RU2461752C1

RU2461752C1 - Adaptive hydromechanical damper

Info

Publication number: RU2461752C1
Application number: RU2011121597/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Сливинский (RU); Евгений Васильевич Сливинский; Леонид Алексеевич Савин (RU); Леонид Алексеевич Савин; Сергей Юрьевич Радин (RU); Сергей Юрьевич Радин; Дмитрий Николаевич Климов (RU); Дмитрий Николаевич Климов
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-09-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: damper comprises cylinder with piston and hollow rod. Piston is provided with L-shape channels. Spherical body of revolution displaces in said rod. Rod cavity consists of different-diameter intercommunicated channels. Said channels are arranged stepwise along rod length. Smaller-diameter channel is located at push rod top while larger-diameter channel is located at attachment of piston to rod.

EFFECT: higher efficiency of control.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях различной транспортной техники.The present invention relates to the field of engineering and can be used in the construction of various transport equipment.

Известен гидравлический демпфер по А.С. СССР №1084508 от 8.12.1983 г. Такой демпфер состоит из цилиндра, в котором размещен подвижно поршень со штоком. В поршне выполнены вертикальные каналы, переходящие на его поверхности в горизонтальные и примыкающие к радиально расположенным ребрам, жестко закрепленным на поверхности поршня. Такая конструкция демпфера позволяет создавать крутящий момент на штоке, возникающий от потока движущейся жидкости при его рабочем ходе, что обеспечивает поглощение части механической энергии, и тем самым использовать его в эксплуатации более эффективно. Существенным недостатком такого демпфера является то, что закрутка штока происходит только при рабочем ходе, а при отдаче достичь этого невозможно. Поэтому конструкция такого демпфера не позволяет подобрать рациональные параметры усилий при прямом и обратном ходе штока.Known hydraulic damper by A.S. USSR No. 1084508 of December 8, 1983. Such a damper consists of a cylinder in which a piston with a rod is movably placed. Vertical channels are made in the piston, passing on its surface into horizontal ones and adjacent to radially located ribs rigidly fixed to the piston surface. This design of the damper allows you to create torque on the rod, arising from the flow of a moving fluid during its working stroke, which ensures the absorption of part of the mechanical energy, and thereby use it in operation more efficiently. A significant drawback of such a damper is that the swirling of the rod occurs only during the working stroke, and this is impossible to achieve with the recoil. Therefore, the design of such a damper does not allow one to choose rational parameters of forces with forward and reverse stroke.

Известна также конструкция гидравлического демпфера, описанного в патенте RU 2301363 от 12.12.05 г., у которого поршень также снабжен каналами «Г»-образной формы и радиальными ребрами, но размещенными с двух сторон поршня, что позволяет осуществлять закрутку полого штока как при рабочем ходе, так и при режиме отдачи. В полом штоке расположены две диафрагмы полусферической формы, одна из которых сплошная, а другая имеет осевое сквозное отверстие и между ними подвижно размещено сферическое тело качения, снабженное в горизонтальной экваториальное области лыской и вертикальным осевым сквозным каналом. Несмотря на свою повышенную эффективность работы, и этот демпфер также обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что конструкция его не позволяет в автоматическом режиме изменять свои демпфирующие характеристики.Also known is the design of the hydraulic damper described in patent RU 2301363 dated 12.12.05, in which the piston is also equipped with “G” -shaped channels and radial ribs, but located on both sides of the piston, which allows the hollow rod to be twisted as during working progress, and in the recoil mode. In the hollow stem there are two hemispherical diaphragms, one of which is solid, and the other has an axial through hole and a spherical rolling body movably placed between them, provided with a flat and a vertical axial through channel in the horizontal equatorial region. Despite its increased operating efficiency, this damper also has a significant drawback, namely, that its design does not automatically change its damping characteristics.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы демпфера за счет автоматического регулирования сил сопротивления при его отбое и рабочем ходе.Therefore, the aim of the invention is to increase the efficiency of the damper due to the automatic control of the resistance forces during its rebound and working stroke.

