочего хода поршня 6.

При воздействии нагрузки (веса или силы инерции) со стороны объекта, имеющего криволинейную поверхность (тела человека или любого другого физического тела), на опорную поверхность устройства, образованную опорными элементами 5 (на сиденье транспортного средства, кресло, лечебный матрац, опорную поверхность прибора для измерения давления на поверхности тела и пр. ), соответствующие поршни 3 перемещаются в цилиндрах 2, и опорная поверхность копирует неровности криволинейной поверхности объекта, равномерно распределяя по ней давление опоры. При этом жидкость выдавливается в цилиндр 7, передвигая поршень 6 и снижая пружину 9.

При выполнении упругого элемента в виде сильфона 11 или мембраны 13 (жидкость выдавливается в дополнительное отверстие корпуса 1, соответственно передвигая дно сильфона 11 или выгибая мембрану 13.

При динамическом изменении нагрузки на опорную поверхность устройства пружина 9, сильфон 11 или мембрана 13 благодаря своим упругим свойствам обеспечивают эффективную амортизацию объекта.

По положению поршня 6, дна сильфона 11 или мембраны 13 можно оценивать давление жидкости в корпусе 1 и нагрузку, действующую на опорную поверхность устройства.

Устройство может работать как при вертикальном расположении цилиндров 2, так и при их расположении под различными углами к горизонту, например в качестве спинки сиденья транспортного средства. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1381281, кл. F 16 F 13/00, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР N 503066, кл. F 16 F 9/02, 1976.

Использование: транспортное машиностроение, медицина, производство мебели, измерительная техника и другие отрасли промышленности, а именно конструкции сидений транспортных средств, кроватей, матрацев, приборов для взвешивания, измерения давления опоры, а также измерения шероховатостей и неровностей. Сущность: устройство для амортизации и равномерного распределения давления на объект содержит заполненный жидкостью корпус с основными и дополнительным отверстиями, цилиндры с размещенными в них поршнями и соединенными с последними и установленными в основных отверстиях штоками, опорные элементы, связанные со свободными концами штоков, и герметично перекрывающий дополнительное отверстие упругий элемент. Эффективная площадь S₁ последнего выбрана из соотношения S₁>0.1S₂ , где S₂ - суммарная площадь рабочих торцовых поверхностей поршней. Опорные элементы равномерно расположены по всей поверхности корпуса, обращаемой к объекту. Устройство может быть снабжено покрытием, связанным с опорными элементами и прикреплены своими краями к корпусу. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АМОРТИЗАЦИИ И РАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ОБЪЕКТ, содержащее заполненный жидкостью корпус с основными и дополнительным отверстиями и цилиндрами, размещенные в последних поршни, соединенные с ними и установленные в основных отверстиях штоки, связанные со свободными концами последних опорные элементы и сообщенное с полостью корпуса посредством дополнительного отверстия устройство регулирования давления, отличающееся тем, что устройство регулирования давления выполнено в виде герметично перекрывающего дополнительное отверстие упругого элемента, эффективная площадь S₁ которого выбрана из соотношения S₁ > 0,1 S₂, где S₂ - суммарная площадь рабочих торцевых поверхностей поршней, а опорные элементы равномерно расположены по всей поверхности корпуса, обращаемой к объекту. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено покрытием, связанным с опорными элементами и прикрепленным своими краями к корпусу.