ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР ПОДВЕСКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1998 года по МПК B60G17/04 F16F9/08 

Изобретение относится к устройствам для гашения колебаний транспортных средств, в частности, к телескопическим гидравлическим амортизаторам с пневматической компенсационной камерой и регулируемым сопротивлением.

Известно устройство для регулирования сопротивления амортизатора подвески транспортного средства (а. с. СССР N 239809, кл. B 60 G 17/04, 1972 г. ), включающего в себя цилиндр, в котором размещены поршень со штоком, образующие с цилиндром подпоршневую и надпоршневую полости, соединенные между собой через клапан, автоматически регулируемый в зависимости от режимов колебаний с помощью размещенных в поршне гидравлического реле давления, реле времени и исполнительного механизма.

Реле давления выполнено в виде подпружиненного шарика, прижимаемого пробкой с отверстием, сообщающим надпоршневую полость цилиндра с внутренней полостью штока, а реле времени и исполнительный механизм выполнены в виде полого ступенчатого поршня, соединенного с заслонкой, взаимодействующей с наружной поверхностью подпружиненного стакана, опирающегося днищем на фланец гайки, навернутой на конец штока, перекрываемого цилиндрической стенкой тарелки клапана отдачи и снабженного кольцевым ребром с отверстиями, причем внутренняя полость поршня соединена расположенными в нем каналами и клапаном с камерами амортизатора, а в стенках гайки и стакана выполнены отверстия.

Данное устройство при небольших колебаниях обеспечивает мягкую демпфирующую характеристику. При колебаниях, вызывающих перепады давлений, превышающие усилие пружины реле давления, происходит подача жидкости на ходе отбоя из надпоршневой полости во внутреннюю полость поршня и перемещение полого ступенчатого поршня и заслонки перекрывающей отверстие стакана, что обеспечивает увеличение жесткости демпфирующей характеристики, которая сохраняется некоторое время после снижения перепада давлений вследствие дросселирования жидкости из внутренней полости поршня в надпоршневую полость. В результате это устройство обеспечивает эффективное гашение колебаний при больших относительных скоростях деформации устройства.

Недостатком данного устройства является неэффективная работа конструкции амортизатора, поскольку в зарезонансной зоне колебаний транспортного средства возникают условия для срабатывания реле давления вследствие больших относительных скоростей. Это приводит к увеличению гидравлического сопротивления, в результате чего ухудшается плавность хода и увеличивается теплонапряженность устройства.

Наиболее близким из известных технических решений является телескопический амортизатор (а. с.СССР N 682691, кл. F 16 F 9/08, 1979 г.), содержащий цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, соединенные между собой через перепускной клапан и дроссель, установленные в поршне, и эластичную оболочку, охватывающую цилиндр и образующую с ним кольцевую компенсационную камеру, сообщенную с подпоршневой полостью через впускной клапан, а с надпоршневой полостью через клапан сжатия и отбоя, выполненный в виде демпфирующего узла, включающего дросселирующее отверстие, расположенное в верхней части цилиндра, и поворотную втулку с косым торцом, установленную на цилиндре и имеющую управляющий рычаг, упирающийся через элемент качения в оболочку. При повороте рычага происходит изменение сечения дросселирующего отверстия и жесткости амортизатора.

Данный амортизатор имеет низкий технический уровень, что обусловлено невозможностью автоматического регулирования жесткости амортизатора в зависимости от режимов колебаний.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции телескопического гидравлического амортизатора подвески транспортного средства с демпфирующим узлом, саморегулируемым по частоте колебаний подрессоренной массы и по ускорению и амплитуде колебаний неподрессоренной массы транспортного средства, содержащим основной и дополнительный дроссельный каналы, сообщающие надпоршневую полость с кольцевой компенсационной камерой при нерезонансных колебаниях подвески, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер и подпружиненный кольцевой груз, имеющий частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы и взаимодействующий своим нижним торцем при низкочастотных резонансных колебаниях подрессоренной массы и при больших амплитудах высокочастотных колебаний неподрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительной дроссельный канал, а также предохранительный клапан сжатия и отбоя, сообщающий надпоршневую полость с кольцевой компенсационной камерой при больших перепадах давлений.

