Пневматическая подвеска

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к амортизационным устройствам для гашения вертикальных колебаний транспортных средств с использованием газа в камере с эластичной стенкой. Пневматическая подвеска содержит установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент. Дополнительный упругий элемент выполнен в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости. Штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой. Вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой. Шток поршня укреплен в крышке основного упругого элемента. Изобретение повышает демпфирующие свойства пневматической подвески и обеспечивает регулирование ее упругодемпфирующих характеристик во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к амортизационным устройствам для гашения вертикальных колебаний транспортных средств с использованием газа в камере с эластичной стенкой.

Известно устройство для осуществления гашения вертикальных колебаний транспортных средств, описанное в а.с. №261926, М. кл. B60G 11/26, содержащее резинокордную оболочку с крышкой, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с калиброванными отверстиями, и клапанное устройство в виде свободно висящей на перегородке диафрагмы, перекрывающей перепускные отверстия на ходе отбоя.

К основным недостаткам устройства относится то, что при вынужденных колебаниях амортизированного объекта с большими амплитудами происходит смещение его среднего положения вниз относительно исходного вследствие постоянного аккумулирования энергии сжатого газа в дополнительной емкости в начале каждого хода сжатия, что приводит к уменьшению динамического хода подвески и снижению эффективности гашения колебаний.

Известно устройство пневматической подвески, описанное в а.с. №968536, М. кл. F16F 9/04 (прототип), содержащее резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую полость, дополнительную емкость, установленную соосно и внутри основной рабочей полости, расположенную между ними перегородку, на которой жестко закреплено клапанное цилиндрическое устройство со штоком. В перегородке расположены калиброванное отверстие и предохранительный клапан для перетекания газа в процессе работы. Основной и дополнительный упругие элементы пневматической подвески установлены между подрессоренной и неподрессоренной массами амортизируемого объекта.

Основным недостатком устройства является нестабильность демпфирующих свойств подвески и низкая эффективность гашения колебаний при работе из-за того, что в гашении колебаний и в созданий упругой составляющей подвески участвует масса газа (воздуха) в основной рабочей полости, часть которой то отводится в процессе хода отбоя, то возвращается на ходе сжатия. Такое перетекание газа из основного упругого элемента подвески в дополнительный упругий элемент и, наоборот, приводит к нагреву рабочей среды подвески, что ведет к изменению термодинамических параметров газа, а следовательно, к ухудшению демпфирующих свойств подвески.

Также недостатком устройства является то, что пневматический упругий элемент не обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при воздействии любых внешних сил переменной частоты и амплитуды.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих свойств пневматической подвески и обеспечение регулирования ее упругодемпфирующих характеристик во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.

Поставленная задача достигается тем, что в пневматической подвеске, содержащей установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент, и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент, согласно изобретению дополнительный упругий элемент выполнен в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости, при этом штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой, а вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой, причем шток поршня укреплен в крышке основного упругого элемента.

Существенным отличием предложенной пневматической подвески является то, что уменьшение упругой силы основного упругого элемента на ходе отбоя осуществляется не за счет перетекания части массы газа из основного упругого элемента в дополнительный, как это осуществляется в известной пневматической подвеске, а за счет подвода дополнительной массы газа под давлением из автономного источника энергии в штоковую полость цилиндра в противофазе движению объекта, что приводит к резкому уменьшению потенциальной энергии системы в начале хода отбоя, а значит и всего хода отбоя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг.1 представлена предложенная пневматическая подвеска;

- на фиг.2 приведены упругодемпфирующие характеристики пневматической подвески;

- на фиг.3 приведены графики гашения свободных колебаний амортизируемого объекта.

Пневматическая подвеска содержит резинокордную оболочку 1, расположенную в стакане 2 с крышкой 3, и внутренний полый плунжер 4, которые образуют переменную полость «А». При этом внутренний полый плунжер 4 выполнен в виде цилиндра и разделен поршнем 5 на две полости «В» и «С». Шток 6 поршня 5 жестко закреплен на крышке 3 упругого элемента.

Штоковая полость «В» через радиальные 7 и осевые 8 каналы штока 6, через гибкий трубопровод 9 и электропневмоклапан (ЭПК) 10 соединяется или с ресивером 11 транспортного средства, или с атмосферой.

Полость «С» постоянно сообщается через отверстие 12 в днище внутреннего плунжера 4 с атмосферой, при этом никакого сопротивления при протекании воздуха из полости «С» в атмосферу или обратно не создается.

