Результат интеллектуальной деятельности: АДАПТИВНАЯ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ОПОРА

Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам для гашения колебаний элементов различных конструкций, в частности силовых агрегатов.

Известна опора, содержащая заполненный рабочей жидкостью корпус, размещенный в нем шток с мембраной на конце, имеющей дросселирующие отверстия, и закрепленную на торце штока наружной частью дна чашку, выполненную сферической, при этом опора снабжена диафрагмой, образующей с корпусом заполненную газом полость и имеющей для взаимодействия с внутренней сферической поверхностью чашки сферический выступ (а.с. СССР №1732076, Мкл. F 16 F 9/14, F 16 F 13/00, бюл. №17, 1992).

Основной недостаток этой опоры в том, что из-за эффекта залипания между сферическими поверхностями мембраны и диафрагмы происходит задержка в собственных колебаниях опоры. В итоге рабочие камеры не успевают принять исходное рабочее состояние, а при мгновенной повторной нагрузке их работа вообще сводится к нулю.

Известна конструкция опоры, состоящей из привулканизированного к раме автомобиля, заполненного вязкой жидкостью и усиленного стальным кольцом резинового цилиндра, к верхней части которого привулканизирован фланец, к которому крепится стальная коробка, состоящая из двух частей, разделенных мембраной, при этом к верхней части стальной коробки приварена шпилька для крепления двигателя, а в нижней части выполнено дросселирующее отверстие, сообщающее полость цилиндра с полостью под мембраной (заявка Японии №57-84220, МКИ В 60 К 5/12, F 16 F 15/00, опубл. 14.11.1980).

Работа этой опоры в процессе сжатия складывается из двух этапов: сначала происходит сжатие резинового цилиндра и перетекание жидкости через дросселирующее отверстие в полость под мембраной, а затем, после заполнения этой полости, начинается деформация мембраны и повышается давление воздуха в герметичной полости над мембраной, выполняющей роль дополнительного упругого элемента, энергия которого (как и энергия сжатой резиновой детали) освобождается в процессе отдачи. В случае нерасчетных ударных нагрузок давление жидкости в полости цилиндра снижается путем выпуска части жидкости наружу через предохранительный клапан.

Основной недостаток этой опоры в том, что опора не воспринимает радиальную нагрузку, а при разрыве резинового цилиндра она полностью теряет работоспособность. Кроме того, при больших ударных нагрузках часть жидкости выпускается наружу и происходит потеря рабочей среды, по этой причине, при продолжительной эксплуатации в таких условиях, опора вообще перестанет функционировать.

Известна также упругая опора, выбранная в качестве ближайшего аналога, содержащая два анкера, один из которых выполнен в виде штока, а другой образует боковую часть полого корпуса, соединенных эластомерным элементом, расположенную на боковой части эластичную мембрану, которая вместе с эластомерным элементом образует закрытую полую камеру, заполненную вязкой жидкостью, внутри полой камеры предусмотрена перегородка, которая делит полую камеру на две камеры переменного объема и выполнена с отверстием для прохода вязкой жидкости из одной камеры в другую, при этом эластичная мембрана и основание образуют третью камеру переменного объема, заполненную сжатым газом и воспринимающую, по меньшей мере, часть массы подвешиваемого элемента, кроме того, в опоре предусмотрены клапанные устройства для регулировки общего сечения проходного канала, соединяющего камеры переменного объема, заполненные вязкой жидкостью (заявка ФРГ (DE) №3408003, МКИ F 16 F 13/00, В 60 К 5/12, РЖ №39, 27.09.1984).

Недостатками этой конструкции является то, что упругая опора воспринимает только осевую нагрузку, а приложение радиальной нагрузки приводит к ее разрушению, кроме этого, данная конструкция не обеспечивает возможность регулировки давления в газовой полости.

Была поставлена задача качественно улучшить рабочие характеристики опоры, расширить ее функциональные возможности, а также добиться адаптации опоры к различной массе защищаемых от колебаний (вибрации) конструкций.

