RU2230953C1

RU2230953C1 - Pneumohydraulic damper

Info

Publication number: RU2230953C1
Application number: RU2002127483/11A
Authority: RU
Inventors: С.В. Овчинников (RU); С.В. Овчинников; Л.Н. Остроухов (RU); Л.Н. Остроухов; А.Д. Иванов (RU); А.Д. Иванов; Н.П. Фетисов (RU); Н.П. Фетисов; В.В. Холодивкер (RU); В.В. Холодивкер
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева"
Priority date: 2002-10-14
Filing date: 2002-10-14
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; damping of mechanical oscillations.

SUBSTANCE: proposed pneumohydraulic damper contains housing accommodating movable rod with piston separating hydraulic space in housing from pneumatic space at one side, and piston located in movable rod and separating hydraulic space in movable rod communicating with hydraulic space of housing from above indicated pneumatic space. It contains also adjustable restrictors, seals and pneumatic charging valve. Fixed rod is introduced into damper from side opposite to side of movable rod mounting piston on movable rod is rigidly coupled with fixed rod. Longitudinal channels made in housing walls place hydraulic spaces in communication. Check valves are arranged in longitudinal channels. Adjustable restrictors are installed in said longitudinal channels. Central channel made in fixed rod changes into radial channels from side opposite to side of location of piston.

EFFECT: provision of damping with possibility of accurate adjustment of such parameters as force and speed on rod, separately for pulling in and forcing out, depending on expected movement of damping parts.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и касается устройства для гашения (демпфирования) механических колебаний.The invention relates to mechanical engineering and relates to a device for damping (damping) mechanical vibrations.

Известно устройство для гашения колебаний [1], содержащее внутренний и наружный цилиндры, закрывающие наружный цилиндр крышки, установленный во внутреннем цилиндре шток с жестко закрепленным на нем поршнем с дросселями в виде отверстий, расположенных по двум окружностям, имеющим разные диаметры, и перекрывающихся двумя шайбами, расположенными по обоим торцам поршня и поджатыми пружинами различной жесткости. Каждая шайба перекрывает свой расположенный на разных диаметрах ряд отверстий. Кроме того, устройство содержит направляющую втулку, переходник с дросселями в виде отверстий и перекрывающими их шайбами, выполненными и расположенными аналогично их выполнению и расположению в поршне, а также пневматическую камеру, образованную наружным цилиндром и направляющей втулкой с выполненным в ней каналом, соединяющим надпоршневую полость с пневматической камерой.A device for damping oscillations [1] is known, comprising an inner and outer cylinder covering the outer cylinder of the cap, a rod mounted in the inner cylinder with a piston rigidly fixed thereto with throttles in the form of holes located in two circles having different diameters and overlapping by two washers located at both ends of the piston and preloaded by springs of different stiffness. Each washer overlaps its own row of holes located at different diameters. In addition, the device comprises a guide sleeve, an adapter with throttles in the form of holes and washers that overlap them, made and arranged similarly to their implementation and location in the piston, and a pneumatic chamber formed by the outer cylinder and the guide sleeve with a channel made in it connecting the over-piston cavity with a pneumatic chamber.

Недостатками данного устройства для гашения колебаний являются: фиксированное соотношение площади сечения дроссельных отверстий, обеспечивающих проход жидкости при выдвижении штока, к площади сечений дроссельных отверстий, обеспечивающих проход жидкости при его втягивании, что снижает диапазон оптимальной работы устройства; определенное соотношение объема внутренней полости к объему заправочной жидкости затрудняет обслуживание устройства в плане его заправки; отсутствие разделителя сред жидкость - газ, ввиду чего происходит образование газожидкостной механической смеси и растворение газа в жидкости, что снижает стабильность работы устройства.The disadvantages of this device for damping oscillations are: a fixed ratio of the cross-sectional area of the throttle holes that allow fluid to pass when the stem is extended to the cross-sectional area of the throttle openings that allow fluid to pass when it is retracted, which reduces the range of optimal operation of the device; a certain ratio of the volume of the internal cavity to the volume of the filling fluid complicates the maintenance of the device in terms of refueling; the absence of a liquid-gas media separator, which results in the formation of a gas-liquid mechanical mixture and gas dissolution in the liquid, which reduces the stability of the device.

