Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости от амплитуды и частоты колебаний. Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан. Клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени. В корпусе клапана выполнен канал, в котором установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом клапана надплунжерную полость, подплунжерную полость и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с поршневой полостью и соединенную с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал с большим сопротивлением и дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый большей ступенью плунжера в крайнем верхнем положении. В надплунжерной полости установлена пружина, взаимодействующая с меньшей ступенью плунжера. В большей ступени плунжера установлен обратный клапан, соединяющий кольцевую плунжерную полость с подплунжерной полостью. На нижней части большей ступени плунжера выполнена наружная проточка, соединенная с кольцевой плунжерной полостью через продольный дроссельный паз, выполненный на наружной поверхности большей ступени плунжера, и с подплунжерной полостью через радиальные отверстия и фильтр, установленный в наружной проточке. Изобретение обеспечивает создание новой демпфирующей системы автоматического саморегулирования по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, обеспечивающей увеличение силы демпфирования с ростом амплитуды колебаний на всем ходе подвески при любых частотах дорожного воздействия, что улучшает плавность хода транспортного средства при движении практически по любым типам дорог. 1 ил.

 

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

Известна пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте и амплитуде колебаний (патент РФ №2090377, В60G 11/26, 1997 г.). Демпфирующий узел установлен в полости дополнительного цилиндра, в котором смонтирован гидроаккумулятор с плавающим поршнем, и включает основной и дополнительный дроссельные каналы с большим и малым сопротивлением, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер с дроссельным пазом, насос и подпружиненный кольцевой плунжер, соединенный с плавающим поршнем посредством управляющей пружины. Данный клапан обеспечивает уменьшение демпфирования при небольших амплитудах колебаний и его увеличение при работе рессоры с большими амплитудами колебаний при любых частотах дорожного воздействия.

Недостатком данной рессоры является высокая сложность конструкции демпфирующего узла, что снижает стабильность его характеристик и надежность работы рессоры в целом.

Известна также пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, и гидроаккумулятор, размещенный в полости штока и соединенный с подпоршневой полостью цилиндра через клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты и направления колебаний (патент РФ №2180715, F16F 9/34, В60G 11/26, 2002 г.). Демпфирующий узел включает ступенчатый плунжер, на большей ступени которого имеется проточка с радиальными отверстиями и установлены клапаны ходов сжатия и отбоя, а на меньшей ступени выполнен продольный дроссельный канал, создающий сопротивление осевому перемещению ступенчатого плунжера в зоне его среднего положения при высокочастотных колебаниях. В корпусе демпфирующего узла выполнены основной дроссельный канал с большим сопротивлением и радиальные отверстия, образующие при среднем положении ступенчатого плунжера дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением.

Недостатком данной рессоры является отсутствие регулирования демпфирования по амплитуде колебаний, в результате чего при открытом дополнительном дроссельном канале возможен пробой подвески, что приведет к ухудшению плавности хода транспортного средства при проезде, например, одиночных больших неровностей, расположенных на ровной дороге. Кроме того, данный демпфирующий узел имеет низкую стабильность своих характеристик при несимметричных режимах высокочастотных колебаний, при которых ступенчатый плунжер смещается относительно своего среднего положения, перекрывая дополнительный дроссельный канал, в результате чего плавность хода транспортного средства при движении по относительно ровной дороге ухудшается.

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 штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний (патент РФ №2226156, В60G 11/26, 2004 г.). В демпфирующем узле выполнен соединительный канал, в котором установлен плунжер с возможностью осевого перемещения. Плунжер имеет дроссельное отверстие, образующее основной дроссельный канал с большим сопротивлением. Соединительный канал имеет два выходящих отверстия в поршневую полость цилиндра и два выходящих отверстия в полость гидроаккумулятора, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением. На концах соединительного канала установлены пружины, обеспечивающие упругое ограничение перемещения плунжера. В этой рессоре за счет свободного хода плунжера обеспечивается уменьшение демпфирования при небольших амплитудах колебаний, в результате чего повышается плавность хода транспортного средства при зарезонансных режимах движения по относительно ровным дорогам.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный тем, что из-за уменьшения демпфирования на части хода штока подвески снижается эффективность гашения резонансных колебаний корпуса транспортного средства и его колес, в результате чего ухудшается плавность хода транспортного средства при движении по разбитым дорогам.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства с демпфирующим узлом, образующим новую демпфирующую систему автоматического регулирования по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, снабженным подпружиненным ступенчатым плунжером, установленным в соединительном канале, сообщенным с поршневой полостью рессоры и соединенным с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал с большим сопротивлением и дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый большей ступенью плунжера в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является создание новой демпфирующей системы автоматического саморегулирования по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, обеспечивающей увеличение силы демпфирования с ростом амплитуды колебаний на всем ходе подвески при любых частотах дорожного воздействия, что улучшает плавность хода транспортного средства при движении практически по любым типам дорог.