Поставленная цель достигается тем, что внутренняя полость пустотелого штока состоит из ряда последовательно соединенных между собою каналов различного диаметра, выполненных и размещенных ступенчато по его длине, причем канал наименьшего диаметра расположен в верхней части штока, а наибольшего в нижней в зоне крепления поршня к штоку.This goal is achieved in that the internal cavity of the hollow rod consists of a series of channels of different diameters connected in series, arranged and arranged in steps along its length, the channel of the smallest diameter located in the upper part of the rod and the largest in the lower in the area of the piston to the rod.

На чертежах фиг.1 показана часть адаптивного гидромеханического демпфера с продольным разрезом, на фиг.2 его сечение по АА, на фиг.3 и фиг.4 показано укрупненное сечение полого штока с расположенными в нем деталями.In the drawings of Fig. 1, a part of an adaptive hydromechanical damper with a longitudinal section is shown, in Fig. 2 its section along AA, in Fig. 3 and Fig. 4 shows an enlarged section of a hollow rod with parts located therein.

Адаптивный гидромеханический демпфер состоит из цилиндра 1 с установленным в нем поршнем 2 и полым штоком 3. Поршень 2 снабжен радиальными ребрами 4 и примыкающими к ним с зазором выступами 5. Выступы 5 снабжены горизонтальными каналами 6, переходящими в вертикальные каналы 7. Полый шток 3 связан с поршнем 2 шпонкой 8 и фиксирован гайкой 9. В полом штоке 3 жестко закреплены диафрагмы 10 и 11, а последняя снабжена сквозным отверстием 12. В пространстве между диафрагмами 10 и 11 подвижно в вертикальной плоскости полого штока 3 размещено сферическое тело качения 13, снабженное круговой лыской 14 и вертикальным осевым сквозным каналом 15, а в стенках полого штока 3 выполнены верхние конусные каналы 16 и нижние конусные каналы 17. Цилиндр 1 заполнен рабочей жидкостью 18. Полый шток 3 своим концом закреплен на кузове транспортного средства 19. Внутренняя полость полого штока 3 ступенчато переходит в осевые каналы 20, 21, 22, имеющие различный диаметр по их длине, уменьшающийся в сторону заделки пустотелого штока 3 к кузову 19 транспортного средства.The adaptive hydromechanical damper consists of a cylinder 1 with a piston 2 installed in it and a hollow rod 3. The piston 2 is provided with radial ribs 4 and protrusions adjacent to them with a gap 5. The protrusions 5 are provided with horizontal channels 6, turning into vertical channels 7. The hollow rod 3 is connected with a piston 2, a key 8 and fixed by a nut 9. In the hollow stem 3, the diaphragms 10 and 11 are rigidly fixed, and the latter is equipped with a through hole 12. In the space between the diaphragms 10 and 11, a spherical body 13, equipped with a circular flat 14 and a vertical axial through channel 15, and upper conical channels 16 and lower conical channels 17 are made in the walls of the hollow rod 3. The cylinder 1 is filled with a working fluid 18. The hollow rod 3 is fixed with its end to the vehicle body 19. The internal cavity of the hollow rod 3 stepwise passes into the axial channels 20, 21, 22, which have different diameters along their length, decreasing towards closing the hollow rod 3 to the vehicle body 19.

Работает адаптивный гидромеханический демпфер следующим образом.The adaptive hydromechanical damper operates as follows.

