PL237405B1

PL237405B1 - Fluid spring with variable damping force

Info

Publication number: PL237405B1
Application number: PL423142A
Authority: PL
Inventors: Sebastian Szydło; Marcin Szczęch; Bolesław Zachara
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2021-04-19
Also published as: PL423142A1

Abstract

Amortyzator hydrauliczny o zmiennej sile tłumienia zawierający tłoczysko i tłok z górnym zespołem zaworowym, umieszczone w rurze wewnętrznej, która jest umieszczona szczelnie w zawalcowanej u góry rurze zewnętrznej, a także zawierający usytuowany pomiędzy komorą roboczą oraz przestrzenią rezerwową dolny zespół zaworowy posiadający co najmniej jeden zwrotny kanał charakteryzuje się tym, że dolny zespół zaworowy posiada dysk obrotowy (9), usytuowany w osiowo-symetrycznym gnieździe wykonanym w zamknięciu (10) rury wewnętrznej (1) i wyposażony jest dodatkowo w co najmniej jeden regulacyjny kanał (C) łączący komorę roboczą z przestrzenią rezerwową, który jest wykonany przelotowo w zamknięciu (10) oraz w dysku obrotowym (9). Dysk obrotowy (9) osadzony jest na wale sterującym (11) ułożyskowanym i uszczelnionym w zamknięciu (12) rury zewnętrznej (2), a ponadto wylot zwrotnego kanału (R) od strony komory roboczej jest zabezpieczony płytką zaworową górną (7), a od strony komory rezerwowej wylot regulacyjnego kanału (C) jest zabezpieczony płytką zaworową dolną (8).A hydraulic shock absorber with variable damping force comprising a piston rod and a piston with an upper valve assembly, placed in an inner tube, which is placed tightly in an outer tube rolled at the top, and also comprising a lower valve assembly located between the working chamber and the reserve space, having at least one return channel, characterized in that the lower valve assembly has a rotary disc (9), located in an axially symmetrical seat made in the closure (10) of the inner tube (1) and is additionally equipped with at least one regulating channel (C) connecting the working chamber with the reserve space, which is made as a pass-through in the closure (10) and in the rotary disc (9). The rotating disc (9) is mounted on a control shaft (11) mounted and sealed in the closure (12) of the outer tube (2), and in addition the outlet of the return channel (R) on the working chamber side is secured by an upper valve plate (7), and on the reserve chamber side the outlet of the control channel (C) is secured by a lower valve plate (8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest amortyzator hydrauliczny o zmiennej sile tłumienia, mający zastosowanie zwłaszcza w pojazdach samochodowych.The subject of the invention is a hydraulic shock absorber with variable damping force, which is used in particular in motor vehicles.

Z amerykańskiego opisu patentowego US005402867A znany jest jednorurowy amortyzator posiadający możliwość regulacji siły tłumienia. W elemencie prowadzącym tłoka znajduje się zawór w postaci dwóch współosiowych cylindrów, z których wewnętrzny może być obracany za pomocą pręta sterującego, umieszczonego w tłoczysku. W ściankach cylindrów, na tej samej wysokości wykonane są przelotowe otwory, pozwalające na przepływ cieczy hydraulicznej pomiędzy górną częścią komory cylindra oraz dolną częścią komory cylindra z pominięciem zaworu zwrotnego. Poprzez obrót wewnętrznego cylindra względem cylindra zewnętrznego reguluje się powierzchnię przekroju przepływowego kanału bocznikującego zawór zwrotny.From the American patent description US005402867A there is known a single-tube shock absorber having the possibility of adjusting the damping force. In the guide element of the piston there is a valve in the form of two coaxial cylinders, the internal of which can be turned by a control rod placed in the piston rod. Through holes are made in the cylinder walls at the same height, allowing the flow of hydraulic fluid between the upper part of the cylinder chamber and the lower part of the cylinder chamber, bypassing the non-return valve. By rotating the inner cylinder with respect to the outer cylinder, the cross-sectional area of the flow channel bypassing the check valve is controlled.

