ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к пневмогидравлическим амортизаторам, предназначенным для защиты народнохозяйственных объектов от сейсмического воздействия, например, блоков АЭС.

Известен пневмогидравлический амортизатор, содержащий корпус, основной шток, дополнительный шток, полость для сжатого газа и гидравлическую полость (патент Российской Федерации №2079748 от 20.05.1997 г., кл. F16F 5/00).

Недостатками указанного амортизатора являются то, что он не может быть использован для вертикальной амортизации объектов, не допускающих отрицательных перегрузок, а также большие габариты амортизатора по длине и наружному диаметру.

Известен пневмогидравлический амортизатор, содержащий корпус с полостью для сжатого газа, основной шток, дополнительный шток и гидравлические полости (патент Российской Федерации №2178846 от 28.12.1999 г., кл. F16F 9/20).

По отношению к заявленному данный пневмогидравлический амортизатор является наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату и принят за прототип.

Недостатком указанного амортизатора являются большие габариты по длине и наружному диаметру, так как гидравлические полости занимают весь объем полости основного штока и значительный объем корпуса, гидравлическая демпфирующая полость размещена между основным штоком и стенкой корпуса, что увеличивает внутренний диаметр корпуса и толщину стенки корпуса, нагруженной большим демпфирующим давлением. Амортизатор имеет большую величину ступеньки в упругой характеристике амортизатора, определяемой разностью площадей основного и дополнительного штоков, что увеличивает вибрационные нагрузки на амортизируемый объект при внешнем динамическом воздействии.

Настоящее изобретение устраняет указанные недостатки, позволяет уменьшить габариты, увеличить грузоподъемность и ход амортизатора, уменьшить вибрационные нагрузки на амортизируемый объект.

Указанный технический результат достигается тем, что пневмогидравлический амортизатор, содержащий корпус с полостью для сжатого газа, основной шток, дополнительный шток и гидравлические полости, снабжен цилиндром, установленным внутри основного штока с образованием кольцевой газовой полости между стенками основного штока и цилиндром, сообщенной с газовой полостью корпуса, полым штоком, прикрепленным соосно к торцу дополнительного штока и размещенным в цилиндре, штангой с поршнем на одном торце, размещенной в полом штоке и соединенной с корпусом другим торцом, и разделительным поршнем, установленным в основном штоке, охватывающим полый шток и герметизирующим гидравлические полости, размещенные в цилиндре и полом штоке, а также герметизирующей гидравлической полостью, выполненной в нижней части корпуса амортизатора. Кроме того, пневмогидравлический амортизатор снабжен пружиной, установленной в корпусе и взаимодействующей с другим торцом штанги.

На фигуре 1 показан пневмогидравлический амортизатор в разрезе, на фигуре 2 приведена динамическая характеристика амортизатора, фигура 3 - упругая характеристика заявленного амортизатора относительно характеристики прототипа.

Пневмогидравлический амортизатор содержит корпус 1, соединяемый с амортизируемым объектом, основной шток 2 узлом крепления 3 присоединен к основанию, и дополнительный шток 4.

Внутри основного штока 2 установлен цилиндр 5, образующий со стенкой основного штока 2 кольцевую газовой полость 6, сообщенную отверстиями 8 с газовой полостью 9 корпуса 1. В нижней части корпуса амортизатора выполнена герметизирующая гидравлическая полость 7.

В цилиндре 5 размещены дополнительный шток 4 и прикрепленный к нему полый шток 10 с поршнем 11. Штанга 12 с поршнем 13 размещены в полом штоке 10, другим торцем штанга 12 соединена с корпусом 1. В корпусе 1 может быть установлена пружина 14, через которую штанга 12 соединяется с корпусом 1. В основном штоке 2 установлен разделительный поршень 15, охватывающий полый шток 10 и герметизирующий гидравлические полости 15 и 16 относительно газовой полости 9 корпуса 1. Гидравлические полости 15 и 16 сообщаются между собой отверстиями 17. Перекидные клапаны 18 и 19 обеспечивают демпфирование амортизатора.

Диаметр d₂ дополнительного штока выбирается равным 0,3-0,5 диаметра d₁ основного штока, диаметр d₃ полого штока - равным 1,0-1,05 диаметра d₂ дополнительного штока, диаметр d₄ штанги - равным 0,3-0,4 диаметра d₃ полого штока, что обеспечивает уменьшение объема гидравлических полостей 15 и 16 амортизатора и хода разделительного поршня 15.

При ходе сжатия основной шток 2 совместно с дополнительным штоком 4 и полым штоком 10 перемещаются относительно штанги 12, разделительный поршень 15 перемещается относительно основного штока 2 внутрь амортизатора на ход, составляющий 3%÷5% от хода основного штока 2. При ходе выдвижения основного штока 2 дополнительный шток 4 с полым штоком 10 удерживаются штангой 12 в исходном положении, разделительный поршень 15 перемещается внутрь основного штока 2 на ход до 3% от хода основного штока 2.

При выполнении диаметра d₃ полого штока равным диаметра d₂ дополнительного штока перемещение разделительного поршня 13 относительно основного штока 2 не происходит.