Указанный технический результат достигается тем, что пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, в корпусе клапана выполнен канал, в котором установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом клапана надплунжерную полость, подплунжерную полость и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с поршневой полостью и соединенную с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал с большим сопротивлением и дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый большей ступенью плунжера в крайнем верхнем положении, причем в надплунжерной полости установлена пружина, взаимодействующая с меньшей ступенью плунжера, в большей ступени плунжера установлен обратный клапан, соединяющий кольцевую плунжерную полость с подплунжерной полостью, а на нижней части большей ступени плунжера выполнена наружная проточка, соединенная с кольцевой плунжерной полостью через продольный дроссельный паз, выполненный на наружной поверхности большей ступени плунжера, и с подплунжерной полостью через радиальные отверстия и фильтр, установленный в наружной проточке.

Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, включающего подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом клапана надплунжерную полость, подплунжерную полость и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с поршневой полостью и соединенную с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал с большим сопротивлением и дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый большей ступенью плунжера в крайнем верхнем положении, обеспечивается увеличение силы демпфирования с ростом амплитуды колебаний на всем ходе подвески при любых частотах дорожного воздействия, что улучшает плавность хода транспортного средства при движении практически по любым типам дорог.

Вследствие того, что в надплунжерной полости установлена пружина, взаимодействующая с меньшей ступенью плунжера, в большей ступени плунжера установлен обратный клапан, соединяющий кольцевую плунжерную полость с подплунжерной полостью, обеспечивается закрытие дополнительного дроссельного канала большей ступенью плунжера при превышении давления, равного отношению усилия пружины к площади поперечного сечения меньшей ступени плунжера, что соответствует заданной величине сжатия рессоры.

Благодаря тому, что на нижней части большей ступени плунжера выполнена наружная проточка, соединенная с кольцевой плунжерной полостью через продольный дроссельный паз, выполненный на наружной поверхности большей ступени плунжера и сообщенный с подплунжерной полостью, обеспечивается работа клапана как реле времени, т.е. после уменьшения амплитуды деформации подвески, например, после преодоления одиночных неровностей дороги, открытие дополнительного дроссельного канала осуществляется через некоторое время, которое должно быть не меньше 1...2 периодов собственных колебаний подвески и зависит от усилия пружины и площадей поперечного сечения меньшей ступени плунжера и продольного паза.

Вследствие того, что продольный дроссельный паз сообщен с подплунжерной полостью через фильтр, установленный в наружной проточке, обеспечивается стабильность работы реле времени.

На чертеже изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, продольный разрез.

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр 1, в котором установлен поршень 2 со штоком 3, образующие в цилиндре 1 поршневую 4 и штоковую 5 полости, и смонтированный в дополнительном цилиндре гидроаккумулятор 6, соединенный с поршневой полостью 4 через клапан 7. Клапан 7 выполнен в виде демпфирующего узла, в котором смонтированы цилиндр 1 и гидроаккумулятор 6. 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. Штоковая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для изменения клиренса машины.

Демпфирующий узел выполнен саморегулируемым по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени. Он состоит из ступенчатого плунжера 11, установленного с возможностью осевого перемещения в соединительном канале 12 корпуса клапана 7 и образующего в нем надплунжерную полость 13, кольцевую плунжерную полость 14 и подплунжерную полость 15. Кольцевая плунжерная полость 14 сообщена с поршневой полостью 4 через отверстие 16 и соединена с гидравлической полостью 9 гидроаккумулятора 6 через основной дроссельный канал 17 с большим сопротивлением и дополнительный дроссельный канал 18 с малым сопротивлением. В надплунжерной полости 13 установлена пружина 19 с ограничителем хода 20, взаимодействующая с меньшей ступенью плунжера 11. В большей ступени плунжера 11 установлен обратный клапан 21, соединяющий кольцевую плунжерную полость 14 с подплунжерной полостью 15. На нижней части большей ступени плунжера 11 выполнена наружная проточка 22, соединенная с подплунжерной полостью 15 через радиальные отверстия 23 и с кольцевой плунжерной полостью 14 через продольный дроссельный паз 24.