Znane są również rozwiązania teleskopowych dwururowych amortyzatorów hydraulicznych o zmiennych siłach tłumienia, przykładowo przedstawione w amerykańskich opisach patentowych US9206876B2 i US9234558B2. Amortyzatory ujawnione w tych opisach posiadają cylinder umieszczony koncentrycznie wewnątrz rury zewnętrznej zamkniętej w dolnej części oraz zawalcowanej na prowadnicy tłoczyska w części górnej. Tłoczysko wraz z zamocowanym tłokiem porusza się w środku cylindra wewnętrznego, który został oparty na podstawie zaworu dolnego. Na powierzchni bocznej rury zewnętrznej został umieszczony sterowany zawór proporcjonalny zmieniający wartości siły tłumienia amortyzatora. Zmiana siły tłumienia następuje dzięki dławieniu przepływu oleju z przestrzeni między rurą zewnętrzną i wewnętrzną do komory rezerwowej przez zmianę odległości między płytkami tworzącymi kanał przepływu. Taki sposób dławienia wymaga precyzyjnego pozycjonowania ruchomych elementów zaworu.There are also known solutions for telescopic two-tube hydraulic shock absorbers with variable damping forces, for example presented in the American patents US9206876B2 and US9234558B2. The shock absorbers disclosed in these descriptions have a cylinder arranged concentrically inside the outer tube closed in the lower part and rolled on the piston rod guide in the upper part. The piston rod, together with the mounted piston, moves in the center of the inner cylinder, which is based on the base of the lower valve. A controlled proportional valve is placed on the side surface of the outer tube, which changes the values of the shock absorber damping force. The damping force is changed by throttling the oil flow from the space between the outer and inner pipes to the reserve chamber by changing the distance between the plates forming the flow channel. This method of throttling requires precise positioning of the moving parts of the valve.

Istotą amortyzatora hydraulicznego o zmiennej sile tłumienia jest to, że posiada dolny zespół zaworowy składający się z zestawu płytek zaworowych górnych, płytek zaworowych dolnych, dysku obrotowego, usytuowanego w osiowo-symetrycznym gnieździe wykonanym w zamknięciu rury wewnętrznej, który wyposażony jest dodatkowo, w co najmniej jeden regulacyjny kanał, łączący komorę roboczą z przestrzenią rezerwową i wykonany przelotowo w zamknięciu rury wewnętrznej oraz w dysku obrotowym. Dysk obrotowy osadzony jest na wale sterującym, ułożyskowanym i uszczelnionym w zamknięciu rury zewnętrznej. Wylot zwrotnego kanału od strony komory roboczej zabezpieczony jest płytką zaworową górną, a od strony komory rezerwowej wylot regulacyjnego kanału zabezpieczony jest płytką zaworową dolną.The essence of the hydraulic shock absorber with variable damping force is that it has a lower valve assembly consisting of a set of upper valve plates, lower valve plates, and a rotary disc located in an axially symmetrical seat made in the closing of the inner pipe, which is additionally equipped with at least one regulating channel connecting the working chamber with the reserve space and made through the closure of the inner tube and the rotating disc. The rotary disc is mounted on the control shaft, bearing and sealed in the closure of the outer tube. The outlet of the return channel from the side of the working chamber is secured with the upper valve plate, and from the side of the reserve chamber, the outlet of the control channel is secured with the lower valve plate.

Korzystnym jest, gdy regulacyjny kanał w dysku obrotowym oraz w zamknięciu rury wewnętrznej posiada formę koncentrycznej szczeliny o stałym lub zmiennym prześwicie.The regulating channel in the rotating disc and in the closure of the inner tube preferably has the form of a concentric slot with a constant or variable clearance.

Również korzystnym jest, gdy regulacyjny kanał stanowi zespół otworów, rozmieszczonych w dysku obrotowym oraz w zamknięciu rury wewnętrznej, w taki sposób, że przy różnym kącie obrotu dysku obrotowego, odpowiada sobie inna ilość otworów.It is also advantageous for the adjustment channel to be a plurality of holes arranged in the rotary disk and in the closure of the inner tube such that a different number of holes corresponds to each other at a different rotation angle of the rotary disk.

