Демпфер

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для демпфирования движения звеньев машин, амортизации колебаний и ударных нагрузок. Сущность изобретения заключается в том, что демпфер включает в себя поршень со штоком, пружину и заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон, и дополнительно снабжен двумя комплектами лопастного механизма, состоящего из водила, крыльчатки и направляющей. Каждый из механизмов установлен в разных гидравлических, верхней и нижней, камерах соответственно. Поршень удерживается от вращения относительно цилиндрического патрона посредством шпоночного соединения, шпонка которого закреплена на поршне. Продольный шпоночный паз выполнен на внутренней поверхности цилиндрического патрона. Водила неподвижно закреплены на поршне соосно ему с обоих противоположных его торцов. Каждая крыльчатка соединена с водилом посредством спиральных шлиц, а с направляющей посредством цилиндрического подвижного соединения и осевого ограничителя с возможностью ее вращения вокруг собственной оси при возвратно-поступательном движении поршня. В зависимости от осевых нагрузок в нижней и верхней гидравлических камерах устанавливаются пружины меньшей и большей жесткости соответственно в гидравлические камеры с меньшей и большей нагрузками, а при различии нагрузок в гидравлических камерах в 2 раза и более - только в гидравлическую камеру с большей нагрузкой. Техническим результатом является повышение способности демпфирования. 1 ил.

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для демпфирования движения звеньев машин, амортизации колебаний и ударных нагрузок, например вагонов подвижного состава железных дорог.

Известны аналогичные устройства для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок, имеющие поршень со штоком, заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон (патент США №3875612, 1975 г, E 05 F 03/22; патенты РФ 2109184, 4050114, 1977 г. E 05 F 15/20, 4263494).

Недостатком указанных аналогичных технических решений является равенство сопротивлений перемещению поршня со штоком при прямом и обратном ходе, что снижает плавность торможения.

За прототип принят демпфер (патент РФ №2109184, F 16 F 9/00, E 05 F 3/00 с приоритетом 15.04.97), включающий поршень со штоком, гидравлическую камеру с вязкой жидкостью, пружину, заключенные в цилиндрический патрон.

Недостатком прототипа является относительно невысокая его способность демпфирования, осуществляемого за счет дросселирования вязкой жидкости по винтовым канавкам, когда механическая энергия преобразуется в тепловую, механизмом сдвиговой вязкости при трении жидкости внутри зазора и о стенки цилиндро-поршневой пары.

Заявляемое техническое решение лишено указанного недостатка. Сущность изобретения заключается в том, что демпфер, включающий в себя поршень со штоком, пружину, заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон, дополнительно снабжен двумя комплектами лопастного механизма, состоящего из водила, крыльчатки и винтовой направляющей, каждый из которых установлен в гидравлических верхней и нижней камерах, соответственно, причем поршень удерживается от вращения относительно цилиндрического патрона посредством шпоночного соединения, шпонка которого закреплена на поршне, а длинный шпоночный паз выполнен на внутренней поверхности цилиндрического патрона, водила закреплены непожвижно на поршне соосно ему с обоих сторон противоположных торцев, каждая крыльчатка соединена с водилом посредством спиральных шлиц, а с направляющей - посредством цилиндрического подвижного соединения и осевого ограничителя с возможностью вращения ее вокруг собственной оси при возвратно-поступательном движении поршня, причем при разных осевых нагрузках на нижнюю и верхнюю гидравлические камеры пружины меньшей и большей жесткости устанавливаются в гидравлические камеры с меньшей и большей нагрузкой, соответственно, а при различии нагрузок в 2 и более раз - только в гидравлическую камеру с большей нагрузкой. Отличительные признаки изобретения заключаются в:

1) изменении структуры путем ввода новых конструктивных элементов, а именно: двух комплектов лопастных механизмов из четырех деталей и деталей крепежа;

2) изменении характера связей, а именно: введение шпоночного соединения поршня с цилиндрическим патроном.

Техническая задача, которую решает изобретение: повышение демпфирующей способности.

Доказательство возможности решения технической задачи с помощью отличительных признаков: крыльчатки получают вращательное движение вокруг своей оси посредством лопастного механизма при каждом ходе поршня со штоком. При этом вращении лопасти крыльчатки взаимодействуют с вязкой жидкостью, преобразуя энергию колебаний в тепло за счет трения в объеме жидкости, заполняющей цилиндры.

Сравнительный анализ показывает, что отличительные признаки изобретения отсутствуют в прототипе и других известных технических решениях. Доказано, что с помощью реализации отличительных признаков удается решить поставленную техническую задачу - повышение сопротивления и демпфирования. Следовательно, отличительные признаки изобретения являются существенными.

В заявке представлены графические материалы: продольный вертикальный разрез демпфера.

