RU2151932C1

RU2151932C1 - Method of dampening mechanical vibrations and pneumatic shock-absorber for realization of this method

Info

Publication number: RU2151932C1
Application number: RU99115667A
Authority: RU
Inventors: В.В. Горбулин
Original assignee: Горбулин Вячеслав Васильевич
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: dampening mechanical vibrations; suspensions of transport facilities. SUBSTANCE: method consists in filling the closed working reservoir formed by housing and hollow piston with working agent under rated pressure maintained through repeated bypass of working agent via valve units from working reservoir to first closed additional reservoir and from second closed additional reservoir to working reservoir followed by sealing-up these reservoirs relative to one another after bypass operation. Pressure of working agent in first additional reservoir is maintained at lower level as compared with that in working reservoir and at higher level as compared with second additional reservoir. Level of pressure of working agent in additional reservoirs differs from that in working reservoir by two and more times. Pneumatic shock-absorber includes housing and hollow piston forming closed working reservoir for working agent, first and second closed additional reservoirs connected with working reservoir by means of valve units and devices for securing the pneumatic shock-absorber to definite object or system. Valve units may be provided with pressure sensors. First and second additional reservoirs may be mounted on outer end surface of housing or on outer end surface of hollow piston. First additional reservoir may be mounted on outer end surface of housing and second additional reservoir may be mounted on outer end surface of piston and vice versa. First and second additional reservoirs may be changeable and may consist of several parts. Pneumatic shock-absorber may be provided with pressure building source, compressor for example; commutation valve system may be used as valve unit. EFFECT: enhanced efficiency of dampening mechanical vibrations; simplified construction of shock- absorber. 11 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области техники, где применяется гашение механических колебаний, в частности, предназначено для использования в подвесках транспортных средств. The invention relates to the field of technology, where damping of mechanical vibrations is used, in particular, is intended for use in vehicle suspensions.

Известен пневматический упругий элемент подвески транспортного средства, содержащий корпус с закрепленным в нем штоком с поршнем на свободном конце, установленный в корпусе полый поршень, в днище и крышке которого имеются клапанные системы и дроссельные отверстия. Known pneumatic elastic suspension element of a vehicle, comprising a housing with a rod fixed therein with a piston at its free end, a hollow piston mounted in the housing, in the bottom and cover of which there are valve systems and throttle openings.

(SU, N 1010347. кл. F 16 F 9/04, 1980 г.)
Этот элемент имеет достаточно большую отдачу при ходе отбоя, снижающую эффективность гашения колебаний, а также неудобную для применения конструкцию.(SU, N 1010347.cl. F 16 F 9/04, 1980)
This element has a sufficiently large return during the rebound, reducing the efficiency of damping oscillations, as well as an inconvenient design for use.

Известен телескопический пневмоамортизатор, содержащий корпус и n-ное количество ступеней, образованных установленными в нем основным и дополнительными полыми штоками с подпружиненными поршнями, имеющими дроссельные системы (ДС) и коммутационно-клапанную систему (ККС), гашение механических колебаний которого осуществляется созданием сопротивления движению поршня путем импульсного количественного перераспределения рабочего агента между над- и под- поршневой полостями при смене направления его движения. Known telescopic pneumatic shock absorber containing a housing and an nth number of steps formed by the main and additional hollow rods installed in it with spring-loaded pistons having throttle systems (DS) and a switching valve system (KKS), the damping of mechanical vibrations of which is carried out by creating resistance to piston movement by pulsed quantitative redistribution of the working agent between the supra- and sub-piston cavities when changing the direction of its movement.

(RU, 2088819, кл. F 16 F 9/04, 1997 г.)
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы ККС и большое запаздывание начала истечения рабочего агента из полости с большим давлением в полость с меньшим давлением при смене направления движения поршня.(RU, 2088819, CL F 16 F 9/04, 1997)
A disadvantage of the known device is the low reliability of the KKS and a large delay in the beginning of the expiration of the working agent from the cavity with high pressure into the cavity with lower pressure when changing the direction of movement of the piston.

Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является способ гашения механических колебаний, включающий создание усилия сопротивления путем заполнения рабочего объема пневмоамортизатора рабочим агентом под давлением, изменения давления в рабочем объеме путем перепуска рабочего агента из рабочего объема в первый дополнительный объем, имеющий рабочий агент с давлением, величина которого меньше давления рабочего агента в рабочем объеме, с последующей герметизацией указанных объемов относительно друг друга посредством первого клапанного узла, заполнения второго дополнительного объема рабочим агентом под давлением, величина которого больше величины давления рабочего агента в рабочем объеме, и поддержания давления рабочего агента в рабочем объеме путем перепуска рабочего агента из второго дополнительного объема в рабочий объем посредством второго клапанного узла. The closest technical solution to the claimed method is a method of damping mechanical vibrations, including creating a resistance force by filling the working volume of the pneumatic shock absorber with a working agent under pressure, changing the pressure in the working volume by transferring the working agent from the working volume to the first additional volume having a working agent with pressure, the value of which is less than the pressure of the working agent in the working volume, with subsequent sealing of these volumes relative to each other by the first valve assembly, filling the second additional volume with a working agent under pressure, the value of which is greater than the pressure of the working agent in the working volume, and maintaining the pressure of the working agent in the working volume by transferring the working agent from the second additional volume to the working volume by means of the second valve assembly.

(GB, 2000255, кл. F 16 F 9/02, 1979 г.)
Однако известное устройство не может обеспечить поддержание давления рабочего агента в рабочем объеме в заданных пределах.(GB, 2000255, CL F 16 F 9/02, 1979)
However, the known device cannot ensure that the pressure of the working agent in the working volume is within the specified limits.

В указанном источнике также описана конструкция пневмоамортизатора, наиболее близкая к заявленной. The specified source also describes the design of the pneumatic shock absorber closest to the claimed one.

Известный пневмоамортизатор включает корпус и полый поршень, образующие замкнутый рабочий объем для рабочего агента, первый дополнительный объем, связанный с рабочим объемом первым клапанным узлом, второй дополнительный замкнутый объем, связанный с рабочим объемом вторым клапанным узлом, и средства крепления пневмоамортизатора к устройству или системе. Known pneumatic shock absorber includes a housing and a hollow piston forming a closed working volume for the working agent, a first additional volume associated with the working volume of the first valve assembly, a second additional closed volume connected with the working volume of the second valve assembly, and means for attaching the pneumatic shock to the device or system.

Недостаток известного устройства заключатся в том, что оно не обеспечивает эффективного гашения колебаний в широком спектре частот. A disadvantage of the known device is that it does not provide effective damping of vibrations in a wide range of frequencies.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа гашения механических колебаний за счет поддержания давления рабочего агента в рабочем объеме в заданных пределах и упрощение конструкции пневмоамортизатора. The objective of the present invention is to increase the efficiency of the method of damping mechanical vibrations by maintaining the pressure of the working agent in the working volume within specified limits and simplifying the design of the air shock absorber.

Указанная задача решается в способе гашения механических колебаний, включающем создание усилия сопротивления путем заполнения рабочего объема пневмоамортизатора рабочим агентом под давлением, изменения давления в рабочем объеме путем перепуска рабочего агента из рабочего объема в первый дополнительный объем, имеющий рабочий агент с давлением, величина которого меньше давления рабочего агента в рабочем объеме, с последующей герметизацией указанных объемов относительно друг друга посредством первого клапанного узла, заполнения второго дополнительного объема рабочим агентом под давлением, величина которого больше величины давления рабочего агента в рабочем объеме, и поддержания давления рабочего агента в рабочем объеме путем перепуска рабочего агента из второго дополнительного объема в рабочий объем посредством второго клапанного узла за счет того, что первый дополнительный объем выполняют замкнутым, а давление рабочего агента в первом и втором дополнительных объемах создают заданной величины. This problem is solved in a method of damping mechanical vibrations, including the creation of a resistance force by filling the working volume of the pneumatic shock absorber with a working agent under pressure, changing the pressure in the working volume by transferring the working agent from the working volume to the first additional volume having a working agent with pressure, the value of which is less than pressure working agent in the working volume, followed by sealing the indicated volumes relative to each other by means of the first valve assembly, filling the second of the additional volume of the working agent under pressure, the value of which is greater than the pressure of the working agent in the working volume, and maintaining the pressure of the working agent in the working volume by transferring the working agent from the second additional volume to the working volume by means of the second valve unit due to the fact that the first additional volume perform closed, and the pressure of the working agent in the first and second additional volumes create a given value.

