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.DISPOSITIF AMORTISSEUR,
La présente invention a pour objet un dispositif¯amortisseur des- tiné à traduire l'amortissement d'un système oscillant quelconque, suspension à ressort d'un véhicule, suspension pendulaire permettant les déplacements latéraux d'un boggie de wagon de locomotive, ou autre., -Ce dispositif amortisseur est essentiellement caractérisé par un piston se déplaçant dans un cylindre fermé à ses deux extrémités et par des jeux de ressorts qui agissent sur des clapets ou organes analogues.
Ces ressorts peuvent préférablement être disposés de manière à tendre à maintenir ledit piston dans une position moyenne d'équilibre,
L'éloignement du piston de cette position d'équilibr, dans un sens ou dans l'autre, s'effectue préférablement sans qu'il se produise l'ef- fed d;amortissement, grâce à ce fait que le liquide (huile ou autre) qui rem- plit le cylindre peut s'écouler librement par des orifices relativement grands de la capacité du cylindre qui se trouve en avant du piston en mouvement.
Le retour du piston dans cette position d'équilibre, dans un sens ou dans l'autre, s'effectue au contraire avec un effet d'amortissement très accentué d'abord puis s'affaiblissant de plus en plus rapidement, grâce à ce fait que le liquide qui remplit la capacité du cylindre en avant du piston en mouvement ne peut trouver à s'écouler qu'une fois surmontée Inaction de l'un des ressorts sur les clapets précités, action qui varie à mesure que le piston se rapproche de la position d'équilibre.
Le dispositif comporte en outre un réservoir de liquide, rigide ou non, qui peut être mis en communication avec le cylindre, en vue du remplis- sage de ce dernier, par l'intermédiaire d'un clapet (ou organe analogue) ou grâce à un léger jeu existant entre la tige du piston mobile et la paroi du réservoir.
Une soupape de sûreté ou organe analogue peut être prévue pour
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permettre de limiter 1' effort d'enfoncement du piston en évacuant dans le ré- servoir les excédents de liquide.
Le réservoir de liquide peut être constitué par un espace libre ménagé entre le cylindre et une enveloppe extérieure, et communiquant avec l'intérieur du cylindre
Au réservoir de liquide peut être adjoint un réservoir auxiliaire dans lequel se produit une légère surpression qui assure un meilleur remplis- sage du cylindre.
Le piston mobile peut être muni de deux clapets (ou organes ana- logues) s'ouvrant en sens inverse et soumis chacun à l'action d'un ressort ; l'action alternative de l'un et l'autre ressort provoquant les effets d'amor- tissement précités.
La tige du piston mobile peut être percée d'un canal communiquant avec le réservoir de liquide et muni ou non d'un clapet de retour.
La tige du piston mobile peut être munie d'une contre-tige se dé- plaçant avec un léger jeu dans une crapaudine, afin d'éliminer toute possibi- lité d'émulsion du liquide au cours des oscillations du dispositif.
La tige du piston mobile peut être en deux parties coulissant l'une dans l'autre avec interposition d'un dash-pot qui permet un réglage automati- que de la longueur de cette tige en fonction de la charge statique variable du véhicule à amortir.
La tige du piston mobile peut être creuse, percée sur sa longues d'orifices échelonnés,, et combinée avec une contre-tige creuse également, so- lidaire du cylindre de l'amortisseur, et sur laquelle coulisse la tige de pis- ton creuse. Cette disposition permet au liquide du réservoir à liquide de l'amortisseur d'alimenter la partie inférieure du cylindre de ce dernier, par l'intermédiaire des orifices de la tige de piston creuse, de cette dernière, de la contre-tige creuse et d'un ou plusieurs orifices disposés à la partie in- férieure de la contre-tige.
Le piston mobile peut ne comporter qu'un seul clapet ; ceclapet peut être soumis aux actions antagonistes de deux ressorts qui le maintien- nent ouvert dans la position d'équilibre du piston.
L'un au moins des ressorts assurant le fonctionnement du disposi- tif peut être un ressort hélicoïdal télescopique.
L'un de ces ressorts peut, par l'intermédiaire de chevilles ou au- tres, provoquer, contre l'action de son ressort d'appui, l'ouverture d'un cla- pet ou autre organe analogue faisant communiquer l'une des capacités du cylin- dre avec le réservoir de liquide.
L'autre capacité du cylindre peut communiquer par un clapet à res- sort avec le réservoir de liquide.
Un ou plusieurs des clapets peuvent être constitués chacun par un clapet annulaire entourant la tige du piston et s'appliquant sur plusieurs (trois par exemple) orifices équidistants de préférence.
Les ressorts agissant sur les clapets et provoquant les effets d'amortissement dans les courses de retour du piston à sa position d'équili- bre seront de préférence homothétiques en substance des ressorts de suspension ou de la force de rappel des systèmes oscillants considérés.
Aux dessins ci-joints sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif amortis- seur conforme à l'invention; la figure 2 est une vue de détail, en coupe, d'une variante de sou- pape de sûreté; les figures 3 à 6 et 8 sont des vues en coupe verticale de diver-
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ses autres formes de réalisation de l'invention, dans lesquelles le piston comporte toujours deux clapets à ressort ; la figure 7 est une vue en coupe verticale d'une variante de l'in vent ion, dans laquelle le piston ne comporte qu'un seul clapet à ressort; un clapet à ressort étant disposé dans chacun des fonds du cylindre.
Le dispositif amortisseur suivant la figure 1 est constitué par un cylindre 1 à l'intérieur duquel se déplace un piston 2. Chacun de ces élé- ments est relié, en 3, 4 respectivement, à l'un des organes (châssis et es- sieux d'un véhicule par exemple,ou autres) entre lesquels un effet d'amortis- sement doit être réalisé.
