ГИДРОУПОР

Изобретение может быть использовано в ракетно-артиллерийской технике, взрывных устройствах и сложных технических системах, работающих в условиях высоких динамических нагрузок, например при выстреле или старте, в которых необходимо обеспечить плотность сборки и целостность составных элементов при статических нагрузках, возникающих при температурных перепадах в широком температурном диапазоне.

Известен гидроупор (патент РФ №2162175, МПК F16F 5/00, F16F 9/14, опубл. 20.01.2001), содержащий корпус, шток и расположенный в замкнутом объеме корпуса поршень с перепускным отверстием, жестко соединенный со штоком и делящий корпус на две заполненные рабочей средой, и сообщенные перепускным отверстием поршня полости, одна из которых образована наружной и внутренней поверхностями соответственно штока и корпуса, одним из торцов последнего и торцом поршня, соединенным со штоком. Поршень и внутренняя поверхность корпуса выполнены ступенчатыми. В перепускном отверстии поршня установлен подпружиненный, нормально открытый клапан.

Известен гидроупор (патент РФ №2035644, МПК F16F 9/14, опубл. 20.05.1995), содержащий корпус с кольцевым выступом на внутренней поверхности, шток и жестко соединенный с ним ступенчатый поршень с перепускным отверстием. Одна из полостей образована наружной и внутренней поверхностями соответственно штока и корпуса, одним из торцов последнего и торцом ступени поршня большего диаметра, а другая - поверхностью кольцевого выступа, другим, сплошным торцом корпуса и торцом ступени поршня меньшего диаметра. Длина ступенчатого поршня больше длины ступени корпуса большего диаметра, а площади поперечных сечений штока S₃ ступени S₂ и S₁ поршня соответственно большего и меньшего диаметров связаны между собой соотношением: S₁=S₂-S₃.

Недостатками известных аналогов являются:

- сложность конструкции;

- необходимость уплотнения подвижных элементов штока и поршня и, как следствие, невысокая надежность устройства из-за возможности вытекания рабочей среды через уплотнения;

- невысокая стабильность динамических характеристик устройства, зависящая от точности изготовления неподвижных сопрягаемых элементов (корпуса, поршня, штока, диаметра перепускного отверстия) и вязкости рабочей среды;

- при применении устройства в составе конструкции изделия по назначению, в совокупности с ним, требуется применение внешних упругих элементов (пружин), обеспечивающих постоянное поджатие элементов конструкции изделия.

Наиболее близким аналогом является гидроупор (патент JP №2004076945 А, МПК F16F 13/18, опубл. 11.03.2004), содержащий корпус, состоящий из двух опорных элементов и обечайки, связывающей опорные элементы между собой, и рабочей среды, размещенной в полости корпуса. Корпус выполнен герметичным, стенки обечайки выполнены податливыми за счет эластичных обечаек, в качестве рабочей среды использована жидкость, в частности масло, подчиняющееся законам вязкости Ньютона. Нижняя опорная поверхность выполнена из основания с крышкой, в которой размещен упругий элемент. Полость корпуса организована верхним основанием, крышкой нижнего основания и эластичными обечайками. Перемещение упругого элемента регулируется соленоидом, размещенным в имеющейся полости нижней опоры.

Вышеупомянутый гидроупор не предназначен для вышеуказанной области применения, т.к. не обладает необходимой вариативностью режимов работы при статических и динамических нагрузках. Кроме того, конструкция данного гидроупора достаточно сложна.

Задачей является разработка конструкции гидроупора, обеспечивающей требуемую эластичность и упругость при низких скоростях внешних механических нагрузок и необходимую жесткость при динамических воздействиях, снижение затрат на изготовление и эксплуатационных расходов.

Технический результат заключается в создании гидроупора, имеющего возможность воспринимать как статическую, так и динамическую нагрузку между конструктивными элементами, изготовленными из материалов с разными коэффициентами термического расширения, при этом конструкция его более проста за счет меньшего количества кинематических связей.

Упрощение конструкции гидроупора достигнуто тем, что из конструкции исключены сложные по геометрии эластичные обечайки, сложные многоэлементные опорные элементы, включающие в себя магнитоэлектрическая систему.

