ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕССОРА ПОДВЕСКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1998 года по МПК F16F9/34 B60G11/26 

Изобретение относится к подрессориванию, преимущественно, гусеничных транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости от частоты и направления колебаний.

Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства (а.с. СССР N 1028533, кл. В 60 G 11/26, F 16 F 9/34, 1983 г.), содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, смонтированный в дополнительном цилиндре и соединенный с надпоршневой полостью цилиндра через клапан, перекрывающий отверстие в днище цилиндра, и демпфер максимальных колебаний. Конструкция клапана обеспечивает демпфирующую характеристику клапанного участка в виде гиперболы вследствие уменьшения гидравлического сопротивления при росте скорости деформаций рессоры. В результате несколько уменьшаются потери энергии в подвеске и ее разогрев с ростом частоты колебаний.

Недостатком данной рессоры является неточное регулирование жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний, поскольку клапан в этой рессоре работает в зависимости от относительной скорости цилиндра и штока, а зависимость от частоты здесь условна, т.к. в зарезонансной зоне колебаний возможны режимы, когда относительная скорость окажется меньше, чем в резонансе, т.е. клапан будет тогда работать с жесткой демпфирующей характеристикой, потери в подвеске увеличатся, а плавность хода ухудшится. Кроме того, при случайных колебаниях, когда одновременно происходят низкочастотные и высокочастотные колебания, значительно снижается эффективность гашения низкочастотных колебаний, так как клапан не обладает свойством саморегулирования по направлению колебаний и имеет слабое демпфирование на клапанном участке демпфирующей характеристики.

Наиболее близкой из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства) (патент РФ N 2045832, В 60 G 11/26, F 16 F 9/34, 1994 г.), содержащая цилиндр) в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, размещенный в полости штока и соединенный с полостью цилиндра через клапан, и демпфер максимальных колебаний. Клапан, выполнен в виде демпфирующего узла, установленного в поршне, и включает основной дроссельный канал, постоянно соединяющий подпоршневую и штоковую полости между собой, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер, который установлен в сквозном осевом отверстии поршня и образует с последним надплунжерную полость, сообщенную со штоковой полостью и полостью двухступенчатого плунжера, подплунжерную полость, сообщенную с подпоршневой полостью, верхнюю кольцевую плунжерную полость, сообщенную с надплунжерной полостью через дроссельный паз на цилиндрической части большей ступени двухступенчатого плунжера, и нижнюю кольцевую плунжерную полость, соединенную с полостью двухступенчатого плунжера через отверстия в торце его средней части и дополнительно соединенную с подпоршневой полостью через выполненные в поршне радиальные отверстия, перекрытые средней цилиндрической частью двухступенчатого плунжера и образующие дополнительный дроссельный канал, сообщающий подпоршневую и штоковую полости между собой при высокочастотных колебаниях рессоры и при больших перепадах давлений на ходе сжатия, а также включает насос, поршень которого установлен в дополнительном сквозном отверстии поршня и образует с последним полость насоса, соединенную со штоковой полостью через всасывающий клапан и фильтр, а с верхней кольцевой плунжерной полостью через нагнетательный клапан. При низкочастотных колебаниях рессоры дополнительный дроссельный канал закрыт, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику. При высокочастотных колебаниях рессоры подача жидкости насосом в верхнюю кольцевую плунжерную полость становится больше ее расхода из этой полости через дроссельный паз, что приводит к подъему двухступенчатого плунжера и открытию дополнительного дроссельного канала, в результате чего обеспечивается мягкая демпфирующая характеристика.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень вследствие неэффективного гашения низкочастотных резонансных колебаний при возникновении условий, когда подвеска работает, например, одновременно в режиме резонансных и зарезонансных колебаний. Это возможно при движении по волнистой выбитой дороге со скоростью, вызывающей резонанс вертикальных или угловых колебаний кузова и интенсивные высокочастотные колебания колес или опорных катков. В этом режиме происходит открытие дополнительного дроссельного канала, поскольку демпфирующий узел реагирует на наибольшую частоту деформаций рессоры. Наличие же в рессоре демпфера максимальных колебаний лишь частично уменьшает амплитуду колебаний и не решает задачу гашения низкочастотных колебаний, так как он работает только в конце ходов сжатия и отбоя. Кроме того, данная рессора не обладает свойством саморегулирования по направлению колебаний при сложном частотном возмущающем воздействии со стороны дороги. В результате плавность хода и скорость движения транспортного средства снижаются, а общие потери энергии возрастают.

