Результат интеллектуальной деятельности: ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПРУЖИНА

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам виброударозащиты.

Известна пневмопружина (а.с. СССР №1698525, М. кл. P16P 9/02, опубликовано 15.12.1991), содержащая резервуар, расположенный в нем поршень, поршневой шток и уплотнительные элементы штока.

К основным недостаткам устройства относится то, что поршень не имеет уплотняющих элементов, поэтому при длительных высоких нагрузках, при повышенных давлениях масса газа проникает из надпоршневой полости в подпоршневую полость. Вследствие этого происходит постоянное аккумулирование энергии сжатого газа в подпоршневой полости, что приводит к уменьшению динамического хода пневмопружины, т.е. снижается эффективность гашения колебаний и надежность работы пневмопружины, а также становятся возможны пробои пневмопружины.

Известна также пневмопружина с жидкостным уплотнением поршня (патент ИЗ №2399806 РФ, М. кл. P16P 9/02, P16P 9/36, опубликован 20.09.2010), содержащая резервуар, расположенный в нем поршень, поршневой шток и уплотнительные элементы штока. Поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых канавок, в одних канавках размещены уплотнительные кольца, в других - жидкостное уплотнение поршня, выемку в своей центральной части, в которой размещены камера для жидкости, сообщающаяся каналами с кольцевыми канавками с жидкостным уплотнением поршня, эластичный цилиндрический стакан, контактирующий с одной стороны с камерой для жидкости, с другой стороны - с газовой средой надпоршневой полости пневмопружины, втулку, фиксирующую эластичный цилиндрический стакан внутри выемки и имеющую на боковой поверхности набор сквозных отверстий, элемент крепления с центральным отверстием, а также дополнительный клапан со стороны штока для зарядки камеры для жидкости.

К основным недостаткам устройства относится то, что при работе пневмопружины создаются повышенные силы сопротивления движению поршня только на конце хода сжатия пневмопружины, действующих вблизи зоны пробоя. При обратном ходе (ходе отбоя) повышенные силы сопротивления движению поршня не создаются, т.е. снижается надежность работы пневмопружины и становятся возможны пробои пневмопружины. При этом динамические воздействия (удары) на амортизируемый объект сопровождаются повышенными перегрузками, что отрицательно сказывается на состоянии амортизируемого объекта, его механизмов, а также сохранности груза и состоянии экипажа, если амортизируемым объектом является транспортное средство.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение вероятности пробоев и их вредных воздействий при ударных нагрузках за счет резкого увеличения сил сопротивления движению поршня на концах обоих ходов, действующих вблизи зон пробоя.

Данный технический результат достигается тем, что пневматическая пружина, содержащая резервуар, размещенные в нем шток с поршнем, образующим в рабочей полости резервуара надпоршневую и подпоршневую полости, уплотнительный элемент штока, поршень имеет на боковой поверхности набор кольцевых канавок, в ряде канавок размещены уплотнительные кольца, согласно изобретению поршень имеет две внутренние изолированные друг от друга кольцевые выемки, каждая из которых сообщается каналами хотя бы с одной своей кольцевой канавкой на боковой поверхности поршня, в каждой такой канавке расположено эластичное поршневое кольцо и экспандер в виде газообразной фазы, сквозной канал, соединяющий надпоршневую и подпоршневую полости пневматической пружины, причем одна внутренняя кольцевая выемка поршня сообщается с надпоршневой полостью, а другая внутренняя кольцевая выемка - с подпоршневой полостью посредством двух встречных обратных клапанов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена предложенная пневматическая пружина.

Пневматическая пружина содержит резервуар 1, имеющий верхнюю крышку 2 и нижнюю крышку 3, служащую направляющей для штока 4, в которой помещен уплотняющий элемент 5 штока 4. Поршень 6 образует в резервуаре 1 надпоршневую полость 7 и подпоршневую полость 8. Поршень 6 имеет на своей боковой поверхности набор кольцевых канавок с уплотняющими кольцами 9. На верхней крышке 2 расположен клапан 10 для зарядки газом под давлением пневматической пружины. Для крепления пневматической пружины с подрессоренной и неподрессоренной массами конкретного механизма верхняя крышка 2 и шток 4 имеют проушины. Надпоршневая полость 7 и подпоршневая полость 8 соединены сквозным каналом 11 поршня 6. Поршень 6 имеет две внутренние изолированные друг от друга кольцевые выемки 12 и 13. Внутренняя кольцевая выемка 12 сообщается с помощью каналов 14 с кольцевой канавкой 15, расположенной на боковой поверхности поршня 6 и в которой расположено эластичное поршневое кольцо 16 и экспандер в виде газообразной фазы. Внутренняя кольцевая выемка 13 сообщается с помощью каналов 17 с кольцевой канавкой 18, расположенной на боковой поверхности поршня 6 и в которой расположено эластичное поршневое кольцо 19 и экспандер в виде газообразной фазы.

