Телескопический гидравлический амортизатор Советский патент 1982 года по МПК F16F9/50 

1

Изобретение относится к средствам для гашения колебаний подрессоренных частей машин, в частности к гидравлическим амортизаторам со средствами для дросселирования рабочей жидкости и автоматическим регулированием силы сопротивления амортизатора.

Известен телескопический гидравлический амортизатор, содержащий рабочий цилиндр с отверстиями, в котором расположен поршень со штоком, подпружиненный груз, выполненный в виде втулки, установленной на поверхности рабочего цилиндра, перекрывающей отверстия в рабочем цилиндре и упиракячейся в направляю щую штока, резервуар, образующий вокруг рабочего цилиндра компенсационную камеру, обратный клапан, сообщающий компенсационную камеру с полостью рабочего цилиндра,.расположенную перед поршнем .

Существенным недостатком данного амортизатора является то, что

втулка упирается в направляющую штока и может смещаться только в одну сторону, соответствующую сжатию пружины. Следовательно, смещение BTyjjки может происходить только при отдельных толчках,направленных в одну сторону, и процесс регулирования является не постоянным, а периодическим, что не обеспечивает постоянного автоматического регулирования

to силы сопротивления амортизатора, следовательно, закон регулирования не оптимальный.

Наиболее близким к предлагаемому амортизатору по технической сущности

15 и достигаемому эффекту является телескопический гидравлический амортизатор, содержащий цилиндр, в котором расположен поршень со штоком, втулку, установленную на внешней по20верхности цилиндра с возможностью осевого сме1цения в обе стороны, под пружиненную О1 носительно него и имеющую радиальные отверстия, резервуар, охватывающий цилиндр и ограничивающи с последним компенсационную камеру , сообщающуюся с полостями цилиндр через отверстия в его стенке, перекрываемые втулкой, и обратный клапан, сообщающий компенсационную камеру с бесштоковой полостью цилиндра 2 . Недостатком известного амортизатора является TQ, что подпру киненна-я втулка слабо демпфирована, пог скольку демпфирование в этом случае осуществляется в основном за счет вязкого трения ее наружных поверхностей о рабочую жидкость, заполняющую амортизатор. Из теории измерени .вибраций известно, что диапазон рабочих частот датчика абсолютной скорости (велосиметра) зависит от с:тепе ни демпфирования подрессоренного гру за, являющегося основой датчика..Пр слабом демпфировании диапазон рабочих частот датчика абсолютной скорости очень узкий и находится вблизи собственного резонанса подрессоренного груза. Таким образом, регулирование по абсолютной скорости у данного амортизатора осуществляется в узком диапазоне частот, что не обеспечивает надлежащего закона автоматического регулирования; силы сопротивления амортизатора. Существенным недостатком амортизатора является отсутствие обратного клапана, сообщающего компенсационную камеру со штоковой полостью рабочего цилиндра. В данной конструкции заполнение штоковой полости рабочей жидкостью происходит на входе сжатия через перепускной клапан в поршне в объеме, пропорциональном разности между площадью рабочего цилиндра и площадью сечения штока. Поэтому жидкость на ходе сжатия вытекает через отверстие в стенке рабочего цилиндра, перекрываемое подпружиненной вту кой, только в объеме, пропорциональном площади сечения штока, что существенно снижает возможности регулирования силы сопротивления амортизатора на ходе сжатия. Существенным не достатком является также отсутствие то1Тной установки подпружиненной втул ки по отношению к перекрываемым отверстиям в стенке рабочего цилиндра в статическом положении, так как отсутствуют компенсаторы отклонения дл ны пружины от номинальной величины. Цель изобретения - улучшение виброзащиты объектов, путем снижения коэффициента передачи динамических нагрузок на объект виброзащиты в широком диапазоне частот воздействующих вибраций. Поставленная цель достигается тем, что во втулке имеется полость, которая при помощи кольцевой перегородки, закрепленной на наружной поверхности цилиндра, разделена на камеры, сообщающиеся между собой через калиброванные отверстия, при этом амортизатор снабжен обратным клапаном, сообщающим компенсационную камеру со штоковой полостью цилиндра. Втулка выполнена из двух частей, сочлененных между собой при помощи резьбы, при этом одной из частей охвачена кольцевая перегородка, а в другой части втулки установлено резьбовое кольцо с торцовыми зубьями, расположенными напро(гив зубьев, которые выполнены на торце кольцевой Перегородки, причем пружина втулки расположена между резьбовым кольцом и кольцевой перегородкой. На чертеже показан предлагаемый амортизатор. Амортизатор содержит цилиндр 1, в котором расположен поршень 2, закрепленный на штоке 3 и делящий цилиндр на две полости: штоковую полость и бесштоковую полость 5. В поршне 2 выполнено небольшое дроссельное отверстие 6. Резервуар 7. образует вокруг цилиндра 1 -компенсационную камеру 8, сообщающуюся со штоковой полостью k и бесштоковой полостью 5 соответственно через отверстия 9 и 10 в стенке цилиндра 1. Имеется также обратный клапан 11 , сообщаюсций компенсационную камеру 8 со штоковой полостью f, и обратный клапан 12, сообщаюо ий компенсационную камеру . 8 с бесштоковой полостью 5v На наружной поверхности цилиндра 1 установлена подвижная втулка 13, состоящая из крышки И и .основания 15, которые свинчены по резьбе и зафиксированы с помощью стопорного винта 16. Кроме того, на наружной Поверхности рабочего цилиндра 1 неподвижно закреплена перегородка 17 делящая внутреннюю полость втулки 13 на две камеры 18 и 19, сообщающиеся между собой через калиброванные отверстия 20 и 21, В камере 19 установлена пружина 22, которая с одной стороны упирается в перегородку 17, а с другой стороны в резьбовое кольцо 23, завинченное по резьбе в крышку И и зафиксированное с помощью стопорного винта 2. На обращенных друг к другу торцах резьбового кольца 23 и перегородки 17 выполнены зубья 25 и 26.