В статике, когда, например, транспортное средство, в котором используется адаптивный гидромеханический демпфер, его детали находятся в таком положении, как это показано на фиг.1. При движении транспортного средства его кузов 19 совместно с поршнем 2 и полым штоком 3 совершают перемещение по стрелке В (см. фиг.1 и фиг.2) при этом находящаяся в подпоршневой полости рабочая жидкость 18 поступает по стрелке С в горизонтальные каналы 6 выступов 5, проходит через вертикальные каналы 7 и контактирует с радиальными ребрами 4, создавая крутящий момент M_кр на полом штоке, который получает угловой поворот на некоторый угол только на участке осевого канала 20, так как его крутильная жесткости C_φ1 меньше чем крутильная жесткость C_φ2 следующего участка осевого канала 21 штока, имеющего меньший диаметр, чем диаметр участке осевого канала 20 (см. фиг.1). В этом случае происходит поглощение поступательной энергии хода поршня 2 и ее рассеивание в окружающую среду, заполненную рабочей жидкостью 18. Предположим, что динамическая нагрузка в сравнении с предыдущей возросла, а, следовательно, величина крутящего момента M_кр увеличилась и поэтому после какого-то максимального угла закручивания участка полого штока, где осевой канал 20 имеет диаметр больший, чем осевой канал 21, угловую деформацию получит и последний. Но так как его крутильная жесткость C_φ2 выше, чем C_φ1, то такая динамическая нагрузка будет также успешно сдемпфирована. В дальнейшем при возникновении еще более высоких по величине динамических нагрузок в работу по гашению последних войдет третий осевой канал 22, у которого крутильная жесткость C_φ3 имеет еще большее численное значение, чем предыдущие крутильные жесткости C_φ1 и C_φ2. Такое изменение крутильных жесткостей подтверждается известной аналитической зависимостью

, где видно, что с уменьшением диаметра осевых каналов 20, 21 и 22 (знаменатель формулы) последняя имеет тенденцию к росту, что влечет за собой повышению демпфирующей способности гидромеханического демпфера.In statics, when, for example, a vehicle that uses an adaptive hydromechanical damper, its parts are in the same position as shown in Fig. 1. When the vehicle is moving, its body 19 together with the piston 2 and the hollow rod 3 move along arrow B (see FIG. 1 and FIG. 2) while the working fluid 18 in the sub-piston cavity flows along arrow C into the horizontal channels 6 of the protrusions 5 passes through the vertical channels 7 and is in contact with the radial ribs 4, creating a torque M _cr on the hollow rod, which receives an angular rotation at a certain angle only in the area of the axial channel 20, since its torsional stiffness C _{φ1 is} less than the torsional stiffness C _φ2 trace a portion of the axial channel 21 of the rod having a smaller diameter than the diameter of the portion of the axial channel 20 (see FIG. 1). In this case, the translational energy of the stroke of the piston 2 is absorbed and it is dissipated into the environment filled with the working fluid 18. Suppose that the dynamic load has increased compared to the previous one, and, consequently, the magnitude of the torque M _cr has increased and therefore after some maximum the twisting angle of the hollow rod portion, where the axial channel 20 has a diameter larger than the axial channel 21, the latter will also receive angular deformation. But since its torsional rigidity C _{φ2 is} higher than C _φ1 , such a dynamic load will also be successfully damped. In the future, when even higher dynamic loads arise, the third axial channel 22 will enter the damping operation for the latter, for which the torsional stiffness C _φ3 has an even greater numerical value than the previous torsional stiffnesses C _φ1 and C _φ2 . This change in torsional stiffness is confirmed by the well-known analytical dependence

, where it can be seen that with a decrease in the diameter of the axial channels 20, 21 and 22 (the denominator of the formula), the latter tends to increase, which entails an increase in the damping ability of the hydromechanical damper.

