САМОРЕГУЛИРУЕМЫЙ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 2024 года по МПК F16F9/50 F16F15/23 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к системам подрессоривания транспортных средств.

Известна пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлены поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан. Упомянутый клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний. В корпусе клапана установлен плунжер П-образного сечения с возможностью осевого перемещения внутри клапана, причем плунжер имеет свой разгрузочный микроклапан.

При малых амплитудах колебаний штока относительно цилиндра сила демпфирования минимальна, т.к. П-образный плунжер колеблется вверх-вниз внутри клапана вместе с рабочей жидкостью. Но при больших амплитудах сопротивление демпфирования возрастает, т.к. плунжер запирает в своих крайних положениях часть дросселирующих отверстий и для прохода жидкости остается лишь тонкое отверстие микроклапана (патент РФ №2209735 от 25.04.2002 МПК B60G 11/26). Таким образом, указанное устройство можно отнести к амортизаторам с автоматически регулируемым сопротивлением.

Недостатком описанной конструкции является то, что регулирующий клапан с плунжером расположены не на поршне, а в нижней части цилиндра и попытки увеличить сопротивление ходу отбоя вызовут появление значительных разряжений над клапаном, что приведет к вскипанию и кавитации амортизаторной жидкости с последующим нарушением режима работы устройства.

Указанный недостаток частично устранен в известной пневмогидравлической рессоре (патент РФ №2045832 от 29.06.94 МПК B60G 11/26), содержащей цилиндр со штоком и поршнем, гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан и демпфер максимальных колебаний. В этой конструкции клапан встроен в полый шток, который является одновременно и гидроаккумулятором. Сам клапан содержит внутри себя подпружиненный плунжер, который своей нижней кромкой может закрывать либо открывать дросселирующие радиальные отверстия, просверленные в теле клапана. Плунжер реагирует на перепады давления в надпоршневой и подпоршневой полостях и при больших перепадах рабочая жидкость, преодолевая сопротивление пружины, приподнимает плунжер и он своей нижней кромкой открывает радиальные дросселирующие отверстия, что обеспечивает снижение силы демпфирования.

Недостатком известной конструкции является то, что устройство, изменяющее сопротивление ходу отбоя амортизатора, не способно разделить - что именно происходит во время хода отбоя: движутся ли колеса (присоединенные к нижней проушине цилиндра) вниз, преодолевая пустоту для восстановления контакта с дорожным полотном; или же движется корпус транспортного средства (соединенный с верхней проушиной штока) в этот момент вверх.

В реальной же практике движения транспортного средства по пересеченной местности есть два качественно отличающихся варианта хода отбоя. Пружина подвески, разжимаясь после прохождения неровности (кочки, бугра), одновременно стремится толкнуть колесо транспортного средства вниз, а корпус - вверх. При этом желательно, чтобы колеса как можно быстрее восстановили контакт с дорогой и соответственно сопротивление ходу отбоя должно быть минимальным. Но как только колесо восстановило контакт с дорогой, дальнейшее разжатие пружины вызывает подброс корпуса транспортного средства вверх, и чтобы сгладить этот негативный эффект амортизатор должен иметь в этот момент максимальное сопротивление отбоя. Другими словами на одном ходе разжатия пружины (ход отбоя) необходимо иметь различное сопротивление амортизатора - минимальное, если колеса оторвались от дорожного покрытия и им надо быстрее восстановить контакт; и максимальное - в том случае, если контакт с дорожным покрытием уже восстановлен (или не был потерян), а пружина все еще продолжает разжиматься, подбрасывая корпус транспортного средства вверх. Известная же конструкция не способна разделить описанные два случая хода отбоя, и гасит взаимные колебания поршня и цилиндра амортизатора одинаково: низкоамплитудные с большим сопротивлением, а широкоамплитудные - с меньшим сопротивлением. В то время как существуют ситуации, когда при большой амплитуде и скорости движения штока с поршнем относительно цилиндра амортизатора необходимо иметь низкое сопротивление ходу отбоя.

