Пневматическая подвеска

 

Использование: изобретение относится к транспортному машиностроению. Сущность изобретения: пневматическая подвеска содержит гибкую оболочку, прикрепленную одним концом посредством фланца и кольца к подрессоренной части транспортного средства и связанную другим концом с полым поршнем. Поршень прикреплен к неподрессоренной части транспортного средства. Поверхность поршня, к которой крепится амортизатор в виде усеченного конуса, представляет собой торец усеченного конуса, в центре которого находится одно, а на поверхности конуса более одного отверстия разного диаметра. Отверстия соединяют между собой полости оболочки и поршня. Посадочные места кольца и поршня для гибкой оболочки выполнены с уклоном, угол которого равен углу наклона соответствующих посадочных мест гибкой оболочки. Уклон наружной поверхности амортизатора составляет от 44 до 46°, конуса поршня от 80 до 85°, посадочных мест от 1 до 2°. Поршень выполнен из стали, содержащей ванадий и азот в соотношении от 3 1 до 4 1. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к рессорам пневматических подвесок транспортных средств, в частности автобусов.

Известен пневматический упругий элемент (Авт.свид. СССР N 719901, В 60 G 11/26, F 16 F 9/04, 1980), содержащий резинокордную оболочку, дополнительную емкость и расположенную между ними перегородку с калиброванным отверстием для гашения колебаний, крышку с отверстиями, прикрепленными к перегородке, в которой находится диафрагма. Однако отсутствие буфера, амортизирующего ударные нагрузки при соприкосновении фланцев, и частый обрыв диафрагмы в месте ее крепления делает такую конструкцию ненадежной в эксплуатации.

Известен буфер пневматической рессоры (Евпропатент N 0501043, В 60 G 11/27, F 16 F 9/04, 1992), который выполнен в виде цельного пластмассового элемента, основание которого имеет центральное отверстие, ограниченное расположенными по окружности гибкими пальцами. Однако применение такого буфера в рессорах пневматической подвески не решает проблемы повышения ее надежности и долговечности, поскольку при ударных нагрузках происходит интенсивное разрушение пластмассового элемента в результате воздействия как нормальных, так и касательных напряжений.

Известен пневматический упругий элемент для автомобилей с эластомерным пневмобаллоном, имеющий на своих открытых торцах конические уплотнительные выступы, которые плотно прилегают к соответствующему коническому уплотнительному седлу крепежной детали (патент Германии N 4115028, В 60 G 11/27, F 16 F 9/04, 1992). Для предотвращения соскальзывания пневмобаллона с конического седла при растягивающей нагрузке на коническом уплотнительном седле выполнены рельефные участки резьбы. Однако такое соединение не является эффективным при давлениях 5 10 кгс/см², при которых происходит срыв пневмобаллона с уплотнительного седла. Кроме того, нанесение ниток резьбы на коническом седле является весьма сложной технологической операцией, существенно ограничивающей возможность применения пневматического упругого элемента, изготовленного по патенту Германии N 4115028.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является пневматическая рессора (Европейская заявка ЕР N 0080561, В 60 G 11/26, 1983), содержащая гибкую оболочку, прикрепленную одним концом к подрессорной части транспортного средства и связанную другим концом с полым поршнем, прикрепленным к неподрессорной части транспортного средства, и клапанное устройство, выполненное в виде конического стакана, имеющего в стенке по крайней мере одно отверстие, и полого резинового амортизатора, установленного в стакане с зазором относительно его стенки, расположенное между полостью оболочки и полостью поршня.

Однако указанная пневматическая рессора имеет ряд существенных недостатков. При соударении амортизатора с верхней крышкой и диском происходит пластическая деформация конического стакана и опоры, на которой он установлен, несмотря на сложное крепежное устройство, соединяющее амортизатор с поршнем, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и поломке рессоры. Одновременно с пластической деформацией конического клапана и опоры, на которую он устанавливается, при ударах разрушается наружная поверхность амортизатора вследствие воздействия нормальных и касательных напряжений.

Кроме того, клапанное устройство, выполненное по прототипу, связывает между собой полости гибкой оболочки и поршня по крайней мере одним отверстием, что не позволяет эффективно дифференцированно демпфировать колебания различной частоты.

