专利名称：单向压式、单向拉式非线性增阻尼压液缓冲技术原理及应用的制作方法
本专利涉及一种新型缓冲技术。是根据液体物质体积不可压缩性原理，通过压液流量变化来实现缓冲的技术。压液流量变化是经过变量节流装置自动调节完成，获得非线性增阻尼性能。
所谓非线性增阻尼。就是以尽可能小地阻尼介入、承接冲击。并以非线性增阻尼变化趋势快速递增进入恒力区，即线性增阻尼区。
非线性压液流量变化趋势解决、实现了广泛的承接性、与线性增阻尼有机的结合，使缓冲这一行为变得更加理智和随心所欲。它兼顾了常见固体弹性缓冲物质的特性，打破了金属材料、甚至体积、形状的限制。其增阻尼性又不完全相同于金属弹簧缓冲的增阻尼性，金属弹簧是固定增阻尼，即变形与受力大小相关，它在承受冲击时，承接面在动量传递过程中有一个受力的峰值。它记载了受力大小变化的全过程(这里只研究前1/4周期)。此时负加速度是一个变量，即速度变化不是线性的。它涉及到匀变速运动以外的运动形势，即非匀变速运动。当金属弹簧变形至极限时，产生二次冲击。
非线性增阻尼压液缓冲与金属弹簧缓冲不同处是，阻尼不固定，随冲量值中速度大小而变。一般冲量大小都是不确定的，非线性增阻尼压液缓冲使冲力转化为一个较小的、作用持续时间较长的、近似恒力。此恒力在线性段显现，其值依冲力大小确定，没有明显峰值。具有自动分配、确定恒力大小、并维持恒力，无二次冲击。适用于低频周期性或非周期性单向压式冲击场合缓冲(即碰撞缓冲)和单向拉式冲击场合缓冲(即牵引缓冲)。具有广泛的承接性、延时性、耐冲击性、并能迅速自动复位。其结构简单、体积小、可靠性强、使用寿命长。在不影响强度情况下缓冲性能与体积缩小、行程缩短可以同时追求。非线性增阻尼压液缓冲与其它固体弹性缓冲物质缓冲根本区别，在于承接面受力状态。前者是以尽可能小地承接力介入后，快速上升至恒力段，具有较平滑的直线特性。可分为仿弹性段、即非线性变化趋势段和恒力段、即线性变化趋势段。它的承接面受力状态特性曲线是一个近似矩形。形象、直观地表达了冲量值F*t之间量的关系。后者是一条振幅逐渐衰减的、具有类似正玄周期性的曲线，当发生二次冲击时振幅急剧上生，二次冲击冲量越大、峰值越高，对缓冲承接面破坏性就越大。
非线性增阻尼压液缓冲技术可根据需要，人为的设定非线性增阻尼变化趋势。非线性增阻尼压液缓冲技术不同于固定节流孔液压缓冲。固定节流孔液压缓冲的特性是阻尼随决定冲量大小要素之一速度变化而变化。当受冲击时，先产生一个阻尼峰值，随后阻尼随速度下降而减小。使缓冲减速行程加大，减速时间漫长。当缓冲行程极限限制时，同样产生二次冲击。并且对于首次冲击还有承接介入性问题。非线性增阻尼压液缓冲在性能上优于固体弹性缓冲物质缓冲和固定节流孔液压缓冲。在设计非线性增阻尼压液缓冲器时，可以以已经处理过的最大近似恒力，来确定缓冲器工作极限。(附
图1)固定节流孔液压缓冲和固体弹性物质缓冲与非线性增阻尼压液缓冲技术、承接面受力特性图利用此项技术开发的产品可用于各种车辆、列车、以及飞机起落架等的减振缓冲。在工业上可用于各种机械极限限位缓冲，如龙门吊、行吊大小车轨道末端等的限位缓冲(单向压式)。