Новый технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства, содержащей цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные жидкостью, и гидроаккумулятор, размещенный в полости штока, заполненной жидкостью и газом, и соединенный с подпоршневой полостью цилиндра через клапан, клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты и направления колебаний, включающего корпус, подпружиненный пружинами плунжер H-образного сечения, разделяющий полость корпуса демпфирующего узла с образованием надплунжерной и подплунжерной полостей, на наружной поверхности плунжера H-образного сечения выполнены верхняя проточка плунжера, соединенная через обратный клапан хода сжатия с надплунжерной полостью, и нижняя проточка плунжера, соединенная радиальными отверстиями с подплунжерной полостью, на перегородке плунжера с двух ее сторон установлены клапаны ходов сжатия и отбоя, подпружиненные пружинами плунжера, а нижняя часть плунжера выполнена в виде кольцевого поршня с дроссельным отверстием, образующего с корпусом демпфирующего узла кольцевую плунжерную полость, сообщенную через дроссельное отверстие кольцевого поршня с подплунжерной полостью, в корпусе демпфирующего узла выполнены основной дроссельный канал, постоянно сообщающий подплунжерную полость с подпоршневой полостью, внутренняя проточка, соединенная через обратный клапан хода отбоя с подпоршневой полостью, и радиальные отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал, сообщающий подпоршневую полость с верхней проточкой плунжера при его нижнем положении и с нижней проточкой плунжера при его среднем положении, а в корпусе демпфирующего узла установлен предохранительный клапан хода сжатия, сообщающий подпоршневую полость с подплунжерной полостью при больших перепадах давлений, причем надплунжерная полость соединена с полостью гидроаккумулятора, а в верхнем положении плунжера его нижняя проточка расположена напротив внутренней проточки корпуса демпфирующего узла, при этом подпружиненный пружинами плунжер снабжен подпружиненным упором, установленным в подплунжерной полости по центральной оси корпуса демпфирующего узла и фиксирующим плунжер при открытом дополнительном дроссельном канале.

На фиг. 1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, продольный разрез; на фиг. 2 - продольный разрез демпфирующего узла.

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр 1, в котором установлен поршень 2 с полым штоком и, образующие в цилиндре 1 подпоршневую 4 и надпоршневую 5 полости. В полости 6 штока 3 размещен гидроаккумулятор, соединенный с подпоршневой полостью 4 через клапан, установленный в поршне 2. Подпоршневая полость 4 заполнена жидкостью, а полость штока 6 - жидкостью и газом. Надпоршневая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса. Клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты и направления колебаний, включающего корпус 7 и установленный в нем подпружиненный плунжер 8 H-образного сечения, разделяющий полость корпуса 7.

На наружной поверхности плунжера 8 выполнены верхняя проточка 9, соединенная через обратный клапан хода сжатия 10 с надплунжерной полостью 11 корпуса 7, сообщенной с полостью 6 гидроаккумулятора, и нижняя проточка 12, соединенная радиальными отверстиями 13 с подплунжерной полостью 14 корпуса 7. На перегородке плунжера 8 с двух ее сторон установлены клапаны ходов сжатия 15 и отбоя 16. Нижняя часть плунжера 8 выполнена в виде кольцевого поршня с дроссельным отверстием 17, образующим с корпусом 7 кольцевую плунжерную полость 18, сообщенную с подплунжерной полостью 14 через дроссельное отверстие 17 и фильтр 19, предотвращающий засорение дроссельного отверстия 17.

