пневматический демпфер

Формула изобретения

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР, содержащий цилиндр с крышками, полый шток, связанный с поршнем и выполненный с отверстиями для сообщения штоковой и бесштоковой полостей цилиндра, дроссельную втулку, жестко соединенную с внутренней поверхностью штока, направляющий стержень с упорами, золотник, выполненный с двумя симметричными коническими наружными поверхностями с уменьшением их диаметров к периферии и установленный подвижно на направляющем стержне между упорами с образованием регулируемого дроссельного отверстия, образованного цилиндрической и конической поверхностями, сальниковое уплотнение штока, циркуляционную систему смазки трущихся деталей и штуцер с обратным клапаном для сообщения внутренней полости цилиндра с источником сжатого газа, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона работы, большие диаметры конических поверхностей золотника расположены с непосредственным контактированием друг с другом, при этом внутренняя поверхность дроссельной втулки выполнена цилиндрической с образованием указанного регулируемого дроссельного отверстия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для гашения механических колебаний, в особенности обрессоренных частей транспортных средств, в частности вертикальных и горизонтальных колебаний рам тележек и кузовов тепловозов, электровозов и пассажирских вагонов.

Известен пневматический демпфер, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположен полый плунжер, образующий со стенками корпуса камеру переменного объема, соединенную дроссельным отверстием с плоскостью плунжера, внутри которого размещен поршень со штоком, находящимся в контакте с торцевой стенкой корпуса, причем дроссельное отверстие выполнено в штоке поршня, а полость плунжера сообщена с источником текущей среды.

Это устройство принимается в качестве аналога. Недостатком его является невозможность обеспечения сдвига по фазе на 90^о между перемещением плунжера и силой.

Из известных демпферов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гаситель колебаний, содержащий цилиндр с крышками, жестко связанный с поршнем полый с внутреннего торца шток, выполненный с центральным дроссельным и боковыми транзитными отверстиями, через которые сообщаются между собой штоковая и бесштоковая полости цилиндра, установленный в дроссельном отверстии с возможностью продольного перемещения между упорами на направляющем стержне, соединенном шарнирно с верхней крышкой, цилиндродвухконусный золотник (цилиндродвухконусная игла), сальниковое уплотнение штока, циркуляционную систему смазки трущихся деталей и штуцер с обратным клапаном, сообщающий внутреннюю полость цилиндра с источником сжатого газа.

Этот гаситель колебаний принимается в качестве прототипа. Наиболее существенным недостатком этого устройства является значительная масса подвижного цилиндродвухконусного золотника, что увеличивает время его переброса из одного крайнего положения в другое, ограничивая при этом частотный диапазон работы демпфера.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона работы демпфера.

Это достигается тем, что подвижный золотник выполняется двухконусным с непосредственным контактированием больших диаметров друг с другом, а суживающееся от торцов к центру дроссельное кольцо прототипа заменяется цилиндрической втулкой с образованием регулируемого таким путем дроссельного отверстия.

Предлагаемое устройство регулирования потока газа (сжатого воздуха) позволяет по сравнению с прототипом снизить массу золотника и, следовательно, ускорить его перемещение из одного крайнего положения в другое, что обеспечивает расширение частотного диапазона работы пневматического демпфера.

Указанными свойствами не обладают приведенные выше аналоги. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.

На чертеже показан общий вид демпфера, разрез.

Он содержит цилиндр 1, закрытый с торцов верхней 2 и нижней 3 крышками, стянутыми между собой болтами 4 и уплотненными по разъемам резиновыми прокладками 5. В цилиндре установлен поршень 6, снабженный компрессионными кольцами 7, жестко соединенный с штоком 8 с помощью конической прессовой посадки и гайки 9. Верхний конец штока выполнен полым с тремя цилиндрическими участками разного диаметра. В верхнюю расточку запрессована цилиндрическая втулка 10. От среднего участка расточки, диаметр которого больше внутреннего отверстия цилиндрической втулки, просверлены на внешнюю сторону штока три наклонных отверстия 11. Диаметр нижней глухой расточки равен внутреннему диаметру цилиндрической втулки. В центре отверстия цилиндрической втулки размещен с зазором золотник 12, выполненный так, что большие диаметры конических поверхностей золотника расположены с непосредственным контактированием друг с другом. Золотник установлен на направляющем стержне 13 с возможностью продольного перемещения между верхним и нижним упорами. Верхний сферический конец стержня 13 с помощью разъемного фланца 14 и болтов 15 прикреплен к верхней крышке подвижно для угловых движений вокруг осей Эйлера, а нижний конец снабжен направляющей головкой 16, помещенной в глухом отверстии штока. Нижний конец штока проходит на внешнюю сторону штоковой полости цилиндра через сальник 17, смонтированный в нижней крышке.

