ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройства для гашения (демпфирования) механических колебаний.

Известно устройство для гашения колебаний [1], содержащее внутренний и наружный цилиндры, закрывающие наружный цилиндр крышки, установленный во внутреннем цилиндре шток с жестко закрепленным на нем поршнем с дросселями в виде отверстий, расположенных по двум окружностям, имеющим разные диаметры, и перекрывающихся двумя шайбами, расположенными по обоим торцам поршня и поджатыми пружинами различной жесткости. Каждая шайба перекрывает свой расположенный на разных диаметрах ряд отверстий. Кроме того, устройство содержит направляющую втулку, переходник с дросселями в виде отверстий и перекрывающими их шайбами, выполненными и расположенными аналогично их выполнению и расположению в поршне, а также пневматическую камеру, образованную наружным цилиндром и направляющей втулкой с выполненным в ней каналом, соединяющим надпоршневую полость с пневматической камерой.

Недостатками данного устройства для гашения колебаний являются: фиксированное соотношение площади сечения дроссельных отверстий, обеспечивающих проход жидкости при выдвижении штока, к площади сечений дроссельных отверстий, обеспечивающих проход жидкости при его втягивании, что снижает диапазон оптимальной работы устройства; определенное соотношение объема внутренней полости к объему заправочной жидкости затрудняет обслуживание устройства в плане его заправки; отсутствие разделителя сред жидкость - газ, ввиду чего происходит образование газожидкостной механической смеси и растворение газа в жидкости, что снижает стабильность работы устройства.

Наиболее близким, выбранным за прототип, является пневмогидравлический демпфер [2], содержащий размещенные в корпусе подвижный шток с поршнем, отделяющим гидравлическую полость в корпусе от пневматической полости. Подвижный шток выполнен из двух концентрических цилиндров с общей торцевой крышкой, имеющей центральное отверстие. Кроме того, концентрические цилиндры имеют общую крышку с присоединительной серьгой, в которой установлены два регулируемых дросселя. В стенке внутреннего цилиндра имеется радиальный канал для прохода рабочей жидкости, а в крышке с серьгой каналы для прохода жидкости через дроссели. В подвижном штоке расположен поршень, выполненный плавающим и отделяющим гидравлическую полость в подвижном штоке, сообщающуюся с гидравлической полостью в корпусе, от вышеупомянутой пневматической полости. Пневматическая полость ограничена стенками цилиндра корпуса, его торцевой крышкой, стенками внутреннего цилиндра штока и торцом подвижного поршня. Одна из гидравлических полостей образована стенками цилиндрической части корпуса, наружной поверхностью стенки внешнего цилиндра штока и его торцевой крышкой, а другая - стенками цилиндров штока, его торцевой крышкой, крышкой с присоединительной серьгой и другим торцом плавающего поршня. Пневмогидравлический демпфер имеет уплотнения и пневматический заправочный вентиль. Жидкость при работе перетекает через тот или иной дроссель в зависимости от направления относительного движения корпуса и штока.

Основными недостатками данного пневмогидравлического демпфера является наличие гистерезиса сил гашения при втягивании и выдвижении штока ввиду наличия плавающего поршня, обуславливающего перетекание рабочей жидкости из одной гидравлической полости в другую через дроссели в зависимости от силы, вызванной давлением (в том числе давлением разряжения) сжатого или разреженного этим поршнем газа при относительном движении корпуса и штока, а также возможность возникновения перекоса и заклинивания плавающего поршня ввиду его недостаточного базирования и, как следствие, отказ пневмогидравлического демпфера.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение гашения колебаний с возможностью точной регулировки таких параметров, как сила и скорость на штоке раздельно для его втягивания и выдвижения в зависимости от ожидаемого движения демпфируемых частей, что повышает качество гашения их колебаний.

Поставленная задача решается тем, что в пневмогидравлический демпфер, содержащий размещенные в корпусе с одной стороны подвижный шток с поршнем, отделяющим гидравлическую полость в корпусе от пневматической полости, а также поршень, расположенный в подвижном штоке и отделяющий гидравлическую полость в подвижном штоке, сообщающуюся с гидравлической полостью в корпусе, от вышеупомянутой пневматической полости, регулируемые дроссели, уплотнения и пневматический заправочный вентиль, в отличие от известного введен неподвижный шток со стороны, противоположной стороне установки подвижного штока, при этом поршень, расположенный в подвижном штоке, жестко связан с неподвижным штоком, а также в стенках корпуса выполнены продольные каналы, сообщающие гидравлические полости, и введены обратные клапаны, размещенные в продольных каналах, при этом регулируемые дроссели установлены также в указанных продольных каналах, а в неподвижном штоке выполнен центральный канал, переходящий в радиальные со стороны, противоположной стороне размещения поршня.

Суть изобретения представлена на фиг.1-4, где на фиг.1 представлен пневмогидравлический демпфер, продольный разрез; на фиг.2 - расположение продольных каналов; на фиг.3 - регулируемые дроссели и обратные клапаны в продольных каналах; на фиг.4 - принципиальная пневмогидравлическая схема пневмогидравлического демпфера.

