Пневмогидравлическая рессора транспортного средства
Изобретение относится к области подрессоривания транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что пневмогидравлическая рессора содержит цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, и шток с проточкой, закрепленный в верхней крышке цилиндра и размещенный в центральном отверстии поршня. Проточка штока выполнена в нижней его части и соединяет надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве. Рессора снабжена демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления, включающим основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными в нижней части трубки радиальными отверстиями и наружной проточкой, и подпружиненный плунжер, выполненный в виде установленной на трубке ступенчатой гильзы, в меньшей ступени которой выполнены радиальные отверстия. Большая ступень образует с трубкой герметичную кольцевую плунжерную полость, в которой установлена пружина сжатия плунжера, перекрывающего своей меньшей ступенью дополнительный дроссельный канал при ходах поршня вне зоны проточки штока вследствие резкого увеличения или уменьшения давления в камере противодавления. Камера противодавления сообщена с кольцевой полостью посредством дополнительной трубки с обратным клапаном. Техническим результатом является повышение плавности хода. 2 ил.
Изобретение относится к области подрессоривания транспортных средств, преимущественно тяжелых автомобилей-самосвалов, в частности к пневмогидравлическим рессорам.
Известна пневмогидравлическая рессора, содержащая цилиндр, в котором установлен первый полый шток с поршнем и полостью для размещения второго полого штока с поршнем. Штоковая полость первого штока сообщена через центральное отверстие в первом поршне с надпоршневой полостью цилиндра, а штоковая полость второго штока сообщена через центральное отверстие во втором поршне с полостью первого штока и соединена трубками с кольцевой подпоршневой полостью между стенками первого и второго штоков, которая каналами, выполненными в первом штоке, сообщена с кольцевой подпоршневой полостью между стенками цилиндра и первого штока, причем площади поперечных сечений обеих кольцевых подпоршневых полостей выполнены равными между собой, а в указанных трубках и каналах установлены дросселирующие приспособления и обратные клапаны. В верхних частях полостей цилиндра и первого штока установлены подпружиненные кольцевые плавающие поршни с отверстиями, перекрываемыми поршнями в конце ходов сжатия первого и второго штоков. Конструкция данной рессоры обеспечивает ступенчатое изменение жесткости упругой и демпфирующей характеристик при разгрузке и полной загрузке автомобиля (патент №2089406 РФ, В 60 G 11/26, F 16 F 5/00, 1997 г.).
Недостатком данной рессоры является сложность ее конструкции и высокая жесткость рессоры в конце хода сжатия второго полого штока, что при неполной загрузке автомобиля резко ухудшает его плавность хода.
Наиболее близким из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора транспортных средств, содержащая цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, и шток, закрепленный в верхней крышке цилиндра, размещенный в центральном отверстии поршня и имеющий в средней части проточку для соединения между собой надпоршневой полости и камеры противодавления. При негруженом транспортном средстве уплотнение штока находится ниже проточки штока, а при груженом - выше (патент №2067051 РФ, В 60 G 11/26, 1996 г.).
Недостатком данной рессоры является расположение проточки штока в средней его части, что при негруженом транспортном средстве приводит к разобщению надпоршневой полости и камеры противодавления, т.к. уплотнение штока находится ниже проточки штока, и повышению жесткости упругой характеристики рессоры. Кроме того, при негруженом транспортном средстве гидравлическое сопротивление рессоры оказывается слишком большим, поскольку оно не регулируется и обычно рассчитывается на максимальную загрузку автомобиля. Это приводит к тому, что виброзащитные свойства рессоры при негруженом автомобиле оказываются значительно хуже, чем при груженом. При этом симметричность демпфирующей характеристики данной рессоры также снижает ее виброзащитные свойства и ухудшает плавность хода автомобиля.
Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный высокой жесткостью упругой и демпфирующей характеристик при негруженом транспортном средстве и симметричностью демпфирующей характеристики, что снижает плавность хода автомобиля.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры транспортного средства, обеспечивающей существенное уменьшение жесткости упругой и демпфирующей характеристик в зоне статического хода при негруженом транспортном средстве, а также несимметричность неупругого сопротивления на ходах сжатия и отбоя.
Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры транспортного средства является создание новой конструкции рессоры с демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления, обеспечивающей повышение плавности хода за счет того, что при негруженом автомобиле в зоне малых колебаний рессора работает без противодавления и с ослабленным демпфированием, а при полностью груженом автомобиле и в конце хода отбоя - как рессора с противодавлением и с увеличенным демпфированием, при этом при любой степени загрузки неупругое сопротивление на ходе сжатия всегда меньше, чем на ходе отбоя.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре транспортного средства, содержащей цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, и шток с проточкой, закрепленный в верхней крышке цилиндра и размещенный в центральном отверстии поршня, проточка штока выполнена в нижней его части и соединяет надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве, а рессора снабжена демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления, включающим основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными в нижней части трубки радиальными отверстиями и наружной проточкой, и подпружиненный плунжер, выполненный в виде установленной на трубке ступенчатой гильзы, в меньшей ступени которой выполнены радиальные отверстия, а большая ступень образует с трубкой герметичную кольцевую плунжерную полость, в которой установлена пружина сжатия плунжера, перекрывающего своей меньшей ступенью дополнительный дроссельный канал при ходах поршня вне зоны проточки штока вследствие резкого увеличения или уменьшения давления в камере противодавления, при этом камера противодавления сообщена с кольцевой полостью посредством дополнительной трубки с обратным клапаном.
Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре транспортного средства проточка штока выполнена в нижней его части, обеспечивается соединение надпоршневой полости с камерой противодавления при негруженом автомобиле, в результате чего рессора превращается в рессору без противодавления с пониженной жесткостью упругой характеристики, что необходимо для повышения плавности хода негруженого автомобиля. При груженом автомобиле указанные полости разобщаются, в результате чего рессора превращается в рессору с противодавлением и повышенной жесткостью упругой характеристики, что обеспечивает при ограниченных ходах рессоры восприятие значительного увеличения подрессоренной массы.
Вследствие того, что рессора снабжена демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления, включающим основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями и наружной проточкой, выполненными в нижней части трубки, и подпружиненный плунжер, выполненный в виде установленной на трубке ступенчатой гильзы, в меньшей ступени которой выполнены радиальные отверстия, а большая ступень образует с трубкой герметичную кольцевую плунжерную полость, в которой установлена пружина сжатия плунжера, перекрывающего своей меньшей ступенью дополнительный дроссельный канал при ходах поршня вне зоны проточки штока вследствие резкого увеличения или уменьшения давления в камере противодавления, обеспечивается существенное уменьшение жесткости демпфирующей характеристики при малых амплитудах колебаний в зоне статического хода негруженого транспортного средства, в результате чего повышается плавность хода негруженого автомобиля.
Благодаря тому, что камера противодавления сообщена с кольцевой полостью посредством дополнительной трубки с обратным клапаном, обеспечивается уменьшение неупругого сопротивления на ходе сжатия по сравнению с ходом отбоя, что повышает плавность хода автомобиля при любой степени его загрузки.
Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволили 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 транспортного средства, продольный разрез. На фиг.2 изображены график упругой характеристики рессоры (кривая 3) и графики изменения давлений в надпоршневой полости (кривая 1) и в камере противодавления (кривая 2).
Пневмогидравлическая рессора транспортного средства содержит цилиндр 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, поршень 4 с центральным отверстием 5, полый шток 6, в котором размещена камера противодавления 7, сообщенная трубкой 8 и дополнительной трубкой 9 с кольцевой полостью 10 между стенками цилиндра 1 и полого штока 6, и шток 11, закрепленный в верхней крышке 2 цилиндра 1 и размещенный в центральном отверстии 5 поршня 4. Для герметизации подвижных соединений поршня 4 с цилиндром 1 и со штоком 11 в поршне 4 установлены уплотнения 12 и 13. Для герметизации подвижного соединения полого штока 6 с нижней крышкой 3 в последней установлено уплотнение 14. Надпоршневая полость 15 цилиндра 1 заполнена газом и небольшим количеством жидкости, кольцевая полость 10 - жидкостью, а полость штока 6 - жидкостью и газом.