А также тем, что величина давления рабочего агента в дополнительных объемах отличается от величины давления рабочего агента в рабочем объеме в два и более раз. And also the fact that the pressure of the working agent in additional volumes differs from the pressure of the working agent in the working volume by two or more times.

Указанная задача решается в пневмоамортизаторе, включающем корпус и полый поршень, образующие замкнутый рабочий объем для рабочего агента, первый дополнительный объем, связанный с рабочим объемом первым клапанным узлом, второй дополнительный замкнутый объем, связанный с рабочим объемом вторым клапанным узлом, и средства крепления пневмоамортизатора к устройству или системе за счет того, что первый дополнительный объем выполнен в виде замкнутого объема. This problem is solved in a pneumatic shock absorber, comprising a housing and a hollow piston forming a closed working volume for the working agent, a first additional volume associated with the working volume of the first valve assembly, a second additional closed volume connected with the working volume of the second valve assembly, and means for attaching the air shock to device or system due to the fact that the first additional volume is made in the form of a closed volume.

А также тем, что первый и второй дополнительные объемы выполнены сменными. And also the fact that the first and second additional volumes are made replaceable.

А также тем, что он снабжен датчиками давления, установленными на клапанных узлах первого и второго дополнительных объемов, и источниками создания давления, соединенными с дополнительными объемами. As well as the fact that it is equipped with pressure sensors installed on the valve assemblies of the first and second additional volumes, and pressure generating sources connected to additional volumes.

А также тем, что в качестве источника создания давления используют компрессор. And also because a compressor is used as a source of pressure.

А также тем, что первый и второй дополнительные объемы установлены на внешней торцевой поверхности корпуса. And also the fact that the first and second additional volumes are installed on the outer end surface of the housing.

А также тем, что первый и второй дополнительные объемы установлены на внешней торцевой поверхности полого поршня. And also the fact that the first and second additional volumes are installed on the outer end surface of the hollow piston.

А также тем, что первый дополнительный объем установлен на внешней торцевой поверхности корпуса, а второй дополнительный объем - на внешней торцевой поверхности поршня или наоборот. And also the fact that the first additional volume is installed on the outer end surface of the housing, and the second additional volume is installed on the outer end surface of the piston or vice versa.

А также тем, что первый и второй дополнительные объемы состоят из нескольких связанных между собой частей. As well as the fact that the first and second additional volumes consist of several interconnected parts.

А также за счет того, что в качестве клапанного узла используют коммутационно-клапанную систему. And also due to the fact that as a valve assembly using a switching valve system.

На фиг. 1 схематично показан общий вид пневмоамортизатора;
на фиг. 2, 3 и 4 - пневмоамортизатор с источником создания давления (варианты размещения дополнительных объемов);
на фиг. 5 - показан вариант конструкции клапанного узла.In FIG. 1 schematically shows a General view of the pneumatic shock absorber;
in FIG. 2, 3 and 4 - pneumatic shock absorber with a source of pressure generation (options for placing additional volumes);
in FIG. 5 shows an embodiment of a valve assembly.

