ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР Российский патент 1997 года по МПК F16F9/02 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается устройства для гашения механических колебаний, в особенности, обрессоренных частей транспортных средств и в частности рам тележек и кузовов тепловозов, электроподвижного состава и пассажирских вагонов.

Известен пневмодемпфер, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположен полый плунжер, образующий со стенками корпуса камеру переменного объема, соединенную дроссельным отверстием с плоскостью плунжера, внутри которого размещен поршень со штоком, находящимся в контакте с торцевой стенкой корпуса, причем дроссельное отверстие выполнено в штоке поршня, а полость плунжера сообщена с источником текущей среды [1]
Недостатком известной конструкции является невозможность обеспечения сдвига по фазе на 90^o между перемещением плунжера и демпфирующей силой.

Известен гаситель колебаний, выбранный в качестве прототипа, содержащий цилиндр с крышками, жестко связанный с поршнем полый с внутреннего торца шток, выполненный с центральным дроссельным и боковыми транзитными отверстиями, через которые сообщаются между собой штоковая и бесштоковая полости цилиндра, установленный в дроссельном отверстии с возможностью продольного перемещения между упорами на направляющем стержне, соединенном шарнирно с верхней крышкой, цилиндродвухконусный дросселирующий элемент, сальниковое уплотнение штока, циркуляционную систему смазки трущихся деталей и штуцер с обратным клапаном, сообщающий внутреннюю полость цилиндра с источником сжатого газа [2]
Недостатком известной конструкции является возникновение асимметричности характеристики демпфирования при смещении головок пневмодемпфера относительно установочного размера, например, вследствие просадки пружин рессорного подвешивания. Смещение головок приводит к отклонению среднего положения дросселирующего элемента относительно дросселирующей втулки, что и искривляет квазилинейную характеристику пневмодемпфера.

Техническим результатом изобретения является увеличение энергоемкости пневматического демпфера путем устранения асимметричности характеристики демпфирования при смещении головок пневмодемпфера по отношению к установочному размеру.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном демпфере, содержащем цилиндр с крышками, одна из которых имеет полость, размещенные в цилиндре полый шток, жестко связанный с ним поршень с центральным отверстием, делящим полость цилиндра на штоковую и бесштоковую полости, коаксиально размещенные в полости штока жестко связанную с ним дросселирующую втулку, направляющий стержень и установленный с возможностью продольного перемещения относительно последнего дроссельный элемент с двумя конусообразными поверхностями, снабжен размещенным в полости крышки дополнительным цилиндром, установленным в последнем, соединенным с одним концом направляющего стержня дополнительным поршнем, имеющим калиброванное отверстие, делящим полость дополнительного цилиндра на под- и надпоршневую полости, последняя из которых посредством калиброванного отверстия сообщена с бесштоковой полостью, размещенными в полом штоке жестко связанным с последним регулировочным винтом и пружиной, соединяющей последний с другим концом направляющего стержня, при этом и дроссельный элемент подпружинен в осевом направлении относительно направляющего стержня.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан общий вид пневматического демпфера в разрезе.

Пневматический демпфер содержит цилиндр 1, закрытый с торцов верхней крышкой 2, которая одновременно является головкой крепления пневматического демпфера к раме тележки, и нижней крышкой 3 с помощью резьбового соединения и резиновых прокладок 4.

В цилиндре 1 установлен основной поршень 5, снабженный компрессионными кольцами 6. Основной поршень 5 жестко соединен со штоком 7 с помощью конической прессовой посадки и гайки 8. Между поршнем 5 и гайкой 8 установлено фетровое кольцо 9.

Поршень 5 делит полость цилиндра 1 на две полости: штоковую и бесштоковую. В верхний полый конец штока 7 запрессована дросселирующая цилиндрическая втулка 10. Шток 7 снабжен тремя радиальными отверстиями 11 для сообщения штоковой и бесштоковой полостей цилиндра 1.