La tige 5 du piston 2 porte à son extrémité extérieure un disque 6, et un soufflet 7 est fixé d'une part à ce disque et d'autre part au bord supérieur d'un cylindre 1. Ce dernier est fermé à cette extrémité par un dis- que 8, opposé au fond 9 du cylindre.
Le piston 2 porte deux clapets 10 et 11, qui s'ouvrent en sens op- posé, et qui reposent chacun sur le rebord légèrement surélevé d'un orifice 12-13 percé dans le piston 2. Ces clapets peuvent se déplacer entre leurs sièges et deux redents 14-15 respectivement portés par le piston 2 et par la tige 5 de ce dernier.,
Chacun de ces clapets est soumis à l'action d'un ressort 16-17 qui appuie, l'un sur le disque 8 et l' autre sur le fond 9 du cylindre 1.
La tige 5 du piston 2 traverse le dique 8 par l'intermédiaire d'une garniture quelconque appropriée 18, dont un des éléments présente un re- dent 19 destiné à limiter la course d'un clapet 20 qui peut venir obturer un orifice 21 percé dans le disque 8
Ce dernier porte en outre une soupape de sûreté constituée par exemple par une bille 22 soumise à 1-'action d'un ressort 23 et venant obturer un orifice 24 percé dans le disque 8. Cette soupape de sûreté pourrait égale- ment être constituée (figure 2) par une lame métallique flexible 25 reposant sur l'orifice 24.
Le fonctionnement du dispositif amortisseur est le suivant: - Sur la figure 1, le piston 2 est représenté en position d'équi- libre, - Si le piston est amené à se déplacer vers le bas, le clapet 11 se ferme et est appuyé par le ressort 17 contre son siège, tandis que le cla- pet 10 s'ouvre et laisse librement s'écouler, de l'espace qui se trouve au- dessous du piston dans l'espace qui se trouve au dessus de ce dernier, le li- quide (huile par exemple) qui remplit le cylindre 1 et le soufflet 7 formant réservoir de liquide.
Dans cette course du piston 2, aucun effet d'amortissement ne se produit donc.
Le clapet 20 laisse le liquide du réservoir 7 s'écouler libre- ment dans le cylindre 1.
Dans la course de retour du piston 2 vers sa position d'équili- lare, les clapets 10 et 20 se ferment, et le clapet 11 reste fermé par l'ac- tion du ressort 17; le liquide ne peut donc s'écouler de la capacité supé- rieure ni dans la capacité inférieure du piston,ni dans le réservoir; pour s'écouler dans cette dapacité inférieure, il devra vaincre l'action du res- sort 17 qui, au fur et à mesure que le piston se rapproche de sa position d'équilibre, s'affaiblit de plus en plus rapidement.
Il en résultera un effet d'amortissement,très fort au début et allant ensuite en décroissant de plus en plus vite.
Si le piston 2 s'éloigne maintenant en sens inverse de sa posi- tion d'équilibre c'est-à-dire en se déplaçant vers le haut)., il ne se produi'- ra, dans cette course du piston, aucun effet d'amortissement, car le liqui-
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de se trouvant au-dessus du piston s'écoulera librement dans la capacité in- férieure du cylindre par le clapet 11 ouvert.
Mais, lorsque le piston voudra revenir à sa position d'équilibre, les clapets 10 et 11 étant fermés, le liquide qui se trouve en avant du pis- ton (c'est-à-dire dans la capacité inférieure du cylindre 1) ne pourra s'é- couler dans la capacité supérieure de ce dernier qu'en surmontant la pres- sion exercée par le ressort 16.
Il en résultera un effet d'amortissement qui, comme précédemment, ira en décroissant de plus en plus vite, à mesure que le piston 2 se rappro- chera de sa position d'équilibre.
La soupape de sûreté 22-23 est destinée à limiter à un maximum admissible l'effort exercé par le piston 2 s'éloignant (en remontant) de sa position d'équilibre; en s'ouvrant elle permettra alors au liquide qui se trouve au-dessus du piston de s'écouler dans le réservoir 7 par les orifices 24 et 26.
Dans la forme de réalisation de la figure 3, le piston 2 est per- cé axialement d'un canal 27 qui communique par une lumière 28 avec l'encein- te du soufflet-réservoir de liquide 7 et qui débouche dans une crapaudine cy- lindrique 29, fixée sur le fond 9 du cylindre et dans laquelle coulisse avec un léger jeu un prolongement 30 de la tige du piston, formant contre-tige.
Cette disposition permet d'éliminer tout danger d'émulsion du li- quide de l'amortisseur au cours des oscillations du système.
Le fonctionnement est le même que précédemment.
Dans la variante de réalisation de la figure,4, le réservoir d'hui- le à soufflet est remplacé par un réservoir fixe 31 disposé à la partie supé- rieure du cylindre 1. Le piston 2 est encore muni d'une contre-tige 30 coulis- sant avec un certain jeu dans une crapaudine 29,et l'ensemble piston et sa contre-tige est en deux parties coulissant l'une dans l'autre avec un léger jeu. Le piston 2 comporte une portion 32 de plus faible diamètre, qui se dé- place avec un léger jeu dans un épaulement intérieur 33 de la contre-tige 30 et qui se termine par une tête cylindrique rapportée 34. Cette disposition ménage deux capacités 35 et 36 qui forment dash-pot.
La tige 5 du piston est percée d'un canal 37 communiquant par une lumière 38 avec la capacité supérieure du cylindre 1,et un clapet 39 avec res- sort d'appui 40 permet d'obturer l'orifice de ce canal.