Наиболее близким, выбранным за прототип, является пневмогидравлический демпфер [2], содержащий размещенные в корпусе подвижный шток с поршнем, отделяющим гидравлическую полость в корпусе от пневматической полости. Подвижный шток выполнен из двух концентрических цилиндров с общей торцевой крышкой, имеющей центральное отверстие. Кроме того, концентрические цилиндры имеют общую крышку с присоединительной серьгой, в которой установлены два регулируемых дросселя. В стенке внутреннего цилиндра имеется радиальный канал для прохода рабочей жидкости, а в крышке с серьгой каналы для прохода жидкости через дроссели. В подвижном штоке расположен поршень, выполненный плавающим и отделяющим гидравлическую полость в подвижном штоке, сообщающуюся с гидравлической полостью в корпусе, от вышеупомянутой пневматической полости. Пневматическая полость ограничена стенками цилиндра корпуса, его торцевой крышкой, стенками внутреннего цилиндра штока и торцом подвижного поршня. Одна из гидравлических полостей образована стенками цилиндрической части корпуса, наружной поверхностью стенки внешнего цилиндра штока и его торцевой крышкой, а другая - стенками цилиндров штока, его торцевой крышкой, крышкой с присоединительной серьгой и другим торцом плавающего поршня. Пневмогидравлический демпфер имеет уплотнения и пневматический заправочный вентиль. Жидкость при работе перетекает через тот или иной дроссель в зависимости от направления относительного движения корпуса и штока.The closest one selected for the prototype is a pneumatic-hydraulic damper [2], which contains a movable rod located in the housing with a piston separating the hydraulic cavity in the housing from the pneumatic cavity. The movable rod is made of two concentric cylinders with a common end cap having a central hole. In addition, concentric cylinders have a common cover with an connecting ear, in which two adjustable chokes are installed. In the wall of the inner cylinder there is a radial channel for the passage of the working fluid, and in the lid with the earring there are channels for the passage of fluid through the chokes. A piston is located in the movable rod, which is made floating and separates the hydraulic cavity in the movable rod, communicating with the hydraulic cavity in the housing, from the aforementioned pneumatic cavity. The pneumatic cavity is limited by the walls of the cylinder body, its end cap, the walls of the inner cylinder of the rod and the end face of the movable piston. One of the hydraulic cavities is formed by the walls of the cylindrical part of the body, the outer surface of the wall of the outer cylinder of the rod and its end cap, and the other by the walls of the cylinder of the stem, its end cap, cap with an connecting earring and another end of the floating piston. The pneumatic-hydraulic damper has seals and a pneumatic filling valve. During operation, fluid flows through one or another throttle, depending on the direction of relative motion of the body and stem.

Основными недостатками данного пневмогидравлического демпфера является наличие гистерезиса сил гашения при втягивании и выдвижении штока ввиду наличия плавающего поршня, обуславливающего перетекание рабочей жидкости из одной гидравлической полости в другую через дроссели в зависимости от силы, вызванной давлением (в том числе давлением разряжения) сжатого или разреженного этим поршнем газа при относительном движении корпуса и штока, а также возможность возникновения перекоса и заклинивания плавающего поршня ввиду его недостаточного базирования и, как следствие, отказ пневмогидравлического демпфера.The main disadvantages of this pneumatic-hydraulic damper are the hysteresis of the quenching forces when the rod is retracted and extended due to the presence of a floating piston, which causes the flow of working fluid from one hydraulic cavity to another through throttles depending on the force caused by the pressure (including discharge pressure) compressed or rarefied by this gas piston with relative movement of the body and the rod, as well as the possibility of skewing and jamming of the floating piston due to its insufficient th base and, as a consequence, the failure of the pneumohydraulic damper.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение гашения колебаний с возможностью точной регулировки таких параметров, как сила и скорость на штоке раздельно для его втягивания и выдвижения в зависимости от ожидаемого движения демпфируемых частей, что повышает качество гашения их колебаний.The objective of the invention is to provide vibration damping with the ability to fine-tune parameters such as force and speed on the rod separately to retract and extend it depending on the expected movement of the damped parts, which improves the quality of damping their vibrations.

