Гидравлический тракт переменного сопротивления в устройствах амортизаторов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК б2122629113 А. П. БОЛШТЯНСКИЙ

П. Д. БАЛАКИН

Омский государственный технический университет

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАКТ ПЕРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В УСТРОЙСТВАХ АМОРТИЗАТОРОВ

В статье рассматривается возможность создания гидравлического тракта амортизатора, имеющего одинаковое сопротивление в значительном интервале рабочих температур. Приведен пример возможной конструкции поршневого узла амортизатора и уравнение для расчета прогиба биметаллической пластины, ограничивающей проходное сечение перепускных отверстий поршня.

Недостатком известных конструкций гидравлических амортизаторов является их низкая работоспособность в зимних условиях, когда жидкость, заполняющая гидравлические полости, при низких температурах имеет высокую вязкость и плотность, в связи с чем при трогании транспортной машины с места после длительной стоянки перепускные отверстия, выполняющие функции дросселей, имеют слишком большое гидравлическое сопротивление [1], и во время колебаний транспортного средства возникает излишне большой перепад давления на поршне, приводящий к катастрофическому износу и разрушению уплотнительных элементов амортизатора и быстрому выходу его из строя.

Таким образом, совершенствование амортизатора должно быть направлено на создание перепускного гидравлического тракта, имеющего переменное сопротивление, соответствующее температуре рабочей жидкости, т.е. ее вязкости и плотности.

Решение этой задачи может быть получено введением в состав гидравлического тракта элемента, который изменял бы проходное сечение узла, определяющего расход жидкости, в зависимости от ее температуры.

В гидравлическом амортизаторе расход через перепускное отверстие в общем случае, помимо перепада давления, зависит от свойств жидкости, сопротивления калиброванного отверстия и высоты подъема пластины перепускного клапана [2, 3 и др.]. Очевидно, что для изменения сопротивления самого отверстия при изменении температуры детали, в котором оно размещено, могут потребоваться сложные конструктивные мероприятия, которые приведут к чрезвычайно большому удорожанию конструкции. Наиболее реально в данном случае использовать регулятор расхода жидкости типа сопло — заслонка, а ход заслонки ограничить в зависимости от температуры пропускаемого через регулятор масла.

В этом случае схема фрагмента поршневого узла может выглядеть следующим образом (рис. 1).

На рис. 1 а изображено положение амортизатора в отсутствие взаимного перемещения поршня и цилин-

дра при низкой температуре; на рис. 1б — то же при ходе сжатия (движение поршня показано стрелкой); на рис. 1в — то же, что на рис. 1а при максимальной температуре; на рис. 1г — то же, что на рис. 1в при ходе сжатия.

В качестве ограничителя хода пластины клапана использована биметаллическая пластина, т.е. пластина, состоящая из двух слоев, каждый из которых имеет свой температурный коэффициент линейного расширения а (ТКЛР). Так, например, для изображенных на рис. 1 пластин 4 в соответствии с их функциями верхний слой должен быть изготовлен с высоким а (например, из бронзы), и нижний слой — с низким а (например, из сплава 36 — инвар). В этом случае при понижении температуры пластины она будет изгибаться вверх (по рисунку), а при повышении — вниз).

Исходным положением для пластин (рис. 1а) принято состояние амортизатора при низкой температуре, когда вязкость заполняющей амортизатор жидкости высокая. В этом случае возможный ход пластин клапанов (7 и 6) максимальный, и при сравнительно больших сечениях отверстий 8 и 9 истечение через них вязкой жидкости происходит при сопротивлении, характерном для обычной работы прогретого амортизатора.

Так, при ходе сжатия (показан на рис. 1 б) пластина 6 прямого клапана поднимается на максимальную величину, ее ход ограничен полностью «отпущенным» биметаллическим ограничителем 4. Аналогично при низкой температуре амортизатор будет работать и при ходе растяжения (на рисунке не показан).

По мере прогрева амортизатора на ходу транспортного средства за счет перехода работы трения жидкости в теплоту, жидкость нагревается, ее вязкость падает. Одновременно прогреваются и пластины 4. Возникающие в них внутренние напряжения из-за разности ТКЛР приводят к деформации пластин, и при полностью прогретом амортизаторе они упираются в свои ограничители (поз. 4 и 5). В связи с уменьшением живого сечения потока жидкости, протекающей через отверстия 8 и 9 и зазор между торцами поршня

и пластинами 6 и 7 клапанов, сопротивление потоку увеличивается до значения, характерного для нормальной работы амортизатора.

Таким образом, описанная конструкция обеспечивает нормальное сопротивление потокам жидкости в амортизаторе независимо от температуры и, соответственно, вязкости рабочей жидкости.

Ход Н свободного конца защемленной биметаллической пластины на длине Ь в зависимости от ее температуры может быть определен из уравнения

В= R

1-cosí 180

п R ]

где величина R определяется из зависимости [4] в + АЕ1 Ег ^ A¡ + hE^^hi +4E1E1$hí+E¡ h¡

6E1E1 + ^ )f{h1 (Kj - K2 )АГ

где:

• Е12 — модуль Юнга материала (индексы «1» и «2» соответствуют материалам «первого» и «второго» слоя биметаллической пластины);

• ^12 — толщина слоя биметаллической пластины;

• а12 — ТКЛР слоя биметаллической пластины;

• ДТ — разность между температурами до и после нагрева биметаллической пластины.

Анализ этих уравнений показывает, что прогиб биметаллической пластины линейно зависит от разности температур, в то время как зависимость вязкости жидкости от температуры в общем случае нелинейная [1].

Однако, в значительном диапазоне температур (от -40 0С до +50 0С) кинематическая вязкость большинства минеральных масел зависит от температуры почти линейно. Это дает основание полагать, что описанное выше устройство поршневой пары гидравлического амортизатора может быть использовано для повышения его надежности при работы в условиях низких температур.

Библиографический список

1. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы/ Т.М Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. — М.: Машиностроение, 1982. — 345 с.

2. Михайловский Е.В., Серебряков К.Б., Тур Е.Я. Устройство автомобиля. — М.: Машиностроение, 1987. — 352 с.

3. Болштянский А.П., Зензин Ю.А., Щерба В.Е. Основы

Рис. 1. Конструктивная схема фрагмента гидравлического амортизатора с гидравлическим трактом переменного

сопротивления: 1. Цилиндр. 2. Поршень. 3. Шток. 4. Биметаллический ограничитель. 5. Ограничитель. 6. Пластина прямого клапана. 7. Пластина обратного клапана. 8. Отверстие прямого хода (сжатия). 9. Отверстие обратного хода (растяжения). А - нижняя полость, Б - верхняя полость, Р - давление, Т - температура

конструкции автомобиля. — М. «Легион - Автодата», 2005. — 312 с.

4. Clyne T.W. Residual stresses in surface coatings and their effects on interfacial debonding/ Key Engineering Materials (Switzerland). Vol. 116-117, pp. 307-330. - 1996 y.

БОЛШТЯНСКИЙ Александр Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины».

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теория механизмов и машин».

Дата поступления статьи в редакцию: 09.11.2007 г. © Болштянский А.П., Балакин П.Д.