Ponadto, korzystnym jest, gdy wał sterujący połączony jest poprzez sprzęgło sprężynowe z silnikiem krokowym.Moreover, it is advantageous if the control shaft is connected via a spring coupling to the stepper motor.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest prosta budowa, skuteczne dławienie przepływu przez wykonanie otworów przelotowych o kształcie cylindrycznym lub w postaci szczelin o kształcie łukowym oraz możliwość łatwej adaptacji zaworu do istniejących konstrukcji amortyzatorów, szczególnie dwu rurowych.The advantage of the solution according to the invention is simple structure, effective throttling of the flow by making through holes of cylindrical shape or in the form of arched slots and the possibility of easy adaptation of the valve to the existing structures of shock absorbers, especially two-pipe ones.

Przykładowe rozwiązanie amortyzatora według wynalazku zostało zobrazowane na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny hydraulicznego amortyzatora dwururowego, gdzie uwidoczniono min. zespół sterowanego zaworu dolnego, a fig. 2 - zespół sterowanego zaworu dolnego w powiększeniu.An exemplary solution of a shock absorber according to the invention has been illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a double-tube hydraulic shock absorber, where min. a controlled lower valve assembly, and Fig. 2 is an enlarged controlled lower valve assembly.

Amortyzator składa się z rury wewnętrznej 1 oraz rury zewnętrznej 2. Rura zewnętrzna 2 jest zawalcowana w górnej części, gdzie na wewnętrznej stronie zawalcowania opiera się uszczelnienie wargowe 3. Uszczelnienie wargowe 3 osadzone jest w prowadnicy tłoczyska 4, która jest oparta o górną część rury wewnętrznej 1. Wewnątrz rury wewnętrznej 1 umieszczono tłoczysko 5 wraz z zamontowanym na jego końcu górnym zespołem zaworowym Z. Górny zespół zaworowy Z składa się z dysków zaworowych umieszczonych po jego obu stronach. Całość dociskana jest przez sprężynę zaworową umieszczoną w prowadnicy opartej na nakrętce zakręconej na nagwintowanym trzpieniu tłoczyska 4. Na tłoczysku 4 jest umieszczony talerz, na którym opiera się odbojnik 6. W dolnej części rury zewnętrzThe shock absorber consists of an inner tube 1 and an outer tube 2. The outer tube 2 is rolled in the upper part, where the lip seal 3 rests on the inner side of the roll. The lip seal 3 is seated in the piston rod guide 4, which rests against the upper part of the inner tube 1. Inside the inner tube 1 a piston rod 5 with an upper valve assembly Z mounted at its end is placed. The upper valve assembly Z consists of valve disks placed on both sides of it. The whole is pressed by a valve spring placed in a guide supported on a nut screwed on the threaded rod of the piston rod 4. A plate is placed on the piston rod 4, on which the bumper rests 6. In the lower part of the outer tube