Демпфер в статике. Поршень 1, жестко связанный со штоком 2 и по подвижной посадке - с внутренней цилиндрической поверхностью 3 цилиндрического патрона 4, а также посредством шпонки 5 с продольным шпоночным пазом 6, лишен возможности поворота вокруг главной оси ОО при его возвратно-поступательном движении. Поршень 1 разделяет цилиндрический патрон 4 на нижнюю и верхнюю камеры. В нижней и верхней камерах кроме пружины 7 сжатия размещены лопастные механизмы, включающие водила 8, закрепленные винтами 9 на поршне 1 на противоположных его торцах 10 и соединенные со штоком 2 цилиндрическим соединением, крыльчатки 11, соединенные спиральным шлицевым соединением с водилами 8 с возможностью вращения вокруг своей оси при возвратно-поступательном движении поршня 1 с водилами 8, а наружной цилиндрической поверхностью 12 и торцом 13 - с направляющей 14. В осевом направлении крыльчатки 11 лишены степени свободы посредством осевого ограничителя 15. Крыльчатки 11 выполнены из двух запрессованных друг в друга деталей: собственно крыльчатки 11 - детали с лопастями и гайки 16. Цилиндрический патрон 4 снизу со стороны нижней камеры закрыт крышкой 17, а со стороны верхней камеры - крышкой 18, в которых установлены стакан 19 и втулка 20 соответственно. Соосно крышке 17 на ней закреплена направляющая 14, а вторая направляющая - на крышке 18.

Демпфер в динамике. Со штоком 2 соединяется объект, подлежащий амортизации. Объектом может быть, например, тележка железно-дорожного вагона. Объект при движении совершает вынужденные колебания в вертикальном направлении.

Колебательные движения тележки относительно вагона передаются на шток 2 и поршень 1. При их движении вниз вязкая жидкость из нижней камеры в зазоры поршня 1 с цилиндрическим патроном 4 дросселирует в верхнюю камеру. В нижней камере при опускании водила 8 благодаря шлицевому спиральному зацеплению приводится во вращение крыльчатка 11 вокруг собственной оси. Лопасти крыльчатки 11 взаимодействуют с вязкой жидкостью. Возрастает сопротивление перемещению поршню 1 со штоком 2. Сопротивление возрастает и благодаря сжатию пружин 7. Пружины 7 в нижней камере при сжатии, а в верхней камере - при растяжении, накапливают механическую энергию. При изменении направления колебательного движения вязкая жидкость дросселирует в обратном направлении, просачиваясь из верхней в нижнюю камеры. Крыльчатки 11 начинают вращаться в обратную сторону. Таким образом, за цикл колебаний демпфирование увеличивается за счет взаимодействия крыльчаток с вязкой жидкостью в обеих камерах. В связи с тем, что давления в камерах различны, в камеру с высоким давлением устанавливается пружина 7 большей жесткости, чем в камере с малым давлением. Если же эта разница весьма существенна, например в 2 и более раз, то пружина 7 устанавливается только в камере с высоким давлением.

Пример конкретного использования. Предложенные демпферы устанавливаются, например, на тележку модели 18-100 грузового вагона, рассчитанную на конструкционную скорость 120 к/ч, состоящую из двух колесных пар. В качестве вязкой жидкости используют тормозную жидкость марки БСК с кинематической вязкостью при температуре - 40°С не более 2500 мм²/с. Известно, что условия эксплуатации вагонов таковы, что давление в нижней камере всегда превышает давление в верхней камере. Поэтому пружина в нижней камере имеет более высокую жесткость, чем пружина в верхней камере. Динамическая энергия колебаний преобразуется в тепло вязкой жидкости при дросселировании через зазоры согласно описанному механизму и благодаря перемешиванию крыльчатками. В итоге обеспечивается амортизация вагона при его движении в составе поезда, что снижает динамическую составляющую контактной нагрузки и уменьшает износ рельс, колес и колесных подшипников.

Экономический эффект может быть определен как разность дохода от увеличения долговечности работы вагона и дополнительных затрат на изготовление и эксплуатацию демпферов.

Демпфер, включающий в себя поршень со штоком, пружину и заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя комплектами лопастного механизма, состоящего из водила, крыльчатки и направляющей, каждый из которых установлен в разных гидравлических, верхней и нижней, камерах соответственно, причем поршень удерживается от вращения относительно цилиндрического патрона посредством шпоночного соединения, шпонка которого закреплена на поршне, а продольный шпоночный паз выполнен на внутренней поверхности цилиндрического патрона, водила неподвижно закреплены на поршне соосно ему с обоих противоположных его торцов, каждая крыльчатка соединена с водилом посредством спиральных шлиц, а с направляющей - посредством цилиндрического подвижного соединения и осевого ограничителя с возможностью ее вращения вокруг собственной оси при возвратно-поступательном движении поршня, причем в зависимости от осевых нагрузок в нижней и верхней гидравлических камерах устанавливаются пружины меньшей и большей жесткости соответственно в гидравлические камеры с меньшей и большей нагрузками, а при различии нагрузок в гидравлических камерах в 2 раза и более - только в гидравлическую камеру с большей нагрузкой.