В центре отверстия дроссельной втулки 10 размещен с зазором дроссельный элемент 12, выполненный с двумя конусообразными поверхностями, большие диаметры которых непосредственно примыкают друг к другу в центре, уменьшаясь в направлении к периферии. Дросселирующая цилиндрическая втулка 10, дроссельный элемент 12 и радиальные отверстия 11 образуют регулируемый дроссельный канал, через который сжатый воздух перетекает из бесштоковой полости в штоковую и обратно.

Дроссельный элемент 12 с помощью пружинки 13 установлен подвижно на направляющем стержне 14 с возможностью продольного перемещения. Верхний конец стержня 14 соединен с дополнительным поршнем 15, который снабжен продольным калиброванным отверстием 16 и размещен в цилиндре 17 верхней крышки 2, надпоршневая полость которого соединена каналами 18 и 19 с бесштоковой полостью пневматического демпфера. Подпоршневая полость уплотнена по направляющему стержню 14 манжетой 20. Нижний конец направляющей втулки 21 соединен посредством пружины 22 и регулировочного стержня 23 со штоком 7. Торец направляющей втулки 21 и больший диаметр направляющего стержня 14 образуют упоры, между которыми имеет возможность перемещения золотник 12.

Отверстие в штоке 7 снизу заглушено резиновой прокладкой 24.

Нижний конец штока проходит на внешнюю сторону штоковой полости цилиндра 1 через сальник 25, смонтированный в нижней крышке 3.

Пневматический демпфер снабжен также штуцером 26 с обратным клапаном, соединяющим внутреннюю бесштоковую полость цилиндра с источником сжатого воздуха для подпитки утечек.

Пневматический демпфер крепится к раме тележки и буксе с помощью крышки (головки) 2, головки 27 и подшипников 28.

Пневматический демпфер работает следующим образом: при движении основного поршня 5 в цилиндре 1, например, вверх, давление воздуха в бесштоковой полости становится выше, чем в штоковой, и сжатый воздух перетекает через регулируемый дроссельный канал, образуемый дросселирующей цилиндрической втулкой 10, дроссельным элементом 12 и радиальными отверстиями 11, из бесштоковой полости в штоковую полость цилиндра 1. Под действием перепада давления и потока сжатого воздуха дроссельный элемент 12 переместится по направляющему стержню 14, преодолевая легкое сопротивление пружинки 13, компенсирующей лишь вес золотника 12, вниз до упора, образованного торцом направляющей втулки 21.

При сходе нижнего среза дросселирующей цилиндрической втулки 10 с наибольшего диаметра дроссельного элемента 12 начинается резкое увеличение проходного сечения для перетекания сжатого воздуха, в результате чего при подходе основного поршня 5 к расчетному верхнему положению сжатый воздух из бесштоковой полости по широкому кольцевому каналу между нижним срезом дросселирующей цилиндрической втулки 10 и малым диаметром верхнего конуса дроссельного элемента 12, через радиальные отверстия 11 в штоке 7 устремится в бесштоковую полость, и давления в этих полостях сравняются.

С началом обратного движения основного поршня 5, поток воздуха изменит направление и устремится из штоковой полости через регулируемый дроссельный канал в бесштоковую.

При этом легкий дроссельный элемент 12, в начале обратного движения основного поршня 5 будет переброшен вверх до упора по направляющему стержню 14, что приведет к резкому уменьшению проходного сечения дроссельного канала, росту перепада давлений между штоковой и бесштоковой полостями и, следовательно, росту демпфирующей силы гасителя.

Однако с ростом пройденного основным поршнем 5 в цилиндре 1 расстояния верхний срез дросселирующей цилиндрической втулки 10 начнет перемещаться по отношению к нижнему дроссельному элементу 12. Проходное сечение для перетекания воздуха увеличится, в результате чего при подходе основного поршня 5 к нижней точке давления в штоковой и бесштоковой полостях сравняются, а значит, и демпфирующая сила в крайних положениях основного поршня 5 будет равна нулю.

Далее этот процесс будет повторяться.

Регулировка проходного сечения дроссельного отверстия рассчитана таким образом, чтобы демпфирующая сила, создаваемая разностью давлений воздуха в полостях, достигала максимума при проходе основным поршнем 5 среднего положения.