Пневмогидравлический демпфер состоит из составного корпуса, в цилиндрической части 1 которого выполнены две кольцевые проточки 2 и 3 и в которую вставлена гильза 4, зафиксированная винтами 5. Герметизация гильзы 4 и цилиндрической части 1 корпуса обеспечивается уплотнениями 6 и 7, расположенными по обе стороны относительно кольцевой проточки 2. С противоположной стороны в цилиндрическую часть 1 корпуса вставлена торцевая крышка 8, выполненная заодно с присоединительной серьгой 9. В торцевой крышке 8 установлен пневматический заправочный вентиль 10. В цилиндрическую часть 1 корпуса вставлен в распор с гильзой 4 и торцевой крышкой 8 неподвижный шток 11, имеющий радиальные каналы 12, которые переходят в центральный канал 13. Торцевая крышка 8 и неподвижный шток 11 герметизированы уплотнением 14; неподвижный шток 11 и цилиндрическая часть 1 корпуса герметизированы уплотнениями 15 и 16, расположенными по обе стороны относительно кольцевой проточки 3. На неподвижный шток 11 установлен жестко связанный с ним поршень 17. В гильзу 4 вставлен подвижный шток 18 с выполненной заодно присоединительной серьгой 19. Подвижный шток 18, выполненный полым, уплотняется по гильзе 4 манжетами 20 и 21 и резинофторопластовыми уплотнениями 22 и 23, снижающими трение подвижных частей. Поршень 17 входит в подвижный шток 18 и уплотнен относительно него манжетой 24 и резинофторопластовым уплотнением 25, снижающим трение. Торцевая крышка 8 крепится к цилиндрической части 1 корпуса винтами 26. В цилиндрической части 1 корпуса выполнены продольные каналы 27 и 28. В продольный канал 27 с противоположных сторон вставлены дроссельный винт 29 и запорный шарик 30, а в продольный канал 28 вставлены дроссельный винт 31 и запорный шарик 32. Запорные шарики 32 и 30 поджаты пружинами 33 и 34, сила поджатия обеспечивается винтами 35 и 36. Дроссельные винты 29 и 31 герметизированы уплотнениями 37, 38, 39 и 40. На корпусе в районе расположения всех четырех винтов нанесены регулировочные метки (не показаны). В гильзе 4 выполнены радиальные отверстия 41. Заодно с подвижным штоком 18 выполнен поршень 42. Полость подвижного штока 18, ограниченная поршнем 17, жестко связанным с неподвижным штоком 11, и торцем неподвижного штока 11, является штоковой гидравлической полостью 43, а гидравлическая полость в корпусе, ограниченная поршнем 42 подвижного штока, является поршневой гидравлической полостью 44. Пневматическая полость 45 образована гильзой 4, неподвижным штоком 11, жестко связанным с ним поршнем 17 и торцевой крышкой 8. Дроссельные винты 29 и 31 и фасонные расточки продольных каналов 27 и 28 образуют регулируемые дроссели 46 и 47 соответственно. Запорные шарики 30 и 32 и фасонные расточки продольных каналов 27 и 28 образуют обратные клапаны 48 и 49 соответственно. Радиальные отверстия 41, кольцевые проточки 2 и 3, радиальные каналы 12 и осевой канал 13 соединяют штоковую гидравлическую полость 43 и поршневую гидравлическую полость 44 с продольными каналами 27 и 28.

При воздействии на пневмогидравлический демпфер внешней сжимающей силы шток 18 втягивается, при этом рабочая жидкость перетекает из штоковой гидравлической полости 43 в поршневую гидравлическую полость 44 через регулируемый дроссель 46, канал 28, обратный клапан 48. Обратный клапан 49 при этом закрыт. В штоковой гидравлической полости 43 возникает давление рабочей жидкости, определяемое гидравлическим сопротивлением регулируемого дросселя 46. Одновременно при втягивании штока возрастает давление газа в пневматической полости 45. Давление в штоковой гидравлической полости 43 и давление в пневматической полости 45 определяют суммарную силу сопротивления на штоке, противодействующую внешней сжимающей силе.

При воздействии на пневмогидравлический демпфер внешней растягивающей силы шток 18 выдвигается, при этом рабочая жидкость перетекает из поршневой гидравлической полости 44 в штоковую гидравлическую полость 43 через регулируемый дроссель 47, канал 27, обратный клапан 49. Обратный клапан 48 при этом закрыт. Возникает давление рабочей жидкости в гидравлической поршневой полости 44, определяемое гидравлическим сопротивлением регулируемого дросселя 47. Разность давления в гидравлической поршневой полости 44 и давления в пневматической полости 45 определяет силу сопротивления на штоке, противодействующую внешней растягивающей силе.

Рабочая жидкость, перетекая из одной гидравлической полости в другую через соответствующий регулируемый дроссель, совершает работу, поглощая часть энергии, получаемой пневмогидравлическим демпфером при колебаниях.

При снятии внешней силы шток 18 под воздействием давления газа в пневматической полости 45 плавно возвращается в исходное выдвинутое положение.

Как видно из описания предлагаемого технического решения, результатом изобретения является возможность точной регулировки таких параметров, как сила и скорость на штоке раздельно для его втягивания и выдвижения в зависимости от ожидаемого характера колебаний, что повысит качество их гашения, включая возможность устранения явления резонанса. Так, например, при использовании пневмогидравлического демпфера в коленном модуле протеза бедра обеспечивается комфортность движения с максимальным приближением кинематических и динамических параметров работы протеза в различных режимах и условиях, например при беге, быстрой ходьбе, спокойной ходьбе, с учетом веса пользователя, к параметрам сгибаний коленного сустава при движении на нормальной конечности.

Литература

1. Патент RU №2020318, МПК7 F 16 F 9/06, 30.09.94.

2. Патент WO 00/47912, МПК7 F 16 F 9/06, 9/58, 17.08.00 - прототип.