АМОРТИЗАТОР Российский патент 2015 года по МПК F16F9/30 F16F9/36 

Изобретение относится к области машиностроения и касается применяемых преимущественно в железнодорожном транспорте аппаратов, предназначенных для поглощения энергии ударов.

Известен амортизатор [1], содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, в котором погружен шток с поршнем. При этом поршень снабжен каналами, сообщающими штоковую и безштоковую полости корпуса. Поршень оборудован также камерой с обратным клапаном, через который она наполняется эластомером. Обратный клапан выполнен в виде подвижного элемента, который расположен между торцом штока и ограничителем его движения. Обратный клапан закрывает вход и выход корпуса с различными задержками при прямом и обратном ходе поршневого штока.

Однако конструкция такого амортизатора недостаточно надежна, и, к тому же, он имеет малые возможности манипулирования своими выходными характеристиками по поглощению энергии ударов, что предопределяет недостаточную универсальность применения амортизатора.

Более надежным и универсальным является выбранный за прототип изобретения амортизатор [2], содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и поршневой шток, погруженный в нем. Внутренняя полость корпуса такого амортизатора плотно закрыта с двух сторон посредством крышек. Внутренняя полость корпуса заполнена наполнителем в виде предварительно сжатого эластомера, в котором погружен поршневой шток со своим поршнем. Поршневой шток направлен наружу через крышку, оснащенную направляющей и уплотнительной манжетой.

В корпусе данного амортизатора установлена направляющая хода поршня, сквозь которую пропущена нижняя часть штока и в которой выполнены сквозные каналы. В исходном положении штока его поршень разделяет внутреннюю полость корпуса амортизатора на две части: между поршнем и крышкой, снабженной манжетой, а также между поршнем и направляющей хода поршня. Данные части меняют свой объем в зависимости от положения поршня, в расточке которого со стороны направляющей хода поршня расположены подвижный кольцевой клапан и ограничитель его хода, закрепленный внутри упомянутой расточки поршня.

Кроме того, в поршне выполнены сквозные отверстия, сообщающие через свои дроссельные участки части внутренней полости корпуса. Сквозные отверстия через перпендикулярные им каналы сообщены с цилиндрической канавкой, выполненной на внутренней поверхности корпуса. Одна из частей внутренней полости амортизатора может иметь торовый или конический участок, расположенный рядом с крышкой, снабженной манжетой, или комбинированный участок, который состоит из двух полых конусов, соединенных кольцевой выточкой.

Также возле крышки, снабженной манжетой, могут отсутствовать упомянутые части внутренней полости. Их функцию в этом случае осуществляет выполненный в корпусе проточный продолговатый канал, сообщенный через радиальный разрез в поршне с дроссельным участком сквозного отверстия.

Однако недостатком такого устройства является то, что в реальной конструкции выпускаемых амортизаторов по прототипу [2], в упомянутой малой части внутренней полости корпуса имеется менее 5% жидкого эластомера. Поэтому при низких температурах окружающей среды жидкий эластомер, находящийся в малой части внутренней полости корпуса, при исходном положении штока, может значительно снизить свою текучесть, что приведет к неполному возвращению штока в исходное положение и, соответственно, к нарушению рабочей характеристики амортизатора при приложении к его штоку нагрузки.

Кроме того, из-за описанного выше конструктивного выполнения элементов внутри поршня, увеличивающего сопротивление протоку жидкого эластомера, затрудняется его течение при обратном ходе штока, что снижает энергоемкость амортизатора и усугубляет описанный выше недостаток, ухудшающий рабочую характеристику амортизатора при минусовых температурах.

Например, шток такого аппарата, выработавшего более 50% ресурса, на морозе при минус 60°С, после приложения ударной значительной нагрузки на его полный ход, возвращается в исходное положение менее чем на 90%.

Еще одним недостатком амортизатора [2] является недостаточная герметичность нахождения его штока в крышке из-за короткой базы ее манжетного уплотнения, что может привести к утечке жидкого эластомера амортизатора и к ухудшению его работы, и даже привести к неработоспособности другого изделия, в котором такой амортизатор установлен.

Поэтому задачей изобретения является получение технического результата по улучшению работоспособности амортизатора за счет увеличения объема жидкого эластомера между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями амортизатора в исходном его положении, а также за счет уменьшения сопротивления протоку жидкого эластомера через конструктивные элементы амортизатора и за счет удлинения манжетной части упомянутой крышки.