В корпусе 7 демпфирующего узла выполнены основной дроссельный канал 20, постоянно сообщающий подплунжерную полость 14 с подпоршневой полостью 4, внутренняя проточка 21, соединенная через обратный клапан хода отбоя 22 с подпоршневой полостью 4, и радиальные отверстия 23, образующие дополнительный дроссельный канал 23, сообщающий подпоршневую полость 4 с верхней проточкой 9 плунжера 8 при его нижнем положении и с нижней проточкой 12 плунжера 8 при его среднем положении. Причем в верхнем положении плунжера 8 его нижняя проточка 12 расположена напротив внутренней проточки 21 корпуса 7.

Предохранительный клапан хода сжатия 24 установлен в корпусе 7 и выполнен в виде подпружиненного ступенчатого плунжера 24 с отверстиями 25 в торце его большей ступени. Меньшая ступень плунжера 24 установлена в осевом отверстии корпуса 7, а большая ступень перекрывает радиальные каналы 26 корпуса 7, сообщающие подпоршневую полость 4 с подплунжерной полостью 14 при больших перепадах давлений.

Плунжер 8 фиксируется в среднем положении с помощью установленных с двух его сторон пружин сжатия 27 и 28, а также подпружиненным упором 29, установленным в подплунжерной полости 14 по центральной оси корпуса 7. Пружины 27 и 28 являются пружинами клапанов хода сжатия 15 и отбоя 16. При этом пружина упора 29 является дополнительной пружиной клапана хода отбоя 16 только при ходе плунжера 8 вниз от его среднего положения, что повышает точность установки плунжера 8 в среднем положении.

В среднем положении плунжера 8 его верхняя проточка 9 находится напротив внутренней проточки 21 корпуса 7, а нижняя проточка 12 плунжера 8 находится напротив радиальных отверстий 23 корпуса 7, что соответствует мягкой демпфирующей характеристике ходов сжатия и отбоя рессоры.

В верхнем крайнем положении плунжера 8 радикальные отверстия 23 перекрыты, что соответствует жесткой демпфирующей характеристике хода сжатия рессоры. При этом нижняя проточка 12 плунжера 8 находится напротив внутренней проточки 21 корпуса 7, что соответствует мягкой демпфирующей характеристике хода отбоя.

В нижнем крайнем положении плунжера 8 отверстия 23 сообщены с верхней проточкой 9 плунжера 8, которая перекрыта обратным клапаном хода сжатия 10, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику хода отбоя рессоры и мягкую демпфирующую характеристику хода сжатия рессоры.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.

На ходе сжатия рессоры, т.е. когда полый шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из подпоршневой полости 4 перетекает в полость штока 6 через демпфирующий узел поршня 2, что вызывает сжатие газа в штоковой полости 6. На ходе отбоя, т.е. когда полый шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в подпоршневой полости 4 уменьшается, и жидкость под действием перепада давлений перетекает из штоковой полости 6 в подпоршневую полость 4 через демпфирующий узел. При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы демпфирующего узла.