Для подвода массы газа из ресивера 11 в полость «В» в начале каждого хода отбоя и отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия в атмосферу предназначен ЭПК 10.

Управление ЭПК 10 производится датчиком относительной скорости 13 внешнего стакана 2 и внутреннего плунжера 4, выход которого соединен коммутирующим устройством 14 (с обмоткой реле) в цепи питания ЭПК 10.

Гашение вертикальных колебаний амортизируемого объекта с помощью предложенного устройства осуществляется следующим образом.

В статическом положении пневматической подвески сила тяжести подрессоренной массы уравновешивается только за счет избыточного давления в полости «А», т.е.:

M·g=P₁₀·S₁,

где М - масса амортизируемого объекта;

Р₁₀ - давление в полости «А» в статическом положении пневматической подвески;

S1 - эффективная площадь пневматической подвески;

g - ускорение свободного падения тела.

На ходе сжатия пневматической подвески давление газа в полости «А» возрастает, а в полости «В» за счет ЭПК 10 остается равным атмосферному, т.е. упругая сила

Р_упр=P₁·S₁,

В начале хода отбоя от датчика относительной скорости 13 подается сигнал на реле 14, которое соединяет ЭПК 10 с источником питания и последний, включаясь, сообщает полость «В» через каналы 7 и 8 в штоке 6 и трубопровод 9 с ресивером 11.

Подвод массы газа в штоковую полость «В» под давлением Р₂≤Р₁ оказывает существенное противодействие основному упругому элементу и приводит к резкому уменьшению упругой силы пневматической подвески на величину P₂·S₂, т.е.:

Р_упр=P₁·S₁-P₂·S₂,

где Р₂ - текущее давление в штоковой полости «В»;

S₂ - эффективная площадь поршня в штоковой полости.

Таким образом, давление Р₂ противодействует давлению Р₁. В начале очередного хода сжатия ЭПК 10 обесточивается, и полость «В» через ЭПК 10 сообщается с атмосферой, что приводит к восстановлению упругой силы пневматической подвески.

Таким образом, уменьшение упругой силы пневматической подвески в начале каждого хода отбоя за счет подвода дополнительной энергии в штоковую полость цилиндра в противофазе движению объекта и быстрое восстановление ее в начале каждого хода сжатия приводит к интенсивному демпфированию вертикальных колебаний.

Для подтверждения этого предположения были проведены теоретические расчеты на ЭВМ параметров движения объекта при свободных колебаниях, результаты которых приведены на фиг.3.

Исследования проводились со следующими исходными параметрами пневматической подвески:

Р₁₀=0.49 МН/м²; S₁=О.03 м²; М=1500 кг;

V₁₀=0.006 м³ - объем полости «А» в статическом положении пневматической подвески;

S₂=0.02 _М ²; Zo=±0.1 м - ход пневматической подвески;

Р₂=0.49 МН/м²; 0.294 МН/м²; 0.098 МН/м².

Как показали результаты расчета на ЭВМ, коэффициент поглощения энергии предлагаемой пневматической подвески при подводимом давлении в полость «В» Р₂=0.49 МН/м² достигает значения η=Δω/ω=1. Свободные колебания при этом являются апериодическими (кривая 1, фиг.3). Здесь Δω - энергия диссипации за период колебания; ω - полная энергия системы в начале свободных колебаний в точке Zo=0.1 м.

На фиг.2 представлены упругодемпфирующие характеристики пневматической подвески. Предлагаемая пневматическая подвеска обеспечивает широкое регулирование упругодемпфирующей характеристики за счет уменьшения или увеличения подводимого давления Р₂ в штоковую полость «В» от автономного источника энергии в противофазе движению объекта.

На фиг.3 представлены графики кривых свободных колебаний амортизируемого объекта. Как видно из графиков, предложенная пневматическая подвеска обеспечивает увеличение коэффициента поглощения энергии колебаний амортизируемого объекта.

При одинаковых эффективных площадях (S₁=S₂) упругих элементов амортизационное устройство не эффективно, т.к. упругие силы этих элементов уравновешиваются, а подрессоренная масса в таком случае будет сведена к нулю.

Как показал анализ расчетов параметров движения объекта при свободных колебаниях, а также анализ конструктивных схем прототипа и предложенной пневматической подвески, поставленная задача изобретения достигнута.

Пневматическая подвеска, содержащая установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент, отличающаяся тем, что дополнительный упругий элемент выполнен в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости, при этом штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой, а вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой, причем шток поршня укреплен в крышке основного упругого элемента.