ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 1997 года по МПК F16F5/00 

Изобретение относится к средствам гашения колебаний, а именно к гидравлическим гасителям колебаний, и может быть использовано в железнодорожном транспорте.

Известны гидравлические гасители колебаний, применяемые в железнодорожных вагонах, имеющие телескопическую поршневую конструкцию [1]
Принцип их действия заключается в последовательном выдавливании жидкости через узкие каналы (дроссельные отверстия) и обратное наполнение этой жидкостью цилиндра через клапаны.

При прохождении жидкости через дроссельное отверстие возникает трение, в результате чего механическая энергия колебательного движения вагона превращается в тепловую, которая затем рассеивается в окружающее пространство.

Наиболее близким техническим решением является гаситель колебаний пассажирских вагонов КВЗ-ЛИИЖТ [3] содержащий корпус, цилиндр, образующий с корпусом компенсационную камеру, установленный в цилиндре шток с поршнем, поршневой клапан, клапан, установленный в днище (фланце) цилиндра. Поршень имеет два поршневых кольца, направляющую втулку, установленную на торце цилиндра.

К недостаткам известных технических решений [1] [3] относится то, что дроссельные отверстия выполнены на поясках клапанов и имеют форму квадрата. При постоянном соприкосновении дисков и клапана происходит быстрый износ поясков с дроссельными отверстиями. При постоянном отложении взвешенных частиц, находящихся в масле, на днище нижней корпусной головки гасителя, происходит засорение дроссельных отверстий, расположенных в нижнем клапане. Износ и засорение дроссельных отверстий приводит к нарушению режима работы гасителя. При этом образуется в цилиндре гасителя высокое давление, в результате чего он выходит из строя. При этом происходят следующие поломки (по данным ремонтной мастерской):
отрыв штока от верхней головки гасителя;
нарушение расчетного параметра сопротивления при эксплуатации.

Кроме того, при попадании воздуха в рабочую жидкость (это может произойти при всасывании рабочей жидкости через нижний клапан при недостаточном ее содержании в гасителе и с учетом его наклонного положения), она вспенивается и вместе с воздухом через верхний клапан попадает в надпоршневую полость цилиндра и остается там длительное время. Вспенивание жидкости снижает смазывающую способность, что ведет к коррозии металлических деталей, а также ухудшает параметр сопротивления гасителя, что ведет к нарушению его рабочих характеристик. Помимо этого, газы, растворенные в рабочей жидкости, ухудшают ее эксплуатационные характеристики.

Целью изобретения является повышение надежности и срока службы гасителя колебаний за счет: 1) упрощения конструкции; 2) значительного уменьшения засоряемости дроссельного отверстия; 3) обезгаживаемости рабочей жидкости, находящейся в цилиндре гасителя.

Заявляемый гаситель колебаний содержит корпус, коаксиально установленный в нем с образованием компенсационной камеры цилиндр, фланец, установленный на одном торце цилиндра, направляющую втулку, размещенную на противоположном торце цилиндра, размещенный в цилиндре и пропущенный через направляющую втулку шток с поршнем, поршневой клапан, два поршневых кольца, клапан, размещенный во фланце. На направляющей втулке установлены самосъемные кольца и дополнительный клапан, обеспечивающий сообщение штоковой полости с компенсационной камерой. Дроссельное отверстие выполнено в верхней части цилиндра и сообщает надпоршневую полость и компенсационную камеру.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый гаситель отличается тем, что дроссельное отверстие расположено в верхней части цилиндра, а также установленными на направляющей втулке маслосъемными кольцами и дополнительным клапаном. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Известен гидравлический амортизатор подвески транспортного средства [2] в котором дроссельное отверстие расположено в верхней части цилиндра. Однако данное дроссельное отверстие работает только при обратном ходе (или ходе растяжения) амортизатора. При прямом ходе (или ходе сжатия) амортизатора рабочая жидкость вытесняется через клапан, расположенный в поршне штока, создавая при этом необходимое сопротивление. При работе данного амортизатора в надпоршневой и подпоршневой полостях цилиндра создаются разные давления, а это ведет к невозможности его использования в железнодорожном транспорте, т. к. не создается достаточного уменьшения аэродинамического качения вагона.

В гасителе колебаний, предназначенном для использования в железнодорожном транспорте, необходимо, чтобы рабочая жидкость проходила через дроссельное отверстие с определенным заданным гидравлическим сопротивлением. Причем это сопротивление, как при ходе сжатия гасителя, так и при ходе растяжения, должно быть одинаковым.