Техническим результатом заявленного телескопического гидравлического амортизатора подвески транспортного средства является автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний подрессоренной массы и от ускорения и амплитуды колебаний неподрессоренной массы за счет нового технического цикла работы демпфирующего узла, увеличивающего эффективность гашения колебаний кузова в зоне низкочастотного резонанса, а также колебаний колес при больших ускорениях, направленных вверх, и больших высокочастотных амплитудах, что приводит к повышению плавности хода, стабильности контакта колеса с дорогой и устойчивости движения транспортного средства.

Указанный технический результат достигается тем, что в телескопическом гидравлическом амортизаторе подвески транспортного средства, содержащем цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, соединенные между собой через перепускной клапан, установленный в поршне, и кольцевую компенсационную камеру, сообщенную с подпоршневой полостью через впускной клапан, а с надпоршневой полостью через клапан сжатия и отбоя, последний выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте колебаний подрессоренной массы и по ускорению и амплитуде колебаний неподрессоренной массы транспортного средства, корпус которого установлен в кольцевой компенсационной камере на цилиндре и образует с последним кольцевой канал, сообщенный с надпоршневой полостью и соединенный с кольцевой компенсационной камерой через основной дроссельный канал, выполненный в днище корпуса, и через дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными на нижней цилиндрической части корпуса радиальными отверстиями, выше которых в кольцевой компенсационной камере на корпусе установлен подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер, образующий с последним кольцевую плунжерную полость, сообщенную через фильтр, обратный клапан и дроссельный паз с кольцевой компенсационной камерой, в средней части которой дополнительно установлен подпружиненный кольцевой груз, имеющий частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы и взаимодействующий своим нижним торцем при низкочастотных резонансных колебаниях подрессоренной массы и при больших амплитудах высокочастотных колебаний неподрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал, а амортизатор снабжен предохранительным клапаном сжатия и отбоя, установленным в днище корпуса и сообщающим кольцевой канал с кольцевой компенсационной камерой при больших перепадах давлений.

Благодаря тому, что в телескопическом гидравлическом амортизаторе подвески транспортного средства, клапан сжатия и отбоя выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте колебаний подрессоренной массы и по ускорению и амплитуде колебаний неподрессоренной массе, содержащего основной и дополнительный дроссельный каналы, сообщающие надпоршневую полость с кольцевой компенсационной камерой при нерезонансных колебаниях подвески, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер и подпружиненный кольцевой груз, обеспечивается автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики амортизатора в зависимости от частоты колебаний кузова и в зависимости от ускорения и амплитуды колебаний колес. Вследствие этого повышается плавность хода и устройства движения транспортного средства.

Вследствие того, что подпружиненный кольцевой груз имеет частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы, обеспечивается его взаимодействие с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером при колебаниях кузова транспортного средства либо в зарезонансной зоне и больших амплитудах колебаний колес, который перекрывает дополнительный дроссельный канал, что повышает эффективность гашения колебаний кузова и колес в указанных режимах.

Выполнением подпружиненного груза кольцевым достигается практически свободное его движение в полости гидроаккумулятора до момента взаимодействия с пружиненным кольцевым ступенчатым плунжером вследствие малого гидравлического сопротивления, а затем последующее замедленное движение вниз вследствие большего упругого и гидравлического сопротивления, что в итоге обеспечивает, во-первых, быстрое закрытие дополнительного дроссельного канала практически в самом начале возникновения вынужденных резонансных колебаний кузова, а во-вторых, гашение максимальных колебаний самого подпружиненного кольцевого груза.

Благодаря тому, что подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер при больших ускорениях колес, направленных вверх, практически неподвижен, а корпус движется вверх относительно плунжера, обеспечивается перекрытие дополнительного дроссельного канала и увеличение жесткости амортизатора, вследствие чего повышается стабильность контакта колеса с дорогой и уменьшается вероятность пробоя подвески.