Одновременно с описанным процессом рабочего хода также в случае резкого возникновения динамической нагрузки при рабочем ходе поршня 2 (см. фиг.4), когда его скорость V_PX мгновенно возрастает, рабочая жидкость 18 получает движение по стрелке D в полой полости штока 3, проходит через сквозное отверстие 12, выполненное в диафрагме 11, и перемещает с некоторым сопротивлением сферическое тело качения 13 в направлении стрелки E (за счет наличия круговой лыски 14, выполненной на сферическом теле качения 13, например, по 4-му квалитету, образующей с внутренней поверхностью полого штока 3 поступательную кинематическую пару высокой точности сопряжения) до тех пор, пока оно не упрется в диафрагму 10. После этого рабочая жидкость 18 уже не сможет протекать по вертикальному осевому сквозному каналу 15 и поэтому поступит по стрелкам F в нижние конусные каналы 17, истекая из них со значительной скоростью и создавая сопротивление движению поршня 2 по стрелке В (следует отметить, что скорость истекания рабочей жидкости 18 из каналов 17 возрастает за счет того, что на выходе каналы 17 имеют диаметр отверстия меньший, чем на входе. Более того, на чертежах это не показано, но количество каналов 17 может быть различным, исходя из габаритов и области применения гидравлического демпфера). Чем выше скорость V_PX движения поршня 2 при рабочем ходе, тем выше будет демпфирующая способность гидравлического демпфера. В то же время в верхние конусные каналы 16 рабочая жидкость попасть не может, так как они прикрыты сферическим телом качения 13. При обратном ходе поршня 2, то есть отдаче демпфера, последний вместе с полым штоком 3 будет перемещаться в направлении, обратном стрелке В со скоростью движения V_OX (см. фиг.3), и тогда под действием тока рабочей жидкости 18 по стрелке K сферическое тело качения 13 переместится по стрелке L и последняя поступит в его вертикальный осевой сквозной канал 15 также по стрелке K и будет транспортироваться в дальнейшем по полому штоку 3 в подпоршневую полость демпфера, также демпфируя этот вид динамического нагружения.Simultaneously with the described process of the stroke, also in the case of a sharp occurrence of dynamic load during the stroke of the piston 2 (see figure 4), when its speed V _PX instantly increases, the working fluid 18 receives movement along arrow D in the hollow cavity of the rod 3, passes through the through hole 12, made in the diaphragm 11, and moves with some resistance the spherical rolling body 13 in the direction of the arrow E (due to the presence of a circular flat 14 made on the spherical rolling body 13, for example, according to the 4th quality, forming internally with the surface of the hollow rod 3, the translational kinematic pair of high precision mating) until it abuts against the diaphragm 10. After that, the working fluid 18 can no longer flow along the vertical axial through channel 15 and therefore flows along the arrows F into the lower conical channels 17 flowing out of them at a considerable speed and creating resistance to the movement of the piston 2 along arrow B (it should be noted that the flow rate of the working fluid 18 from the channels 17 increases due to the fact that the channels 17 have an orifice diameter of shy than at the inlet. Moreover, this is not shown in the drawings, but the number of channels 17 may be different, based on the dimensions and scope of the hydraulic damper). The higher the speed V _{PX of the} movement of the piston 2 during the stroke, the higher will be the damping ability of the hydraulic damper. At the same time, the working fluid cannot get into the upper conical channels 16, since they are covered by a spherical rolling body 13. When the piston 2 moves back, that is, the damper recovers, the latter together with the hollow rod 3 will move in the direction opposite to the arrow B with the speed of movement V _OX (see Fig. 3), and then under the action of the flow of working fluid 18 along arrow K, the spherical rolling body 13 moves along arrow L and the latter enters its vertical axial through channel 15 along arrow K and will be transported in the future hollow 3 in the under-piston cavity of the damper, also damping this type of dynamic loading.

Обратный ход поршня 2, характеризующий режим отдачи, происходит также с сопротивлением, как это описано выше, но при этом рабочая жидкость протекает по каналам 6 и 7 в противоположном направлении стрелке C.The return stroke of the piston 2, which characterizes the recoil mode, also occurs with resistance, as described above, but the working fluid flows through channels 6 and 7 in the opposite direction to arrow C.

В дальнейшем описанные процессы могут повторяться неоднократно. Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так оно более просто по конструкции и в то же время позволяет эффективно демпфировать динамические составляющие нагрузок, возникающие в условиях эксплуатации различных транспортных средств.In the future, the described processes can be repeated repeatedly. The technical and economic advantage of the proposed technical solution in comparison with the known ones is obvious, as it is more simple in design and at the same time it allows efficiently damping the dynamic components of the loads that arise during the operation of various vehicles.

Claims

An adaptive hydromechanical damper containing a cylinder with a piston equipped with L-shaped channels and a hollow rod, inside which a spherical rolling body is movably located, characterized in that the internal cavity of the hollow rod consists of a series of channels of different diameters connected in series, made and placed stepwise along its length, the channel of the smallest diameter located in the upper part of the rod, and the largest in the lower in the area of the piston to the rod.