Пневмоамортизатор устанавливается между перемещающимися частями какого-либо устройства для гашения его механических колебаний и содержит корпус 1 со средствами 2 для крепления пневмоамортизатора к одной части устройства. В корпусе 1 установлен полый поршень 3 со средствами крепления 4 амортизатора к другой подвижной части устройства. Корпус 1 и полый поршень 3 образуют замкнутый рабочий объем 5, который заполнен рабочим агентом под заданным давлением Р. The pneumatic shock absorber is installed between the moving parts of any device to absorb its mechanical vibrations and contains a housing 1 with means 2 for attaching the pneumatic shock absorber to one part of the device. In the housing 1, a hollow piston 3 is installed with means for attaching 4 shock absorbers to another moving part of the device. The housing 1 and the hollow piston 3 form a closed working volume 5, which is filled with a working agent under a given pressure P.

Пневмоамортизатор имеет первый замкнутый дополнительный объем 6 и второй замкнутый дополнительный объем 7. The pneumatic shock absorber has a first closed additional volume 6 and a second closed additional volume 7.

Первый и второй дополнительные объемы заполнены рабочим агентом под давлением соответственно P₁ и P₂, причем P₁ < P, a P₂ > P, например, в два и более раз и связаны клапанными узлами 8 и 9, соответственно, с рабочим объемом 5. Первый и второй дополнительные объемы могут быть установлены на крышке 10 корпуса 1 (фиг. 1), или на крышке 11 полого поршня 3 (фиг. 3), или по одному на крышках корпуса и полого поршня (фиг. 4). Первый и второй дополнительные объемы могут быть выполнены сменными и/или состоять из нескольких частей, т.е. выполнены составными (на чертеже не показано).The first and second additional volumes are filled with a working agent under pressure, respectively, P ₁ and P ₂ , and P ₁ <P, a P ₂ > P, for example, two or more times and are connected by valve units 8 and 9, respectively, with a working volume of 5 The first and second additional volumes can be installed on the cover 10 of the housing 1 (Fig. 1), or on the cover 11 of the hollow piston 3 (Fig. 3), or one at a time on the covers of the housing and the hollow piston (Fig. 4). The first and second additional volumes can be made replaceable and / or consist of several parts, i.e. made composite (not shown in the drawing).

Пневмоамортизатор может иметь источники создания давления, например компрессор 12 (фиг. 2), вход которого соединен трубой 13 с первым дополнительным объемом 6, а выход - трубой 14 со вторым дополнительным объемом 7. The pneumatic shock absorber may have sources of pressure, for example, a compressor 12 (Fig. 2), the input of which is connected by a pipe 13 to the first additional volume 6, and the output by a pipe 14 with the second additional volume 7.

Клапанные узлы 8 и 9 могут иметь датчики давления (не показаны). В качестве клапанных узлов 8 и 9 может быть использована коммунитационно-клапанная система (ККС) (не показана) или конструкция клапана, показанная на фиг. 5, содержащая корпус 15, запорный шарик 16, пружину 17, отверстие 18, канал 19 и седло 20. Клапан устанавливается шариком 16 со стороны полости с большим давлением. Жесткость пружины 17 рассчитывается исходя из заданной величины разности давлений между объемами 5 - 6 и 5 - 7, а также с учетом заданных пределов изменений ее величины в рабочем объеме 5. Способ гашения механических колебаний осуществляется следующим образом. Valve assemblies 8 and 9 may have pressure sensors (not shown). As valve assemblies 8 and 9, a commutation valve system (CCS) (not shown) or a valve design shown in FIG. 5, comprising a housing 15, a locking ball 16, a spring 17, an opening 18, a channel 19 and a seat 20. The valve is installed by the ball 16 from the side of the cavity with high pressure. The stiffness of the spring 17 is calculated based on a given value of the pressure difference between the volumes 5 - 6 and 5 - 7, and also taking into account the specified limits of changes in its value in the working volume 5. The method of damping mechanical vibrations is as follows.