В нижней части штока 11 выполнена проточка 16, соединяющая надпоршневую полость 15 с камерой противодавления 7 при негруженом автомобиле, в результате чего рессора превращается в рессору без противодавления с пониженной жесткостью упругой характеристики (зона Б на фиг.2), что необходимо для повышения плавности хода негруженого автомобиля. При груженом автомобиле проточка 16 находится ниже уплотнения 13, надпоршневая полость 15 и камера противодавления 7 разобщаются, в результате чего рессора превращается в рессору с противодавлением и повышенной жесткостью упругой характеристики (зона В на фиг.2), что обеспечивает при ограниченных ходах рессоры восприятие значительного увеличения подрессоренной массы. При негруженом автомобиле в конце хода отбоя рессоры проточка 16 находится выше уплотнения 13, в результате чего рессора также превращается в рессору с противодавлением (зона А на фиг.2), что упруго ограничивает ход отбоя и повышает устойчивость автомобиля.
На нижнем торце трубки 8 выполнено отверстие 17 основного дроссельного канала с большим гидравлическим сопротивлением, необходимым для эффективного гашения колебаний груженого транспортного средства. В нижней части трубки 8 выполнены радиальные отверстия 18 и наружная проточка 19, образующие дополнительный дроссельный канал с малым гидравлическим сопротивлением, необходимым для эффективного гашения небольших колебаний негруженого транспортного средства.
На нижнем конце трубки 8 установлен подпружиненный плунжер 20, выполненный в виде ступенчатой гильзы, в меньшей ступени которой выполнены радиальные отверстия 21, а большая ступень образует с трубкой 8 герметичную кольцевую плунжерную полость 22. Герметичность кольцевой плунжерной полости 22 обеспечивают верхнее 23 и нижнее 24 уплотнения, установленные в меньшей ступени плунжера 20 и на нижнем конце трубки 8 соответственно. В кольцевой плунжерной полости 22 установлена пружина сжатия 25 плунжера 20, усилие которой уравновешивает перепад давлений между камерой противодавления 7 и кольцевой плунжерной полостью 22 при расположении радиальных отверстий 21 плунжера 20 напротив наружной проточки 19 трубки 8. Это имеет место при ходах поршня 4 в зоне проточки 16 штока 11 и незначительном изменении давления в камере противодавления 7 (зона Б на фиг.2), в результате чего дополнительный дроссельный канал остается открытым, а демпфирующая характеристика рессоры имеет малую жесткость. При резком увеличении или уменьшении давления в камере противодавления 7, что имеет место при ходах поршня 4 вне зоны проточки 16 штока 11 (зоны А и В на фиг.2), подпружиненный плунжер 20 своей меньшей ступенью перекрывает наружную проточку 19 трубки 8, в результате чего жесткость демпфирующей характеристики увеличивается.
Отверстия 17 и 18 основного и дополнительного дроссельных каналов и подпружиненный плунжер 20, управляемый перепадом давлений между камерой противодавления 7 и кольцевой плунжерной полостью 22, образуют саморегулируемый демпфирующий узел, обеспечивающий ступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики рессоры в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления.
В дополнительной трубке 9 установлен обратный клапан 26, что обеспечивает увеличение неупругого сопротивления на ходе отбоя по сравнению с ходом сжатия.
Пневмогидравлическая рессора транспортного средства работает следующим образом.
При движении негруженого транспортного средства деформация рессоры в основном происходит в зоне длины проточки 16 на штоке 11 (фиг.1), сообщающей между собой надпоршневую полость 15 и камеру противодавления 7, что обеспечивает малую жесткость упругой характеристики рессоры (зона Б на фиг.2) и повышение плавности автомобиля. При больших деформациях рессоры уплотнение 13 штока 11 выходит за пределы проточки 16, вследствие чего надпоршневая полость 15 и камера противодавления 7 разобщаются. При этом на ходе сжатия рессоры давление в надпоршневой полости 15 повышается, а в камере противодавления 7 понижается (зона В на фиг.2). На ходе отбоя все происходит наоборот, давление в надпоршневой полости 15 понижается, а в камере противодавления 7 повышается (зона А на фиг.2). В результате жесткость упругой характеристики при деформациях рессоры больше величины проточки 16 увеличивается, что повышает устойчивость негруженого автомобиля.
На ходе сжатия рессоры жидкость из камеры противодавления 7 поступает в кольцевую полость 10 по трубке 8 и дополнительной трубке 9, так как установленный в дополнительной трубке 9 обратный клапан 26 открыт. На ходе отбоя рессоры жидкость вытесняется из кольцевой полости 10 в камеру противодавления 7 только по трубке 8. В результате обеспечивается меньшее гидравлическое сопротивление на ходе сжатия, чем на ходе отбоя, что требуется для повышения плавности хода автомобиля при любой степени его загрузки.