PL 237 405 B1 nej 2 jest umieszczony zespół sterowanego zaworu dolnego, zawierający regulacyjne kanały C o sterowanej wielkości powierzchni przekroju przepływowego, łączące komorę roboczą z przestrzenią rezerwową oraz zwrotne kanały R. Od strony komory roboczej, wyloty zwrotnych kanałów R zabezpieczone są płytką zaworową górną 7. Od strony komory rezerwowej wyloty regulacyjnych kanałów C zabezpieczone są płytką zaworową dolną 8. Regulacyjne kanały C oraz zwrotne kanały R wykonane są w elemencie stanowiącym jednocześnie zamknięcie 10 rury wewnętrznej 1 posiadającym osiowo-symetryczne gniazdo, w którym osadzony jest dysk obrotowy 9, którym również są wykonane przelotowe otwory, stanowiące przedłużenie regulacyjnych kanałów C. Dysk 9 jest osadzony na wale sterującym 11 ułożyskowanym i uszczelnionym w zamknięciu 12 rury zewnętrznej 2. Zamknięcie 12 rury zewnętrznej 2 jest osadzone za pomocą połączenia gwintowego na rurze zewnętrznej 2 i dociska osiowo zamknięcie 10 rury wewnętrznej 1. Układ zaworowy składający się z zestawów płytek zaworowych górnych 7 posiadających otwory w miejscach wlotu regulacyjnego kanału C, płytek zaworowych dolnych 8, dysku obrotowego 9 oraz zamknięcia 10 rury wewnętrznej 1 został oparty na odsadzeniu wału sterującego 11 oraz ustalony osiowo za pomocą dwóch nakrętek 13 i podkładki 14. Wał sterujący 11 jest połączony z silnikiem krokowym 15 poprzez sprzęgło sprężynowe 16 i uszczelniony za pomocą uszczelnienia wysokociśnieniowego 17. Silnik krokowy 15 jest osadzony na zamknięciu 12 rury zewnętrznej 2 za pomocą tulei dystansowej 18. Docisk korpusu silnika krokowego 15 do tulei dystansowej 18 jest realizowany za pomocą czterech śrub 19 wraz ze sprężystymi podkładkami 20. Zamknięcie 12 rury zewnętrznej 2 wraz z elementami roboczymi modułu zaworowego jest przykręcone do rury zewnętrznej 2 i jest zabezpieczone przed odkręceniem przez nakrętkę zabezpieczającą 21. W dolnej części rury zewnętrznej 2 znajduje się powierzchnia szlifowana, do której przylega uszczelnienie hydrauliczne 22.In section 2, there is a controllable lower valve assembly, including control channels C with a controlled size of the flow cross-section area, connecting the working chamber with the reserve space, and return channels R. From the side of the working chamber, the outlets of the return channels R are protected by the upper valve plate 7 From the side of the reserve chamber, the outlets of the control channels C are protected by the lower valve plate 8. The control channels C and the return channels R are made in an element constituting at the same time a closure 10 of the inner pipe 1 having an axially-symmetrical seat in which a rotary disk 9 is mounted, which also through holes are made, constituting an extension of the regulating channels C. The disc 9 is mounted on the control shaft 11 mounted and sealed in the closure 12 of the outer tube 2. The closure 12 of the outer tube 2 is threaded onto the outer tube 2 and axially presses the closure 10 of the tube internal 1. Circuit d valve consisting of sets of upper valve plates 7 having openings at the inlet of the regulating channel C, lower valve plates 8, rotary disc 9 and closure 10 of the inner pipe 1 was supported on the shoulder of the control shaft 11 and axially fixed by two nuts 13 and a washer 14. The control shaft 11 is connected to the stepper motor 15 through a spring clutch 16 and sealed by a high-pressure seal 17. The stepper motor 15 is mounted on the closure 12 of the outer tube 2 by means of a spacer sleeve 18. The pressure of the stepper motor body 15 against the spacer sleeve 18 is realized by means of four screws 19 with elastic washers 20. The closure 12 of the outer tube 2 together with the working elements of the valve module is screwed to the outer tube 2 and is secured against unscrewing by a securing nut 21. In the lower part of the outer tube 2 there is a ground surface, to which it adjoins hydraulic seal 22.

Sposób działania amortyzatora polega na tym, że w fazie dobicia płyn amortyzatorowy przedostaje się z komory roboczej do przestrzeni rezerwowej regulacyjnym kanałem C, natomiast w fazie odbicia powraca z przestrzeni rezerwowej do komory roboczej kanałem zwrotnym R. Dzięki zastosowaniu zespołów płytek zaworowych: górnej 7 oraz dolnej 8 nie ma możliwości przedostawania się oleju przez regulacyjny kanał C w trakcie odbicia oraz przez kanał R w trakcie dobicia. Powierzchnia przekroju przepływowego otworu przelotowego regulacyjnego kanału C może być zmieniana w trakcie pracy amortyzatora przez ruch obrotowy dysku 9 realizowany poprzez obrót wału sterującego 11 za pomocą silnika krokowego 15.The method of operation of the shock absorber is based on the fact that in the compression phase, the shock absorber fluid flows from the working chamber to the reserve space through the control channel C, while in the rebound phase it returns from the reserve space to the working chamber through the return channel R. Thanks to the use of valve plate assemblies: upper 7 and lower 8, there is no possibility of oil penetrating through the regulating channel C during rebound and through the R channel during rebound. The cross-sectional area of the flow through hole of the regulating channel C can be changed in the course of operation of the damper by the rotational movement of the disc 9 performed by the rotation of the control shaft 11 by the stepper motor 15.