Рабочий и дополнительные объемы 5, 6 и 7, соответственно, заполняют рабочим агентом под давлением, заранее расчетной величины. В процессе работы рабочий объем 5 изменяет свой объем, увеличивая или уменьшая тем самым значение давления в нем. Однако, за счет наличия дополнительных объемов осуществляется порциальный перепуск рабочего агента из объема 5 в объем 6 и последующий перепуск из объема 7 в объем 5, поддерживая тем самым давление в рабочем объеме в заданных пределах и гася колебания устройства или системы, на которой пневмоамортизатор установлен. При выполнении объемов 6 и 7 автономными с возможностью замены на новые работа их недолговечна и ограничена временем, в течение которого в дополнительных объемах давление достигнет предельно установленного значения. В то же время давление рабочего агента в рабочем объеме 5 будет оставаться в первоначально заданных пределах. При снабжении пневмоамортизатора компрессором 12, выход которого подключен ко второму дополнительному объему 7, а вход - к первому дополнительному объему 6, по сигналам датчиков давлений (на черт. не показаны), установленных в объемах 6 и 7, компрессор включается в работу и восстанавливает первоначально заданную в них величину давления. The working and additional volumes 5, 6 and 7, respectively, are filled with a working agent under pressure, in advance of the calculated value. In the process, the working volume 5 changes its volume, thereby increasing or decreasing the pressure in it. However, due to the availability of additional volumes, a partial transfer of the working agent from volume 5 to volume 6 and subsequent transfer from volume 7 to volume 5 are carried out, thereby maintaining the pressure in the working volume within specified limits and damping the vibrations of the device or system on which the air shock absorber is installed. When volumes 6 and 7 are autonomous, with the possibility of replacing them with new ones, their operation is short-lived and limited by the time during which the pressure reaches the maximum value in additional volumes. At the same time, the pressure of the working agent in the working volume 5 will remain within the originally specified limits. When the pneumatic shock absorber is supplied with compressor 12, the output of which is connected to the second additional volume 7, and the input to the first additional volume 6, according to the signals of pressure sensors (not shown), installed in volumes 6 and 7, the compressor is turned on and restores initially the pressure value set in them.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Рабочий объем 5 заполнен рабочим агентом под давлением 3 кг/см². Заданная разность давлений в рабочем объеме З $\binom{+0,5}{-1,0}$ кг/см². Дополнительный объем 6 заполнен рабочим агентом под давлением 0,3 кг/см², а дополнительный объем 7 - под давлением 30 кг/см².The working volume 5 is filled with a working agent at a pressure of 3 kg / cm ² . The set pressure difference in the working volume Z $\binom{+0.5}{-1.0}$ kg / cm ² . The additional volume 6 is filled with a working agent at a pressure of 0.3 kg / cm ² and the additional volume 7 is filled with a pressure of 30 kg / cm ² .

Клапанный узел 9, установленный между рабочим объемом 5 с давлением 3 кг/см² и дополнительным объемом 6 с давлением 0,3 кг/см², содержит клапан (фиг. 5), имеющий пружину 17, жесткость которой рассчитана на открывание клапана в начале работы при превышении разности давлений 3-0,3=2,7 кг/см². Поскольку верхнее предельно допустимое значение в рабочем объеме 3,5 кг/см², то предельно допустимое давление в первом дополнительном объеме 6 при ходе сжатия в конце работы может достигнуть значения 3,5-2,7 = 0,8 кг/см².The valve assembly 9, installed between a working volume of 5 with a pressure of 3 kg / cm ² and an additional volume of 6 with a pressure of 0.3 kg / cm ² , contains a valve (Fig. 5) having a spring 17, the rigidity of which is designed to open the valve at the beginning work when exceeding the pressure difference of 3-0.3 = 2.7 kg / cm ² . Since the upper maximum permissible value in the working volume is 3.5 kg / cm ² , the maximum permissible pressure in the first additional volume 6 during compression at the end of operation can reach 3.5-2.7 = 0.8 kg / cm ² .