Другим существенным недостатком известной пневматической рессоры является срыв гибкой оболочки с верхней крышки и полого поршня. Кроме того, недостатком рессоры является то, что для эффективной ее работы гибкость резинового амортизатора должна быть велика, однако при работе рессоры при низких температурах, а также вследствие старения резины гибкость снижается. В результате этого деформации резинового амортизатора становятся недостаточными для перекрытия отверстий, и разобщения полостей оболочки и поршня не происходит. Пневматическая рессора теряет свою несущую способность, что приводит к выходу ее из строя и повреждениям ее элементов.

Задачей изобретения является создание эффективной, простой по устройству и удобной в эксплуатации рессоры пневматической подвески, обладающей повышенной работоспособностью. Техническим результатом изобретения является повышение грузоподъемности, увеличение срока службы рессоры пневматической подвески, снижение стоимости как самой рессоры, так и работ по ее монтажу на автобусе.

Это достигается тем, что рессора пневматической подвески содержит гибкую оболочку, прикрепленную одним концом посредством фланца и кольца к подрессорной части транспортного средства и связанную другим концом с полым поршнем, прикрепленным к неподрессоренной части транспортного средства, амортизатор и опору, а поверхность поршня, к которой крепится амортизатор в виде усеченного конуса, представляет собой торец усеченного конуса, в центре которого находится одно, а на поверхности конуса более одного отверстия разных диаметров, соединяющих полость оболочки и поршня, а посадочные места кольца и поршня для гибкой оболочки выполнены с уклоном, угол которого равен углу уклона соответствующих посадочных мест гибкой оболочки, причем уклон наружной поверхности амортизатора составляет от 44 до 46^о, конуса поршня от 80 до 85^о, посадочных мест от 1 до 2^о, а поршень выполнен из стали, содержащей ванадий и азот в соотношении от 3:1 до 4:1.

Наличие в предлагаемой рессоре пневматической подвески амортизатора, выполненного в виде усеченного конуса, значительно увеличивает его срок службы вследствие того, что при ударах амортизатора о кольцо результирующее сжимающее напряжение направлено под углом, и наиболее эффективное сопротивление сжатию поверхностных слоев амортизатора будет наблюдаться в случае, если он выполнен в виде конуса. Однако с учетом технологичности производства наиболее оптимальной фигурой амортизатора является усеченный конус. Для максимального сопротивления сжатию угол уклона наружной поверхности амортизатора должен быть не менее 44 и не более 46^о, а в идеале составлять 45^о, поскольку максимальные результирующие сжимающие напряжения, т.е. сумма нормальных и касательных напряжений при ударе, направлены под углом 45^о (Надан А. Пластичность и разрушение твердых тел. М. 1954). В случае, если угол наклона амортизатора менее 44^о, происходит интенсивное разрушение при ударах наружной поверхности амортизатора под действием касательных напряжений, а более 46^о под действием нормальных напряжений. Выполнение поверхности полого поршня со стороны крепления амортизатора в виде усеченного конуса является необходимым условием повышения жесткости полого поршня, поскольку известно (Сторошев М. В. Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М. 1971), что конусные конструкции имеют большую жесткость, чем плоские поверхности. Эксперименты, выполненные в ВМТП "АВТОПРОМ" показывают, что оптимальное сочетание жесткости и технологичности полого поршня достигается при угле уклона конуса поршня от 80 до 85^о. Применение полого поршня с углом уклона менее 80^о снижает характеристики рессоры вследствие уменьшения расстояния между амортизатором и кольцом. В случае применения полого поршня с углом уклона более 85^о наблюдается прогиб поршня при ударных нагрузках. Однако выполнение поверхности полого поршня со стороны крепления амортизатора в виде усеченного конуса является необходимым, но недостаточным условием для повышения срока службы рессоры.