Пневмогидравлический амортизатор имеет ступенчатую характеристику, при перемещении основного штока из исходного положения усилие сжатия F₁=p×S₁, усилие выдвижения F₂=p×(S₁-S₂), где р - давление сжатого газа в амортизаторе, S₁ - площадь основного штока по диаметру d₁, S₂ - площадь дополнительного штока по диаметру d₂. Величина ступеньки в статической характеристике амортизатора, равной ΔF=F₁-F₂=р×S₂, определяется площадью S₂ дополнительного штока. Давление в амортизаторе выбирается таким, чтобы вес G объекта, приходящийся на амортизатор был между усилиями F₁ и F₂. В исходном положении полый шток 10 с дополнительным штоком 4 прижат к поршню 13 штанги 12, основной шток 2 через цилиндр 5 прижат к поршню 19 полого штока 10, что обеспечивает стабильное положение амортизируемого объекта.

При диаметре d₂ дополнительного штока, равном 0,3÷0,5 диаметра d₁ основного штока, величина ступеньки - разности между весом G и усилиями F₁ и F₂ - составляет 5%÷15% веса G амортизируемого объекта, приходящегося на амортизатор.

Работа пневмогидравлического амортизатора происходит следующим образом.

При отсутствии внешнего динамического воздействия амортизируемый объект занимает стабильное точное положение за счет прижатия основного штока к дополнительному штоку, а дополнительного штока к корпусу. При динамическом воздействии происходит перемещение основного и дополнительного штоков, сжатие газа в полостях 9 и 6 амортизатора, что уменьшает до допустимого уровня нагрузку на амортизируемый объект. Перекидные клапаны 18 и 19 обеспечивают гидравлическое демпфирование в полостях 15 и 16 и быстрое затухание колебаний амортизируемого объекта и точное возвращение его в исходное положение.

При ходе сжатия основной шток 2 совместно с дополнительным штоком 4 и полым штоком 10 перемещаются относительно штанги 12, разделительный поршень 15 перемещается относительно основного штока 2 внутрь амортизатора на ход, составляющий 3%÷5% от хода основного штока 2. При ходе выдвижения основного штока 2 из исходного положения дополнительный шток 4 с полым штоком 10 удерживаются штангой 12 в исходном положении, разделительный поршень 15 перемещается внутрь основного штока 2 на ход до 3% от хода основного штока 2, при выполнении диаметра d₃ полого штока равным диаметру d₂ дополнительного штока перемещение разделительного поршня 13 относительно основного штока 2 не происходит. Усилие F на динамической характеристике, фиг.2, изменяется по линии ОГД. При обратном ходе сжатия основного штока за счет дросселирования рабочей жидкости через отверстие 20 происходит относительное перемещение дополнительного штока 4 внутрь основного штока, усилие F изменяется по линии ДЕБ. В дальнейшем при ходе выдвижения основного штока 2 за счет дросселирования рабочей жидкости через отверстие 21 происходит относительное перемещение дополнительного штока 4 из основного штока, усилие F изменяется по линии БВД.

При ходе сжатия из исходного положения основной шток 2 совместно с дополнительным штоком 4 и полым штоком 10 перемещаются относительно штанги 12, разделительный поршень 15 перемещается относительно основного штока 2 внутрь амортизатора на ход, составляющий 3%-5% от хода основного штока 2. Усилие F изменяется по линии ОАБ.

Предложенный амортизатор обеспечивает уменьшение величины ступеньки в упругой характеристике амортизатора, что уменьшает уровень вибрационных нагрузок, передаваемых на амортизируемый объект при ударных внешних нагрузках. Пружина 14 «сглаживает» ступеньку в упругой характеристике амортизатора, что также уменьшает уровень вибрационных нагрузок, передаваемых на амортизируемый объект при ударных внешних нагрузках. В предложенном амортизаторе газовая камера занимает весь объем корпуса и значительный объем основного штока, гидравлические полости расположены внутри основного штока, что позволяет при ограниченном пространстве для размещения амортизатора на амортизируемом объекте увеличить на 40%÷50% грузоподъемность и на 80…100% увеличить ход амортизатора, уменьшить нагрузку, передаваемую на амортизируемый объект, в особенности при модернизации и вписывании передаваемых нагрузок при увеличенных грузоподъемности и ходах в ранее установленных ограничениях и уменьшить габариты амортизатора (например, при амортизации блока атомной станции).

Для вписывания реакций амортизатора в ранее установленные ограничения объем газовой полости амортизатора задают из соотношения

где

F - площадь штока амортизатора при ходе сжатия,

р₀ - зарядное давление,

[R] - допустимое значение упругой реакции амортизатора, передаваемой на основание,

входящие в соотношение (3) конструктивные параметры:

δ - ход амортизатора, необходимый для восприятия внешней нагрузки, знак «-» соответствует растяжению, знак «+» - ходу сжатия амортизатора, а рабочую точку положения весовой нагрузки помещают в пределах переходного участка сжатия упругого элемента между основным и дополнительным штоком.

На фигуре 3 показана упругая характеристика заявленного устройства. Там же пунктиром показана упругая характеристика лучшего из известных устройств амортизации пневмогидравлического типа (прототипа). За счет новой конструктивно-компоновочной схемы и конструктивного исполнения предложенный амортизатор, имея те же габаритные характеристики, что и прототип, при той же длине (ограничение по требованиям применения) имеет рабочий ход растяжения на 100% и ход на сжатие до 80% больший. Грузоподъемность амортизатора возросла на 40%…50%.