Газовая пружина
Га́зовая пружи́на (газли́фт) — разновидность пружины, в которой упругим элементом является газ, находящийся в цилиндре и периодически сжимаемый поршнем.
Сленговое название газлифт является устоявшимся в мебельной индустрии.
Не следует путать газовую пружину и амортизатор. Последние также часто встречаются в автотехнике и быту, но имеют другое назначение (а именно — гашение колебаний или скорости перемещения). Часто газовая пружина совмещает в себе функцию амортизатора, оказывая дополнительное сопротивление движению.
Применение
Газовые пружины используются в конструкциях автомобилей, где они принимают на себя вес двери, капота или крышки багажника при открывании. Газовые пружины применяются также в раскладной мебели, в пневматическом оружии, в медицинском и аэрокосмическом оборудовании.[1]
Устройство
Типовая промышленная газовая пружина представляет собой герметичный цилиндр (8) в котором свободно перемещается шток (1). Втулка (2), пыльник (3), подшипник скольжения(4) и сальники (6, 7) обеспечивают герметичное перемещение штока. Центрирующая втулка-поршень (9) и перепускной клапан (10) предохраняют шток от перекоса и обеспечивают демпфирующие свойства пружины.[1]
Некоторые пружины имеют регулятор, управляющий перепускным клапаном (10). Когда клапан закрыт, жёсткость пружины значительно возрастает, так как увеличивается площадь газового упора (вместо диаметра штока — диаметр поршня). Такие пружины называются блокируемыми.[2]
Как правило газовые пружины заправляются один раз при изготовлении при давлениях от 5 до 200 атмосфер. Тем не менее иногда специальные пружины низкого давления снабжаются ниппелем (12) для регулировки жёсткости. Пружины однократной заправки накачивают через сальник (7) при сборке. В таких пружинах цилиндр делается глухим.
В качестве газа в пружинах обычно используется азот, реже воздух. Газ осушают и очищают от пыли во избежание повышенного износа и коррозии. Для смазки деталей в цилиндр заливают небольшое количество машинного масла.
В отличие от жидкостных пружин, газовые пружины обеспечивают больший ход поршня, но меньшее усилие на штоке. Типовые значения хода — от единиц до десятков сантиметров (изменение длины до 45 % от общей длины пружины). Типовые усилия — от единиц до сотен килограмм.
Давление газа, усилие и диаметр штока для неблокированных пружин можно примерно оценить формулой: ,
- где — усилие в Ньютонах;
- — давление газа, Паскалей;
- — площадь штока, м²;
- — диаметр штока, м.
Газовые пружины для офисных кресел
Широко распространены специальные блокируемые газовые пружины для офисных кресел (газлифты). В них перепускной клапан (10) открывается кнопкой на штоке. При закрытом клапане пружина очень жёсткая и под весом человека имеет короткий ход, подпружинивая кресло. При открытом клапане шток может перемещаться на полную длину пружины. Таким образом регулируют кресло по высоте.
Большинство современных газлифтов делаются двухтрубными. В них кнопка находится не на штоке, а на глухом торце цилиндра.[3][1] Перетекание газа между объёмами над и под поршнем в такой пружине происходит через зазор между трубами.[3] Двухтрубная конструкция уменьшает поперечные нагрузки на шток и уплотнители, упрощает конструкцию штока.
Посадочные размеры современных газлифтов для офисных кресел унифицированы.[4] Газлифты выпускаются с полной длиной от 200 до 800 мм и регулируемой глубиной от 40 до 300 мм. Для облегчения вращения кресла в конструкцию газлифта включают упорный шарикоподшипник.
Безопасность газлифтов
Газлифт является устройством с высоким давлением газа и потому требует особого отношения к производственному качеству. Имеются стандарты, предъявляющие такие требования и лаборатории, осуществляющие сертификацию газлифтов. Наиболее известен стандарт DIN 4550 «Office Furniture — Self-supporting Energized Devices For The Height Adjustment Of Office Work Chairs — Safety Requirements, Testing». Согласно этому стандарту газлифты могут иметь маркировку допустимой нагрузки в виде надписи «Class» и номера 1—4 (увеличение номера означает увеличение допустимой нагрузки).
Давление в газлифте офисного стула можно приблизительно оценить, исходя из жёсткости пружины в разблокированном состоянии, величиной в 30 атмосфер (стул начинает опускаться при нагрузке около 30 кг и площади штока около 1 см²). Зафиксированы случаи травмирования и даже смертей от разрушения газлифтов.[5]
Достоинства и недостатки
Достоинства:
- с течением времени не изменяется коэффициент жёсткости;
- имеет более линейную характеристику усилия, что делает их удобными для использования в пневматическом оружии.
Недостатки:
- невысокое относительное удлинение;
- малый ресурс на низких температурах (зависит от материала изготовления сальников).
Особенностью является работа только на сжатие.
Техника безопасности
Газовые пружины содержат газ под большим давлением. Категорически запрещается вскрывать газовые пружины или наносить повреждения корпусу цилиндра. Взрывной выход газа с каплями масла может нанести серьёзные травмы. Если необходимо вскрыть пружину, то сначала необходимо стравить давление. Безопаснее всего нанести небольшие повреждения штоку и, утопив его в пружину, стравить давление через повреждение. Нарушение техники безопасности может быть особенно опасным для глаз. Известны случаи непроизвольного взрыва газовой пружины в процессе эксплуатации.[5]