Другим существенным фактором является повышение прочности стали, из которой изготавливается поршень, при сохранении пластичности и склонности к глубокой вытяжке. Анализ литературных и экспериментальных данных показывает, что для глубокой вытяжки применяется в основном низкоуглеродистая сталь (например, 08Ю ГОСТ 9045-80), и наиболее эффективное упрочнение с сохранение уровня пластичности достигается при дополнительном легировании стали азотом и ванадием (Бабаскин Ю.З. Шипицын С.Я. Афтандилянц Е.Г. Экономное легирование стали. Киев: Наукова думка, 1987, с.190). Однако для достижения наиболее эффективного влияния азота и ванадия отношение содержания ванадия в стали к содержанию в ней азота должно быть в пределах от 3:1 до 4:1, поскольку эти отношения близки к стехиометрическому, при котором весь ванадий и азот связаны в нитриды ванадия. В случае, когда отношение ванадия к азоту менее 3: 1, в стали наблюдается избыток азота, не связанного в нитриды, что приводит к охрупчиванию стали. В случае, когда отношение ванадия к азоту более 4:1, в стали наблюдается избыток ванадия, что приводит к увеличению в стали ферритной составляющей и ухудшению глубокой вытяжки поршня.

Для эффективного дифференцированного демпфирования колебаний различной частоты полость гибкой оболочки и поршня необходимо соединять отверстиями различного диаметра. В результате работ, выполненных на ВМТП "АВТОПРОМ", установлено, что наиболее технологичным является такая комбинация отверстий, когда самое большое отверстие находится в центре усеченного конуса поршня, а другие отверстия, меньшего диаметра, на его поверхности. В случае использования отверстий одинакового диаметра будет отсутствовать дифференцированное гашение колебаний. Для эффективного крепления гибкой оболочки к кольцу и полому поршню необходимо, чтобы посадочные места кольца и поршня для гибкой оболочки были выполнены с уклоном, угол которого равен углу уклона соответствующих посадочных мест гибкой оболочки. Это дает возможность получить эффективное соединение и практически исключить утечку воздуха из рессоры. При этом максимальная сила трения между посадочными местами и гибкой оболочкой наблюдается при углах наклона от 1 до 2^о. При углах уклона менее 1 и более 2^о сила трения существенно уменьшается и наблюдается утечка воздуха из пневморессоры.

На чертеже изображена предлагаемая рессора пневматической подвески. Рессора пневматической подвески содержит фланец 1, прикрепленный к подрессоренной части транспортного средства, кольцо 2, приваренное к фланцу 1, штуцер 3, служащий для заполнения рессоры сжатым воздухом, гибкую оболочку 4, амортизатор 5 в виде усеченного конуса с углом уклона β бобышку 6 с отверстием 7 в центре усеченного конуса полого поршня 8 с углом наклона γ, соединенного отверстиями 9 и 10, а также 7 с полостью, ограниченной гибкой оболочкой 4, опору 11 и нижнюю опору 12. Посадочные места кольца 2 и поршня 8 для гибкой оболочки 4 выполнены с уклоном α и равны углу уклона α соответствующих посадочных мест гибкой оболочки 4. При этом угол α изменяется в пределах от 1 до 2^о, β от 44 до 46^о, γ от 80 до 85^о.

Результаты эксплуатационных испытаний показали, что предлагаемая рессора имеет более высокую на 10-34% грузоподъемность и в 1,4-1,6 раза выше ресурс работы, чем рессора прототипа.

Формула изобретения

1. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА, содержащая гибкую оболочку, прикрепленную одним концом посредством фланца и кольца к подрессорной части транспортного средства, и связанную другим концом с полым поршнем, прикрепленным к неподрессоренной части транспортного средства, опору и амортизатор, прикрепленный к поверхности поршня, представляющей собой поверхность конуса с углом уклона от 80 до 85^o, на которой выполнено более одного отверстия для сообщения полостей оболочки и поршня, а посадочные места кольца и поршня для гибкой оболочки выполнены с уклоном, угол которого равен углу уклона соответствующих мест гибкой оболочки, отличающаяся тем, что в вершине конической поверхности поршня выполнено одно отверстие, амортизатор выполнен в виде усеченного конуса, уклон наружной поверхности которого составляет от 44 до 46^o, а уклон посадочных мест от 1 до 2^o.

2. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что поршень выполнен из стали, содержащей ванадий и азот в соотношении от 3:1 до 4:1.

РИСУНКИ

Рисунок 1