Пневмодемпфер снабжен также циркуляционной системой смазки трущихся деталей и штуцером с обратным клапаном, соединяющим внутреннюю бесштоковую полость цилиндра 1 с источником сжатого воздуха (газа) для подпитки утечек, как это имеет место в прототипе.

Демпфер работает следующим образом.

При движении поршня 6 в цилиндре 1, например, вверх давление воздуха в бесштоковой полости становится выше, чем в штоковой, и сжатый воздух перетекает через регулируемое дроссельное отверстие, образуемое цилиндрической втулкой 10, двухконусным золотником 12, большие диаметры конических поверхностей которого расположены с непосредственным контактированием одна к другой и наклонными каналами 11, из бесштоковой в штоковую полость цилиндра 1. Под действием перепада давления и потока сжатого воздуха золотник 12 перемещается по направляющему стержню 13 вниз до упора. При сходе нижнего среза цилиндрической втулки 10 с наибольшего диаметра золотника 12 начинается резкое увеличение проходного сечения для перетекания сжатого воздуха, в результате чего при подходе поршня 6 к расчетному верхнему положению сжатый воздух из бесштоковой полости по широкому кольцевому каналу между нижним срезом втулки 10 и малым диаметром верхнего конуса золотника 12, через наклонные отверстия 11 в штоке 8 устремляется в бесштовокую полость и давления в этих полостях сравниваются. С началом обратного движения поршня 6 поток воздуха меняет направление и устремляется из штоковой полости через регулируемый дроссельный канал в бесштоковую. При этом легкий золотник 12 в начале обратного движения поршня 6 перебрасывается вверх до упора по направляющему стержню 13, что приводит к резкому уменьшению проходного сечения дроссельного канала, росту перепада давлений между полостями и, следовательно, росту демпфирующей силы гасителя. Однако с ростом пройденного поршнем 6 в цилиндре 1 расстояния верхний срез цилиндрической втулки 10 начинает сползать с нижнего конуса золотника 12. Проходное сечение для перетекания воздуха увеличивается, в результате чего при подходе поршня 6 к нижней точке давления в штоковой и бесштоковой полостях сравняются, а значит, и демпфирующая сила в крайних положениях поршня 6 становится равной нулю.

Далее этот процесс повторяется.

Регулировка проходного сечения дроссельного канала рассчитана таким образом, чтобы демпфирующая сила, создаваемая разностью давлений воздуха в полостях, достигала максимума при проходе поршнем 6 среднего положения.

Следует также отметить, что головка 16 направляющего стержня 13, размещенная в нижней глухой расточке штока 6, удерживает стержень в среднем положении относительно цилиндрической втулки 10,, благодаря чему золотник 12 не соприкасается с ней при движении. Это исключает износ регулирующих поверхностей золотника 12 и сохраняет высокую стабильность характеристик пневмодемпфера в эксплуатации.

Упрощение конструкции золотника 12 путем удаления средней цилиндрической части позволяет уменьшить его массу почти вдвое. Благодаря этому удается существенно повысить частоту колебаний, при которой пневматический демпфер эффективно работает, так как чем легче золотник 12, тем быстрее он перебрасывается из одного положения в другое. При этом дополнительно повышается и надежность работы золотникового механизма, так как снижается сила удара золотника 12 о стержень 13. Имеется также выгода и преимущество в технологическом отношении, так как цилиндрическую втулку 10 изготовить проще, чем дроссельное кольцо с двумя скосами.

Экспериментальные исследования показывают, что пружинки золотника не оказывают сколько-нибудь заметного действия на движение золотника 12, так как создаваемые ими силы пренебрежимо малы по сравнению с газовыми силами. Поэтому они исключены в предлагаемой конструкции демпфера.