ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР Российский патент 1997 года по МПК F16F9/04 

Изобретение относится к устройствам виброзащитной техники и предназначен для установки совместно с упругими элементами подвесок транспортных средств, в частности, может использоваться в сиденьях тракторов, дорожных и сельскохозяйственных машин для защиты человека-оператора от действия случайных колебаний.

Известен пневматический демпфер [1] содержащий камеру, две пластины, между которыми размещена камера, два впускных клапана, вмонтированных в первую пластину, шток, закрепленный на второй пластине, два канала, выполненных в первой пластине, дросселирующий элемент, установленный на выходе каналов, и золотниковое устройство с закрепленным на нем упругой пластиной, периодически входящей в контакт со штоком.

Колебания упругой пластины, вызываемые ударами по ней штока, приводит к тому, что на объект передаются дополнительные динамические нагрузки, увеличивающие его скорость. Включение дросселирующего элемента происходит как в процессе повышения, так и понижения давления в камере. В последнем случае, когда давление становится меньше атмосферного, камера сминается теряет цилиндрическую форму. Это приводит к повышенному износу материала камеры, изменению расчетных характеристик и нестабильности работы пневматического демпфера в целом.

Наиболее близким к предлагаемому пневматическому демпферу по технической сущности и достигаемому результату является демпфер [2] содержащий основание в виде стойки и связанных с ней параллельных пластин, последовательно размещенных между последними и заполненные рабочей средой две камеры, разделенные перегородкой с дросселирующим элементом, противоположные торцы которых закреплены на соответствующих пластинах, шток, связанный с перегородкой, храповой механизм, размещенный между штоком и одной из пластин, и блок управления, электрически связанный с храповым механизмом и дросселирующим элементом.

Наличие храпового механизма, дополняющего работу дросселирующего элемента, приводит к значительному усложнению конструкций демпфера. При этом трение в храповом механизме и ударное взаимодействие его подвижных частей повышают вероятность отказов в первую очередь от износа и поломок. Использование в качестве рабочей среды жидкого масла обуславливает жесткие требования к герметичности камер, особенно в подвижных соединениях дросселирующего элемента. Кроме того, из-за запаздывания в срабатывании храпового механизма переключения демпфирования отклоняются от программных.

Изобретение решает задачу повышения виброзащитных свойств пневматического демпфера за счет обеспечения программных переключений демпфирования и исключения режимов включения в работу дросселирующего элемента при понижении давления в камере.

Для этого пневматический демпфер, содержащий основание в виде стойки и связанных с ней параллельных пластин, последовательно размещенные между последними и заполненные рабочей средой две камеры, разделенные перегородкой с дросселирующим элементом, противоположные торцы которых закреплены на соответствующих пластинах, и шток, связанный с перегородкой, снабжен двумя впускными клапанами, каждый из которых вмонтирован в соответствующую пластину, в каждой из которых выполнено отверстие, шток пропущен через последние и выполнен с двумя продольными пазами, размещенными по разные стороны перегородки для периодического сообщения соответствующей камеры с атмосферой, перегородка выполнена с двумя каналами для сообщения соответствующей камеры через дросселирующий элемент с атмосферой, а в качестве рабочей среды использован газ.

На фиг. 1 изображен общий вид пневматического демпфера; на фиг. 2 схема расположения пневматического демпфера совместно с упругими элементами подвески между объектом и источником вибрации; на фиг. 3 осциллограммы смещений и скоростей объекта и источника вибрации при кинематическом возмущении.

Пневматический демпфер содержит две камеры 1 и 2, основание 3, выполненное в виде стойки, на которой установлены две параллельные пластины 4 и 5 с отверстиями 6 и 7, шток 8, установленный в отверстиях 6 и 7, перегородку 9, закрепленную на штоке 8, два канала 12 и 13, выполненных в перегородке 9, и дросселирующий элемент 14, установленный на выходе каналов 12 и 13.

Шток 3 имеет два продольных паза 15 и 16, которые выполнены по разные стороны перегородки 9. Дросселирующий элемент 14 представляет собой насадку с двумя калиброванными отверстиями 17 и 18. Впускные клапаны 10 и 11 состоят из корпуса с отверстиями 19 и 20, перекрываемых эластичными накладками 21 и 22.

Камеры 1 и 2 выполнены из прорезиненной ткани в форме гофрированных цилиндров и размещены последовательно камера 1 между пластиной 4 и перегородкой 9, а камера 2 -между перегородкой 9 и пластиной 5.

Посредством пружины 23 в штоке 8 и кронштейна 24, закрепленного на основании 3, пневматический демпфер соединен с объектом 25 и источника вибрации 26. Упругие элементы 27 располагаются параллельно пневматическому демпферу.

Пневматический демпфер работает следующим образом.

В положении статистического равновесия объекта 25 на упругих элементах 27 или при равновесии смещений объекта 25 и источника вибрации 26, т.е. когда y-x=0, второе основание 9 находится в средней части между пластинами 4 и 5. При этом продольные пазы 15 и 16 перекрыты отверстиями 6 и 7.

В процессе работы пневматического демпфера совместно с упругими элементами 27 подвески, восстанавливающая сила последних периодически изменяет направление на противоположное. В промежутке a.b восстанавливающая сила действует вверх y-x>0, а в промежутке b.c вниз y-x<0.

Расстояние между объектом 25 и источником вибрации 26 в точках a, b, c, такое же как и при положении статического равновесия объекта 25 на упругих элементах 27 подвески (y-x=0).