Указанная задача решается тем, что в известной гидропневматической опоре, содержащей полый корпус, состоящий из боковой части и штока, соединенных эластомерным элементом, и основания, установленную внутри корпуса эластичную мембрану, образующую вместе с эластомерным элементом закрытую полую камеру, заполненную рабочей жидкостью, а вместе с основанием - полость переменного объема, заполненную сжатым газом, установленную внутри полой камеры перегородку, делящую полую камеру на две камеры переменного объема и имеющую отверстие для прохода рабочей жидкости с клапанными устройствами для регулировки общего сечения проходного канала отверстия, при этом в перегородке размещен шток, на конце которого закреплен упор, основание опоры дополнительно снабжено клапаном для подключения к пневмосистеме газовой полости и обеспечения в ней переменного давления, а перегородка имеет дополнительные отверстия для прохода рабочей жидкости и выполнена с резиновым буфером, верхняя и нижняя поверхность которого имеют пазы полукруглого сечения, при этом шток снабжен фланцем, на котором закреплен эластомерный элемент, выполненный армированным, и установлен в перегородке с возможностью перемещения в направляющем отверстии, кроме того, фланец и упор имеют отверстия малого диаметра.

Отличительными признаками предлагаемой адаптивной гидропневматической опоры от указанной выше, наиболее близкой к ней, является выполнение основания опоры с клапаном для подключения газовой полости к пневмосистеме, что обеспечивает поддержание необходимого переменного давления в газовой полости опоры, которое устанавливается пропорционально массе установленного на опору объекта, при этом сжатый воздух используется в качестве несущего элемента, что позволяет качественно улучшить рабочие характеристики, а также добиться адаптации опоры к различной массе защищаемых от колебаний конструкций.

Выполнение перегородки с резиновым буфером и дополнительными отверстиями для прохода рабочей жидкости, а также выполнение штока с фланцем и установка его в перегородке с возможностью перемещения в направляющем отверстии позволяет плавно ограничить перемещения штока во всех направлениях, т.к. перегородка служит направляющей для штока, а в сопряжении шток - перегородка гарантирован минимальный зазор, при этом резиновый буфер берет на себя функции гасителя колебаний при разрыве диафрагмы, что в конечном итоге положительно влияет на рабочие характеристики опоры.

Выполнение на верхней и нижней поверхностях резинового буфера пазов полукруглого сечения, образующих с фланцем и упором штока при больших нагрузках в режимах отбоя дополнительные замкнутые полости с рабочей жидкостью, которая под большим давлением перетекает через отверстия фланца и упора в камеры переменного объема, дополнительно обеспечивает потери энергии удара и позволяет обеспечить плавность перемещения штока.

В совокупности перечисленные признаки позволяют обеспечить работоспособность опоры при воздействии радиальных сил и демпфировать ударные нагрузки.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенная опора имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена предлагаемая адаптивная гидропневматическая опора, общий вид в разрезе.

На фиг.2 - клапанное устройство адаптивной гидропневматической опоры, вид Г на фиг.1.

Предлагаемая адаптивная гидропневматическая опора содержит полый корпус, состоящий из боковой части 1 и штока 2, соединенных армированным эластомерным элементом 3, и основания 4. Внутри корпуса установлены эластичная мембрана 5 и перегородка 6.

Боковая часть 1 выполнена с круговым пазом, в который вставляется армированный эластомерный элемент 3 и плотно прижимается перегородкой 6 посредством болтов через мембрану 5 и основание 4. Центральная часть эластомерного элемента 3 крепится к фланцу 7 штока поджатием к бобышке 8 с помощью крепежных элементов 9.

Мембрана 5 образует вместе с эластомерным элементом 3 закрытую полую камеру, заполненную рабочей жидкостью, вязкость которой мало зависит от температуры. С основанием 4 мембрана 5 образует полость А переменного объема, заполненную сжатым газом.