Поставленная задача решается тем, что амортизатор, содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и погруженные в нем шток с поршнем, при этом внутренняя полость корпуса плотно закрыта с одной стороны посредством крышки, а с другой стороны - посредством крышки с манжетным уплотнением, причем в корпусе установлена вставка, направляющая ход поршня, в которой выполнены сквозные каналы и сквозь которую пропущена часть штока, кроме того, в исходном положении штока его поршнем внутренняя полость корпуса разделена на часть между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями и на часть между поршнем и вставкой, направляющей его ход, с возможностью изменения объема этих частей в зависимости от положения поршня, при этом со стороны вставки, направляющей ход поршня, расположен подвижный кольцевой клапан и ограничитель хода этого клапана, а в поршне выполнены сквозные отверстия, сообщающие между собой упомянутые части внутренней полости корпуса, имеет отличительные признаки: в поршне со стороны крышки с манжетным уплотнением выполнено как минимум одно углубление, дополняющее объем жидкого эластомера в части внутренней полости корпуса между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением.

Упомянутое выполнение углубления во внутренней полости корпуса направлено на увеличение количества и соответственно объема жидкого эластомера при его сжатии в стадии обратного хода штока амортизатора. Это облегчит переток жидкого эластомера при низких температурах, так как по полезной модели формирование путей перетока загустевшего и комкующегося эластомера при низких температурах будет происходить лучше из полости перед крышкой с манжетным уплотнением, чем в аналогичной полости корпуса амортизатора по прототипу [2], у которого такая полость получается меньшего объема.

Кроме того, данный отличительный признак позволит также улучшить переток жидкого эластомера из одной части внутренней полости в другую. Все это улучшит работоспособность амортизатора, особенно при низких температурах окружающей среды.

Рекомендуется, чтобы с помощью как минимум одного углубления в поршне вместе с частью полости между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением, в исходном положении штока, формировался объем находящегося там жидкого эластомера не менее чем 5% от его общего объема в амортизаторе.

Ниже перечислены другие дополнительные отличительные признаки изобретения.

Для увеличения объема жидкого эластомера, находящегося в части внутренней полости корпуса между поршнем и крышкой с манжетными уплотнениями, в исходном положении штока, и, следовательно, для усиления вышеупомянутого положительного свойства амортизатора, целесообразно в крышке с манжетным уплотнением со стороны поршня выполнить также как минимум одно углубление.

Рекомендуется на торце крышки с манжетным уплотнением выполнить буртик, формирующий там углубление. Это сделано для удлинения такого манжетного уплотнения, чтобы улучшить герметичность амортизатора.

Для более компактного расположения подвижного кольцевого клапана полезно в поршне со стороны подвижного кольцевого клапана выполнить также как минимум одно углубление.

Оба углубления в поршне могут быть выполнены в виде кольцевой полости с конической поверхностью.

Кольцевой клапан и ограничитель его хода, могут быть размещены или на штоке со стороны вставки, направляющей ход поршня, или на поршне в его углублении со стороны вставки, направляющей ход поршня.

Для усиления эффекта лучшего перетока жидкого эластомера, а также для уменьшения сопротивления в зазорах между штоком и антифрикционной вставкой, направляющей ход поршня, и для облегчения движения штока рекомендуется сквозные каналы в поршне выполнять коническими и на части штока, пропущенной сквозь вставку, направляющую ход поршня, выполнять как минимум одну продольную канавку, например, в виде шлица в составе других таких же шлицев.

Для обеспечения возможности регулировки и точной установки количества жидкого эластомера в частях внутренней полости корпуса амортизатора, разделенной поршнем, рекомендуется в случае установки амортизатора в аппарат, поглощающий энергию удара, который расположен на упорной плите и охвачен тяговым хомутом железнодорожной сцепки, амортизатор выполнять с возможностью регулировки и установки объема жидкого эластомера в части полости между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением, в исходном положении штока, путем упора крышки амортизатора в упорную плиту поглощающего аппарата, ход которой ограничен тяговым хомутом железнодорожной сцепки.

Все перечисленные дополнительные отличительные признаки позволят также улучшить работоспособность амортизатора.

Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 и 2 показаны общие виды вариантов выполнения амортизатора в исходном положении его штока; на фиг.3 - общий вид амортизатора по фиг.1 в конструкции аппарата, поглощающего энергию удара, в исходном положении штока амортизатора; на фиг.4 - то же, что и на фиг.3, но в конечном положении штока амортизатора под действием приложенной к нему нагрузки; на фиг.5 - общий вид установки поглощающего аппарата по фиг.3 в системе демпфирования железнодорожного состава.