Вследствие того, что корпус демпфирующего узла установлен в кольцевой компенсационной камере на цилиндре и образует с ним кольцевой канал, обеспечивается соединение надпоршневой полости с кольцевой компенсационной камерой через основной и дополнительный дроссельный каналы, расположенные в жидкости в нижней части кольцевой компенсационной камеры, что предотвращает попадание воздуха из кольцевой компенсационной камеры в надпоршневую полость, в результате чего повышается стабильность рабочих характеристик амортизатора.

Наличием в конструкции демпфирующего узла обратного клапана и дроссельного паза обеспечивается заполнение жидкостью кольцевой плунжерной полости при движении вниз подпружиненного кольцевого ступенчатого плунжера вследствие его взаимодействия с подпружиненным кольцевым грузом и замедленное движение вверх этого плунжера под действием пружины, т.е. данные элементы демпфирующего узла выполняют функции реле времени, обеспечивающего задержку открытия дополнительного дроссельного канала.

Наличием в конструкции демпфирующего узла фильтра исключается засорение обратного клапана и дроссельного паза плунжера, что повышает надежность работы узла и стабильность его характеристик.

Наличие в амортизаторе предохранительного клапана ходов сжатия и отбоя, установленного в днище корпуса демпфирующего узла, обеспечивается уменьшение перепадов давлений при больших скоростях сжатия и отбоя, что повышает плавность хода транспортного средства и надежность амортизатора.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен предлагаемый телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства, продольный разрез.

Телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства содержит цилиндр 1, в котором установлен поршень 2 со штоком 3, образующие в цилиндре 1 подпоршневую 4 и надпоршневую 5 полости, соединенные между собой через перепускной клапан 6, установленный в поршне 2, и дополнительный цилиндр 7, установленный коаксиально на цилиндре 1 и образующий с ним кольцевую компенсационную камеру 8, сообщенную с подпоршневой полостью 4 через впускной клапан 9, а с надпоршневой полостью 5 через клапан сжатия и отбоя 10.

Клапан сжатия и отбоя 10 выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте колебаний подрессоренной массы и по ускорению и амплитуде колебаний неподрессоренной массы транспортного средства, корпус 10 которого установлен в компенсационной камере 8 на цилиндре 1 и образует с последним кольцевой канал 11, сообщенный с надпоршневой полостью 5 через отверстия 12, выполненные в верхней части цилиндра 1, и соединенный с кольцевой компенсационной камерой 8 через основной дроссельный канал 13, выполненный в днище корпуса 10, и через дополнительный дроссельный канал 14, образованный выполненными на нижней цилиндрической части корпуса 10 радиальными отверстиями 14. На корпусе 10 выше отверстий 14 установлен подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер 15, образующий с последним кольцевую плунжерную полость 16, сообщенную через фильтр 17, обратный клапан 18 и дроссельный паз 19 с кольцевой компенсационной камерой 8, в средней части которой дополнительно установлен с возможностью свободного осевого перемещения подпружиненный кольцевой груз 20.

Подпоршневая 4, надпоршневая 5 полости и кольцевой канал 11 заполнены жидкостью, а кольцевая компенсационная камера 8 жидкостью и воздухом.

Кольцевой канал 11 обеспечивает соединение надпоршневой полости 5 с кольцевой компенсационной камерой 8 через основной 13 и дополнительный 14 дроссельный каналы, расположенные в жидкости в нижней части кольцевой компенсационной камеры 8, что предотвращает попадание воздуха из кольцевой компенсационной камеры 8 и в надпоршневую полость 5, в результате чего повышается стабильность рабочих характеристик амортизатора.

Масса и усилие предварительного поджатия пружины подпружиненного кольцевого ступенчатого плунжера 15 таковы, что при больших ускорениях колес, направленных вверх, обеспечивается перекрытие дополнительного дроссельного канала 14 и увеличение жесткости амортизатора, вследствие чего повышается стабильность контакта колеса с дорогой и уменьшается вероятность пробоя подвески.