В случае смещения головок 2 и 27 пневматического демпфера относительно чертежного установочного размера вследствие, например, просадки пружин рессорного подвешивания дроссельный элемент 12 устанавливается в среднее положение механической следящей системой следующим образом: допустим, что основной поршень 5 сместился в цилиндре 1 относительно установочного размера на некоторое расстояние вверх. Тогда пружина 22, соединяющая шток 7 с направляющим стержнем 14 дроссельного элемента 12 будет находиться в сжатом состоянии и, действуя длительно на направляющий стержень 14 и жестко связанный с ним дополнительный поршень 15, вытеснит сжатый воздух через калиброванное отверстие 16 из надпоршневой полости в подпоршневую и переместит направляющий стержень 14, дроссельный элемент 12 и дополнительный поршень 15 вверх на величину смещения основного поршня 5 в цилиндре 1. То есть дроссельный элемент 12 снова займет среднее положение по отношению к дросселирующей цилиндрической втулке 10.

При быстрых колебаниях основного поршня 5 в цилиндре 1 в процессе работы пневматического демпфера дополнительный поршень 15 под действием пружины 22 не успевает переместиться на значительное расстояние, т.к. диаметр калиброванного отверстия 16 в нем экспериментально выбран, что для синхронного перемещения обоих поршней частота колебаний должна быть на порядок ниже рабочей. Малые колебания основного поршня 5 в процессе работы пневматического демпфера не оказывают заметного влияния на его характеристику и способствует надежному перемещению направляющего стержня 14 с дополнительным поршнем 15 в среднее положение.

Предлагаемое устройство регулирования потока сжатого воздуха в демпфере позволяет по сравнению с прототипом добиться максимального приближения характеристики пневматического демпфера в области низких частот колебаний (около 2 Гц) к идеальной квазилинейной при смещении головок 2 и 27 относительно установочного размера и, тем самым, увеличить энергоемкость демпфера при тех же габаритах, повысить виброзащитные свойства рессорного подвешивания и снизить воздействие обрессоренных частей экипажа на верхнее строение пути.

Использование: транспортное машиностроение. Сущность изобретения: пневматический демпфер содержит цилиндр с крышками, одна из которых имеет полость, размещенные в цилиндре полый шток, жестко связанный с ним поршень с центральным отверстием, делящим полость цилиндра на штоковую и бесштоковую полости, коаксиально размещенные в полости штока жестко связанную с ним дросселирующую втулку, направляющий стержень и установленный с возможностью продольного перемещения относительно последнего дроссельный элемент с двумя конусообразными поверхностями. В полости крышки размещены дополнительный цилиндр, в котором установлен соединенный с одним концом направляющего стержня дополнительный поршень, имеющий калиброванное отверстие и делящий полость дополнительного цилиндра на под- и надпоршневую полости, последняя из которых посредством калиброванного отверстия сообщена с бесштоковой полостью. В полом штоке размещены жестко связанный с ним регулировочный винт и пружина, соединяющая последний с другим концом направляющего стержня. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пневматический демпфер, содержащий цилиндр с крышками, одна из которых имеет полость, размещенные в цилиндре полый шток, жестко связанный с ним поршень с центральным отверстием, делящим полость цилиндра на штоковую и бесштоковую полости, коаксиально размещенные в полости штока жестко связанную с ним дросселирующую втулку, направляющий стержень и установленный с возможностью продольного перемещения относительно последнего дроссельный элемент с двумя конусообразными поверхностями, отличающийся тем, что он снабжен размещенным в полости крышки дополнительным цилиндром, установленным в последнем соединенным с одним концом направляющего стержня дополнительным поршнем, имеющим калиброванное отверстие, делящим полость дополнительного цилиндра на под- и надпоршневую полости, последняя из которых посредством калиброванного отверстия сообщена с бесштоковой полостью, размещенными в полом штоке жестко связанным с последним регулировочным винтом и пружиной, соединяющей последний с другим концом направляющего стержня. 2. Демпфер по п. 1, отличающийся тем, что дроссельный элемент подпружинен в осевом направлении относительно направляющего стержня.