Задачей настоящего изобретения является повышение комфортабельности и управляемости транспортного средства при движении по неровному покрытию. Предлагаемый амортизатор способен сам определять - опустилось ли колесо на дорогу после прохождения неровности и до этого момента устанавливает минимальное сопротивление ходу отбоя. Но сразу же после восстановления контакта колеса с дорогой амортизатор самостоятельно повышает внутреннее сопротивление ходу отбоя, чтобы избежать резкого подброса корпуса транспортного средства вверх. В случае же колебаний колес относительно корпуса, сопротивление амортизатора минимально даже если эти движения имеют значительную амплитуду.

Указанная задача решается тем, что в саморегулируемом амортизаторе транспортного средства, содержащем корпус с установленным внутри него цилиндром, заполненные рабочей жидкостью; компенсационный резервуар, поршень закрепленный на полом штоке, имеющем радиальные дросселирующие отверстия, и регулирующий плунжер, расположенный внутри полого штока и способный своей кромкой перекрывать упомянутые дросселирующие отверстия; а также жесткую и мягкую пружины подвески, установленные поверх упомянутого корпуса; регулирующий плунжер оснащен собственным тонким штоком, скользящим внутри полого штока амортизатора. При этом жесткая пружина подвески опирается верхним концом на упомянутый корпус, а нижним концом - на полый шток; мягкая же пружина подвески опирается своим верхним концом на полый шток, а нижним концом на тонкий шток амортизатора. Благодаря такому исполнению при езде транспортного средства по низкоамплитудным неровностям (булыжная мостовая) в гашении колебаний участвует только тонкий шток с регулирующим плунжером, работающие в паре с мягкой пружиной и создающие сравнительно малое сопротивление ходу отбоя (не более 20% от нагрузки, приходящейся на одно колесо). При проезде же высоких неровностей - кочки, ямы ~ тонкий шток вместе с закрепленным на нем плунжером, сжимая мягкую пружину, утапливаются в полый шток настолько, что регулирующий плунжер перекрывает своим телом упомянутые радиальные дросселирующие отверстия и практически запирает полый шток с жесткой пружиной на ходе отбоя. Соответственно, жесткая пружина не может в этот момент разжаться и подбросить транспортное средство вверх. И только лишь когда колесо съедет с кочки и тонкий шток с регулирующим плунжером опустятся вниз примерно на 40-50 мм относительно полого штока, регулирующий плунжер своей верхней кромкой откроет радиальные дросселирующие отверстия, откроет путь амортизаторному маслу и позволит жесткой пружине разжиматься. Способность предлагаемого амортизатора самостоятельно менять свое сопротивление ходу отбоя от минимального до практически полного запирания и обеспечивает лучшую плавность хода и комфорт, и не позволит транспортному средству перевернуться из-за подброса задней части при проезде неровностей дороги на высокой скорости.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков предлагаемого саморегулируемого амортизатора с достижением указанного технического результата.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого амортизатора в состоянии покоя, а на фиг. 2 показан такой же разрез, но в момент наезда колеса транспортного средства на высокую неровность. Фиг. 3 представляет тот момент работы амортизатора, когда колесо начинает съезжать с высокой неровности.

Амортизатор относится к группе двухтрубных (фиг. 1) и состоит из цилиндрического корпуса 1 с приваренной к нему верхней проушиной 2, внутри которого зажат рабочий цилиндр 3. Верхняя проушина 2 имеет два регулирующих винта: винт легкого сжатия 4, канал 5 которого сообщен с полостью между корпусом 1 и рабочим цилиндром 3; и винт пробоя 6, канал 7 которого сообщается с внутренней полостью рабочего цилиндра 3. Регулируемые отверстия винтов 4 и 6 выходят в общий канал 8, соединенный при помощи гибкого шланга 9 с компенсационным резервуаром 10, внутри которого находится разделительный поршень 11, отделяющий амортизаторное масло в полости 12 и сжатый газ в полости 13. Общий канал 8 соединяет компенсационный резервуар 12 с полостью рабочего цилиндра 3 через питательный клапан 14, который свободно пропускает амортизаторное масло из канала 8 в рабочий цилиндр 3, но запирается при обратном движении масла.