Możliwe są dowolne geometrie regulacyjnych kanałów C. W innym przykładzie wykonania regulacyjne kanały C wykonane są w postaci zachodzących na siebie szczelin o stałym prześwicie. W kolejnym przykładzie wykonania zastosowano szczeliny łukowe o zmiennej geometrii. Jeszcze inny przykład wykonania zawiera układ otworów pozwalających na regulację siły tłumienia w sposób skokowy dzięki zmiennej, zależności od kąta obrotu dysku obrotowego 9 liczbie otworów czynnych, stanowiących regulacyjne kanały C.Any geometries of the control channels C are possible. In another embodiment, the control channels C are made in the form of overlapping slots with a constant lumen. In another embodiment, variable geometry arc slots are used. Yet another embodiment includes an array of openings allowing the damping force to be adjusted stepwise thanks to the variable number of active openings, which are the control channels C, depending on the angle of rotation of the rotary disk 9.

Wykaz oznaczeń na rysunkuList of symbols in the drawing

- rura wewnętrzna- inner pipe

- rura zewnętrzna- outer tube

- uszczelnienie wargowe- lip seal

- prowadnica- guide

- toczysko- rolling stock

- odbojnik- bumper

- płytka zaworowa górna- upper valve plate

- płytka zaworowa dolna- lower valve plate

- dysk obrotowy- rotary disk

- zamknięcie (rury wewnętrznej)- closure (inner tube)

- wał sterujący- control shaft

- zamknięcie (rury zewnętrznej)- closure (of the outer tube)

- nakrętki- nuts

- podkładki- washers

- silnik krokowy- stepper motor

- sprzęgło sprężynowe- spring clutch

- uszczelnienie wysokociśnieniowe- high pressure seal

- tuleja dystansowa- spacer sleeve

PL 237 405 B1PL 237 405 B1

- śruby- bolts

- sprężyste podkładki- spring washers

- nakrętka zabezpieczająca- lock nut

- uszczelnienie hydrauliczne- hydraulic seal

C - regulacyjne kanałyC - regulatory channels

R - zwrotne kanałyR - return channels

Z - górny zespół zaworowyZ - upper valve assembly

Claims

1.A hydraulic damper with variable damping force comprising a piston rod and a piston with an upper valve assembly housed in an inner tube which is sealed in the top rolled outer tube, and having a lower valve assembly interposed between the working chamber and the reserve space and having a at least one non-return channel, characterized in that the lower valve assembly consists of a set of upper valve plates (7), lower valve plates (8), a rotary disc (9) located in an axially symmetrical seat made in the closure (10) of the inner pipe (1) and is additionally equipped with at least one control channel (C) connecting the working chamber with the reserve space, made through the closure (10) and the rotating disk (9), while the rotating disk (9) is mounted on the control shaft ( 11) mounted and sealed in the closure (12) of the outer tube (2), and the outlet of the return channel (R) from the side of the working chamber is it is secured with the upper valve plate (7), and from the side of the reserve chamber - the outlet of the control channel (C) is protected with the lower valve plate (8).

2. A shock absorber according to claim A device as claimed in claim 1, characterized in that the adjusting channel (C) in the rotating disc (9) and in the closure (10) of the inner tube (1) has the form of a concentric slot with a constant or variable clearance.

3. A shock absorber according to claim The adjustment channel (C) as claimed in claim 1, characterized in that the adjusting channel (C) is a set of openings arranged in the rotary disc (9) and in the closure (10) of the inner tube (1) such that at a different angle of rotation of the rotary disk (9), it corresponds to one another. different number of holes.

4. A shock absorber according to claim The method of claim 1, characterized in that the control shaft (11) is connected via a spring clutch (16) to the stepper motor (15).