Подпружиненный кольцевой груз 20 имеет частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы, что обеспечивает его взаимодействие с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 15 и перекрытие последним дополнительного дроссельного канала 14 при резонансных колебаниях кузова и больших амплитудах высокочастотных колебаний колес. В днище корпуса 10 установлен предохранительный клапан сжатия и отбоя 21, сообщающий кольцевой канал 11 с кольцевой компенсационной камерой 8 при больших перепадах давлений, что повышает плавность хода транспортного средства и надежность амортизатора.

Предлагаемый телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства работает следующим образом.

На ходе сжатия амортизатора, т. е. когда шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из поршневой полости 4 перетекает в надпоршевую полость 5 через перепускной клапан 6, а из нее через отверстия 12, кольцевой канал 11, основной дроссельный канал 13 и дополнительный дроссельный канал 14 в кольцевую компенсационную камеру 8, что вызывает сжатие, находящегося в ней воздуха. На ходе отбоя, т.е. когда шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в подпоршневой полости 4 уменьшается, и жидкость под действием перепада давлений перетекает из кольцевой компенсационной камеры 8 в подпоршневую полость 4 через впускной клапан 9. Жидкость из надпоршневой полости 5 вытесняется поршнем 2 в кольцевую компенсационную камеру 8 через отверстия 12, кольцевой канал 11, основной дроссельный канал 13 и дополнительный дроссельный канал 14. При этом в зависимости от режимов колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс возможны следующие режимы работы демпфирующего узла 10.

При колебаниях подрессоренной массы в дорезонансной и зарезонансной зонах подпружиненный кольцевой груз 20 колеблется с небольшой амплитудой и поэтому не взаимодействует с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 15, вследствие чего дополнительный дроссельный канал 14 открыт, что обеспечивает мягкую демпфирующую характеристику амортизатора.

При возникновении резонансных колебаний подрессоренной массы подпружиненный кольцевой груз 20, вследствие совпадения собственных частот колебаний и малого гидравлического сопротивления, начинает быстро раскачиваться и взаимодействует с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 15, который перемещается вниз и перекрывает дополнительный дроссельный канал 14, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику амортизатора.

В зарезонансной зоне колебаний подрессоренной массы подпружиненный груз 20 практически не колеблется, и при возникновении колебаний неподрессоренной массы с большими амплитудами подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер 15, перемещаясь вместе с корпусом 10 и цилиндром 1, взаимодействует с подпружиненным грузом 20, в результате чего плунжер 15 перемещается относительно корпуса 10 вниз и перекрывает дополнительный дроссельный канал 14, что также обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику амортизатора.

Кроме того, при возникновении больших ускорений неподрессоренной массы, направленных вверх, например, при наезде колеса на выступ дороги, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер 15 остается практически неподвижным, а корпус 10 перемещается относительно него вверх, вследствие чего перекрывается дополнительный дроссельный канал 14, что переводит амортизатор на жесткую характеристику.

В результате взаимодействия груза 20 с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 15 и перемещения последнего вниз жидкостью из кольцевой компенсационной камеры 8 поступает в кольцевую плунжерную полость 16 через фильтр 17 и обратный клапан 18. При последующем движении груза 20 вверх плунжер 15 под действием своей пружины движется также вверх, но замедленно вследствие вытеснения жидкости из кольцевой плунжерной полости 16 в кольцевую компенсационную камеру 8 через дроссельный паз 19. Параметры подпружиненного ступенчатого плунжера 15 и дроссельного паза 19 подобраны таким образом, чтобы в режиме резонансных колебаний подрессоренной массы дополнительный дроссельный канал 14 не успевал бы открываться до последующего взаимодействия с грузом 20.