Поставленная задача решается тем, что в пневмогидравлический демпфер, содержащий размещенные в корпусе с одной стороны подвижный шток с поршнем, отделяющим гидравлическую полость в корпусе от пневматической полости, а также поршень, расположенный в подвижном штоке и отделяющий гидравлическую полость в подвижном штоке, сообщающуюся с гидравлической полостью в корпусе, от вышеупомянутой пневматической полости, регулируемые дроссели, уплотнения и пневматический заправочный вентиль, в отличие от известного введен неподвижный шток со стороны, противоположной стороне установки подвижного штока, при этом поршень, расположенный в подвижном штоке, жестко связан с неподвижным штоком, а также в стенках корпуса выполнены продольные каналы, сообщающие гидравлические полости, и введены обратные клапаны, размещенные в продольных каналах, при этом регулируемые дроссели установлены также в указанных продольных каналах, а в неподвижном штоке выполнен центральный канал, переходящий в радиальные со стороны, противоположной стороне размещения поршня.The problem is solved in that in a pneumohydraulic damper containing a movable rod located in the housing on one side with a piston separating the hydraulic cavity in the housing from the pneumatic cavity, as well as a piston located in the movable rod and separating the hydraulic cavity in the movable rod in communication with the hydraulic a cavity in the housing, from the aforementioned pneumatic cavity, adjustable throttles, seals and a pneumatic filling valve, in contrast to the known fixed rod with a hundred on the opposite side of the installation of the movable rod, while the piston located in the movable rod is rigidly connected to the fixed rod, and longitudinal channels communicating hydraulic cavities are made in the housing walls, and non-return valves placed in the longitudinal channels are introduced, with adjustable throttles They are also installed in the indicated longitudinal channels, and in the fixed rod a central channel is made, turning into radial from the side opposite to the side of the piston placement.

Суть изобретения представлена на фиг.1-4, где на фиг.1 представлен пневмогидравлический демпфер, продольный разрез; на фиг.2 - расположение продольных каналов; на фиг.3 - регулируемые дроссели и обратные клапаны в продольных каналах; на фиг.4 - принципиальная пневмогидравлическая схема пневмогидравлического демпфера.The essence of the invention is presented in figures 1-4, where figure 1 presents a pneumatic-hydraulic damper, a longitudinal section; figure 2 - the location of the longitudinal channels; figure 3 - adjustable chokes and check valves in the longitudinal channels; figure 4 - schematic pneumohydraulic diagram of the pneumohydraulic damper.