Амортизатор 1 (фиг.1 и 2) содержит корпус 2, заполненный сжимаемым жидким эластомером 3, в котором погружен шток 4 с поршнем 5. При этом внутренняя полость корпуса 1 плотно закрыта с одной стороны посредством крышки 6, а с другой стороны - посредством крышки 7 с манжетными уплотнениями 8. В корпусе 2 установлена направляющая хода 9 поршня 5, в которой выполнены сквозные каналы 10 и сквозь которую пропущена часть 11 штока 4. В исходном положении штока 4 его поршнем 5 внутренняя полость корпуса 2 разделена на часть 12 между поршнем 5 и крышкой 7 с манжетными уплотнениями 8 и на часть 13 между поршнем 5 и направляющей его хода 9. При этом имеется возможность изменения объема этих частей 12 и 13 в зависимости от положения поршня 5 (фиг.3, 4).

Со стороны направляющей хода 9 поршня 5 расположены подвижный кольцевой клапан 14 и ограничитель его хода 15. В поршне 5 выполнены сквозные конические каналы 16, сообщающие между собой упомянутые части 12 и 13 внутренней полости корпуса 2.

Со стороны поршня 5 на торце крышки 7 с манжетными уплотнениями 8 выполнен буртик 17.

На части 11 штока 4, пропущенной сквозь ограничитель хода 9 поршня 5, выполнена как минимум одна продольная канавка 18, например, в виде шлица в составе других таких же шлицев.

В поршне 5 со стороны подвижного кольцевого клапана 14 выполнено углубление 19, которое также выполнено и в поршне 5 со стороны крышки 7 с манжетным уплотнением 8, что дополняет объем жидкого эластомера 3 в части 12 внутренней полости корпуса между поршнем 5 и крышкой 7 с манжетным уплотнением 8.

Это позволяет создать объем находящегося там жидкого эластомера 3, в исходном положении поршня 5, не менее чем 5% от его общего объема в амортизаторе 1.

Такой объем жидкого эластомера 3 может быть увеличен тем, что в крышке с манжетным уплотнением со стороны поршня будет выполнено как минимум также одно углубление 20. При этом буртик 17, выполненный со стороны поршня 5 на торце крышки 7 с манжетными уплотнениями 8, формирует углубление 20. Оно может быть как дополнением полости 12, так и самой этой полостью (не показано) в исходном положении поршня 5, формирующей весь запоршневой объем эластомера 3 в данном месте корпуса 2 амортизатора 1. Вместо углубления 20 в крышке 7 могут быть выполнены отдельные отверстия (не показано).

Упомянутые углубления 19 в поршне 5 и углубление 20 в крышке 7 с манжетным уплотнением 8 выполнены в виде кольцевой полости с конической поверхностью.

Жидкий эластомер 3 закачан под давлением внутрь корпуса 2 амортизатора 1 (фиг.1 и 2) через шариковый клапан 21.

Амортизатор 1 может быть установлен в различных изделиях, воспринимающих ударные нагрузки. Например, в конструкции аппарата 22 (фиг.3), поглощающего энергию удара в системе демпфирования железнодорожного состава (фиг.5). Причем корпус 2 амортизатора 1 закреплен на плите 23 корпуса аппарата 22, которая с помощью шпилек 24 и гаек 25 соединена с нажимным поршнем 26 с возможностью свободного прохождения отверстий 27 этого поршня сквозь шпильки 24.

Исходное положение штока 4 с поршнем 5 амортизатора 1 в этом случае (фиг.3), а значит и объем части 12 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1, от которой зависит исходное количество жидкого эластомера 3 в этой части 12, настраивается с помощью гаек 25 на шпильках 24.

Аппарат 22 (фиг.3), поглощающий энергию удара, может быть установлен (фиг.5) через упорный штифт 28 в тяговом хомуте 29 автосцепки 30 вагона 31 системы демпфирования железнодорожного состава. Причем клин 32 этой сцепки через упорную плиту 33 контактирует с нажимным поршнем 26 аппарата 22.

Амортизатор (фиг.1) в составе аппарата 22, поглощающего энергию удара (фиг.3, 4), который установлен в тяговом хомуте 29 (фиг.5) автосцепки 30 вагона 31, работает следующим образом.