当用于减振装置时，由于可实施静负荷弹性复位，无过大的反弹势能和反弹力。可以加强车辆的车轮与地面或车轮与钢轨之间的覆着力。如当铁路列车高速运行时(目前所使用的是金属弹簧减振装置)，较小的凸起或落差都将使冲力以数倍、数十倍、甚至百倍于车辆及负荷、反作用到车辆上。金属弹簧此时已丧失减振缓冲性能，造成脱轨事故。机动车辆高速运行时同样存在此类问题。所谓静负荷弹性复位是指在选择弹性复位的金属弹簧时，只考虑静负荷状态弹性抗力，将动态所产生的冲击交给非线性增阻尼压液系统来完成缓冲。非线性增阻尼压液缓冲本身无弹性势能积累，当冲击消失或压力小于复位弹力时，在复位弹簧作用下，始终自动覆着承接面，平稳复位。
关于单向拉式变阻尼压液缓冲技术，已由本人于1998年设计完成，并已授权(专利号982330324)。由于当时在理论研究上和其它条件的限制，对如何将变阻尼压液缓冲以非线性增阻尼压液缓冲形式来体现完善不够。现将非线性增阻尼压液缓冲技术引入，作为在理论上的完善和结构上的改进。
在外部结构上增加了可调式超负荷保护装置。针对解决牵引中迭加冲击的破坏。如当缓冲器工作至极限时刹车所造成的破坏。保护缓冲器和绳索。具有更广泛的使用价值，它的应用可渗透到航空航天领域。
单向压式非线性增阻尼压液缓冲技术结构与原理主要由缸体总成、活塞及活塞杆总成、复位弹簧等组成。
缸体总成缸体为钢质材料制成，由缸筒(1号件)和缸体固定端头(2号件)、缸体活端头(3号件)组成。缸筒内壁从缸体活端头，向缸体固定端头设有一周轴向的、截面积由大渐小、长短变化的数条V型变量凹槽。它们长短变化趋势是非线性的。从活动端头起变量凹槽沿轴向依次加长，每相邻长度差不等，开始缓慢而后急剧加长。但从整体来看由慢到快增长又是圆滑的(此排列旨在说明轴向依次加长变化趋势、与实际排列顺序无关)。每一条由深渐浅的V型变量凹槽在工作时，都将产生一个负加速度，即增阻尼。为防止金属直接撞击，在缸体固定端头处缸筒内壁轴向留有宽度为a的极限带(a值大于活塞以及复位弹簧座(8号件)长度和)。最长V型变量凹槽不得进入a区。缸体活端头端面中心设有供活塞杆自由进出的滑道通孔，孔内壁设有两道O型密封槽，内置O型橡胶油封(4号件)。为防止复位时，活塞与活端头直接撞击，缸体活端头内端面由中心向外设有直径为D、深度为b的台孔(与副活塞配合作用)。缸体固定端头与缸筒为焊接(其外部结构，根据需要自行设计)。缸体活端头与缸筒采用螺纹联接，用于装配注油和维修保养。(附图2)缸体结构图、缸筒内壁展开图活塞及活塞杆总成活塞与活塞杆制成一体(5号件)。活塞设有主活塞、副活塞。
主活塞顶端设有复位弹簧座，内置复位弹簧或静负荷弹性复位弹簧(6号件)。复位弹簧座筒内深度与复位弹簧压缩至极限长度相等。另一端设有副活塞、活塞杆。副活塞长度等于活端头台孔深度b、直径与台孔D为动配合。副活塞周围等距设有三条轴向V型变量凹槽，其长度等于台孔深度一半b/2，深度变化方向与缸筒内壁V型变量凹槽相同。副活塞中心为活塞杆，其工作长度、直径所决定体积必需等于或略小于复位弹簧体积。主活塞靠副活塞一端设有活塞环槽，内置活塞环(7号件)，其宽度为活塞环宽度2倍，深度为活塞环厚度2倍。活塞环槽两边轴向设有一周齿型凹槽，靠副活塞一边齿型凹槽深度为活塞环厚度3/5倍、另一边齿型凹槽深度约为活塞环厚度2倍。其长度延伸至与复位弹簧座内筒相通或相交(相交时可钻孔相通)、其宽度可根据活塞环强度自定。活塞环与活塞环槽两边齿型凹槽构成单向阀装置。
关于复位弹簧或静负荷弹性复位弹簧，可根据需要进行选择调整。如弹簧螺距、钢丝直径、弹簧直径、弹簧数量(可采用大小套装)。(附图3)活塞及活塞杆总成结构图复位弹簧、活塞及活塞杆总成，由缸体活端头口装入缸筒内，活塞环向外扩张、紧贴缸体内壁。注满压液油，活塞杆由缸体活端头滑道通孔伸出，安装上紧缸体活端头。