Пневмогидравлический демпфер состоит из составного корпуса, в цилиндрической части 1 которого выполнены две кольцевые проточки 2 и 3 и в которую вставлена гильза 4, зафиксированная винтами 5. Герметизация гильзы 4 и цилиндрической части 1 корпуса обеспечивается уплотнениями 6 и 7, расположенными по обе стороны относительно кольцевой проточки 2. С противоположной стороны в цилиндрическую часть 1 корпуса вставлена торцевая крышка 8, выполненная заодно с присоединительной серьгой 9. В торцевой крышке 8 установлен пневматический заправочный вентиль 10. В цилиндрическую часть 1 корпуса вставлен в распор с гильзой 4 и торцевой крышкой 8 неподвижный шток 11, имеющий радиальные каналы 12, которые переходят в центральный канал 13. Торцевая крышка 8 и неподвижный шток 11 герметизированы уплотнением 14; неподвижный шток 11 и цилиндрическая часть 1 корпуса герметизированы уплотнениями 15 и 16, расположенными по обе стороны относительно кольцевой проточки 3. На неподвижный шток 11 установлен жестко связанный с ним поршень 17. В гильзу 4 вставлен подвижный шток 18 с выполненной заодно присоединительной серьгой 19. Подвижный шток 18, выполненный полым, уплотняется по гильзе 4 манжетами 20 и 21 и резинофторопластовыми уплотнениями 22 и 23, снижающими трение подвижных частей. Поршень 17 входит в подвижный шток 18 и уплотнен относительно него манжетой 24 и резинофторопластовым уплотнением 25, снижающим трение. Торцевая крышка 8 крепится к цилиндрической части 1 корпуса винтами 26. В цилиндрической части 1 корпуса выполнены продольные каналы 27 и 28. В продольный канал 27 с противоположных сторон вставлены дроссельный винт 29 и запорный шарик 30, а в продольный канал 28 вставлены дроссельный винт 31 и запорный шарик 32. Запорные шарики 32 и 30 поджаты пружинами 33 и 34, сила поджатия обеспечивается винтами 35 и 36. Дроссельные винты 29 и 31 герметизированы уплотнениями 37, 38, 39 и 40. На корпусе в районе расположения всех четырех винтов нанесены регулировочные метки (не показаны). В гильзе 4 выполнены радиальные отверстия 41. Заодно с подвижным штоком 18 выполнен поршень 42. Полость подвижного штока 18, ограниченная поршнем 17, жестко связанным с неподвижным штоком 11, и торцем неподвижного штока 11, является штоковой гидравлической полостью 43, а гидравлическая полость в корпусе, ограниченная поршнем 42 подвижного штока, является поршневой гидравлической полостью 44. Пневматическая полость 45 образована гильзой 4, неподвижным штоком 11, жестко связанным с ним поршнем 17 и торцевой крышкой 8. Дроссельные винты 29 и 31 и фасонные расточки продольных каналов 27 и 28 образуют регулируемые дроссели 46 и 47 соответственно. Запорные шарики 30 и 32 и фасонные расточки продольных каналов 27 и 28 образуют обратные клапаны 48 и 49 соответственно. Радиальные отверстия 41, кольцевые проточки 2 и 3, радиальные каналы 12 и осевой канал 13 соединяют штоковую гидравлическую полость 43 и поршневую гидравлическую полость 44 с продольными каналами 27 и 28.The pneumatic-hydraulic damper consists of a composite housing, in the cylindrical part 1 of which two annular grooves 2 and 3 are made and into which the sleeve 4 is inserted, fixed by screws 5. The sealing of the sleeve 4 and the cylindrical part 1 of the housing is provided by seals 6 and 7 located on both sides relative to the annular grooves 2. On the opposite side, an end cap 8 is inserted into the cylindrical part 1 of the housing, made at the same time with the connecting ear 9. A pneumatic filling vent is installed in the end cap 8 il 10. In the cylindrical part 1 of the body is inserted into the spacer with the sleeve 4 and the end cover 8, the fixed rod 11 having radial channels 12 that extend into the Central channel 13. The end cover 8 and the fixed rod 11 are sealed by a seal 14; the fixed rod 11 and the cylindrical part 1 of the housing are sealed with seals 15 and 16 located on both sides relative to the annular groove 3. A fixed piston 17 is mounted on the fixed rod 11. A movable rod 18 is inserted into the sleeve 4 with an integral earring 19. Mobile the rod 18, made hollow, is sealed on the sleeve 4 with cuffs 20 and 21 and rubber-fluoroplastic seals 22 and 23, which reduce the friction of the moving parts. The piston 17 is included in the movable rod 18 and sealed relative to it by the cuff 24 and the rubber-fluoroplastic seal 25, which reduces friction. The end cap 8 is attached to the cylindrical part 1 of the casing with screws 26. In the cylindrical part 1 of the casing longitudinal channels 27 and 28 are made. A throttle screw 29 and a locking ball 30 are inserted from the opposite sides of the longitudinal channel 27, and a throttle screw 31 is inserted into the longitudinal channel 28 locking ball 32. The locking balls 32 and 30 are preloaded by springs 33 and 34, the preload force is provided by screws 35 and 36. The throttle screws 29 and 31 are sealed with seals 37, 38, 39 and 40. Adjustment marks are made on the housing in the area where all four screws are located ( not by cauldrons). Radial holes 41 are made in the sleeve 4. At the same time, a piston 42 is made with the movable rod 18. The cavity of the movable rod 18, limited by the piston 17, rigidly connected with the stationary rod 11, and the end of the stationary rod 11, is a rod hydraulic cavity 43, and the hydraulic cavity in the housing bounded by the piston 42 of the movable rod is a hydraulic piston cavity 44. The pneumatic cavity 45 is formed by a sleeve 4, a fixed rod 11, a piston 17 and an end cap 8 rigidly connected to it. Throttle screws 29 and 31 and shaped races Points longitudinal channels 27 and 28 form adjustable throttles 46 and 47 respectively. The locking balls 30 and 32 and the shaped bores of the longitudinal channels 27 and 28 form the check valves 48 and 49, respectively. Radial holes 41, annular grooves 2 and 3, radial channels 12 and axial channel 13 connect the rod hydraulic cavity 43 and the piston hydraulic cavity 44 with the longitudinal channels 27 and 28.

При воздействии на пневмогидравлический демпфер внешней сжимающей силы шток 18 втягивается, при этом рабочая жидкость перетекает из штоковой гидравлической полости 43 в поршневую гидравлическую полость 44 через регулируемый дроссель 46, канал 28, обратный клапан 48. Обратный клапан 49 при этом закрыт. В штоковой гидравлической полости 43 возникает давление рабочей жидкости, определяемое гидравлическим сопротивлением регулируемого дросселя 46. Одновременно при втягивании штока возрастает давление газа в пневматической полости 45. Давление в штоковой гидравлической полости 43 и давление в пневматической полости 45 определяют суммарную силу сопротивления на штоке, противодействующую внешней сжимающей силе.When an external compressive force is applied to the pneumatic-hydraulic damper, the rod 18 is retracted, while the working fluid flows from the rod hydraulic cavity 43 into the piston hydraulic cavity 44 through an adjustable throttle 46, channel 28, check valve 48. The check valve 49 is closed. In the rod hydraulic cavity 43, the pressure of the working fluid occurs, which is determined by the hydraulic resistance of the adjustable throttle 46. At the same time, when the rod is retracted, the gas pressure in the pneumatic cavity 45 increases. The pressure in the rod hydraulic cavity 43 and the pressure in the pneumatic cavity 45 determine the total resistance force on the rod, counteracting the external compressive strength.

