ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 1996 года по МПК F16F9/34 F16F9/344 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве демпфирующего устройства, в частности, в системах подрессоривания транспортных средств.

Известен гидравлический амортизатор, содержащий корпус, шток, и поршень с вихревой камерой, имеющий ламинарные и обычные дроссельные отверстия, которые являются соответственно радиальными и тангенциальными входными отверстиями вихревого клапана. Данные отверстия соединены параллельно по отношению к источнику давления. Устройство устанавливается в амортизатор для получения улучшенной демпфирующей характеристики, т.е. характеристики, имеющей на определенном ее участке снижение темпа нарастания давления при увеличении скорости поршня амортизатора [1]
Недостатком известного амортизатора являются возможность получения улучшенной демпфирующей характеристики только на ходе сжатия (отбоя), увеличенные размеры поршня из-за установки в нем отдельной детали, содержащей ламинарные отверстия.

Наиболее близким к предлагаемому является гидравлический амортизатор, содержащий заполненный рабочей жидкостью корпус, размещенные в нем шток и жестко связанный с последним поршень по крайней мере с двумя эксцентрично расположенными относительно продольной оси поршня парами вихревых камер, одна из которых в каждой паре камера сжатия, а другая отбоя [2]
Недостатком прототипа является низкое качество демпфирования.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества демпфирования за счет снижения влияния дросселирования рабочей жидкости вне элементов вихревой камеры, которая генерирует вихревой поток в данный момент, на демпфирующую характеристику амортизатора и в снижении темпа нарастания перепада давления на поршне на заданном участке демпфирующей характеристики при увеличении скорости поршня как на ходе сжатия, так и на ходе отбоя.

Для этого в гидравлическом амортизаторе, содержащем заполненный рабочей жидкостью корпус, размещенные в нем шток и жестко связанный с последним поршень по крайней мере с двумя эксцентрично расположенными относительно продольной оси поршня парами вихревых камер, одна из которых в каждой паре камера сжатия, а другая отбоя, оси вихревых камер в каждой паре параллельны друг другу, все вихревые камеры сжатия и отбоя расположены с чередованием в окружном направлении, а каждая вихревая камера отбоя или сжатия выполнена по крайней мере с одним радиальным каналом, общим с одной из вихревых камер соответственно сжатия или отбоя, и по крайней мере с одним тангенциальным каналом, общим по крайней мере с одной из других вихревых камер соответственно сжатия или отбоя.

В каждой паре вихревых камер, имеющих общий тангенциальный или по крайней мере один общий радиальный канал, центральное отверстие одной из вихревых камер сообщает ее с надпоршневой полостью, а другая вихревая камера каждой пары через свое центральное отверстие сообщается с подпоршневой полостью. Радиальные каналы выполнены как ламинарные дроссели, а тангенциальные как турбулентные, вследствие чего во время работы амортизатора имеет место постоянное изменение величины относительного расхода ( θ_к и θ₁ мгновенные расходы жидкости соответственно через вихревую камеру и ее тангенциальные каналы), связанной с тангенсом угла закрутки Т потока зависимостью
T=(-1), где =f₁/f_o относительная площадь поперечного сечения;
f₁ и f_o суммарные площади поперечного сечения соответственно тангенциальных и радиальных каналов вихревой камеры.

Геометрические размеры элементов дроссельной системы выбраны так, что при увеличении скорости поршня в заданном диапазоне, в пределах которого необходимо иметь снижение темпа нарастания перепада давления на поршне, параметр Т увеличивается в пределах от 0,07 до 0,36, при этом обеспечиваются заданные усилия на штоке. Кроме того, отношение длины l_a каждого тангенциального канала к его ширине а выбрано в пределах 1,5<l_a/a<4,0, отношение длины l_b каждого радиального канала к его ширине b выбрано в пределах 15<l_b/b<40, а суммарная площадь поперечных сечений радиальных и тангенциальных каналов каждой вихревой камеры меньше или равна площади поперечного сечения ее центрального отверстия.

На фиг.1 изображен гидравлический амортизатор, основные составные части; на фиг. 2, 3 и 6 соответственно сечения А-А, Б-Б, В-В на фиг.1 для амортизатора, имеющего четыре вихревые камеры; на фиг.4, 5 и 7 соответственно сечения А-А, Б-Б, В-В на фиг.1 для амортизатора, имеющего восемь вихревых камер; на фиг.8 сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.9 сечение Д-Д на фиг.7; на фиг. 10 геометрические параметры дроссельной системы; на фиг.11 характер изменения перепада давления на поршне Δ Р в зависимости от его скорости v_п и параметра Т.