当活塞杆顶端与缸体固定端头受压冲击时，活塞压缩复位弹簧向缸体固定端头运动，活塞环靠向副活塞一边活塞环槽壁，关闭该壁齿型凹槽。压液油通过缸筒内壁V型变量凹槽，由m腔导入新形成的n腔。随着活塞移动缸筒内壁V型变量凹槽数量与截面同时减少，开始阻尼快速递增(非线性变化趋势段)，随着冲击动量的减少，速度下降，进入线性变化趋势段，阻尼不变，维持一个恒力来完成冲击动量的传递。当活塞移动将至底部进入极限带a区，此时缸筒内壁V型变量凹槽消失，动量差为零。a区阻尼极大，可防止金属直接撞击。
当活塞杆顶端与缸体固定端头失去压力或压力小于复位弹簧或静负荷弹性复位弹簧弹力，活塞在复位弹簧弹力作用下，向n腔运动，此时活塞环靠向另一边活塞环槽壁，该壁齿型凹槽深度大于活塞环厚度，处在导通状态。压液油通过活塞齿型凹槽及缸筒内壁V型变量凹槽由n腔迅速返回m腔，完成复位或使承接面始终跟随压力，随时迎接冲击。
当活塞将完全完成复位时，副活塞外周围三条轴向V型变量凹槽起到复位缓冲作用，消除活塞与缸体活端头直接撞击以及噪音。
单向拉式非线性增阻尼压液缓冲技术结构与原理缸体总成一端设有可调式超负荷保护装置(由2号件、9号件、10号件11号件、12号件、13号件、14号件组成)和注油孔。缸筒(1号件)内壁从带有可调式超负荷保护装置端开始，向另一端设有一周轴向的、截面积由大渐小、长短变化的数条V型变量凹槽。它们长短变化趋势是非线性的。缸体另一端(3号件)为活塞杆进出导向孔。孔内设有密封(4号件)。
活塞与活塞杆总成活塞与活塞杆为一体(5号件)，活塞外径沿轴向，设有一周齿型凹槽和活塞环(7号件)滑动限位平台。其深度为活塞环厚度3/5倍。复位弹簧座由内孔套装在活塞杆上，复位弹簧座平面，沿外径轴向设有一周齿型凹槽。其深度为活塞环厚度2倍，其长度延伸至与复位弹簧座(8号件)内腔相通或相交(相交时可钻孔相通)、其宽度可根据活塞环强度自定。活塞环与活塞环槽两边齿型凹槽构成单向阀装置。15、16、17号件构成外联接器。13号件内孔与钢丝绳锁定联接。
当缸体两端头受拉冲击时，活塞向m腔移动，压缩m腔，活塞环靠向活塞一边活塞环槽壁，关闭该壁齿型凹槽。压液油通过缸筒内壁V型变量凹槽，由m腔导入新形成的n腔。随着活塞移动缸筒内壁V型变量凹槽数量与截面同时减少，开始阻尼快速递增(非线性变化趋势段)，随着冲击动量的减少，速度下降，阻尼增加渐平缓(线性变化趋势段)，维持一个恒力来完成冲击动量的传递。当活塞移动将至底部进入极限带a区，此时缸筒内壁V型变量凹槽消失，动量差为零。a区阻尼极大，可防止金属直接撞击。
当缸体两端头受拉冲击消失或拉力小于复位弹簧或静负荷弹性复位弹簧弹力，活塞在复位弹簧弹力作用下，向n腔运动，此时活塞环靠向另一边活塞环槽壁，该壁齿型凹槽深度大于活塞环厚度，处在导通状态。压液油通过活塞齿型凹槽及缸筒内壁V型变量凹槽由n腔迅速返回m腔，完成复位或使承接面始终跟随压力，随时迎接冲击。(附图4、5)
权利要求
1.一种新型缓冲技术。是根据液体物质体积不可压缩性原理，通过压液流量变化来实现缓冲的技术。压液流量变化是经过变量节流装置自动调节完成，得到非线性增阻尼性能。