При воздействии на пневмогидравлический демпфер внешней растягивающей силы шток 18 выдвигается, при этом рабочая жидкость перетекает из поршневой гидравлической полости 44 в штоковую гидравлическую полость 43 через регулируемый дроссель 47, канал 27, обратный клапан 49. Обратный клапан 48 при этом закрыт. Возникает давление рабочей жидкости в гидравлической поршневой полости 44, определяемое гидравлическим сопротивлением регулируемого дросселя 47. Разность давления в гидравлической поршневой полости 44 и давления в пневматической полости 45 определяет силу сопротивления на штоке, противодействующую внешней растягивающей силе.When the pneumatic hydraulic damper exerts an external tensile force, the rod 18 extends, while the working fluid flows from the piston hydraulic cavity 44 into the rod hydraulic cavity 43 through an adjustable throttle 47, channel 27, check valve 49. The check valve 48 is closed. There is a pressure of the working fluid in the hydraulic piston cavity 44, determined by the hydraulic resistance of the adjustable throttle 47. The difference in pressure in the hydraulic piston cavity 44 and the pressure in the pneumatic cavity 45 determines the resistance force on the rod, which counteracts the external tensile force.

Рабочая жидкость, перетекая из одной гидравлической полости в другую через соответствующий регулируемый дроссель, совершает работу, поглощая часть энергии, получаемой пневмогидравлическим демпфером при колебаниях.The working fluid flowing from one hydraulic cavity to another through an appropriate adjustable throttle performs work by absorbing part of the energy received by the pneumohydraulic damper during vibrations.

При снятии внешней силы шток 18 под воздействием давления газа в пневматической полости 45 плавно возвращается в исходное выдвинутое положение.When the external force is removed, the rod 18 under the influence of gas pressure in the pneumatic cavity 45 smoothly returns to its original extended position.

Как видно из описания предлагаемого технического решения, результатом изобретения является возможность точной регулировки таких параметров, как сила и скорость на штоке раздельно для его втягивания и выдвижения в зависимости от ожидаемого характера колебаний, что повысит качество их гашения, включая возможность устранения явления резонанса. Так, например, при использовании пневмогидравлического демпфера в коленном модуле протеза бедра обеспечивается комфортность движения с максимальным приближением кинематических и динамических параметров работы протеза в различных режимах и условиях, например при беге, быстрой ходьбе, спокойной ходьбе, с учетом веса пользователя, к параметрам сгибаний коленного сустава при движении на нормальной конечности.As can be seen from the description of the proposed technical solution, the result of the invention is the ability to fine-tune parameters such as force and speed on the rod separately for its retraction and extension, depending on the expected nature of the oscillations, which will increase the quality of their damping, including the possibility of eliminating the resonance phenomenon. So, for example, when using a pneumohydraulic damper in the knee module of the hip prosthesis, the comfort of movement is ensured with the kinematic and dynamic parameters of the prosthesis working as close as possible in various modes and conditions, for example, when running, fast walking, calm walking, taking into account the user's weight, to the parameters of knee flexion joint when moving on a normal limb.

ЛитератураLiterature

1. Патент RU №2020318, МПК7 F 16 F 9/06, 30.09.94.1. Patent RU No. 2020318, IPC7 F 16 F 9/06, 09/30/94.

2. Патент WO 00/47912, МПК7 F 16 F 9/06, 9/58, 17.08.00 - прототип.2. Patent WO 00/47912, IPC7 F 16 F 9/06, 9/58, 08/17/00 - prototype.

Claims

A pneumatic-hydraulic damper comprising a movable rod located in the housing on one side and a piston separating the hydraulic cavity in the housing from the pneumatic cavity, as well as a piston located in the movable rod and separating the hydraulic cavity in the movable rod, communicating with the hydraulic cavity in the housing, from the aforementioned pneumatic cavities, adjustable throttles, seals and a pneumatic filling valve, characterized in that a fixed rod is introduced into it from the side opposite the mouth side lugs of the movable rod, the piston located in the movable rod rigidly connected to the fixed rod, and longitudinal channels communicating hydraulic cavities are made in the housing walls, and non-return valves placed in the longitudinal channels are introduced, while adjustable chokes are also installed in the indicated longitudinal channels, and in a fixed rod a central channel is made, turning into radial from the side opposite to the side of the piston.