В нижней части корпуса 1 расположена направляющая 15 полого штока 16 которая зажимается накидной гайкой 17 через сальник 18 полого штока. К полому штоку 16 в его верхней части болтом 19 крепится поршень 20. Поршень 20 оснащен поршневым клапаном 21, пропускающим масло только из надпоршневой полости вниз в подпорневую, но запирающий поток масла в обратном направлении. Полый шток 16 в своей верхней части имеет несколько радиальных дросселирующих отверстий 22, соединяющих между собой надпоршневую и подпошневую полости. Внутри полого штока 16 помещен тонкий шток 23 с навинченным на него регулирующим плунжером 24. Тонкий шток 23 и регулирующий плунжер 24 имеют сверления 25, сообщающие подплунжерную и надплунжерную полости. На нижний конец полого штока 16 навернута тарельчатая гайка 26 с сальником 27. Нижняя проушина 28 навернута снизу по резьбе на тонкий шток 23. Амортизатор оснащен двумя пружинами, надетыми поверх корпуса 1: жесткой пружиной 29, опирающейся верхним торцом в упор 30 корпуса 1, а нижним - в тарельчатую гайку 26; и мягкой пружиной 31, установленной между тарельчатой гайкой 26 и нижней проушиной 28. В стенке рабочего цилиндра 3 просверлены на расстоянии примерно 50-60 мм от верхнего края несколько перепускных отверстий 32 соединяющих надпоршневую полость с полостью между корпусом 1 и рабочим цилиндром 3. Для предотвращения соударений деталей амортизатора на тонком штоке размещен резиновый отбойник 33. Верхняя проушина 2 соединена с кузовом транспортного средства, а нижняя проушина 28 соединена с колесами через рычаги подвески (на чертеже не показаны).

Работает амортизатор следующим образом (фиг.1): поскольку жесткая пружина 29 опирается нижним концом через тарельчатую гайку 26 на полый шток 16, а мягкая пружина 31 расположена между тарельчатой гайкой 26 и проушиной 28 тонкого штока 23; то настоящий амортизатор можно рассматривать как два амортизатора расположенных последовательно один над другим, причем каждый оснащен своей собственной пружиной. При езде по дороге с небольшими неровностями (типа брусчатки мостовой) в основном колебательные движения совершают тонкий шток 23 с нижней проушиной 28 и мягкой пружиной 31, упругие колебания мягкой пружины 31 гасятся амортизаторным маслом, перетекающем из надплунжерной полости в подплунжерную и обратно через сверления 25. Жесткая пружина 29 при этом сжимается гораздо меньше, чем мягкая 31 и совершает лишь незначительные перемещения. Можно сказать, что в этих условиях работа предлагаемого амортизатора не отличается от работы известных широко употребляемых амортизаторов. Но при наезде на значительные препятствия работа амортизатора принимает иной характер (рис. 2) - сначала полностью сжимается мягкая пружина 31 и тонкий шток 23 соответственно полностью утапливается внутрь полого штока 16, и далее оба штока вместе движутся вверх внутри рабочего цилиндра 3, сжимая при этом жесткую пружину 29. Объем масла, вытесняемый обоими штоками 16 и 23, проходит через регулировочный винт легкого сжатия 4 и винт пробоя 6 и по шлангу 9 поступает в компенсационный резервуар 10. После того как поршень 20 в конце хода сжатия перекроет перепускные отверстия 32, сделанные в стенке рабочего цилиндра 3, амортизаторному маслу останется один путь в компенсационный резервуар 10 - через канал 7 и винт пробоя 6. Проходное сечение винта пробоя 6 существенно меньше, чем у винта легкого сжатия 4, поэтому сопротивление амортизатора в конце хода сжатия резко возрастает, он переходит в режим гидродемпфера и не позволяет деталям самого амортизатора соударяться в конце хода сжатия при преодолении больших неровностей. При этом, как видно на рис. 2, плунжер 24 своим телом перекрывает дроссельные отверстия 22 и амортизаторное масло при ходе сжатия имеет возможность минуя поршневой клапан 21, перетекать из надпоршневой полости вподпоршневую. Но на ходе отбоя амортизаторное масло будет заперто поршневым клапаном 21 в подпоршневой полости и не позволит жесткой пружине 29 разжиматься до тех пор, пока не разожмется мягкая пружина 31 и плунжер 24 своей верхней кромкой не откроет дросселирующие отверстия 22. При продолжении движения, когда колесо транспортного средства начинает съезжать с кочки (фиг. 3), сначала начнет двигаться вниз тонкий шток 23 с мягкой пружиной 31 и плунжером 24. И только после того, как плунжер 24 откроет дроссельные отверстия 22 в полом штоке 16, жесткая пружина 29 получит возможность совершить ход отбоя совместно с мягкой пружиной 31. При совершении хода отбоя амортизаторное масло из компенсационного резервуара 10 свободно поступает в рабочий цилиндр 3 сквозь питательный клапан 14.