В наружной проточке 22 установлен фильтр 25. В корпусе клапана 7 установлено уплотнение 26 меньшей ступени плунжера 11.

Усилие предварительного поджатия пружины 19 выбрано таким, чтобы удерживать ступенчатый плунжер 11 от перемещения вверх в нижнем положении при давлении в рессоре, не превышающем 15...20% от статического давления в гидроаккумуляторе 6, в результате чего дополнительный дроссельный канал 18 остается открытым и имеет место мягкая демпфирующая характеристика рессоры при малых деформациях подвески. При большем давлении, возникающем при больших ходах сжатия рессоры, большая ступень плунжера 11 перекрывает дополнительный дроссельный канал 18, в результате чего жесткость демпфирующей характеристики ступенчато повышается.

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. При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы клапана 7.

При работе рессоры с небольшими амплитудами, т.е. когда давление в гидравлической полости 9 не превышает 15-20% от статического давления в рессоре, ступенчатый плунжер 11 остается в крайнем нижнем положении под действием пружины 19. В результате жидкость между полостями 4 и 9 перетекает через отверстие 16, кольцевую плунжерную полость 14, основной дроссельный канал 17 и дополнительный дроссельный канал 18 с малым сопротивлением, что необходимо для эффективного гашения нерезонансных колебаний подвески при движении транспортного средства по относительно ровным дорогам.

При работе рессоры с большими амплитудами колебаний на ходе сжатия давление в подплунжерной полости 15 увеличивается и ступенчатый плунжер 11 перемещается в соединительном канале 12 вверх до упора ограничителя 20 в корпус клапана 7, дополнительно сжимая пружину 19, установленную в надплунжерной полости 13, герметично отделенной от кольцевой плунжерной полости 14 с помощью уплотнения 26. При этом жидкость из кольцевой плунжерной полости 14 поступает в подплунжерную полость 15 через обратный клапан 21 в большей ступени плунжера 11, которая перекрывает дополнительный дроссельный канал 18, в результате чего жесткость демпфирующей характеристики резко повышается, что необходимо для эффективного гашения низкочастотных и высокочастотных резонансных колебаний подвески при движении транспортного средства по разбитым дорогам.

При уменьшении амплитуды колебаний подвески или на ходе отбоя давление в подплунжерной полости 15 также уменьшается и ступенчатый плунжер 11 под действием пружины 19 начинает постепенно перемещаться вниз, вытесняя жидкость из подплунжерной полости 15 в кольцевую плунжерную полость 14 через радиальные отверстия 23, проточку 22, фильтр 25 и продольный дроссельный паз 24 на поверхности большей ступени плунжера 11. Время этого перемещения зависит от сопротивления дроссельного паза 24 и рассчитывается таким образом, чтобы дополнительный дроссельный канал 18 не открывался бы ранее, чем через 1...2 периода собственных колебаний подвески, что необходимо для эффективного гашения колебаний корпуса транспортного средства как при движении по большим периодически расположенным неровностям, так и при преодолении одиночных неровностей дороги.

Штоковая 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 обеспечивает автоматическое саморегулирование гидравлического сопротивления по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, что приводит к увеличению силы демпфирования с ростом амплитуды колебаний на всем ходе подвески при любых частотах дорожного воздействия. Ее применение приведет к повышению плавности хода, снижению эксплуатационных затрат, уменьшению общих потерь энергии, увеличению средних скоростей и производительности при движении транспортного средства практически по любым типам дорог.

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, в корпусе клапана выполнен канал, в котором установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом клапана надплунжерную полость, подплунжерную полость и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с поршневой полостью и соединенную с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал с большим сопротивлением, и дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый большей ступенью плунжера в крайнем верхнем положении, причем в надплунжерной полости установлена пружина, взаимодействующая с меньшей ступенью плунжера, в большей ступени плунжера установлен обратный клапан, соединяющий кольцевую плунжерную полость с подплунжерной полостью, а на нижней части большей ступени плунжера выполнена наружная проточка, соединенная с кольцевой плунжерной полостью через продольный дроссельный паз, выполненный на наружной поверхности большей ступени плунжера, и с подплунжерной полостью - через радиальные отверстия и фильтр, установленный в наружной проточке.