В крышке И выполнена канавка 27, сообщающаяся с компенсационной камерой 8 посредством отверстий 28. В основании 15 выполнена канавка 29, сообщающаяся с компенсационной камерой 8 посредством отверстий 30. На внешнем торце крышки Tt выполнен конический выступ 31, внешняя кромка которого касается открытого отверстия 10. На внешнем торце основания 15 выполнен конический выступ 32, внешняя кромка которого касается открытого отверстия 9.

Амортизатор снабжен двумя заправочными клапанами 33 и 3, расположенными на резервуаре 7. Каждый заправочный клапан имеет шарик 3S, поджатый пружиной 36 к корпусу клапана, на который навинчен колпачек 37 с прокладкой 38.

Резервуар 7 снабжен уплотнением 29, через которое пропущен штырь 0, закрепленный на рабочем цилиндре 1 внутри амортизатора и имеющий резьбу на наружном конце для крепления амортизатора к подрессоренной части объекта виброзащиты. Штырь 0 зафиксирован на резервуаре 7 гайкой . В нижней части резервуара 7 установлена гибкая диафрагма 42, через которую проходит шток 3. Диафрагма Ц2 поджата в осевом направлении пружиной j, упирающейся в чашку А , и закреплена по периферии гайкой ky и шайбами 6,

Шток 3 имеет на конце резьбу kj для крепления его к вибрирующему основанию (не показано),на котором установлен подрессоренный объект, связанный с данным амортизатором через штырь «О. Таким объектом, например, может быть подрессоренное сиденье водителя автомобиля. Все внутренние полости амортизатора заправлены рабочей жидкостью без примесей газа.

Для обеспечения правильной работы амортизатора при сборке необходимо обеспечить, чтобы в статическом положении внешняя кромка конического выступа 31 касалась открытого отверстия Ю, а внешняя кромка конического выступа 32;- открытого отверстия 9. обеспечения этого условия при сборке амортизатора необходимо повернуть крышку 1 относительно основания 15 так, чтобы расстояние между внешними кромками конических выступов 31 и 32 стало равно расстоянию между внутренними кромками отверстий 9 и 10, После этого заворачивается до упора стопорный .винт 1В, что исключает самопроизвольное

5 поворачивание крышки 14 относительно основания 15 в процессе работы, амортизатора. Теперь крышка 14 и основание 15 составляют единое целое втулку 13.