- une soupape de sûreté à bille 22 avec ressort d'appui 23 est dis- posée entre la capacité supérieure du cylindre 1 et le réservoir 31 (comme En figure 1).
Le fonctionnement du dispositif d'amortisseur est toujours le mê- me
Lorsque le dispositif amortisseur est utilisé pour amortir les effets de la suspension à ressort d'un véhicule, les ressorts 16 et 17 ont, comme précédemment tendance à maintenir le piston en position d'équilibre, et le dash-pot 35-36 permet à la tige de piston de se déplacer lentement pour at- teindre alors une longueur correspondant à la charge statique (variable) du véhicule.
Ce dispositif de réglage de la longueur de la tige du piston par dash-pot peut être adapté aux dispositifs amortisseurs des figures précéden- tes.
Le liquide qui s'écoulerait le long de la contre-tige est remonté par les oscillations du dispositif amortisseur à travers le clapet 39.
Le remplissage de la partie active du dispositif amortisseur peut se faire: soit grâce au léger jeu 41 existant entre la tige 5 et le réservoir 31 et par les orifices 42; soit grâce à un clapet d'admission du réservoir 31 dans la capacité supérieure du cylindre 1, analogue au clapet 20 de la figu- re 1.
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La figure 5 est une variante de réalisation plus particulièrement applicable aux chars d'assaut et dans laquelle on retrouve les principaux éléments de la forme de réalisation de la figure 1 dont cette variante épou- se le mode de fonctionnement.
La tige 5 du piston 2 et le cylindre 1 sont solidaires respecti- vement chacun de l'un des éléments A et B du char entre lesquels est dispo- sé le système- élastique C.
- 43 est une soupape à ressort de sûreté faisant communiquer la capacité inférieure du cylindre 1 avec une chambre 44 qui communique par un espace libre 45 (ménagé entre le cylindre 1 et une enveloppe fixe 46) et une lumière 47 avec une capacité 48 entourant la tige 5 du piston; cet ensemble forme réservoir de liquide;, et le remplissage de la partie active de l'amor- tisseur est assuré par le léger jeu qui existe entre la tige 5 du piston et la partie 8' du couvercle 8 du cylindre.
Dans la variante de réalisation de la figure 6,la tige 5 du pis- ton est percée d'un canal 49, que peut obturer un clapet élastique 50 et qui fait communiquer la capacité supérieure du cylindre 1 avec le soufflet-ré- servoir 70
51 est une réserve auxiliaire de liquide aui communique avec la capacité supérieure du cylindre 2 par des orifices 21 et un clapet 20 d'ad- mission du liquide dans le cylindre;, ainsi que par une soupape de sûreté 22- 23 analogue à celle de la figure 1.
L'aspiration de liquide du soufflet-réservoir 7, par le canal 49 et son refoulement à travers le clapet 50 produisant, en marche, une légère surpression en 5le ce qui assurera un meilleur fonctionnement du remplissage du cylindre par le clapet 20.
Il y a lieu de noter qu'il pourra y avoir intérêt à disposer chacun des clapets 10-11 sous forme d'un clapet annulaire qui viendra s'ap- pliquer sur trois orifices équidistants (respectivement 12 et 13), en légère saillie toujours de préférence.
Chaque clapet s'ouvrira alors lorsque la pression du liquide agissant sur-la section des trois orifices de passage contre-balancera, pour chaque orifice, le tiers de la force du ressort an- tagoniste (dans la course de retour du piston à sa position d'équilibre)
Enfin chaque clapet 10 pourra être muni d'une petite rondelle Belleville (telle que 52 en figure l) qui maintiendra le clapet sur son siège de manière à accentuer l'efficacité du dispositif amortisseur dans le cas de très faibles oscillations à amortir.
Si l'on considère la masse M dont le mouvement doit être amorti, le calcul permet de déterminer de combien se trouvera réduite son élonga- tion au delà de la position d'équilibre à la suite d'une oscillation com- plète d'un tel dispositif amortisseur conforme à l'invention.
Si K est la flexibilité du ressort de suspension de cette masse (dont le poids est Mg). si h est la flèche de ce ressort dans la position d'équilibre, et;;! sa flèche après compression dudit ressort d'une quantité 1: au delà de cette position, nous avons les équations de mouvement suivantes dans les quatre phases d'une oscillation complète du dispositif amortisseur:
- Dans la première phase de retour à la position d'équilibre, le freinage de l'amortisseur (qui entre efficacement en action, comme nous l'avons vu.) étant supposé proportionnel à (y-h), s'écrit:
EMI5.1
A1 = K1 (y-h) Inéquation de mouvement est alors
EMI5.2
Myfl s Mag - Ky (réaction du ressort) + K, (y-h) = (K 1 - K) (y-h)
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ce qui correspond à un mouvement oscillatoire simple de périodes
EMI6.1
i=2 M KmKl la durée de cette première phase sera donc:
EMI6.2
t= if V 14 2 K - K
A l'instant du passage à la position d'équilibre la vitesse V1 sera telle que:
EMI6.3
1 M V-2 = I (K - K1) 12 2 2 d'où
EMI6.4
V?=ji- (Ii - K) bi l - Dans la deuxième phase, le ressort (et le masse M) s'éloignant de la position d'équilibre, il n'y a, comme nous 1-1 avons vu, aucun effet d'a- mortissement, et Inéquation du mouvement est simplement
My"- Mg - Ky = K (y - h)
Le calcul montrerait comme précédemment que la durée de cette deu- xième phase sera:
EMI6.5
t-2 = e z et l'élongation maximum 11 sera telle que:
EMI6.6
1 KV = I K1Î %=-1 S: -K d'où 1:1=-1 /#### K- - La troisième phase correspond au retour à la position d'équili- bre.
Le freinage de 1-'amortisseur entre à nouveau en actions mais il agit en sens inverse de la première phase et il s'écrit:
A2=K2 (h-y)
Le équation du mouvement devient:
EMI6.7
Mrn = Mg - K3r K 2 (h-y) = (k2- K) (y- h)
Et l'on trouverait, comme précédemment, que la durée de la phase est?