Внутренняя кольцевая выемка 12 сообщается с надпоршневой полостью 7 посредством двух встречных обратных клапанов 20 и 21. Внутренняя кольцевая выемка 13 сообщается с подпоршневой полостью 8 посредством двух встречных обратных клапанов 22 и 23.

Пневматическая пружина работает следующим образом. После ее сборки и заправки резервуара 1 газом под давлением шток 4 под действием давления сжатого газа на поршень 6 выталкивается с определенным усилием наружу через направляющую нижнюю крышку 3, чем обеспечивается функционирование в конкретном механизме. На ходе сжатия пневматической пружины при ударных нагрузках надпоршневая полость 7 уменьшается в объеме, газ в ней не успевает перетечь по сквозному каналу 11 поршня 6 в подпоршневую полость 9. При повышенных давлениях газа в надпоршневой полости 7 газ проникает через обратный клапан 20 во внутреннюю кольцевую выемку 12, за счет этого повышается давление газа в самой выемке 12, каналах 14, в кольцевой канавке 15. Экспандер в виде газообразной фазы в кольцевой канавке 15, воздействуя на эластичное поршневое кольцо 16, резко увеличивает силы трения поршня и сопротивление движению поршня 6 на конце хода сжатия, действующих вблизи зоны пробоя пневматической пружины. При обратном ходе давление газа во внутренней кольцевой выемке 12 становится больше давления газа в надпоршневой полости 7 и часть газа возвращается обратно в надпоршневую полость 7 через обратный клапан 21, эластичное поршневое кольцо 16 сжимается и слабо воздействует на стенки резервуара 1.

При обратном ходе при ударных нагрузках аналогичные процессы происходят в подпоршневой полости 8. На ходе отбоя подпоршневая полость 8 уменьшается в объеме, газ в ней не успевает перетечь по сквозному каналу 11 поршня 6 в надпоршневую полость 7. При повышенных давлениях газа в подпоршневой полости 8 газ проникает через обратный клапан 22 во внутреннюю кольцевую выемку 13, за счет этого повышается давление газа в самой выемке 13, каналах 17, в кольцевой канавке 18. Экспандер в виде газообразной фазы в кольцевой канавке 18, воздействуя на эластичное поршневое кольцо 19, резко увеличивает силы трения поршня и сопротивление движению поршня 6 на конце хода отбоя, действующих вблизи зоны пробоя пневматической пружины. При смене хода давление газа во внутренней кольцевой выемке 13 становится больше давления газа в подпоршневой полости 8 и часть газа возвращается обратно в подпоршневую полость 8 через обратный клапан 23, эластичное поршневое кольцо 19 сжимается и слабо воздействует на стенки резервуара 1.

При медленных нагрузках или отсутствии ударов при работе газ успевает перетекать по каналу 11 поршня 6 из надпоршневой полости 7 в подпоршневую полость 8 или обратно и увеличения давления газообразной фазы в канавках 15, 18 и, соответственно, расширения эластичных поршневых колец 16, 19 - не происходит. Уплотняющие кольца 9 поршня 6 функционируют при любых режимах работы пневматической пружины.

Таким образом, предложенная пневматическая пружина позволяет при работе снизить вероятность пробоев и их вредных воздействий при ударных нагрузках за счет резкого увеличения сил сопротивления движению поршня на концах обоих ходов, действующих вблизи зон пробоя.

Использование предлагаемой пневматической пружины позволяет обеспечить ее саморегулирование, снизить перегрузки, повысить эффективность и надежность работы амортизированных устройств, в частности в транспортных средствах, повышает плавность хода, улучшает условия работы экипажа и обеспечивает требуемую сохранность спецгрузов при транспортировке.