ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕССОРА ПОДВЕСКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B60G11/26 F16F5/00 

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

Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства, 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. Клапан, выполненный в виде штока, подпружиненного с помощью фиксаторов положения, и соединенный с затвором, установленным с кольцевым зазором в отверстии днища цилиндра, 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 скорости относительных колебаний (а. с. СССР 1028533, кл. В 60 G 11/26, F 16 F 9/34, 1983 г.).

Недостатком данной рессоры является сложность конструкции и низкая эффективность работы ее клапана, который не обеспечивает регулирования жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от амплитуды и направления относительных колебаний, что снижает стабильность ее характеристик и плавность хода транспортного средства.

Наиболее близким из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, размещенный в дополнительном цилиндре, гидравлическая полость которого соединена с поршневой полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте и амплитуде колебаний, включающего основной и дополнительный дроссельные каналы, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер с дроссельным пазом, насос и подпружиненный кольцевой плунжер с управляющей пружиной, соединенной с плавающим поршнем дополнительного цилиндра. Демпфирующий узел данной рессоры обеспечивает две ступени жесткости демпфирующей характеристики на дроссельном участке и ограничение максимальной демпфирующей силы на ходе сжатия (патент РФ 2090377, В 60 G 11/26, 1997 г.).

Недостатком данной рессоры является наличие сложного демпфирующего узла, что снижает надежность работы рессоры и стабильность ее демпфирующих характеристик, особенно при засорении дроссельного паза двухступенчатого плунжера. Кроме того, демпфирующий узел данной рессоры не обеспечивает регулируемость жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от направления колебаний и не ограничивает максимальную демпфирующую силу на ходе отбоя, что снижает плавность хода транспортного средства.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный сложностью конструкции демпфирующего узла и низкой стабильностью ее демпфирующих характеристик, а также обусловленный тем, что демпфирующий узел не обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления при совпадении направлений движения кузова и колеса и не ограничивает силу демпфирования на ходе отбоя, что снижает плавность хода транспортного средства и увеличивает эксплуатационные расходы.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства с демпфирующим узлом, снабженным плунжером П-образного сечения с основным дроссельным каналом и предохранительным клапаном, установленным между двух отверстий дополнительного дроссельного канала, обеспечивающим автоматическое регулирование демпфирующих характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний, путем уменьшения гидравлического сопротивления в зоне небольших амплитуд независимо от статического положения поршня в цилиндре рессоры и ограничение перепадов давлений как на ходе сжатия, так и на ходе отбоя, в результате чего достигается повышение надежности и виброзащитных свойств всей рессоры.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является улучшение плавности хода автомобиля с любой степенью его загрузки при высокочастотных режимах работы подвески с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса, а также повышение стабильности демпфирующих характеристик рессоры за счет более высокой надежности демпфирующего узла, что приводит к снижению эксплуатационных затрат на ремонт и обслуживание.

Указанный технический результат достигается тем, что пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний, и снабженный плунжером П-образного сечения, установленным в корпусе клапана с возможностью осевого перемещения и образующим в нем надплунжерную и подплунжерную полости, соединенные между собой через основной дроссельный канал с большим сопротивлением, выполненный в перегородке плунжера, и через предохранительный клапан, смонтированный в плунжере и сообщающий подплунжерную и надплунжерную полости между собой при больших перепадах давлений, а в корпусе клапана выполнены два осевых отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, одно из которых соединяет надплунжерную полость с поршневой полостью, а другое - подплунжерную полость с гидроаккумулятором.

Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний, включающего плунжер П-образного сечения с основным дроссельным каналом, установленный с возможностью осевого перемещения между двух осевых отверстий, образующих дополнительный дроссельный канал, обеспечивается автоматическое регулирование демпфирующих характеристик рессоры путем уменьшения гидравлического сопротивления в зоне небольших амплитуд независимо от статического положения поршня в цилиндре рессоры, в результате чего повышается плавность хода транспортного средства с любой степенью его загрузки при высокочастотных режимах работы подвески с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса. Установка в плунжере П-образного сечения предохранительного клапана двухстороннего действия обеспечивает ограничение силы демпфирования в рессоре на ходах сжатия и отбоя, что также повышает плавность хода транспортного средства.