EMI6.8
t3= i- KK2 V K --K2 -Dans la quatrième et dernière phase, le ressort (à la masse M)
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EMI7.1
s5éloigne de la position d;;équilibre; 1-lamortisseur n s,nerven à nouveau pas, et la durée de cette phase (identique à la deuxième) est:
EMI7.2
t4 = '71' V N 2 V s l'élongation maximum étant alors-,
EMI7.3
- K¯2 K
La durée totale de 10 oscillation sera égale à la durée des quatre phases, soit:
EMI7.4
T ::"1i' \ nr + 'Tt" M . JTL m K 2 VK:K1 2 Vry2 et l'élongation se trouvera finalement réduite de la valeur 1 à
EMI7.5
= 1 tK â (K - K2) :L2 K2 1121
La figure 7 représente une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le piston du dispositif amortisseur ne porte qu'un seul clapet à ressorte deux autres clapets à ressort étant montés sur les deux fonds d'ex- trémité du cylindre.
1 est toujours le cylindre, qui est alors monté à l'intérieur d'une enveloppe 53 avec, entre les deux un certain espace libre 54 formant ré- serve de liquide.
Le piston 2 porte un clapet 10 qui vient obturer des orifices 12.
Ce clapet est soumis par en-dessous à l'action d'un petit ressort 55 et par en dessus à l'action d'un fort ressort hélicoïdal télescopique 56 qui s'ap- puie d'autre part sur un disque 57 percé d'ouvertures 58 et coulissant légè- rement dans le cylindre 1 en agissant (lorsqu'il remonte) contre des chevilles 59 qui agissent elles-mêmes alors contre un clapet 60 destiné à obturer des orifices 61 du fond 8.du cylindre et soumis à Inaction de rondelles Bellevil- le 62.
Le fond 9 du cylindre est percé d'orifices 63 que vient obturer un clapet 64 soumis à l'action d'un ressort 65 prenant appui sur le fond 66 de l'enveloppe 53.Ces orifices font commuiquer la réserve de liquide 54 avec la capacité inférieure du cylindre 1, tandis que des lumières 67 et les orifices 61 peuvent permettre au liquide que contient la capacité supérieure du cylindre de passer dans cette même réserve,
Dans la figure 7, le piston 2 est en position d'équilibre.
S'il est amené à se déplacer vers le bas, le clapet 10 s'ouvre (aidé en cela par le ressort 55); le clapet 64 se ferme; le liquide passe li- brement de la capacité inférieure à la capacité supérieure du cylindre par les orifices 12 ; le liquide en excédent passe par les orifices 61 vers la réserve 54 en surmontant la pression des rondelles Belleville 62. Il n'y a aucun effet d'amortissement. Lorsque le piston revient à sa position d'équi- libre, le clapet 10 se ferme et une pression d'amortissement s'exerce à l'in-
EMI7.6
térieur de la capacité supérieure du cylindre 1 jusqu'à ce queelle soit ca- pable de vaincre la pression exercée par les rondelles Belleville 62 sur le clapet 60, de soulever ce dernier et de laisser s'écouler le liquide par les orifices 61 et 67 dans la réserve 54.
De la réserve 54 le liquide peut s'écouler dans la capacité infé- rieure du cylindre par les orifices 63 qu'ouvre le clapet 64.
Si le piston 2 vient à s'éloigner en sens inverse de sa position d'équilibre (vers le haut) le clapet 10 se fermer le ressort hélicoïdal 56 se
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comprime de plus en plus fortement, repoussant vers le haut le disque 57, et, par l'intermédiaire des chevilles 59, le clapet 60 qui repousse les rondelles Belleville 62. Les orifices 61 s'ouvrent en grand et le liquide s'écoule librement de la capacité supérieure du cylindre, par les ouver- tures 61 et 67 vers la réserve 54. Il n'y a pas d'effet d'amortissement.
Si maintenant lepiston 2 revient à sa position d'équilibre, le clapet 64 (qui s'était ouvert dans la phase précédente pour laisser le liquide de la réserve s'écouler dans la capacité inférieure du cylin- dre) se referme. Le clapet 10 reste fermé en raison de la grande compres- sion du ressort hélicoïdal 56, ce qui crée un fort effet d'amortissement; et ce dernier ira en diminuant graduellement à mesure que, l'action du ressort 55 devenant prédominante par rapport à celle du ressort 56, le cla- pet 10 commencera à s'ouvrir.
L'amortisseur représenté en figure 8 est semblable, dans son ensemble, à celui représenté en figure l, mais la tige 5 du piston est creu- se et coulisse lé long d'une contre-tige 68, également creuse, fixée au fond 9 du cylindre. Sur sa longueur, et de place en place, la tige creuse 5 du piston est percée d'orifices 69.
Une soupape d'admission à faible inertie comportant de préféren- ce un léger ressort de rappel 70 est disposée à l'extrémité inférieure de la contre-tige creuse 68, et permet au liquide du réservoir A de s'écouler dans la partie inférieure du cylindre 1 par un orifice 71, lors de la des- cente du piston 2.
Le fonctionnement de l'amortisseur est analogue à celui de l'a- mortisseur de la figure 1. Si le piston 2 se déplace vers le bas, le clapet 11 se referme sur le siège des orifices tels que 13 et est appuyé sur ces sièges par le ressort 17, tandis que le clapet 10 s'ouvre et laisse libre- ment s'écouler par les orifices 12, de l'espace qui se trouve au dessous du piston dans l'espace qui se trouve au dessus de ce dernier, le liquide (huile par exemple) qui remplit le cylindre 1 (et partiellement le réser- voir A).