Удар от автосцепки 30 (фиг.5) вагона 31 передается через клин 3 автосцепки на упорную плиту 33. В результате происходит перемещение нажимного поршня 26 в корпус аппарата 22 одновременно с перемещением штока 4 с поршнем 5 (фиг.4) амортизатора 1 до упора в его корпус 2. При этом подвижный кольцевой клапан 14 (фиг.4) закрывает сообщение частей 12 и 13 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1 под действием мгновенного нарастания давления сжимаемого жидкого эластомера 3 в полости 13 и в пространстве за ней через сквозные каналы 10 направляющей хода 9 поршня 5.

Гашение энергии такого удара происходит за счет перетекания жидкого эластомера 3 из полости 12 в полость 13 только через дроссельный зазор (не обозначен из-за своей малой величины) между поршнем 5 и корпусом 2 амортизатора 1.

В конце хода штока 4 (фиг.4) с поршнем 5 амортизатора 1 остаточное воздействие демпфированного амортизатором 1 удара, уже значительно уменьшенной силы, в случае сверхнормативного удара, передается непосредственно на раму вагона 31 (фиг.5).

После этого за счет снятия нагрузки на шток 4 (фиг.4), под действием остаточного давления жидкого эластомера 3 на поршень 5, шток 4 возвращается в исходную позицию. Причем за счет открытия кольцевого клапана 14 (фиг.3) при выравнивании давлений эластомера в частях 12, 13 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1 происходит возврат поршня 5 со штоком 4 в исходную позицию, при которой нажимной поршень 26 аппарата 22 также перемещается в исходную позицию (фиг.3).

Упомянутое распределение жидкого эластомера 3, не менее чем 5% в части 12 внутренней полости корпуса 2 амортизатора 1, позволяет увеличить количество жидкого эластомера 3 при его сжатии в стадии обратного хода штока 4 амортизатора 1. Это облегчит переток данной текучей среды при низких температурах окружающей среды и обеспечит, в конечном итоге, улучшенное демпфирование ударной нагрузки, приходящейся на раму вагона 31 (фиг.5).

Источники информации

1. Патент PL 122000 (В1), МПК F16F 7/12; F16F 9/30; F16F 9/516, приоритет от 1979.11.08, опубликован 1982.06.30.

2. Патент PL 170036 (В1), МПК F16F 9/30; F16F 9/346, приоритет от 1993.04.28, опубликован 1996.10.31 /прототип/.

Изобретение относится к области машиностроения. Амортизатор (1) содержит корпус (2), заполненный сжимаемым жидким эластомером (3), в котором погружен шток (4) с поршнем (5). Внутренняя полость корпуса плотно закрыта с одной стороны крышкой (6), а с другой - крышкой (7) с манжетным уплотнением (8). В корпусе установлена вставка (9), направляющая ход поршня, в которой выполнены сквозные каналы (10). Со стороны вставки (9) расположены подвижный кольцевой клапан (14) и ограничитель его хода (15). В поршне выполнены сквозные конические каналы (16) и углубление со стороны крышки с манжетным уплотнением. Амортизатор выполнен с возможностью регулировки объема жидкого эластомера путем упора крышки амортизатора в упорную плиту поглощающего аппарата. Достигается улучшение работоспособности амортизатора. 5 ил.

Амортизатор, содержащий корпус, заполненный сжимаемым жидким эластомером, и погруженные в нем шток с поршнем, причем внутренняя полость корпуса плотно закрыта с одной стороны посредством крышки, а с другой стороны - посредством крышки с манжетным уплотнением, причем в корпусе установлена вставка, направляющая ход поршня, в которой выполнены сквозные каналы и сквозь которую пропущена часть штока, кроме того, в исходном положении штока его поршнем внутренняя полость корпуса разделена на часть между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением и на часть между поршнем и вставкой, направляющей ход поршня, с возможностью изменения объема этих частей в зависимости от положения поршня, при этом со стороны вставки, направляющей ход поршня, расположены подвижный кольцевой клапан и ограничитель хода этого клапана, а в поршне выполнены сквозные отверстия, сообщающие между собой упомянутые части внутренней полости корпуса, кроме того, в поршне со стороны крышки с манжетным уплотнением выполнено как минимум одно углубление, дополняющее объем жидкого эластомера в части внутренней полости корпуса между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением, отличающийся тем, что в случае установки амортизатора в аппарат, поглощающий энергию удара, который расположен на упорной плите и охвачен тяговым хомутом железнодорожной сцепки, амортизатор выполнен с возможностью регулировки и установки объема жидкого эластомера в части полости между поршнем и крышкой с манжетным уплотнением в исходном положении штока путем упора крышки амортизатора в упорную плиту поглощающего аппарата, ход которой ограничен тяговым хомутом железнодорожной сцепки.