Перегородка 6 выполнена с резиновым буфером 10 и делит полую камеру на две камеры Б и В переменного объема. В перегородке 6 имеются дросселирующие отверстия 11 для прохода рабочей жидкости и центральное направляющее отверстие 12, в котором с минимальным зазором размещен шток 2. Верхняя и нижняя поверхности буфера 10 имеют пазы 13 полукруглого сечения. Отверстия 11 закрыты клапанными устройствами 14 для регулировки проходного канала отверстий. Клапанные устройства 14 выполнены обратными в виде плоского кольца с выступами 15 для перекрывания чередующейся половины дросселирующих отверстий 11 и установлены с двух сторон перегородки таким образом, что нижний клапан перекрывает оставшиеся не перекрытыми верхним клапаном отверстия.

На конце штока 2 размещен упор 16, выполненный в виде болта, ограничивающий движение штока вверх, предохраняя эластомерный элемент 3 от разрыва. Фланец 7 и упор 16 штока имеют отверстия 17 малого диаметра для прохождения рабочей жидкости из полостей, образующихся пазами 13 совместно с фланцем 7 и упором 16 в крайних положениях штока 2.

Основание 4 опоры снабжено клапаном 18 давления для подключения к пневмосистеме (не показана) газовой полости А и обеспечения в ней переменного давления.

Предлагаемая адаптивная гидропневматическая опора работает следующим образом.

Пневматическая камера А опоры через клапан 18 давления заполняется сжатым воздухом, который, в свою очередь, через эластичную мембрану 5 создает давление в камерах Б и В, заполненных рабочей жидкостью. Это давление через армированный эластомерный элемент 3 передается на бобышку 8 и шток 2, создавая силу, которая уравновешивает силу тяжести амортизируемого объекта, например силового агрегата. Во время колебаний силового агрегата изменяется сила, воздействующая на бобышку 8 и шток 2. При этом происходит изменение давления внутри опоры. При возрастании давления в опоре воздух в камере А начинает сжиматься и жидкость из камеры Б через дросселирующие отверстия 11 в перегородке 6 перетекает в камеру В. При этом шток 2 перемещается вниз. Давление в опоре повышается до тех пор, пока оно не уравновесит давление, создаваемое возмущающей силой силового агрегата.

При уменьшении усилия на штоке 2 давление в опоре уменьшается, сжатый воздух в камере А начинает расширяться и жидкость, через дросселирующие отверстия 11 в перегородке 6, перетекает из камеры В в камеру Б. При этом шток 2 перемещается вверх. При перетекании жидкости через дросселирующие отверстия 11 и обратные клапанные устройства 14 происходит потеря энергии давления жидкости и переход ее в тепловую энергию. Упор 16 предохраняет эластомерный элемент 3 от разрыва при больших перемещениях силового агрегата.

При больших нагрузках на режимах отбоя к работе подключается резиновый буфер 10 в перегородке 6, пазы 13 которого образуют с фланцем 7 штока замкнутую полость с жидкостью, которая при деформации буфера 10 перетекает через отверстия в основании болта 9 и отверстия 17 во фланце под большим давлением. Это дополнительно обеспечивает потери энергии удара и позволяет плавно ограничивать перемещения штока. Клапан 18 поддерживает определенное давление в камере А, что позволяет регулировать жесткость опоры и проводить ее адаптацию к различной массе и режимам работы амортизируемого объекта.

Главной особенностью этой опоры является то, что несущим элементом является сжатый воздух. Это дает возможность использовать опору для гашения колебания объектов с разной массой, кроме того, при разрыве диафрагмы опора продолжает функционировать за счет резинового буфера перегородки, который также за счет выполненных в нем пазов, заполненных жидкостью, позволяет демпфировать ударные нагрузки.

Предложенная адаптивная гидропневматическая опора соответствует условию промышленной применимости и может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением освоенных ранее технологий.