Dans cette course du piston, aucun, effet d'amortissement ne se produit.
Dans la course de retour du piston vers sa position d'équili- bre (représentée sur la figure) le clapet 10 se ferme et le clapet 11 reste fermé sous l'action du ressort 17; le liquide ne peut donc s'écouler de la capacité supérieure du- cylindre dans la capacité inférieure de ce dernier, car tous les orifices 12-13 sont obturés. Pour s'écouler dans cette capacité inférieure, le liquide devra vaincre l'action du ressort 17 qui, au fur et à mesure que le piston se rapproche de sa position d'équilibre, s'affaiblit de plus en plus en plus rapidement.
Il en résulte un effet d'amortissement, très fort au début, et allant ensuite en décroissant de plus en plus vite..
Les mêmes phénomènes se produiraient si le piston 2 s'éloignait en sens inverse de sa position d'équilibre; l'effet progressivement décrois- sant d'amortissement se produira alors lorsque le piston regagnera sa posi- tion d'équilibre et que le liquide cherchera à s'écouler de la capacité in- férieure dans la capacité supérieure du cylindre 1 contre l'action du res- sort 16.
La disposition de la tige de piston creuse 5 et percée de trous, et de la contre-tige creuse 68, permet (si l'amortisseur est vertical ou incliné, la tige du piston vers le haut) le rassemblement de l'air à la par- tie supérieure du réservoir de liquide A. Le liquide de ce dernier peut en même temps alimenter la capacité inférieure du cylindre 1 par l'intermédiai- re de la soupape 70; ce liquide s'écoulant dans la contre-tige creuse par les orifices 69 de la tige de piston, qui se trouvent masqués par la contre- tige 68 au fur et à mesure de la descente du piston ,2 dans le cylindre.
La soupape d'échappement 22-23 pourrait éventuellement être dis-
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posée dans la contre-tige 68
Si la suspension du véhicule par exemple à amortir est à flexi- bilité variable, on devra prévoir préférablement des ressorts 16-17 à élas- ticité variable homothétique.
REVENDICATIONS.
1 - Dispositif amortisseur d'oscillations, caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison,, un cylindre fermé à ses deux extrémi- tés et renfermant un liquide, 'un piston susceptible de se déplacer dans le- dit cylindre de part et d'autre d'une position d'équilibre et percé d'ori- fices faisant communiquer les deux côtés dudit piston, des clapets ou orga- nes analogues permettant au liquide de s'écouler de la capacité supérieure ou inférieure dudit cylindre et dont une au moins est susceptible de s'ap- pliquer sur les orifices dudit piston, des jeux de ressorts agissant sur les- dits clapets de telle sorte que, lorsque le piston s'éloigne de sa position d'équilibre aucun effet d'amortissement ne se produise,
tandis que lors du mouvement de retour du piston vers sa position d'équilibre il se produise un effet d'amortissement allant en diminuant à mesure que le piston se rap- proche de sa position d'équilibre.
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SHOCK ABSORBER DEVICE,
The present invention relates to a damper device intended to translate the damping of any oscillating system, spring suspension of a vehicle, pendulum suspension allowing the lateral movements of a bogie of a locomotive wagon, or the like. ., -This damping device is essentially characterized by a piston moving in a cylinder closed at both ends and by sets of springs which act on valves or the like.
These springs may preferably be arranged so as to tend to maintain said piston in an average position of equilibrium,
The removal of the piston from this equilibrium position, in one direction or the other, is preferably carried out without the damping ef- fed occurring, thanks to the fact that the liquid (oil or other) which fills the cylinder can flow freely through relatively large openings of the capacity of the cylinder which is in front of the moving piston.
The return of the piston to this position of equilibrium, in one direction or the other, takes place on the contrary with a very accentuated damping effect at first then weakening more and more quickly, thanks to this fact. that the liquid which fills the capacity of the cylinder in front of the moving piston can only find its way out once it has been overcome Inaction of one of the springs on the aforementioned valves, an action which varies as the piston approaches the equilibrium position.
The device further comprises a liquid reservoir, rigid or not, which can be placed in communication with the cylinder, with a view to filling the latter, by means of a valve (or similar member) or by means of a slight play existing between the movable piston rod and the wall of the tank.
A safety valve or the like may be provided for
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make it possible to limit the push-in force of the piston by discharging excess liquid into the reservoir.
The liquid reservoir may be formed by a free space formed between the cylinder and an outer casing, and communicating with the interior of the cylinder.
An auxiliary reservoir may be added to the liquid reservoir in which a slight overpressure occurs which ensures better filling of the cylinder.
The movable piston may be provided with two valves (or similar members) opening in the opposite direction and each subjected to the action of a spring; the alternating action of one and the other spring causing the aforementioned damping effects.
The rod of the movable piston may be pierced with a channel communicating with the liquid reservoir and provided or not with a return valve.
The rod of the movable piston may be provided with a counter-rod which moves with a slight play in a slider, in order to eliminate any possibility of emulsifying the liquid during the oscillations of the device.
The movable piston rod can be in two parts sliding one inside the other with the interposition of a dash-pot which allows automatic adjustment of the length of this rod according to the variable static load of the vehicle to be damped. .
The movable piston rod can be hollow, pierced on its long staggered orifices, and combined with a hollow counter-rod also, integral with the shock absorber cylinder, and on which the hollow piston rod slides. . This arrangement allows the liquid from the liquid reservoir of the shock absorber to supply the lower part of the cylinder of the latter, through the orifices of the hollow piston rod, of the latter, of the hollow counter-rod and of 'one or more orifices arranged in the lower part of the counter-rod.