В начале промежутка a.b, от a до ξ₁ объекта 25 и источник вибрации 26 сближаются друг с другом и (скорость объекта 25 меньше скорости источника вибрации 26).

В конце промежутка a.b от ξ₁ до b, они удаляются друг от друга и соответственно При последующем движении в промежутке b.c от b к ξ₂ они продолжают удалятся друг от друга а от ζ₂ к c -сближаются друг с другом и
При сближении от положения статического равновесия точка a, перегородка 9 перемещается вниз к пластине 5.

Поскольку часть продольного паза 16 выходит из отверстия 7, и камера 2 разгерметизирована, то давление в ней не изменяется и равно атмосферному.

В свою очередь при понижении давления в камере 1 впускной клапан 10 открыт (эластичная накладка 21 отжимается от отверстий 19) и воздух свободно втягивается через него из атмосферы в камеру 1.

В результате этого дросселирующий элемент 14 выключен из работы и диссипативная сила, подталкивающая объект 25, практически равна нулю. Скорость объекта 25 увеличивается здесь только за счет действия восстанавливающей силы y-x >0.

После прохождения точки ξ₁ перегородка 9 начинает перемещаться вверх к среднему положению между пластинами 4 и 5. Давление в камере 1 возрастает, и впускной клапан 10 закрыт ( эластичная накладка 21 перекрывает отверстия 19). Воздух из камеры 1 выдавливается в атмосферу через канал 12 и калиброванное отверстие 17 дросселирующего элемента 14, т.е. дросселирующий элемент 14 включен в работу и развиваемая при этом диссипативная сила противоположна восстанавливающей силе (y-x>0) и уменьшает скорость объекта 25
Достигая положения статического равновесия точки b, перегородка 9 начинает перемещаться от среднего положения между пластинами 4 и 5 вверх к пластине 4.

Поскольку часть продольного паза 15 выходит из отверстия 6, и камера 1 разгерметизирована, то давление в ней не изменяется и равно атмосферному.

В свою очередь, при понижении давления в камере 2 впускной клапан 11 открыт (эластичная накладка 22 отжимается от отверстий 20) и воздух втягивается через него из атмосферы в камеру 2.

В результате этого дросселирующий элемент 14 выключен из работы, и диссипативная сила, подталкивающая объект 25 практически равна нулю. Скорость объекта 25 увеличивается здесь только за счет действия восстанавливающей силы (y-x<0).

После прохождения точки ξ₂ перегородка 9 начинает перемещаться вниз к среднему положению между пластинами 4 и 5. Давление в камере 2 возрастает, и впускной клапан 11 закрыт (эластичная накладка 22 перекрывает отверстия 20). Воздух из камеры 2 выдавливается в атмосферу через канал 13 и калиброванное отверстие 18 дросселирующего элемента 14, т.е. дросселирующий элемент 14 включен в работу и развиваемая при этом диссипативная сила противоположна восстанавливающей силе (y-x<0) и уменьшает, по абсолютной величине, скорость объекта 25
При дальнейшем движении объекта 25 и источника вибрации 26, описанная последовательность работы пневматического демпфера повторяется.

Наличие впускных клапанов 10 и 11, а также выполнение на штоке 8 двух продольных пазов 15 и 16, предназначенных для периодического сообщения камер 1 и 2 с атмосферой, позволяет обеспечить программные переключения демпфирования, т. е. выключать из работы дросселирующий элемент 14, когда восстанавливающая сила равна нулю, и включать его в работу, когда скорость объекта 25 превышает скорость источника вибрации 26 при их движении в одном направлении.

Такая последовательность переключений дросселирующего элемента 14 обеспечивает оптимальный релейный (включено-выключено) режим работы, при котором диссипативная сила всегда направлена только против движения объекта 25 и способствует уменьшению его скорости
Режим, когда диссипативная сила подталкивает объект 25, исключается.

В свою очередь дросселирующий элемент 14 работает совместно только с той камерой 1 или 2, в которой в данное время повышается давление, что исключает потерю камерами 1 и 2 цилиндрической формы.

Все это повышает виброзащитные свойства пневматического демпфера и стабильность его работы.

Использование: виброзащитная техника, транспорт. Сущность изобретения: пневматический демпфер содержит основание в виде стойки и связанных с ней параллельных пластин, последовательно размещенные между ними и заполненные рабочей средой две камеры, разделенные перегородкой с дросселирующим элементом, противоположные концы которых закреплены на соответствующих пластинах, в каждой из которых вмонтирован впускной клапан. В отверстиях, выполненных в пластинах пропущен связанный с перегородкой шток, выполненный с двумя продольными пазами, размещенными по разные стороны перегородки для периодического сообщения соответствующей камеры с атмосферой. Перегородка выполнена с двумя каналами для сообщения соответствующей камеры через дросселирующий элемент с атмосферой. В качестве рабочей среды использован газ. 3 ил.

Пневматический демпфер, содержащий основание в виде стойки и связанных с ней параллельных пластин, последовательно размещенные между последними и заполненные рабочей средой две камеры, разделенные перегородкой с дросселирующим элементом, противоположные торцы которых закреплены на соответствующих пластинах, и шток, связанный с перегородкой, отличающийся тем, что он снабжен двумя впускными клапанами, каждый из которых вмонтирован в соответствующую пластину, в каждой из которых выполнено отверстие, шток пропущен через последние и выполнен с двумя продольными пазами, размещенными по разные стороны перегородки для периодического сообщения соответствующей камеры с атмосферой, перегородка выполнена с двумя каналами для сообщения соответствующей камеры через дросселирующий элемент с атмосферой, а в качестве рабочей среды использован газ.