В заявляемом гасителе имеется только одно дроссельное отверстие. Оно расположено в верхней части цилиндра и работает как в режиме сжатия, так и в режиме растяжения. Дроссельное отверстие в заявляемом гасителе должно пропускать рабочую жидкость с определенным заданным нормативным гидравлическим сопротивлением. Кроме того, через это дроссельное отверстие на ходе сжатия и на ходе растяжения должно переходить соответственно столько же рабочей жидкости, сколько ее переходит в прототипе через два дроссельных отверстия, расположенных в нижнем клапане при ходе сжатия и через два дроссельных отверстия, расположенных в верхнем клапане при ходе растяжения. Очевидно, что диаметр дроссельного отверстия в заявляемом гасителе в два раза превышает диаметр дроссельного отверстия в известном гасителе. А для того чтобы жидкость проводила через дроссельное отверстие с вышеуказанным гидравлическим сопротивлением как на ходе сжатия, так и на ходе растяжения, необходимо создать дополнительное достаточное давление жидкости в надпоршневой полости цилиндра.

Стендовые испытания заявляемого гасителя показали, что такое дополнительное давление создается при введении маслосъемных колец в направляющую втулку.

Наличие двух маслосъемных колец обеспечивают перекрытие прохода рабочей жидкости между штоком и направляющей втулкой.

В известных же гасителях предусмотрен зазор между стенкой штока и направляющей втулкой. При этом рабочая жидкость через этот зазор поступала в компенсационную камеру.

Поршневые кольца перекрывают проход жидкости между стенкой цилиндра и поршнем.

При ходе растяжения поршень перемещается вверх, штоковый клапан закрывается, давление в надпоршневой полости растет. При этом благодаря наличию поршневым кольцом, жидкость не может перетекать в подпоршневую полость между поршнем и стенкой цилиндра, а благодаря наличию 2-х маслообъемных колец в направляющей втулке, жидкость не может вытекать из цилиндра между направляющей втулкой и штоком. Таким образом, в надпоршневой полости создается дополнительное давление, необходимое для перетекания жидкости через дроссельное отверстие, расположенное в верхней части цилиндра, с заданным гидравлическим сопротивлением. Под поршнем создается разряжение, нижний клапан открывается, и жидкость заполняет объем под поршнем.

При работе гасителя на сжатие, нижний клапан закрыт. С повышением давления жидкости под поршнем открывается верхний поршневой клапан. Над поршнем создается также избыточное давление за счет разницы вводимого объема штока в цилиндр, пропускной способности поршневого клапана и дроссельного отверстия в цилиндре.

При этом избыточное количество жидкости из надпоршневого объема перетекает в компенсационную камеру. Дополнительное давление, которое создается благодаря наличию 2-х маслосъемных колец в направляющей втулке, оказывается достаточным, чтобы жидкость перетекала с таким же гидравлическим сопротивлением, как и на ходе растяжения гасителя.

Таким образом, при взаимодействии существенных признаков получен новый технический результат, а именно прохождение жидкости через дроссельное отверстие с одинаковым, заданным гидравлическим сопротивлением как на ходе сжатия, так и на ходе растяжения гасителя. Кроме того, из источников информации не выявлено техническое решение, в котором бы одно и то же дроссельное отверстие работало бы как на ходе сжатия, так и на ходе растяжения, т.е. заявляемый гаситель соответствует критерию "изобретательский уровень".

Надежность и срок службы заявляемого гасителя увеличивается за счет исключения засоряемости дроссельного отверстия, т.к. взвешенные частицы, содержащиеся в рабочей жидкости, оседают вниз. Кроме того, при остановке вагона давление в обеих полостях цилиндра заявляемого гасителя остается одинаковым (в отличии от известных технических решений [ 1, 2] и поэтому в момент начала движения вагона гаситель сразу функционирует в рабочем режиме и вагон плавно начинает движение. При засасывании рабочей жидкости вместе с воздухом через нижний клапан эта смесь попадает через верхний клапан в надпоршневую полость цилиндра. Пузырики воздуха не остаются в цилиндре, а через дроссельное отверстие попадают в компенсационную камеру и выделяются. Таким образом происходит обезгаживание жидкости.

На фиг. 1 изображен заявляемый гаситель колебаний.

Гаситель колебаний содержит цилиндр 1, установленный нижним концом в углубление фланца 2 нижнего клапана 3 и прижат направляющей втулкой 4. В цилиндре 1 находится шток 5 с поршнем 6. Верхний конец штока 5 жестко соединен с верхней головкой 7, а нижний ввернут в поршень 6. Внутри штока 5 расположена пружина, фиксирующая шток 5. Пружина ставится для того, чтобы постоянно держать под напряжением резьбовое соединение, которым соединен поршень со штоком. Это необходимо для устойчивости данного узла гасителя, так как между поршнем и цилиндром часто попадают инородные тела, что ведет к заклиниванию поршня, и поршень, находясь при этом под большим давлением, проворачивается, в результате чего исключается его заклинивание и задиры в цилиндре. При повороте поршня более чем на 360^o фиксатор фиксирует дальнейшее отвертывание поршня от штока, а пружина постоянно действует на резьбовое соединение и тем самым предохраняет его от разбалтывания, разбивания. В углубление поршня 6 ввернут верхний клапан 8. Фланец 2 с нижним клапаном 3 размещен в углублении нижней головки 9, с которой соединен корпус 10, вмещающий все детали гасителя и образующий с цилиндром 1 компенсационную камеру 11, соединенную с нижней частью головки 9, в которой находятся фрезерованные канавки 12 для поступления рабочей жидкости в подпоршневую полость цилиндра 1 и отложения взвешенных частиц, находящихся в рабочей жидкости. Направляющая втулка 4 размещена в обойме 13, в верхней части которой находятся уплотнения, состоящие из 2-х сальников 14, фиксируемые прижимной гайкой 15 и служащей для предотвращения проникновения влаги и скалывания льда. Сальники 14 служат для удаления рабочей жидкости со штока 5 и предотвращения проникновения в цилиндр 1 воды и загрязнений. Внутренние части гасителя фиксируются натяжным кольцом 16, которое соединено с корпусом 10.