При этом в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления в камере противодавления 7 возможны следующие режимы течения жидкости по трубке 8.
При деформациях рессоры в зоне длины проточки 16 штока 11, закрепленного в верхней крышке 2 и размещенного в центральном отверстии 5 поршня 4, перепад давлений между камерой противодавления 7 и кольцевой плунжерной полостью 22 меняется незначительно (зона Б на фиг.2). Вследствие этого подпружиненный плунжер 20 перемещается очень мало, и его радиальные отверстия 21 остаются напротив наружной проточки 19 трубки 8. Поэтому жидкость на ходах сжатия и отбоя течет через отверстие 17 основного дроссельного канала и через радиальные отверстия 18 дополнительного дроссельного канала с малым гидравлическим сопротивлением, что необходимо для эффективного гашения малых колебаний негруженого транспортного средства.
При ходах поршня 4 вне зоны проточки 16 штока 11 происходит разобщение надпоршневой полости 15 и камеры противодавления 7, что на ходе отбоя вызывает резкое увеличение (зона А на фиг.2), а на ходе сжатия - резкое уменьшение давления в камере противодавления 7 (зона В на фиг.2). В результате этого перепад давлений между камерой противодавления 7 и кольцевой плунжерной полостью 22 на ходе отбоя резко возрастает, а на ходе сжатия, наоборот, резко уменьшается. При этом на ходе отбоя подпружиненный плунжер 20 перемещается вниз, сжимая пружину сжатия 25 и перекрывая своей меньшей ступенью наружную проточку 19 трубки 8, а на ходе сжатия подпружиненный плунжер 20 перемещается вверх, разжимая пружину 25 и также перекрывая своей меньшей ступенью наружную проточку 19 трубки 8. Поэтому жидкость на ходах сжатия и отбоя течет через отверстие 17 основного дроссельного канала с большим гидравлическим сопротивлением.
Таким образом, гидравлическое сопротивление при деформациях рессоры больше величины проточки 16 увеличивается, что повышает устойчивость негруженого автомобиля и обеспечивает эффективное гашение колебаний автомобиля при его полной загрузке.
При работе рессоры герметичность подвижных соединений поршня 4 с цилиндром 1 обеспечивает уплотнение 12, полого штока 6 с нижней крышкой 3 - уплотнение 14, а плунжера 20 с трубкой 8 - верхнее 23 и нижнее 24 уплотнения.
Предлагаемая пневмогидравлическая рессора транспортного средства имеет простую и надежную конструкцию и обеспечивает существенное уменьшение жесткостей упругой и демпфирующей характеристик при небольших амплитудах колебаний негруженого автомобиля и повышение этих жесткостей при полной загрузке автомобиля или при деформациях рессоры, больших величины проточки штока, а также уменьшение неупругого сопротивления на ходе сжатия по сравнению с ходом отбоя. Применение данной рессоры приведет к снижению вибронагруженности негруженого транспортного средства, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, и увеличению средних скоростей и производительности автомобиля.
Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- пневмогидравлическая рессора транспортного средства, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначена для применения в подвеске транспортных средств и обеспечивает при простой и надежной конструкции ступенчатое изменение жесткостей упругой и демпфирующей характеристик в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления, а также несимметричность демпфирующей характеристики, что снижает эксплуатационные затраты и повышает плавность хода особенно негруженого автомобиля;
- 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".
Пневмогидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, и шток с проточкой, закрепленный в верхней крышке цилиндра и размещенный в центральном отверстии поршня, отличающаяся тем, что проточка штока выполнена в нижней его части и соединяет надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве, а рессора снабжена демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления, включающим основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными в нижней части трубки радиальными отверстиями и наружной проточкой, и подпружиненный плунжер, выполненный в виде установленной на трубке ступенчатой гильзы, в меньшей ступени которой выполнены радиальные отверстия, а большая ступень образует с трубкой герметичную кольцевую плунжерную полость, в которой установлена пружина сжатия плунжера, перекрывающего своей меньшей ступенью дополнительный дроссельный канал при ходах поршня вне зоны проточки штока вследствие резкого увеличения или уменьшения давления в камере противодавления, при этом камера противодавления сообщена с кольцевой полостью посредством дополнительной трубки с обратным клапаном.