The movable piston may have only one valve; this valve may be subjected to the opposing actions of two springs which hold it open in the piston equilibrium position.
At least one of the springs ensuring the operation of the device may be a telescopic helical spring.
One of these springs can, by means of pins or others, cause, against the action of its support spring, the opening of a valve or other similar member making one communicate. cylinder capacities with the liquid reservoir.
The other capacity of the cylinder can communicate via a spring valve with the liquid reservoir.
One or more of the valves may each be constituted by an annular valve surrounding the piston rod and applying to several (three for example) orifices which are preferably equidistant.
The springs acting on the valves and causing the damping effects in the return strokes of the piston to its equilibrium position will preferably be substantially homothetic to the suspension springs or to the return force of the oscillating systems considered.
The accompanying drawings are shown, by way of non-limiting examples, various embodiments of the object of the invention.
FIG. 1 is a view in vertical section of a damping device according to the invention; FIG. 2 is a detail view, in section, of a variant of the safety valve; Figures 3 to 6 and 8 are vertical sectional views of various
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its other embodiments of the invention, in which the piston always comprises two spring valves; FIG. 7 is a view in vertical section of a variant of the invention, in which the piston comprises only one spring valve; a spring valve being arranged in each of the cylinder heads.
The shock-absorbing device according to FIG. 1 consists of a cylinder 1 inside which a piston 2 moves. Each of these elements is connected, at 3, 4 respectively, to one of the components (frame and es- if a vehicle for example, or others) between which a damping effect must be achieved.
The rod 5 of the piston 2 carries at its outer end a disc 6, and a bellows 7 is fixed on the one hand to this disc and on the other hand to the upper edge of a cylinder 1. The latter is closed at this end by a disc 8, opposite the bottom 9 of the cylinder.
The piston 2 carries two valves 10 and 11, which open in the opposite direction, and which each rest on the slightly raised rim of a hole 12-13 drilled in the piston 2. These valves can move between their seats. and two cusps 14-15 respectively carried by the piston 2 and by the rod 5 of the latter.,
Each of these valves is subjected to the action of a spring 16-17 which presses, one on the disc 8 and the other on the bottom 9 of the cylinder 1.
The rod 5 of the piston 2 passes through the disc 8 by means of any suitable gasket 18, one of the elements of which has a tooth 19 intended to limit the stroke of a valve 20 which can close a pierced orifice 21. in disk 8
The latter also carries a safety valve constituted for example by a ball 22 subjected to the action of a spring 23 and closing off an orifice 24 pierced in the disc 8. This safety valve could also be constituted ( figure 2) by a flexible metal blade 25 resting on the orifice 24.
The operation of the damping device is as follows: - In Figure 1, the piston 2 is shown in the equilibrium position, - If the piston is caused to move downwards, the valve 11 closes and is pressed by the spring 17 against its seat, while the valve 10 opens and lets freely flow, from the space which is below the piston into the space which is above the latter, the liquid (oil for example) which fills the cylinder 1 and the bellows 7 forming the liquid reservoir.
In this stroke of the piston 2, no damping effect therefore occurs.
The valve 20 allows the liquid from the reservoir 7 to flow freely into the cylinder 1.
In the return stroke of the piston 2 to its equilibrium position, the valves 10 and 20 close, and the valve 11 remains closed by the action of the spring 17; the liquid cannot therefore flow from the upper capacity neither into the lower capacity of the piston, nor into the reservoir; in order to flow into this lower capacity, it will have to overcome the action of spring 17 which, as the piston approaches its equilibrium position, weakens more and more rapidly.
This will result in a damping effect, very strong at the start and then decreasing more and more quickly.
If the piston 2 now moves away in the opposite direction from its position of equilibrium (i.e. by moving upwards)., There will be no amortization effect, because the liquid
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of above the piston will flow freely into the lower capacity of the cylinder through the open valve 11.
But, when the piston wants to return to its equilibrium position, the valves 10 and 11 being closed, the liquid which is in front of the piston (that is to say in the lower capacity of cylinder 1) does not can flow into the upper capacity of the latter only by overcoming the pressure exerted by the spring 16.
This will result in a damping effect which, as before, will decrease more and more quickly as the piston 2 approaches its equilibrium position.
The safety valve 22-23 is intended to limit to a maximum admissible the force exerted by the piston 2 moving away (upwards) from its equilibrium position; by opening it will then allow the liquid located above the piston to flow into the reservoir 7 through the orifices 24 and 26.
In the embodiment of FIG. 3, the piston 2 is axially pierced with a channel 27 which communicates by a slot 28 with the enclosure of the bellows-liquid reservoir 7 and which opens into a cy- lindrique 29, fixed on the bottom 9 of the cylinder and in which slides with a slight play an extension 30 of the piston rod, forming against the rod.
This arrangement eliminates any danger of emulsifying the liquid from the shock absorber during system oscillations.
The operation is the same as before.
In the variant embodiment of FIG. 4, the bellows oil reservoir is replaced by a fixed reservoir 31 arranged at the upper part of the cylinder 1. The piston 2 is also provided with a counter-rod 30 sliding with a certain play in a slider 29, and the piston assembly and its counter-rod is in two parts sliding one inside the other with a slight play. The piston 2 has a smaller portion 32. diameter, which moves with a slight play in an internal shoulder 33 of the counter-rod 30 and which ends with an attached cylindrical head 34. This arrangement provides two capacities 35 and 36 which form a dash-pot.
The piston rod 5 is pierced with a channel 37 communicating through a slot 38 with the upper capacity of cylinder 1, and a valve 39 with support spring 40 serves to close the orifice of this channel.