0 Для того, чтобы компенсировать неточность изготовления пружины 22, длина которой может отличаться от номинальной величины в ту или иную сторону, необходимо нажать рукой на

5 втулку 13 и ввести в зацепление .зубья 25 и 26, выполненные на торцах резьбового кольца 23 и перегородки 17После чего необходимо повернуть втулку 13 относительно рабочего цилиндра 1 в ту или иную сторону так, чтобы при ее отпускании она занимала правильное положение, оговоренное выше. После того, как найдено такое положение, заворачивается до упора стопорный винт 24, что исключает самопроизвольное проворачивание резьбового кольца 23 относительно втулки 13 в процессе работы амортизатора. .

Заправка амортизатора жидкостью производится через два клапана 33 и 34. Колпачки 37 отвинчиваются, а. прокладки 38 снимаются. На заправочный клапан 33 навинчивается штуцер, подводящий жидкость из заправочного бака под давлением. На заправочный клапан34 Навинчивается штуцер, снабженный выступом, который нажимает на шарик 35 и обеспечи0вает выход газа и вспененной порции жидкости из амортизатора в другой бак, где из жидкости удаляется газ. При свинчивании штуцеров пружины Зб поджимают шарики 35 к корпусам клапанов и разобщают внутреннюю полость амортизатора от внешней среды, что исключает попадание воздуха в жидкость. После этого ставятся на место прокладки 38 и навинчивается колпачки 37. Амортизатор работает следующим образом. Так как амортизатор полностью заправлен жидкостью без примесей газа, то при вдвигании штока 3 внутрь айор тизатора его объем должен увеличиваться. Увеличение внутреннего объема амортизатора происходит за счет прогибания диафрагмы 42 наружу. Чашка при этом сдвигается в сторону, противоположную вдвигаемому штоку 3, и сжимает пружину 3. При выдвигании штока 3 наружу пружина 43 разжимается и прогибает диафрагму в противоположную сторону При работе амортизатора возможны следующие сочетания движения штока 3, связанного с вибрирующим основанием, и штыря 40, связанного с объектом виброзащиты. К этим сочетаниям относятся движение штока 3 и штыря 40 одновременно вверх, движение штока 3 и штыря 40 одновременно вниз движение штока 3 и штыря 40 навстречу друг другу и в разные стороны, движение штыря 40 вверх или вниз при неподвижном штоке 3 и движение штока 3 вверх или вниз при неподвижном штыре 40. Во всех отмеченных случаях смещение втулки 13 относительно рабочего цилиндра 1 происходит пропорционально абсолютной скорости штыря 40, связанного с объектом виброзащиты, В широком диапазоне частот воздействующих вибраций. Под абсолютной скоростью здесь понимается скорость Относительно неподвижных координат, В том случае, когда объектом виброзащиты является подрессоренное сиденье водителя автомобиля, неподвижными координатами является земля. Под вибрирующим основанием в этом случае поднимается пол кабины, на котором установлено подрессоренное сиденье. Каличие такой закономерности обуславливается за счет следующих мероприятий. Во-первых, тем, что предусмотрено сильное демпфирование втулки 13, подпружиненной относитель но цилиндра 1. Демпфирование втулки 13 происходит при перетекании жид кости из камеры 18 в камеру 19 через калиброванные отверстия 20 и 21 при смещении втулки 13 вниз относительно рабочего цилиндра 1 либо при ператекании жидкости из камеры 1У в камеру 18 при смещении втулки 13 в противоположную сторону. Во-вторых, наличие этой закономерности обусловлено тем, что жидкость, вытекающая из отверстий 9 и 10, не оказывает влияния на смещение втулки 13, так как на внешних торцах крышки 14 и основания 15 выполнены конические выступы 31 и 32, внешние кромки которых имеют малую площадь. Поэтому струя жидкости, вытекающая из отверстия 9 или 10, не оказывает движения на втулку 13о В-третьих, наличие этой закономерности обусловлено тем, что когда втулка .13 смещается относительно цилиндра 1 вверх и перекрывает отверстие 10, то при наличии повышенного давления жидкости в бесштоковой полости 5 жидкость проникает в зазор между стенкой рабочего цилиндра 1 и втулки 13 и попадает в канавку 27, откуда сбрасывается затем в компенсационную камеру § через отверстия 28. Таккм образом исключается проникновение жидкости, находящейся в бесштовой полости 5, в камеру 19, что исключает влияние колебания давления в бесштоковой полости 5 на закон смещения втулки 13. Аналогичные функции выполняет канавка 29 и отверстия 30. Рассмотрим работу амортизатора при возможных комбинациях движения штока 3 и- штыря 40. Когда на шток 3, связанный с вибрирующим основанием, передается импульс движения, направленный вверх, .а объект виброзащиты, связанный со штырем 40, находится в состоянии по-f коя, то втулка 13. также находится в состоянии покоя относительно цилиндра 1 и оба отверстия 9 и 10 открыты. При этом поршень 2, связанный со штоком 3, передвигается вверх, уменьшая объем бесштоковой полости 5 и вытесняя из нее: жидкость через открытое отверстие 10 .в компенсационную камеру 8. Обратный клапан 12 при этом закрыт. Объем штоковой полости 4 при этом увеличивается в жидкость из компенсационной камеры 8 полностью заполняет штоковую полость 4 через открытое отверстие 9 и открытый обратный клапан 11, Поскольку проходное сечение обратного клапана 11 значительно больше проходного сечения отверстия 9, то