Таким образом, тонкий шток 23 с плунжером 24 выполняют одновременно две функции: не только гасят колебания мягкой пружины 31, но вместе составляют регулирующий элемент, который, закрывая и открывая дроссельные каналы 22, способен изменять сопротивлении ходу отбоя для жесткой пружины 29 от максимального до минимального. То есть предлагаемый амортизатор является устройством с автоматическим регулированием внутреннего сопротивления хода отбоя в зависимости от рельефа дороги - на участках с небольшими неровностями сопротивление ходу сжатия и отбоя минимально, а на участках со значительными неровностями увеличивается как сопротивление сжатию (в конце хода сжатия включается режим гидродемпфера), так и сопротивление ходу отбоя.

Положительным эффектом применения предлагаемого саморегулируемого амортизатора является тот факт, что при движении транспортного средства по неровной поверхности никогда не сможет произойти подбрасывание корпуса транспортного средства вверх на кочках с угрозой последующего переворота ввиду того, что ход отбоя жесткой пружины 29 практически запирается регулирующим плунжером 24 внутри амортизатора в моменты полного сжатия мягкой пружины 31, а сама мягкая пружина 31 не настолько мощная, чтобы резко подбросить корпус транспортного средства вверх. С другой стороны, для движения колеса транспортного средства вниз никогда не происходит случаев запирания хода отбоя и колесо, толкаемое мягкой пружиной 31, всегда максимально быстро восстанавливает контакт с дорогой после прохождения неровности.

Предлагаемый саморегулируемый амортизатор может применяться как в обычных транспортных средствах гражданского применения, так и в спортивных автомобилях. Он также может быть использован в военной технике и в самолетах для взлета и посадки на грунтовые аэродромы.

На сегодняшний день проведены испытания указанного амортизатора на автомобиле, которые показали его эффективность и уникальную плавность хода кузова при проезде неровностей. Эти испытания засняты на видеокамеру и могут быть представлены автором по запросу экспертизы.

Изобретение относится к области машиностроения. Саморегулируемый гидропневматический амортизатор содержит корпус с установленным внутри него цилиндром, заполненные рабочей жидкостью, компенсационный резервуар, поршень на полом штоке, имеющем радиальные дросселирующие отверстия и подпружиненный регулирующий плунжер, расположенный внутри полого штока, способный своей кромкой перекрывать радиальные дросселирующие отверстия, а также жесткую и мягкую пружины, установленные снаружи корпуса. Регулирующий плунжер оснащен собственным тонким штоком, скользящим внутри полого штока амортизатора. Жесткая пружина опирается верхним концом на корпус, а нижним концом - на полый шток. Мягкая пружина опирается своим верхним концом на полый шток, а нижним концом на тонкий шток. Обеспечивается улучшение эксплуатационных характеристик амортизатора. 3 ил.

Саморегулируемый гидропневматический амортизатор, содержащий корпус с установленным внутри него цилиндром, заполненные рабочей жидкостью; компенсационный резервуар, поршень на полом штоке, имеющем радиальные дросселирующие отверстия; и подпружиненный регулирующий плунжер, расположенный внутри полого штока, способный своей кромкой перекрывать упомянутые радиальные дросселирующие отверстия; а также жесткую и мягкую пружины, установленные снаружи упомянутого корпуса, отличающийся тем, что с целью улучшения плавности хода транспортного средства регулирующий плунжер оснащен собственным тонким штоком, скользящим внутри упомянутого полого штока амортизатора; при этом жесткая пружина опирается верхним концом на упомянутый корпус, а нижним концом - на полый шток, а мягкая же пружина опирается своим верхним концом на полый шток, а нижним концом на тонкий шток.