Благодаря новой конструкции саморегулируемого демпфирующего узла обеспечивается высокая надежность работы рессоры и стабильность ее демпфирующих характеристик, что снижает эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволил 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 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 со штоком 3, образующие в цилиндре 1 поршневую 4 и кольцевую 5 полости, и смонтированный в дополнительном цилиндре гидроаккумулятор 6, соединенный с поршневой полостью 4 через клапан 7, установленный в днище цилиндра 1. В гидроаккумуляторе 6 установлен плавающий поршень 8, образующий в нем гидравлическую 9 и пневматическую 10 полости. Поршневая полость 4 и гидравлическая полость 9 заполнены жидкостью, а пневматическая полость 10 - газом. Кольцевая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса (фиг.1).

Клапан 7 выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний. Он состоит из плунжера П-образного сечения 11, установленного с возможностью осевого перемещения в корпусе клапана 7 и образующего в нем надплунжерную 12 и подплунжерную 13 полости (фиг. 2). В перегородке плунжера 11 выполнен основной дроссельный канал 14 с большим сопротивлением, сообщающий надплунжерную 12 и подплунжерную 13 полости между собой и обеспечивающий жесткую демпфирующую характеристику рессоры при крайних положениях плунжера 11 в корпусе клапана 7, что необходимо для эффективного гашения колебаний с большой амплитудой. С двух сторон корпуса клапана 7 выполнены два осевых отверстия 15 и 16, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением и обеспечивающих мягкую демпфирующую характеристику рессоры при движении плунжера 11 между его крайними положениями в корпусе клапана 7 независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения колебаний с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса. Отверстие 15 соединяет надплунжерную полость 12 с поршневой полостью 4, а отверстие 16 - подплунжерную полость 13 с гидравлической полостью 9 гидроаккумулятора 6.

Для ограничения максимальной силы демпфирования на ходах сжатия и отбоя внутри плунжера 11 смонтирован предохранительный клапан 17, сообщающий надплунжерную 12 и подплунжерную 13 полости между собой при больших перепадах давлений. Предохранительный клапан 17 выполнен в виде подпружиненного штока, пружина 18 которого одним концом взаимодействует с клапанной тарелкой 19, перекрывающей коаксиально расположенные отверстия 20 в перегородке плунжера 11 со стороны подплунжерной полости 13, а другим концом - через опорную чашку 21 с подпружиненным штоком, установленным с кольцевым зазором в осевом отверстии 22 плунжера 11 и перекрывающим своим коническим затвором кольцевой зазор со стороны надплунжерной полости 12.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.

На ходе сжатия рессоры шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из поршневой полости 4 перетекает в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 6 через клапан 7, что вызывает перемещение плавающего поршня 8 и сжатие газа в пневматической полости 10. На ходе отбоя, т.е. когда шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в полости 4 уменьшается, и под действием перепада давлений плавающий поршень 8 перемещается в обратном направлении, газ в полости 10 расширяется, а жидкость из полости 9 перетекает в полость 4 через клапан 7 (фиг.1). При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы демпфирующего узла.

При работе рессоры с большими амплитудами в начале каждого цикла колебаний под действием перепада давлений между полостями 4 и 9 рессоры, сообщенными соответственно с надплунжерной полостью 12 клапана 7 и с его подплунжерной полостью 13, плунжер 11 перемещается соответственно вниз или вверх до упора в корпус клапана 7 (фиг.1 и 2). При этом перепад давлений создается только на отверстиях 15 и 16 дополнительного дроссельного канала с малым сопротивлением, так как плунжер 11 движется практически вместе с жидкостью, а перетекание жидкости через основной дроссельный канал 14 незначительно. После упора плунжера 11 в корпус клапана 7 перепад давлений создается на основном дроссельном канале 14, имеющем большое сопротивление. В результате рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, поскольку время работы рессоры с мягкой характеристикой незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость деформации и сила демпфирования малы. Тем самым обеспечивается высокая эффективность гашения колебаний большой амплитуды, которые имеют место в основном в зоне низкочастотного резонанса кузова.

При работе рессоры с малой амплитудой плунжер 11 практически не доходит до упора в корпус клапана 7, и рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения зарезонансных колебаний кузова при любой степени загрузки транспортного средства.