- a ball safety valve 22 with support spring 23 is placed between the upper capacity of cylinder 1 and reservoir 31 (as in figure 1).
The operation of the shock absorber is always the same
When the shock absorber device is used to damp the effects of a vehicle's spring suspension, the springs 16 and 17 tend, as before, to keep the piston in a balanced position, and the dash-pot 35-36 allows the piston rod to move slowly to reach a length corresponding to the static (variable) load of the vehicle.
This device for adjusting the length of the piston rod using a dash-pot can be adapted to the damping devices of the preceding figures.
The liquid which would flow along the counter-rod is raised by the oscillations of the damping device through the valve 39.
The active part of the damping device can be filled: either by virtue of the slight clearance 41 existing between the rod 5 and the reservoir 31 and through the orifices 42; or by means of an inlet valve for the reservoir 31 in the upper capacity of the cylinder 1, similar to the valve 20 in FIG. 1.
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FIG. 5 is a variant embodiment more particularly applicable to tanks and in which there are the main elements of the embodiment of Figure 1, of which this variant follows the mode of operation.
The rod 5 of the piston 2 and the cylinder 1 are each secured respectively to one of the elements A and B of the tank between which the elastic system C. is arranged.
- 43 is a safety spring valve communicating the lower capacity of cylinder 1 with a chamber 44 which communicates by a free space 45 (formed between the cylinder 1 and a fixed casing 46) and a slot 47 with a capacity 48 surrounding the piston rod 5; this assembly forms a liquid reservoir ;, and the filling of the active part of the shock absorber is provided by the slight play which exists between the rod 5 of the piston and the part 8 'of the cover 8 of the cylinder.
In the variant embodiment of FIG. 6, the rod 5 of the piston is pierced with a channel 49, which can be closed by an elastic valve 50 and which communicates the upper capacity of the cylinder 1 with the bellows-reservoir 70.
51 is an auxiliary reserve of liquid which communicates with the upper capacity of cylinder 2 through orifices 21 and a valve 20 for admitting liquid into the cylinder ;, as well as through a safety valve 22-23 similar to that of figure 1.
The suction of liquid from the bellows-reservoir 7, through the channel 49 and its discharge through the valve 50 producing, in operation, a slight overpressure in 5le which will ensure a better functioning of the filling of the cylinder by the valve 20.
It should be noted that it may be advantageous to arrange each of the valves 10-11 in the form of an annular valve which will be applied to three equidistant orifices (respectively 12 and 13), always slightly projecting. preferably.
Each valve will then open when the pressure of the liquid acting on the section of the three passage orifices counterbalances, for each orifice, one-third of the force of the antagonist spring (in the return stroke of the piston to its position. balance)
Finally, each valve 10 may be provided with a small Belleville washer (such as 52 in FIG. 1) which will hold the valve on its seat so as to accentuate the effectiveness of the damping device in the case of very weak oscillations to be damped.
If we consider the mass M whose movement must be damped, the calculation makes it possible to determine by how much its elongation will be reduced beyond the equilibrium position following a complete oscillation of one. such damping device according to the invention.
If K is the flexibility of the suspension spring of this mass (whose weight is Mg). if h is the arrow of this spring in the equilibrium position, and ;;! its deflection after compression of said spring by a quantity 1: beyond this position, we have the following equations of motion in the four phases of a complete oscillation of the damping device:
- In the first phase of return to the equilibrium position, the braking of the shock absorber (which effectively comes into action, as we have seen.) Being assumed to be proportional to (y-h), is written:
EMI5.1
A1 = K1 (y-h) Inequality of motion is then
EMI5.2
Myfl s Mag - Ky (spring reaction) + K, (y-h) = (K 1 - K) (y-h)
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which corresponds to a simple oscillatory movement of periods
EMI6.1
i = 2 M KmKl the duration of this first phase will therefore be:
EMI6.2
t = if V 14 2 K - K
At the moment of the passage to the equilibrium position the speed V1 will be such that:
EMI6.3
1 M V-2 = I (K - K1) 12 2 2 hence
EMI6.4
V? = Ji- (Ii - K) bi l - In the second phase, the spring (and the mass M) moving away from the equilibrium position, there is, as we 1-1 have seen, no deadening effect, and Inequality of motion is simply
My "- Mg - Ky = K (y - h)
The calculation would show as before that the duration of this second phase will be:
EMI6.5
t-2 = e z and the maximum elongation 11 will be such that:
EMI6.6
1 KV = I K1Î% = - 1 S: -K hence 1: 1 = -1 / #### K- - The third phase corresponds to the return to the equilibrium position.
The braking of the 1-shock absorber comes into action again but it acts in the opposite direction to the first phase and it is written:
A2 = K2 (h-y)
The equation of motion becomes:
EMI6.7
Mrn = Mg - K3r K 2 (h-y) = (k2- K) (y- h)
And we would find, as before, that the duration of the phase is?
EMI6.8
t3 = i- KK2 V K --K2 -In the fourth and last phase, the spring (to ground M)
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EMI7.1
move away from the equilibrium position; 1-the shock absorber n s, nerven again not, and the duration of this phase (identical to the second) is:
EMI7.2
t4 = '71' V N 2 V s the maximum elongation being then-,
EMI7.3
- K¯2 K
The total duration of 10 oscillation will be equal to the duration of the four phases, namely:
EMI7.4
T :: "1i '\ nr +' Tt" M. JTL m K 2 VK: K1 2 Vry2 and the elongation will ultimately be reduced from the value 1 to
EMI7.5
= 1 tK â (K - K2): L2 K2 1121
FIG. 7 shows an embodiment of the invention in which the piston of the damping device carries only one spring-loaded valve, two other spring-loaded valves being mounted on the two end caps of the cylinder.