Натяжное кольцо 16 через металлическую шайбу 17 и уплотнительное резиновое кольцо 18 нажимает на обойму 13. Натяжное кольцо 16 фиксируется планкой 19, один конец которой входит в прорезь корпуса 10, а другой шурупом прикреплен к натяжному кольцу 16. Направляющая втулка 4 снабжена маслосъемными кольцами 20 и дополнительным клапаном 21, действующим в случае резких боковых толчков. Верхний клапан 8 и нижний клапан 3 выполнены заодно с верхними дисками 22. В центральной части нижнего диска 23 выполнено отверстие под шарик клапана, который подпружинен. Камера клапана в нижней части имеет отверстие для прохождения рабочей жидкости из подпоршневой полости цилиндра 1 в компенсационную камеру 11. В нижних дисках 23 выполнены отверстия для свободного прохождения рабочей жидкости. В верхней части цилиндра 1 выполнено дроссельное отверстие 24 круглой формы, соединенное с отводной трубой 25, нижний конец которой находится в рабочей жидкости. Это исключает вспенивание рабочей жидкости, а также попадания загрязнений в дроссельное отверстие 24. Поршень 6 содержит два поршневых кольца 26.

Гаситель работает следующим образом. При ходе сжатия поршень 6 перемещается вниз. При этом нижний клапан 3 закрывается, а верхний клапан 8 открывается, и рабочая жидкость из поршневой полости через клапан 8 поступает в надпоршневую полость цилиндра 1. По мере поступления рабочей жидкости давление в подпоршневой полости увеличивается, и часть жидкости с большим гидравлическим сопротивлением поступает в дроссельное отверстие 24 и через отводную трубу 25 попадает в компенсационную камеру 11.

При ходе растяжения поршень 6 перемещается вверх, верхний клапан 8 закрывается, а нижний клапан 3 открывается. Рабочая жидкость из компенсационной камеры 11 через нижний клапан 3 всасывается в подпоршневую полость. Давление рабочей жидкости в надпоршневой полости цилиндра 1 растет, и она с большим гидравлическим сопротивлением перетекает через дроссельное отверстие 24 в отводную трубу 25 в компенсационную камеру 11.

Предлагаемый гаситель колебаний испытывался на Восточно-Сибирской железной дороге. Установлено, что срок его службы увеличивается в 3-4 раза по сравнению с гасителем колебаний пассажирских вагонов КВЗ-ЛИИЖТ.

При стендовых испытаниях заявляемого гасителя получена рабочая диаграмма, которая соответствует параметрам таблицы, определяющей сопротивление гасителя в зависимости от ширины и длины рабочей диаграммы, рассчитанной в вагонном депо в соответствии с "Техническими указаниями по эксплуатации и ремонту гасителей колебаний тележек пассажирских вагонов N 301 ПКБ ЦВ МПС 11986 года.

Использование: транспорт. Сущность изобретения: гидравлический гаситель содержит корпус, коаксиально установленный в нем с образованием компенсационной камеры цилиндр, имеющий на одном торце фланец с клапаном, а на противоположном - направляющую втулку, размещенный в цилиндре и пропущенный через направляющую втулку шток с поршнем, поршневой клапан, два поршневых кольца. Маслосъемные кольца установлены на направляющей втулке и размещены между последней и штоком. Дополнительный клапан установлен в направляющей втулке и обеспечивает сообщение штоковой полости и компенсационной камеры. Дроссельное отверстие выполнено в верхней части цилиндра и сообщает надпоршневую и компенсационную камеры. 1 ил.

Гидравлический гаситель колебаний, содержащий корпус, коаксиально установленный в нем с образованием компенсационной камеры цилиндр, фланец, установленный на одном торце цилиндра, направляющую втулку, размещенную на противоположном торце цилиндра, размещенный в цилиндре и пропущенный через направляющую втулку шток с поршнем, поршневой клапан, два поршневых кольца, клапан, размещенный во фланце, и дроссельное отверстие, отличающийся тем, что он снабжен установленными на направляющей втулке и размещенными между последней и штоком маслосъемными кольцами и дополнительным клапаном, установленным в направляющей втулке и обеспечивающим сообщение штоковой полости и компенсационной камеры, а дроссельное отверстие выполнено в верхней части цилиндра и сообщает надпоршневую и компенсационные камеры.