Результат интеллектуальной деятельности: ДЕМПФЕР

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для демпфирования движения звеньев машин, амортизации колебаний и ударных нагрузок, например вагонов подвижного состава железных дорог.

Известны аналогичные устройства для демпфирования ударных и вибрационных нагрузок, имеющие поршень со штоком, заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон (патент США №3875612, 1975 г, E 05 F 03/22; патенты РФ 2109184, 4050114, 1977 г. E 05 F 15/20, 4263494).

Недостатком указанных аналогичных технических решений является равенство сопротивлений перемещению поршня со штоком при прямом и обратном ходе, что снижает плавность торможения.

За прототип принят демпфер (патент РФ №2109184, F 16 F 9/00, E 05 F 3/00 с приоритетом 15.04.97), включающий поршень со штоком, гидравлическую камеру с вязкой жидкостью, пружину, заключенные в цилиндрический патрон.

Недостатком прототипа является относительно невысокая его способность демпфирования, осуществляемого за счет дросселирования вязкой жидкости по винтовым канавкам, когда механическая энергия преобразуется в тепловую, механизмом сдвиговой вязкости при трении жидкости внутри зазора и о стенки цилиндро-поршневой пары.

Заявляемое техническое решение лишено указанного недостатка. Сущность изобретения заключается в том, что демпфер, включающий в себя поршень со штоком, пружину, заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон, дополнительно снабжен двумя комплектами лопастного механизма, состоящего из водила, крыльчатки и винтовой направляющей, каждый из которых установлен в гидравлических верхней и нижней камерах, соответственно, причем поршень удерживается от вращения относительно цилиндрического патрона посредством шпоночного соединения, шпонка которого закреплена на поршне, а длинный шпоночный паз выполнен на внутренней поверхности цилиндрического патрона, водила закреплены непожвижно на поршне соосно ему с обоих сторон противоположных торцев, каждая крыльчатка соединена с водилом посредством спиральных шлиц, а с направляющей - посредством цилиндрического подвижного соединения и осевого ограничителя с возможностью вращения ее вокруг собственной оси при возвратно-поступательном движении поршня, причем при разных осевых нагрузках на нижнюю и верхнюю гидравлические камеры пружины меньшей и большей жесткости устанавливаются в гидравлические камеры с меньшей и большей нагрузкой, соответственно, а при различии нагрузок в 2 и более раз - только в гидравлическую камеру с большей нагрузкой. Отличительные признаки изобретения заключаются в:

1) изменении структуры путем ввода новых конструктивных элементов, а именно: двух комплектов лопастных механизмов из четырех деталей и деталей крепежа;

2) изменении характера связей, а именно: введение шпоночного соединения поршня с цилиндрическим патроном.

Техническая задача, которую решает изобретение: повышение демпфирующей способности.

Доказательство возможности решения технической задачи с помощью отличительных признаков: крыльчатки получают вращательное движение вокруг своей оси посредством лопастного механизма при каждом ходе поршня со штоком. При этом вращении лопасти крыльчатки взаимодействуют с вязкой жидкостью, преобразуя энергию колебаний в тепло за счет трения в объеме жидкости, заполняющей цилиндры.

Сравнительный анализ показывает, что отличительные признаки изобретения отсутствуют в прототипе и других известных технических решениях. Доказано, что с помощью реализации отличительных признаков удается решить поставленную техническую задачу - повышение сопротивления и демпфирования. Следовательно, отличительные признаки изобретения являются существенными.

В заявке представлены графические материалы: продольный вертикальный разрез демпфера.

Демпфер в статике. Поршень 1, жестко связанный со штоком 2 и по подвижной посадке - с внутренней цилиндрической поверхностью 3 цилиндрического патрона 4, а также посредством шпонки 5 с продольным шпоночным пазом 6, лишен возможности поворота вокруг главной оси ОО при его возвратно-поступательном движении. Поршень 1 разделяет цилиндрический патрон 4 на нижнюю и верхнюю камеры. В нижней и верхней камерах кроме пружины 7 сжатия размещены лопастные механизмы, включающие водила 8, закрепленные винтами 9 на поршне 1 на противоположных его торцах 10 и соединенные со штоком 2 цилиндрическим соединением, крыльчатки 11, соединенные спиральным шлицевым соединением с водилами 8 с возможностью вращения вокруг своей оси при возвратно-поступательном движении поршня 1 с водилами 8, а наружной цилиндрической поверхностью 12 и торцом 13 - с направляющей 14. В осевом направлении крыльчатки 11 лишены степени свободы посредством осевого ограничителя 15. Крыльчатки 11 выполнены из двух запрессованных друг в друга деталей: собственно крыльчатки 11 - детали с лопастями и гайки 16. Цилиндрический патрон 4 снизу со стороны нижней камеры закрыт крышкой 17, а со стороны верхней камеры - крышкой 18, в которых установлены стакан 19 и втулка 20 соответственно. Соосно крышке 17 на ней закреплена направляющая 14, а вторая направляющая - на крышке 18.

Демпфер в динамике. Со штоком 2 соединяется объект, подлежащий амортизации. Объектом может быть, например, тележка железно-дорожного вагона. Объект при движении совершает вынужденные колебания в вертикальном направлении.

Колебательные движения тележки относительно вагона передаются на шток 2 и поршень 1. При их движении вниз вязкая жидкость из нижней камеры в зазоры поршня 1 с цилиндрическим патроном 4 дросселирует в верхнюю камеру. В нижней камере при опускании водила 8 благодаря шлицевому спиральному зацеплению приводится во вращение крыльчатка 11 вокруг собственной оси. Лопасти крыльчатки 11 взаимодействуют с вязкой жидкостью. Возрастает сопротивление перемещению поршню 1 со штоком 2. Сопротивление возрастает и благодаря сжатию пружин 7. Пружины 7 в нижней камере при сжатии, а в верхней камере - при растяжении, накапливают механическую энергию. При изменении направления колебательного движения вязкая жидкость дросселирует в обратном направлении, просачиваясь из верхней в нижнюю камеры. Крыльчатки 11 начинают вращаться в обратную сторону. Таким образом, за цикл колебаний демпфирование увеличивается за счет взаимодействия крыльчаток с вязкой жидкостью в обеих камерах. В связи с тем, что давления в камерах различны, в камеру с высоким давлением устанавливается пружина 7 большей жесткости, чем в камере с малым давлением. Если же эта разница весьма существенна, например в 2 и более раз, то пружина 7 устанавливается только в камере с высоким давлением.

Пример конкретного использования. Предложенные демпферы устанавливаются, например, на тележку модели 18-100 грузового вагона, рассчитанную на конструкционную скорость 120 к/ч, состоящую из двух колесных пар. В качестве вязкой жидкости используют тормозную жидкость марки БСК с кинематической вязкостью при температуре - 40°С не более 2500 мм²/с. Известно, что условия эксплуатации вагонов таковы, что давление в нижней камере всегда превышает давление в верхней камере. Поэтому пружина в нижней камере имеет более высокую жесткость, чем пружина в верхней камере. Динамическая энергия колебаний преобразуется в тепло вязкой жидкости при дросселировании через зазоры согласно описанному механизму и благодаря перемешиванию крыльчатками. В итоге обеспечивается амортизация вагона при его движении в составе поезда, что снижает динамическую составляющую контактной нагрузки и уменьшает износ рельс, колес и колесных подшипников.

Экономический эффект может быть определен как разность дохода от увеличения долговечности работы вагона и дополнительных затрат на изготовление и эксплуатацию демпферов.