1 is still the cylinder, which is then mounted inside a casing 53 with, between the two, a certain free space 54 forming a liquid reserve.
The piston 2 carries a valve 10 which closes the orifices 12.
This valve is subjected from below to the action of a small spring 55 and from above to the action of a strong telescopic helical spring 56 which is supported on the other hand on a disc 57 pierced with 'openings 58 and sliding slightly in cylinder 1 by acting (when it goes up) against pins 59 which themselves then act against a valve 60 intended to close off orifices 61 in the bottom 8 of the cylinder and subjected to Inaction of Belleville washers 62.
The bottom 9 of the cylinder is pierced with orifices 63 which are closed off by a valve 64 subjected to the action of a spring 65 bearing on the bottom 66 of the casing 53. These orifices make the liquid reserve 54 communicate with the lower capacity of cylinder 1, while openings 67 and orifices 61 can allow the liquid contained in the upper capacity of the cylinder to pass into this same reserve,
In Figure 7, the piston 2 is in the equilibrium position.
If it is caused to move downwards, the valve 10 opens (aided in this by the spring 55); the valve 64 closes; the liquid passes freely from the lower capacity to the upper capacity of the cylinder through the orifices 12; the excess liquid passes through the orifices 61 to the reserve 54, overcoming the pressure of the Belleville washers 62. There is no damping effect. When the piston returns to its equilibrium position, the valve 10 closes and a damping pressure is exerted in the opposite direction.
EMI7.6
of the upper capacity of cylinder 1 until it is able to overcome the pressure exerted by the Belleville washers 62 on the valve 60, to lift the latter and to let the liquid flow through the ports 61 and 67 in the reserve 54.
From the reserve 54 the liquid can flow into the lower capacity of the cylinder through the orifices 63 which the valve 64 opens.
If the piston 2 comes to move away in the opposite direction from its equilibrium position (upwards) the valve 10 will close the helical spring 56
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compresses more and more strongly, pushing up the disc 57, and, through the pins 59, the valve 60 which pushes back the Belleville washers 62. The orifices 61 open wide and the liquid flows freely from the upper capacity of the cylinder, through the openings 61 and 67 to the reserve 54. There is no damping effect.
If now the piston 2 returns to its equilibrium position, the valve 64 (which had opened in the previous phase to allow the reserve liquid to flow into the lower capacity of the cylinder) closes again. The valve 10 remains closed due to the great compression of the coil spring 56, which creates a strong damping effect; and the latter will gradually decrease as, the action of spring 55 becoming predominant over that of spring 56, valve 10 begins to open.
The shock absorber shown in figure 8 is similar in general to that shown in figure l, but the piston rod 5 is hollow and slides along a counter-rod 68, also hollow, fixed to the bottom 9. of the cylinder. Along its length, and from place to place, the hollow rod 5 of the piston is pierced with orifices 69.
A low inertia inlet valve preferably comprising a slight return spring 70 is disposed at the lower end of the hollow counter-rod 68, and allows liquid from reservoir A to flow into the lower part of the cylinder. cylinder 1 through an orifice 71, when the piston 2 is lowered.
The operation of the shock absorber is analogous to that of the shock absorber in figure 1. If the piston 2 moves downwards, the valve 11 closes again on the seat of the holes such as 13 and is pressed on these seats. by the spring 17, while the valve 10 opens and allows the orifices 12 to flow freely from the space which is located below the piston into the space which is above the latter, the liquid (oil for example) which fills cylinder 1 (and partially reservoir A).
In this piston stroke, no damping effect occurs.
In the return stroke of the piston to its equilibrium position (shown in the figure) the valve 10 closes and the valve 11 remains closed under the action of the spring 17; the liquid cannot therefore flow from the upper capacity of the cylinder into the lower capacity of the latter, because all the orifices 12-13 are blocked. In order to flow into this lower capacity, the liquid will have to overcome the action of the spring 17 which, as the piston approaches its equilibrium position, weakens more and more rapidly.
This results in a damping effect, very strong at the beginning, and then decreasing more and more quickly.
The same phenomena would occur if the piston 2 moved away from its equilibrium position in the opposite direction; the progressively decreasing damping effect will then occur when the piston regains its equilibrium position and the liquid seeks to flow from the lower capacity into the upper capacity of cylinder 1 against the action. of spring 16.
The arrangement of the hollow piston rod 5 and drilled with holes, and of the hollow counter-rod 68, allows (if the damper is vertical or inclined, the piston rod upwards) the gathering of air at the upper part of the liquid reservoir A. The liquid of the latter can at the same time supply the lower capacity of the cylinder 1 through the valve 70; this liquid flowing in the hollow counter-rod through the orifices 69 of the piston rod, which are masked by the counter-rod 68 as the piston descends, 2 in the cylinder.
The exhaust valve 22-23 could possibly be dis-
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placed in the counter-rod 68
If the suspension of the vehicle, for example to be damped, is of variable flexibility, it is preferable to provide springs 16-17 with homothetic variable elasticity.
CLAIMS.
1 - Oscillation damping device, characterized in that it comprises, in combination ,, a cylinder closed at both ends and containing a liquid, 'a piston capable of moving in said cylinder on both sides the other in a position of equilibrium and pierced with orifices communicating the two sides of said piston, valves or similar members allowing the liquid to flow from the upper or lower capacity of said cylinder and one of which at least is capable of applying to the orifices of said piston, sets of springs acting on said valves in such a way that, when the piston moves away from its equilibrium position, no damping effect occurs. produce,
while during the return movement of the piston to its equilibrium position there is produced a damping effect which decreases as the piston approaches its equilibrium position.