2.单向压式非线性增阻尼压液缓冲技术结构。缸体总成缸体为钢质材料制成，由缸筒(1号件)和缸体固定端头(2号件)、缸体活端头(3号件)组成。缸筒内壁从缸体活端头，向缸体固定端头设有一周轴向的、截面积由大渐小、长短变化的数条V型变量凹槽。它们长短变化趋势是非线性的。从活动端头起变量凹槽沿轴向依次加长，每相邻长度差不等，开始缓慢而后急剧加长。但从整体来看由慢到快增长又是圆滑的(此排列旨在说明轴向依次加长变化趋势、与实际排列顺序无关)。为防止金属直接撞击，在缸体固定端头处缸筒内壁轴向留有宽度为a的极限带(a值大于活塞以及复位弹簧座(8号件)长度和)。最长V型变量凹槽不得进入a区。缸体活端头端面中心设有供活塞杆自由进出的滑道通孔，孔内壁设有两道O型密封槽，内置O型橡胶油封(4号件)。为防止复位时，活塞与活端头直接撞击，缸体活端头内端面由中心向外设有直径为D、深度为b的台孔(与副活塞配合作用)。缸体固定端头与缸筒为焊接。缸体活端头与缸筒采用螺纹联接。活塞及活塞杆总成活塞与活塞杆制成一体(5号件)。活塞设有主活塞、副活塞。主活塞顶端设有复位弹簧座，内置复位弹簧或静负荷弹性复位弹簧(6号件)。复位弹簧座筒内深度与复位弹簧压缩至极限长度相等。另一端设有副活塞、活塞杆。副活塞长度等于活端头台孔深度b、直径与台孔D为动配合。副活塞周围等距设有三条轴向V型变量凹槽，其长度等于台孔深度一半b/2，深度变化方向与缸筒内壁V型变量凹槽相同。副活塞中心为活塞杆，其工作长度、直径所决定体积必需等于或略小于复位弹簧体积。主活塞靠副活塞一端设有活塞环槽，内置活塞环(7号件)，其宽度为活塞环宽度2倍，深度为活塞环厚度2倍。活塞环槽两边轴向设有一周齿型凹槽，靠副活塞一边齿型凹槽深度为活塞环厚度3/5倍、另一边齿型凹槽深度约为活塞环厚度2倍。其长度延伸至与复位弹簧座内筒相通或相交(相交时可钻孔相通)、其宽度可根据活塞环强度自定。活塞环与活塞环槽两边齿型凹槽构成单向阀装置。
3.单向拉式非线性增阻尼压液缓冲技术结构缸体总成一端设有可调式超负荷保护装置(由2号件、9号件、10号件、11号件、12号件、13号件、14号件组成)和注油孔。缸筒(1号件)内壁从带有可调式超负荷保护装置端开始，向另一端设有一周轴向的、截面积由大渐小、长短变化的数条V型变量凹槽。它们长短变化趋势是非线性的。缸体另一端(3号件)为活塞杆进出导向孔。孔内设有密封(4号件)。活塞与活塞杆总成活塞与活塞杆为一体(5号件)，活塞外径沿轴向，设有一周齿型凹槽和活塞环(7号件)滑动限位平台。其深度为活塞环厚度3/5倍。复位弹簧座由内孔套装在活塞杆上，复位弹簧座平面，沿外径轴向设有一周齿型凹槽。其深度为活塞环厚度2倍，其长度延伸至与复位弹簧座(8号件)内腔相通或相交(相交时可钻孔相通)、其宽度可根据活塞环强度自定。活塞环与活塞环槽两边齿型凹槽构成单向阀装置。15、16、17号件构成外联接器。13号件内孔与钢丝绳锁定联接。
全文摘要
本发明涉及一种新型缓冲技术。是根据液体物质体积不可压缩性原理，通过自动调节压液流量来实现缓冲的技术。具有非线性增阻尼性能。能自动将冲击力转化为小的恒力。自动分配、确定、维持恒力，无二次冲击。适用于低频周期性或非周期性单向压式、单向拉式冲击场合缓冲(碰撞、牵引)。用于各种车辆、列车、船舶、飞机起落架等的减振、牵引，以及各种机械极限限位缓冲。具有广泛的承接性、延时性、耐冲击性、能迅速自动复位。结构简单、体积小、可靠性强、使用寿命长。它的应用可渗透到航天领域。
文档编号F15B15/00GK1316601SQ00113770
公开日2001年10月10日 申请日期2000年4月4日 优先权日2000年4月4日
发明者许金鲁 申请人:许金鲁