Технический результат достигается тем, что гидроупор содержит герметичный корпус, состоящий из двух опорных элементов, эластичной обечайки, связывающей опорные элементы между собой, рабочей среды, размещенной в полости корпуса, и упругого элемента. В качестве рабочей среды использована дилатантная жидкость, а упругий элемент размещен в рабочей жидкости между опорными элементами.

В качестве неньютоновской жидкости используют, например, композицию следующего состава: 65% димитилсилоксан, 17% кремнезем, 9% thixatrol′ST (производная касторового масла), 4% полидиметилсилоксан, 1% декаметилциклопентасилоксан, 1% глицерин, 1% диоксид титана.

Опорные элементы и обечайка связаны между собой герметично и образуют герметичную полость корпуса. Стенки обечайки выполнены податливыми, позволяющими опорным элементам перемещаться относительно друг друга. Между опорными элементами введен упругий элемент в виде пружины.

Герметичная полость корпуса, кроме упругого элемента (пружины), заполнена рабочей средой. В качестве рабочей среды использована дилатантная неньютоновская жидкость, представляющая из себя несжимаемую вязкую субстанцию.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого гидроупора, на фиг. 2 и фиг. 3 - конструкция гидроупора, прошедшего испытания; где 1 и 2 - опорные элементы, 3 - обечайка, 4 - упругий элемент, 5 - неньютоновская жидкость.

Гидроупор содержит герметичный корпус, состоящий из двух оснований 1 и 2, податливой обечайки 3, упругого элемента 4 и неньютоновской жидкости 5.

Устройство работает следующим образом.

Гидроупор устанавливается между сопрягаемыми элементами конструкции с опорой на основания, при этом упругий элемент 4 создает усилие поджатая, а корпус 3 может изменять линейный размер соответственно зазору между элементами. При тепловом воздействии составные элементы конструкции, между которыми установлен гидроупор, и изготовленные из материалов, имеющих разные коэффициенты температурного расширения, меняют свои геометрические размеры в разной степени. Соответственно зазор между элементами тоже изменяется. Гидроупор за счет деформируемого корпуса 3 компенсирует разность геометрических размеров, при этом упругий элемент 4 обеспечивает необходимое усилие поджатая. При воздействии импульсных динамических нагрузок рабочая неньютоновская жидкость 5 переходит в квазитвердое состояние, не давая деформироваться корпусу 3 гидроупора, тем самым предотвращая появление зазоров между элементами конструкции. После снятия динамической нагрузки гидроупор продолжает работать в штатном режиме, обеспечивая поджатие элементов конструкции.

В качестве примера конкретного исполнения был изготовлен образец гидроупора, конструкция которого представлена на фиг. 2.

Корпус гидроупора состоит из основания со штоком 1, основания с внешней резьбой 2, гибкой обечайки 3 из резиновой трубки, пружины 4 и неньютоновской жидкости 5. Основание со штоком 1 и основание с внешней резьбой 2 изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, шток основания 1 предназначен для крепления к одному из сопрягаемых элементов изделия, внешняя резьба основания 2 предназначена для крепления ко второму сопрягаемому элементу. Спиральная цилиндрическая пружина 4, выполненная из стали 60С2А, одним из своих торцов опирается на тыльную поверхность основания со штоком 1, а вторым торцом на тыльную поверхность основания с внешней резьбой 2. Гибкая обечайка 3, выполненная из трубки резиновой технической 12×2,0 ГОСТ 5496-78, одни из своих концов приклеена к цилиндрической образующей основания с внешней резьбой 2, а другим концом к основанию со штоком 1, образуя, таким образом замкнутый герметичный объем в котором размещена неньютоновская жидкость 5 следующего состава: 65% димитилсилоксан, 17% кремнезем, 9% thixatrol′ST (производная касторового масла), 4% полидиметилсилоксан, 1% декаметилциклопентасилоксан, 1% глицерин, 1% диоксид титана.

Конструкция вышеописанного гидроупора была установлена в специальное приспособление и испытана на действие статических и динамических нагрузок, в результате чего подтверждена работоспособность конструкции.