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

При случайных колебаниях рессоры с различными амплитудами и частотами, например при больших низкочастотных колебаниях кузова и малых высокочастотных колебаниях колеса, возможно совпадение направлений движения кузова и колеса. При этом на ходе сжатия или отбоя рессоры под действием низкочастотного движения кузова вниз или вверх плунжер 11 в основном находится соответственно внизу или вверху, обеспечивая жесткую демпфирующую характеристику, необходимую для эффективного гашения колебаний кузова. При резком изменении направления деформации рессоры в результате попадания колеса, например, в ямку или наезда на бугор плунжер 11 практически мгновенно перемещается соответственно вверх или вниз, обеспечивая на величине этих перемещений мягкую демпфирующую характеристику, необходимую для уменьшения воздействия дороги на увеличение колебаний кузова при совпадении направлений движений кузова и колеса в вертикальном плоскости. Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по направлению колебаний.

В случае возникновения больших перепадов давлений между полостями 4 и 9 срабатывает предохранительный клапан 17. При этом на ходе отбоя приподнимается конический затвор штока клапана 17, который через опорную чашку 21 сжимает пружину 18, и жидкость из подплунжерной полости 13 перетекает в надплунжерную полость 12 через кольцевой зазор в осевом отверстии 22 плунжера 11. На ходе сжатия опускается клапанная тарелка 19, сжимая пружину 18, и жидкость из надплунжерной полости 12 перетекает в подплунжерную полость 13 через отверстия 20 в плунжере 11. Вследствие того, что в предохранительном клапане 17 применена всего одна пружина 18, а площадь осевого отверстия 22 меньше площади отверстий 20, обеспечивается большее сопротивление на ходе отбоя, чем на ходе сжатия, что обычно требуется для подвесок колесных машин. При изменении направления установки предохранительного клапана 17 получаются обратные характеристики, что обычно требуется для подвесок гусеничных машин. Таким образом, обеспечивается ограничение силы демпфирования при больших скоростях работы рессоры.

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

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства имеет простую и надежную конструкцию и обеспечивает повышение плавности хода вследствие саморегулирования гидравлических характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний независимо от статического положения поршня в рессоре. Применение этой рессоры приведет к снижению вибронагруженности, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности при движении практически по любым дорогам с любой степенью загрузки транспортного средства, а также к снижению эксплуатационных затрат.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначена для применения в подвеске транспортных средств и обеспечивает при простой и надежной конструкции саморегулирование гидравлических характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний, что снижает эксплуатационные затраты и повышает плавность хода в любых дорожных условиях;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемым чертежом;
- пневмогидравлическая рессора, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости от амплитуды и направления колебаний. Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний. Плунжер П-образного сечения установлен в корпусе клапана с возможностью осевого перемещения и образования в нем надплунжерной и подплунжерной полостей, соединенных между собой через основной дроссельный канал с большим сопротивлением, выполненный в перегородке плунжера, и через предохранительный клапан, смонтированный в плунжере, сообщающий подплунжерную и надплунжерную полости между собой при больших перепадах давлений. В корпусе клапана выполнены два осевых отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, одно из которых соединяет надплунжерную полость с поршневой полостью, а другое - подплунжерную полость с гидроаккумулятором. Технический результат: создание новой демпфирующей системы автоматического регулирования, обеспечивающей уменьшение гидравлического сопротивления при небольших колебаниях и ограничение максимальной демпфирующей силы на ходах сжатия и отбоя, что повышает стабильность демпфирующих характеристик рессоры и улучшает плавность хода автомобиля. 2 ил.

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний, и снабжен плунжером П-образного сечения, установленным в корпусе клапана с возможностью осевого перемещения и образующим в нем надплунжерную и подплунжерную полости, соединенные между собой через основной дроссельный канал с большим сопротивлением, выполненный в перегородке плунжера, и через предохранительный клапан, смонтированный в плунжере и сообщающий подплунжерную и надплунжерную полости между собой при больших перепадах давлений, а в корпусе клапана выполнены два осевых отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, одно из которых соединяет надплунжерную полость с поршневой полостью, а другое - подплунжерную полость с гидроаккумулятором.