При колебаниях рессоры с низкой частотой в до- и резонансной зонах колебаний подрессоренной массы в начале каждого цикла колебаний под действием перепада давлений между полостями 4 и 6 рессоры, сообщенными соответственно с подплунжерной 14 и надплунжерной 11 полостями демпфирующего узла, плунжер 8 перемещается соответственно вверх или вниз до упора в корпус 7, проходя свое среднее положение и перекрывая радиальные отверстия 23. При этом жидкость из кольцевой плунжерной полости 18 течет в подплунжерную полость 14 и обратно через дроссельное отверстие 17 и фильтр 19 практически без сопротивления, не препятствуя перемещению плунжера 8. До упора плунжера 8 в корпус 7 подпружиненные пружинами 27 и 28 клапаны ходов сжатия 15 и отбоя 16 остаются закрытыми, так как для их открытия требуется больший перепад давлений, чем для перемещения плунжера 8, подпружиненного теми же пружинами 27 и 28, а также подпружиненным упором 29. После упора плунжера 8 в корпус 7 перетекание жидкости в рессоре происходит только через основной дроссельный канал 20 и один из подпружиненных клапанов ходов сжатия 15 или отбоя 16. При этом рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, поскольку время нахождения рессоры с открытым дополнительным дроссельным каналом 23 незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость ее деформации, а значит и сила демпфирования мала. В результате повышается эффективность гашения низкочастотных резонансных колебаний кузова.

При колебаниях рессоры с высокой частотой жидкость из кольцевой плунжерной полости 18 течет в подплунжерную полость 14 и обратно через дроссельное отверстие 17 с большим сопротивлением, что препятствует перемещению плунжера 8. Поэтому плунжер 8 практически фиксируется в среднем положении, при котором его нижняя проточка, 12 с радиальными отверстиями 13 находится напротив радиальных отверстий 23 корпуса 7. При этом точность фиксации плунжера 8 в среднем положении повышается подпружиненным упором 29. В результате при зарезонансных частотах колебаний рессоры дополнительный дроссельный канал 23 остается практически полностью открытым. Поэтому жидкость течет через два дроссельных канала 20 и 23 и через один из подпружиненных клапанов ходов сжатия 15 или отбоя 16. При этом рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику. В результате повышается плавность хода транспортного средства при зарезонансных режимах колебаний.

Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по частоте колебаний.

При случайных колебаниях, когда в спектре колебаний рессоры присутствуют низкочастотные колебания кузова и высокочастотные колебания колес, плунжер 8 будет перемещаться вверх и вниз до упора в корпус 7 аналогично тому, как это происходит при наличии только низкочастотных колебаний. При этом в зависимости от положения плунжера 8 и направления колебаний возможны следующие режимы работы демпфирующего узла 7.

На ходе сжатия в верхнем крайнем положении плунжера 8 радиальные отверстия 23 перекрыты, обратный клапан хода отбоя 22 закрыт, и жидкость течет из подпоршневой полости 4 в полость 6 только через основной дроссельный канал 20 и клапан хода сжатия 15, что соответствует жесткой демпфирующей характеристике хода сжатия рессоры, необходимой для эффективного торможения перемещения вниз корпуса транспортного средства. При резком изменении направления деформации рессоры в результате попадания колеса, например в ямку, плунжер 8 практически остается в верхнем крайнем положении из-за большого сопротивления на дроссельном отверстии 17. Поэтому жидкость течет из полости 6 в полость 4 через клапан хода отбоя 16, радиальные отверстия 13, нижнюю проточку 12 плунжера 8, внутреннюю проточку 21 корпуса 7 и обратный клапан хода отбоя 22, а также через основной дроссельный канал 20, что соответствует мягкой демпфирующей характеристике хода отбоя, вследствие небольшого гидравлического сопротивления клапана хода отбоя 22.

На ходе отбоя в нижнем крайнем положении плунжера 8 отверстия 23 сообщены с верхней проточкой 9 плунжера 8, клапан хода сжатия 10 закрыт, и жидкость течет из полости 6 в полость 4 только через клапан хода отбоя 16 и основной дроссельный канал 20, что соответствует жесткой демпфирующей характеристике хода отбоя рессоры, необходимой для эффективного торможения перемещения вверх корпуса транспортного средства. При резком изменении направления деформации рессоры в результате попадания колеса, например на бугорок, плунжер 8 практически остается в нижнем крайнем положении из-за большого сопротивления на дроссельном отверстии 17. Поэтому жидкость течет из полости 4 в полость 6 через радиальные отверстия 23 корпуса 7, верхнюю проточку 9 плунжера 8 и обратный клапан хода сжатия 10, а также через основной дроссельный канал 20, что соответствует мягкой демпфирующей характеристике хода сжатия, вследствие небольшого гидравлического сопротивления клапана хода сжатия 10.

Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по направлению колебаний.

В случае возникновения на ходе сжатия рессоры больших перепадов давлений между полостями 4 и 6, действующих на меньшую ступень плунжера 24, установленную в отверстии корпуса 7, плунжер 24 перемещается вверх, открывая радиальные каналы 26. При этом жидкость течет из подпоршневой полости 4 через радиальные каналы 26, отверстия 25 в плунжере 24, подплунжерную полость 14, клапан хода сжатия 15 и надплунжерную полость 11 в полость 6 гидроаккумулятора.

Надпоршневая полость 5 цилиндра 1 может быть использована для отвода утечек жидкости, просочившейся через уплотнение поршня 2, в гидросистему транспортного средства или подачи жидкости из этой гидросистемы для подъема колеса.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора обеспечивает повышение плавности хода и устойчивости движения гусеничных транспортных средств вследствие саморегулирования ее гидравлических характеристик в зависимости от частоты и направления колебаний. Кроме того, эта рессора может быть использована в шасси самолетов и в подвеске колесных машин в совокупности с известными динамическими гасителями колебаний колес. Применение этой рессоры приведет к снижению вибронагруженности транспортных средств, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности машин при движении практически по любым дорогам.

Использование: в системах подрессоривания транспортных средств. Сущность: пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные жидкостью. Гидроаккумулятор размещен в полости штока, заполненной жидкостью и газом, и соединен с подпоршневой полостью цилиндра через клапан. Клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты и направления колебаний, включающего корпус и подпружиненный пружинами и плунжер Н-образного сечения, разделяющий полость корпуса демпфирующего узла с образованием надплунжерной и подплунжерной полостей. Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты и направления колебаний рессоры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные жидкостью, и гидроаккумулятор, размещенный в полости штока, заполненной жидкостью и газом, и соединенный с подпоршневой полостью цилиндра через клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты и направления колебаний, включающего корпус, подпружиненный пружинами плунжер Н-образного сечения, разделяющий полость корпуса демпфирующего узла с образованием надплунжерной и подплунжерной полостей, на наружной поверхности плунжера Н-образного сечения выполнены верхняя проточка плунжера, соединенная через обратный клапан хода сжатия с надплунжерной полостью, и нижняя проточка плунжера, соединенная радиальными отверстиями с подплунжерной полостью, на перегородке плунжера с двух ее сторон установлены клапаны ходов сжатия и отбоя, подпружиненные пружинами плунжера, а нижняя часть плунжера выполнена в виде кольцевого поршня с дроссельным отверстием, образующего с корпусом демпфирующего узла кольцевую плунжерную полость, сообщенную через дроссельное отверстие кольцевого поршня с подплунжерной полостью, в корпусе демпфирующего узла выполнены основной дроссельной канал, постоянно сообщающий подплунжерную полость с подпоршневой полостью, внутренняя проточка, соединенная через обратный клапан хода отбоя с подпоршневой полостью, и радиальные отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал, сообщающий подпоршневую полость с верхней проточкой плунжера при его нижнем положении и с нижней проточкой плунжера при его среднем положении, а в корпусе демпфирующего узла установлен предохранительный клапан хода сжатия, сообщающий подпоршневую полость с подплунжерной полостью при больших перепадах давлений, причем надплунжерная полость соединена с полостью гидроаккумулятора, а в верхнем положении плунжера его нижняя проточка расположена напротив внутренней проточки корпуса демпфирующего узла. 2. Рессора подвески транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что подпружиненный пружинами плунжер снабжен подпружиненным упором, установленным в подплунжерной полости по центральной оси корпуса демпфирующего узла и фиксирующим плунжер при открытом дополнительном дроссельном канале.