большая часть жидкости из компенсационной камеры 8 поступает в штоковую полость Ц через открытый обратный клапан 11.

. При этом незначительная часть-жидкости из бесштоковой полости 5 попадает в штоковую полость t через небольшое дроссельное отверстие 6, выполненное в поршне 2. Проходные сечения отверстий 9 и 10 и обратного клапана 11 выбраны такими, что не создают значительных сопротивлений для перетекания жидкости из бесштоковой полости 5 в штоковую полость k. Таким образом, импульс движения штока 3, направленный вверх, не передается через амортизатор данной конструкции на объект виброзащиты, связанный со штырем 0. Если -импульс движения штока 3 направлен вниз, а объект виброзащиты, связанный со штырем 0, находится в состоянии покоя, то втулка 13 также находится в состоянии покоя относительно рабочего цилиндра 1 и оба отверстия 9 и 10 открыты. При этом жидкость из штоковой полости свободно вытекает в компенсационную камеру. 8 через открытое отверстие 9 и далее попадает в бесштоковую полость 5 через открытое отверстие 10 и от крытый обратный клапан 12, В этом случае направленный вниз импульс движения штока 3 также не передается на объект виброзащиты через амортизатор данной конструкции.

Если объект виброзащиты, а вместе с ним и штырь 0 уже выведены из состояния равновесия, а абсолютная скорость объекта виброзащиты направлена вверх, то втулка 13 смещается вниз относительно цилиндра 1, перекрывая отверстие 9, а отверстие 10 продолжает быть открытым. При этом возможны пять различных случаев движения штока 3, связанного с вибрирующим основанием.V

В первом случае абсолютная скорость штока 3 направлена вверх и равна абсолютной скорости штыря 40. В этом случае движения поршня 2 относительно рабочего цилиндра 1 не происходит, и перетекания жидкости из бесштоковой полости 5 в штоковую полость k или обратно не происходит. В ЭТОМслучае амортизатор не, оказывает влияния на движение объекта виброзащиты. Такой случай, когда абсолютная скорость объекта виброзащиты равна абсолютной скорости вибрирующего основания, происходят на практике в течение весьма короткого промежутка времени, поэтому не представляет особого интереса.

Во втором случае абсолютная скорость штока 3 вверх больше абсолютной скорости штыря .вверх. В этом случае поршень 2 передвигается относительно цилиндра 1 вверх, уменьшая объем бесштоковой полости 5, и увеличивая объем штоковой полости k. При этом жидкость вытесняется из бесштоковой полости 5 через открытое

5 отверстие 10 в компенсационную камеру 8 и далее в штоковую полость

4через открытый обратной клапан 11. Проходные сечения отверстия 10 и обратного клапана 11 таковы, что не

0 создают значительного сопротивления для перетекания жидкости. Таким образом, движение штока 3 вверх с абсолютной скоростью, большей абсолютной скорости штыря 0,не передает импульса силы со стороны вибрирующего основания на объект виброзащиты.