Вследствие того, что подпружиненный груз 20 выполнен кольцевым достигается практически свободное его движение в кольцевой компенсационной камере 8 до момента взаимодействия с подпружиненным кольцом ступенчатым плунжером 15 вследствие малого гидравлического сопротивления, а затем последующее замедленное движение вниз вследствие большего упругого и гидравлического сопротивления, что в итоге обеспечивает, во-первых, быстрое закрытие дополнительного дроссельного канала 14 практически в самом начале возникновения вынужденных резонансных колебаний кузова, а во-вторых, гашение максимальных колебаний самого подпружиненного кольцевого груза 20.

В случае возникновения больших перепадов давлений между полостью кольцевого зазора 11 и кольцевой компенсационной камерой 8 срабатывает предохранительный клапан 21, и через него жидкость течет из полости кольцевого зазора 11 в кольцевую компенсационную камеру 8.

Предлагаемый телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства обеспечивает автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний подрессоренной массы и от ускорения и амплитуды колебаний неподрессоренной массы за счет нового технического цикла работы демпфирующего узла, увеличивающего эффективность гашения колебаний кузова в зоне низкочастотного резонанса, а также колебаний колес при больших ускорениях, направленных вверх, и больших высокочастотных амплитудах, что приводит к повышению плавности хода, стабильности контакта колеса с дорогой и устойчивости движения транспортного средства, к снижению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности транспортного средства при движении практически по любым дорогам.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для применения в подвеске транспортных средств, содержащей телескопические гидравлические амортизаторы с пневмогидравлической компенсационной камерой, и обеспечивает саморегулирование гидравлических характеристик в зависимости от частоты колебаний кузова, ускорений и амплитуд колебаний колес автомобиля, снижение общих потерь энергии, повышение плавности хода и устойчивости движения;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемым чертежом;
телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Использование: изобретение относится к устройствам для гашения колебаний транспортных средств, в частности, к телескопическим гидравлическим амортизаторам с пневмогидравлической компенсационной камерой и регулируемым сопротивлением. Сущностью заявленного телескопического гидравлического амортизатора подвески транспортного средства является автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний подрессоренной массы и от ускорения и амплитуды колебаний неподрессоренной массы за счет нового технического цикла работы демпфирующего узла, увеличивающего эффективность гашения колебаний кузова в зоне низкочастотного резонанса, а также колебаний колес при больших ускорениях, направленных вверх, и больших высокочастотных амплитудах, что приводит к повышению плавности хода, стабильности контакта колеса с дорогой и устойчивости движения транспортного средства. 1 з. п.ф-лы, 1 ил.

1. Телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства, содержащий цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, соединенные между собой через перепускной клапан, установленный в поршне, и кольцевую компенсационную камеру, сообщенную с подпоршневой полостью через впускной клапан, а с надпоршневой полостью через клапан сжатия и отбоя, отличающийся тем, что клапан сжатия и отбоя выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте колебаний подрессоренной массы и по ускорению и амплитуде колебаний неподрессоренной массы транспортного средства, корпус которого установлен в кольцевой компенсационной камере на цилиндре и образует с последним кольцевой канал, сообщенный с надпоршневой полостью и соединенный с кольцевой компенсационной камерой через основной дроссельный канал, выполненный в днище корпуса, и через дополнительный дроссельный канал, образованными на нижней цилиндрической части корпуса радиальными отверстиями, выше которых на корпусе установлен подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер, образующий с последним кольцевую плунжерную полость, сообщенную через фильтр, обратный клапан и дроссельный паз с кольцевой компенсационной камерой, в средней части которой дополнительно установлен подпружиненный кольцевой груз, имеющий частоту собственных колебаний, близкую к частоте собственных колебаний подрессорной массы, и взаимодействующий своим нижним торцом при низкочастотных резонансных колебаниях подрессоренной массы и при больших амплитудах высокочастотных колебаний неподрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал. 2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен предохранительным клапаном сжатия и отбоя, установленным в днище корпуса и сообщающим кольцевой канал с кольцевой компенсационной камерой при больших перепадах давлений.