Клапанный узел 8, установленный между рабочим объемом 5 с давлением 3 кг/см² и дополнительным объемом 7 с давлением 30 кг/см², содержит клапан (фиг. 5), имеющий пружину 17, жесткость которой рассчитана на открывание клапана в начале работы при превышении разности давлений 30-3=27 кг/см². При ходе сжатия рабочий объем 5 уменьшается, происходит повышение в нем давления и клапанный узел 9 открывается, пропуская порцию рабочего агента из объема 7 в объем 5. При ходе отбоя клапанный узел 9 закрывается, рабочий объем 5 увеличивается, происходит снижение давления и открывается клапанный узел 8, пропуская порцию рабочего агента в рабочий объем 5. Ресурс сменных дополнительных объемов будет исчерпан для приведенного примера, когда количество рабочего агента парциально перетечет из второго дополнительного объема в рабочий объем, а через нее - в первый дополнительный объем 6 и величины давлений достигнут значений 0,8 кг/см² в первом и 29 кг/см² во втором объемах. Давление же в рабочем объеме 5 пневмоамортизатора будет поддерживаться в пределах З $\binom{+0,5}{-1,0}$ кг/cм².The valve assembly 8, installed between a working volume of 5 with a pressure of 3 kg / cm ² and an additional volume of 7 with a pressure of 30 kg / cm ² , contains a valve (Fig. 5) having a spring 17, the rigidity of which is designed to open the valve at the beginning of operation at excess pressure difference 30-3 = 27 kg / cm ² . During the compression process, the working volume 5 decreases, the pressure in it increases and the valve assembly 9 opens, passing a portion of the working agent from the volume 7 to the volume 5. During the rebound, the valve assembly 9 closes, the working volume 5 increases, the pressure decreases and the valve assembly opens 8, passing a portion of the working agent into the working volume 5. The resource of removable additional volumes will be exhausted for the given example, when the amount of the working agent partially flows from the second additional volume to the working volume, and black without it - in the first additional volume 6 and the pressure values reached 0.8 kg / cm ² in the first and 29 kg / cm ² in the second volume. The pressure in the working volume 5 of the pneumatic shock absorber will be maintained within Z $\binom{+0.5}{-1.0}$ kg / cm ² .

Claims

1. A method of damping mechanical vibrations, including creating a resistance force by filling the working volume of the pneumatic shock absorber with a working agent under pressure, changing the pressure in the working volume by transferring the working agent from the working volume to the first additional volume having a working agent with a pressure that is less than the working agent in the working volume, followed by sealing the indicated volumes relative to each other by means of the first valve assembly, filling the second additional volume the working agent under pressure, the value of which is greater than the pressure of the working agent in the working volume, and maintaining the pressure of the working agent in the working volume by transferring the working agent from the second additional volume to the working volume by means of a second valve assembly, characterized in that the first additional volume is closed, and the pressure of the working agent in the first and second additional volumes create a predetermined value.

2. The method according to p. 1, characterized in that the pressure of the working agent in additional volumes differs from the pressure of the working agent in the working volume by two or more times.

3. A pneumatic shock absorber comprising a housing and a hollow piston forming a closed working volume for the working agent, a first additional volume associated with the working volume of the first valve assembly, a second additional closed volume connected with the working volume of the second valve assembly, and means for attaching the air shock to the device or system, characterized in that the first additional volume is made in the form of a closed volume.

4. The pneumatic shock absorber according to claim 3, characterized in that the first and second additional volumes are removable.

5. The pneumatic shock absorber according to claim 3, characterized in that it is equipped with pressure sensors mounted on the valve assemblies of the first and second additional volumes, and pressure generating sources connected to additional volumes.

6. The pneumatic shock absorber according to claim 5, characterized in that a compressor is used as a source of pressure generation.

7. Pneumatic shock absorber according to one of paragraphs. 3-6, characterized in that the first and second additional volumes are installed on the outer end surface of the housing.

8. The pneumatic shock absorber according to one of paragraphs. 3-6, characterized in that the first and second additional volumes are installed on the outer end surface of the hollow piston.

9. The pneumatic shock absorber according to claim 6, characterized in that the first additional volume is mounted on the outer end surface of the housing, and the second additional volume is mounted on the outer end surface of the piston or vice versa.

10. The pneumatic shock absorber according to one of paragraphs. 3-9, characterized in that the first and second additional volumes consist of several interconnected parts.

11. Pneumatic shock absorber according to one of paragraphs. 3-9, characterized in that as the valve node using the switching valve system.