В третьем случае абсолютная скорость штока 3 меньше абсолютной скорости штыря tO, также направленной вверх. В этом случае поршень 2 передвигается относительно цилиндра 1 вниз, уменьшая объем штоковой полости и увеличивая объем бесштоковой полости 5. Так как отверстие 9 закрыто, давление жидкости в штоковой полости k возрастает, что обеспечивает надежноезакрытие обратного.клапана 11. Жид- . кость из штоковой полости вытесняется в бесштоковую полость 5 ,только, через дроссельное отверстие 6 в поршне 2. Некоторое количество жидкости, соответствующее объему штока 3, попадает в бесштоковую полость

5из компенсационной камеры 8 через открытое отверстие 10 и обратный клапан 12. Так как проходное сечение дроссельного отверстия 6 значительно меньше проходных сечений отверстий 9 и 10, в штоковой полости создается значительное давление жидкости, а амортизатор развивает значительное усилиб, которое стремится затормозить движение объекта виброзащиты вверх.

В четвертом случае шток 3 непод- . вижен, тогда как абсолютная скорость штыря 40 направлена вверх. По своей сути этот случай аналогичен третье119му (скорость штока 3 уменьшается до нуля). На практике такие случаи бывают в течение весьма короткого |1ромежутка времени. В пятом случае абсолютная скорост штоКа 3 направлена вниз, в то время как абсолютная скорость штыря АО направлена вверх, В этом случае, как и в третьем, поршень 2 передвигается относительно цилиндра 1 вниз. Объем шТоковой полости k уменьшается, а объем бесштоковой полости 5 увеличивается. Так как отверстие 9 закрыто, давление жидкости в штоковой полости k возрастает, что обеспечивает надежное закрытие обратного клапана 11. Жидкость из штоковой полости 4 вытесняется в бесштоковую по-лость 5 только через дроссельное отверстие 6 в поршне 2 о Некоторое количество жидкости, соответствующее объему штока 3, попадает в бесштоковую полость 5 из компенсационной камеры 8 через открытое отверстие 10 и обратный клапан 12. Так как проход ное сечение, дроссельного отверстия 6 значительно меньше проходных сечений отверстий 9 и 10, в штоковой полости k создается значительное дав ление жидкости, а амортизатор развивает значительное усилие, котйЬрое стремится затормозить движение объекта виброзащиты вверх, также как это происходит в третьем и четвертом случаях. Если же объект виброзащиты, а вме сте с ним и штырь 0 выведены из сос тояния равновесия и их абсолютная скорость направлена вниз, то втулка 13 смещается вверх относительно цилиндра 1 и перекрывает отверстие 10, аотверстие 9 в этом случае открыто. При этом возможны уже другие пять сочетаний движения штока 3, связанного р вибрирующим основанием и штыря 0, которые рассматриваются далее. В первом случае абсолютная скорость штока 3 направлена вниз и равн абсолютной скорости штыря 0, В этом случае движения поршня 2 относительно цилиндра 1 не происходит, и перетекания жидкости из бесштоковой полости 5 в штоковую полость А или обратно не происходит,6 этом случае амортизатор не оказывает влияния на движение объекта виброзащиты Во втором случае абсолютная скорость штока 3 вниз больше абсолютной 212 скорости штыря kO вниз, В этом случае поршень 2 передвигается относительно рабочего цилиндра Г вниз, уменьшая объем штоковой полости k и увеличивая объем бесштоковой полости 5 поршнем. При этом жидкость вытесняется из штоковой полости k через открытое отверстие 9 в компенсационную камеру 8 и далее в бесштоковую полость 5 через открытый обратный клапан 12. Проходные сечения отверстия 9 и обратного клапана 12 таковы, что не создают значительного сопротивления для перетекания жидкости. Таким образом, движение штока 3 вниз с абсолютной скоростью, большей абсолютной скорости штыря tO вниз, не передает импульса силы со стороны вибрирующего основания на объект виброзащиты. В третьем случае абсолютная скорость штока 3 вниз меньше абсолютной скорости штыря 0, также направленной вниз. В четвертом случае шток 3 неподвижен, тогда как абсолютная скорость штыря kO направлена вниз. Такие случаи на практике протекают в течение весьма короткого промежутка времени В пятом