Гидравлический амортизатор содержит корпус 1 с крышкой 2, шток 3 и жестко связанный с ним поршень 4 с крышкой 5. Полости М и К амортизатора заполнены рабочей жидкостью 6. В нижней части амортизатора расположены плавающий поршень 7 и заполненная сжатым газом компенсационная камера 8. В поршне 4 выполнено по крайней мере четыре вихревых клапана, представляющих собой вихревые камеры 9 и 10 отбоя и сжатия соответственно, расположенные эксцентрично относительно продольной оси поршня 4. Каждая из вихревых камер отбоя 9 (сжатия 10) сообщается с полостью К (М) амортизатора посредством центрального отверстия 11 (12), а с полостью (К) посредством по крайней мере одного радиального 14 и по крайней мере одного тангенциального 13 каналов, выполненных по всей высоте вихревой камеры h, и по крайней мере двух вихревых камер сжатия 10 (отбоя 9) и их центральных отверстий 12 (11). Соотношение величин геометрических параметров дроссельной системы амортизатора обеспечивают увеличение тангенса угла закрутки Т потока, определяемого по формуле
T= (-1), где - относительный расход ( θ_к и θ₁ мгновенные расходы рабочей жидкости соответственно через вихревую камеру и ее тангенциальный канал);
=f₁/f_o относительная площадь поперечного сечения;
f₁ и f_o суммарные площади поперечных сечений соответственно тангенциальных и радиальных каналов вихревой камеры, в пределах от 0,07 до 0,36, при увеличении скорости поршня 4 в том диапазоне, в пределах которого необходимо иметь снижение темпа нарастания перепада давления на поршне 4. Кроме того, отношение длины l_a каждого тангенциального канала к его ширине а находиться в пределах 1,5-4,0, длины l_b каждого радиального канала к его ширине b в пределах 15-40, при этом суммарная площадь поперечных сечений радиальных и тангенциальных каналов каждой вихревой камеры меньше и равна площади поперечного сечения ее центрального отверстия.

Гидравлический амортизатор работает следующим образом.

При ходе отбоя (сжатия) рабочая жидкость из полости М(К) перемещается через центральные отверстия 12 (11), вихревые камеры 10 (9), радиальные 14 и тангенциальные 13 каналы, вихревые камеры 9 (10), где генерируется вихревой поток, центральные отверстия 11 (12) в полость К(М). При этом сопротивление перемещению штока 3 обеспечивается за счет возникновения перепадов давления в центральных отверстиях 12 (11) и в вихревых клапанах, включающих вихревые камеры 9 (10), центральные отверстия 11 (12), тангенциальные 13 и радиальные 14 каналы. Величина сопротивления движению рабочей жидкости через дроссельную систему как на ходе сжатия, так и на ходе отбоя определяется интенсивностью вихревого потока в вихревых камерах, генерирующих его при данном ходе амортизатора. Характеристикой этой интенсивности является параметр Т, изменение которого при изменении скорости поршня 4 происходит вследствие того, что радиальные каналы 14 выполнены как ламинарные дроссели, а тангенциальные каналы 13 как турбулентные. При увеличении скорости поршня 4, начиная с определенной ее величины, обусловленной геометрическими размерами элементов дроссельной системы, в вихревых камерах, генерирующих вихревой поток, начинает резко падать интенсивность этого потока (параметр Т растет), следствием чего является снижение темпа нарастания усилия на штоке 3.

Использование: в транспортном машиностроении, в частности в системах подрессоривания транспортных средств. Сущность изобретения: гидравлический амортизатор содержит корпус, шток и поршень по крайней мере с двумя эксцентрично расположенными относительно продольной оси поршня парами вихревых камер, одна из которых в каждой паре - камера сжатия, а другая - отбоя. Оси вихревых камер в каждой паре параллельны друг другу. Все вихревые камеры сжатия и отбоя расположены с чередованием в окружном направлении и сообщены между собой в определенном порядке посредством радиальных и тангенциальных каналов, а с полостями амортизатора посредством центральных отверстий. Геометрические параметры элементов каждой вихревой камеры оптимизированы и выбраны из определенных соотношений. 1 з. п. ф-лы, 11 ил.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР, содержащий заполненный рабочей жидкостью корпус, размещенные в нем шток и жестко связанный с последним поршень с по крайней мере двумя эксцентрично расположенными относительно продольной оси поршня парами вихревых камер, одна из которых в каждой паре камера сжатия, а другая - отбоя, отличающийся тем, что оси вихревых камер в каждой паре параллельны одна другой, все вихревые камеры сжатия и отбоя расположены с чередованием в окружном направлении, а каждая вихревая камера отбоя или сжатия выполнена с по крайней мере одним радиальным каналом, общим с одной из вихревых камер соответственно сжатия или отбоя, и с по крайней мере одним тангенциальным каналом, общим с по крайней мере одной из других вихревых камер соответственно сжатия или отбоя. 2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что геометрические параметры элементов каждой вихревой камеры выбраны из следующих соотношений: тангенс угла закрутки T потока, определяемый по формуе

выбран в пределах 0,07 ≅ T ≅ 0,36,
где - относительный расход рабочей жидкости;
Q_к и Q₁ - мгновенные расходы рабочей жидкости соответственно через вихревую камеру и ее тангенциальные каналы;
- относительная площадь поперечного сечения;
f₁ и f₀ - суммарные площади поперечного сечения соответственно тангенциальных и радиальных каналов вихревой камеры,
отношение длины l_а каждого тангенциального канала к его ширине a выбрано в пределах 1,5 < l_a/a < 4,0, отношение длины l_b каждого радиального канала к его ширине b выбрано в пределах 15 < l_b/b < 40, при этом суммарная площадь поперечных сечений радиальных и тангенциальных каналов каждой вихревой камеры меньше или равна площади поперечного сечения ее центрального отверстия.