случае абсолютная скорость штока 3 направлена вверх, в то время как абсолютная скорость штыря 0 направлена вниз. В этих трех последних случаях поршень 2 передвигается относительно рабочего цилиндра 1 вверх, уменьшая объем бесштоковой полости 5 и увеличивая объем штоковой полости Ц, Так как отверстие 10 закрыто, давление жидкости в бесштоковой полости 5 возрастает, что обеспечивает надежное закрытие обратного клапана 12. р Жидкость из бесштоковой полости 5 вытесняется в штоковую полость только через дроссельное OTBepcfHe 6 в поршне 2, Так как проходное сечение дроссельного отверстия 6 значительно меньше проходных сечений отверстий 9 и 10, в бесштоковой полости 5 создается значительное давление жидкости, а амортизатор развивает значительное усилие, которое стремится затормозить движение объекта виброзащиты вниз. Так как отверстие 9 открыто, то некоторое количество жидкости, соответствующее объ«ему штока 3, вытесняется из штоковой полости в компенсационную камеру 8. Таким образом, данный амортизатор не передает толчков на объект вибро13защиты со стороны вибрирующего основания в тех случаях, когда объект виброзащиты неподвижен или его абсолготная скорость колебаний совпадает по направлению, но меньше по вели чине, чем абсолютная скорость колебаний вибрирующего основания. В то же время, данный амортизатор развивает значительные усилия, направленные на гашение возникших колебаний объекта виброзащиты, в те моменты времени когда абсолютные скорости ко лебаний объекта виброзащиты и вибрирующего основания направлены в раз ные стороны и когда абсолютные скорости совпадают по направлению, но абсолютная скорость объекта виброзащиты больше по величине, чем абсолют ная скорость вибрирующего основания. Так как эти свойства амортизатора проявляются в широком диапазоне частот, то предлагаемый амортизатор позволяет улучшить виброизоляцию объек та за счет снижения коэффициента передачи динамических нагрузок от вибрирующего основания, когда частота вибраций входит в этот широкий диапазон частот. Применительно к подрес соренному сидению водителя автомобиля это означает, что вибрации на рабочем месте будут уменьшены на всех типах дорог при скоростях движения автомобиля от минимальной до максимальной. Это повысит комфортабельность рабочего места водителя и производительность его тру)ча. При этом повысится и производительность самого автомобиля за счет возможного уве личения скоростей движения по дорогам плохого качест ва, Формула изобретения 1. Телескопический гидравлический амортизатор, содержащий цилиндр, в котором расположен поршень со што62ком, втулку, установленную на внешней поверхности цилиндра с возможно стью осевого смещения -в обе стороны, подпружиненную относительно него и имеющую радиальные отверстия, резервуар, охватывающий цилиндр и ограничивающий с последним компенсационную камеру, сообщаю1цуюся с полостями цилиндра через отверстия в его стенке, перекрываемые втулкой, и обратный клапан, сообщающий компенсационную камеру с бесштоковой полостью цилиндра, отличающийся тем, что, с целью улучшения виброзащиты объектов путем снижения коэффициента передачи динамических нагрузок на объект виброзащиты в широком диапазоне частот воздействующих вибраций, во втулке имеется полость, которая при помощи кольцевой перегородки, закрепленной на наружной поверхности цилиндра , разделена на камеры, сообщающиеся между собой через калиброван «11е отверстия, при этом амортизатор..сн5бжен обратным клапаном, сообщающим, компенсационную камеру со штоковой полостью цилиндра. 2. Амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что втулка выполнена из двух частей, сочлененных между собой при помаци резьбы, при этом одной из частей охвачена кольцевая перегородка, а в другой части втулки установлено резьбовое кольцо с торцовыми зубьями, расположенными напротив зубьев, которые выполнены на торце кольцевой перегородки, причем пружина втулю1 расположена между резьбовым кольцом и кольцевой, ле-. регородкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ФРГ № , кл. 63 С k2, 1956. 2.Патент США М , кл. 188-275, 1956.

37