Гидропневматический элемент подвески транспортного средства

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к устройствам для поддержания кузова автомобиля на определенном уровне над дорогой независимо от нагрузки. Для повышения надежности в гидропневматическом элементе, содержащем заполненные жидкостью и газом под давлением камеру низкого 4 давления и камеру высокого давления с находящимися в ней цилиндром 1 и штоком 2, расположенный между камерами насос с гильзой 14, нагнетательным клапаном 17 и плунжером 13 с осевым отверстием 24, канал 23, соединяющий полость гильзы с полостью высокого давления, впускной клапан 15 с дросселем 16, клапан уровня, согласно изобретению выполнен в виде заслонки 18 и пружины сжатия 19, расположенных в гильзе 14 с возможностью поджатия заслонки 18 либо к торцу плунжера 13, либо к упорной части 20 гильзы 14. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к устройствам для поддержания кузова транспортного средства на определенном уровне над дорогой, независимо от нагрузки, за счет энергии колебаний колес по неровностям дороги.

Известны самоподкачивающиеся гидропневматические устройства (см. патент Великобритании N 1110076, кл. F 16 F 9/50, 1968; патент Германии N 1530973, кл. B 60 G, 1970), содержащие камеры высокого и низкого давления, насос, клапан уровня и впускной клапан, расположенные параллельно.

Недостатком этих устройств является их невысокая надежность в работе из-за возможности засорения дросселя, соединяющего камеры высокого и низкого давления.

Также известно подобное вышеописанным устройство по заявке Франции N 2541633, кл. B 60 G 17/04, 1984, содержащее камеры высокого и низкого давления, насос, клапан, выполняющий функции впускного и клапана уровня за счет работы диска клапана по двум концентричным седлам разной высоты.

Недостатком этого устройства является невысокая долговечность из-за тяжелых условий работы диска клапана.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является самоподкачивающийся гидропневматический элемент по заявке Великобритании N 1195809, кл. F 16 F 9/06, 1970, включающий в себя камеру низкого давления, камеру высокого давления с расположенным в ней цилиндром и штоком, установленным в цилиндре с возможностью осевого перемещения, установленный в камере насос с гильзой, нагнетательным клапаном и плунжером, впускной клапан с дросселем, клапан уровня, установленный между камерой высокого давления и впускным клапаном с дросселем.

Такое устройство обладает рядом недостатков: нетехнологичность стержня клапана уровня, его невысокая долговечность как следствие разбивания седла клапана из-за большой массы стержня, и по той же причине, возможность возникновения стуков при работе. Все это отрицательно сказывается на надежности работы всего устройства.

Задачей изобретения является повышение надежности.

Поставленная задача решается следующим образом. В гидропневматическом самоподкачивающемся элементе, включающем в себя заполненные жидкостью и газом под давлением камеру низкого давления и камеру высокого давления с расположенным в ней цилиндром и штоком, установленным в цилиндре с возможностью осевого перемещения, расположенный между камерами высокого и низкого давления насос с гильзой, нагнетательным клапаном и плунжером с осевым отверстием, канал, с возможностью соединения через него полости гильзы и камеры высокого давления, впускной клапан с дросселем, клапан уровня, установленный между камерой высокого давления и впускным клапаном, согласно изобретению, клапан уровня выполнен в виде заслонки и пружины сжатия, установленных в гильзе с возможностью поджатия заслонки либо к торцу плунжера, либо к упорной части гильзы.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технологических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технологический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Целесообразно на заслонке выполнить концентричный уплотнительный поясок, герметично разделяющий полости сверху и снизу заслонки при касании пояска в упорную часть гильзы.

Кроме того, целесообразно заслонку выполнить из эластичного материала, например, из стеклонаполненного полиамида.

На фиг. 1 показан гидропневматический элемент подвески транспортного средства в номинальном положении, продольный разрез; на фиг. 2 клапан уровня в момент отрыва заслонки от торца плунжера; на фиг. 3 вариант исполнения клапана уровня.

В данном исполнении гидропневматический элемент может устанавливаться на автомобиль без дополнительной пружины подвески и не требует установки отдельного демпфера, поскольку выполняет функции демпфирования колебаний.

Гидропневматический элемент состоит из цилиндра 1, штока 2, балона 3, внутренние полости которых образуют камеру высокого давления, и камеры низкого давления 4. Камера высокого давления заполнена жидкостью, а в верхней части балона газом 5. Газ от жидкости отделен эластичной диафрагмой 6. Камера низкого давления заполнена жидкостью и газом 7. Цилиндр 1 содержит в верхней части уплотнение высокого давления 8, направляющую втулку 9, в которой скользит шток 2, уплотнение низкого давления 10, обратный клапан 11. В нижней части цилиндр закрыт дном 12. Камеры высокого и низкого давления соединены через детали насоса. Насос содержит плунжер 13, гильзу 14, впускной клапан 15, дроссель 16, выполненный в виде углубления на уплотнительном пояске впускного клапана, нагнетательный клапан 17, клапан уровня, включающий заслонку 18 и пружину 19. Гильза 14 имеет упорную часть 20, пружину 21 и рабочее отверстие 22, в котором с минимальным зазором перемещается плунжер 13. В плунжере выполнен канал 23 и осевое отверстие 24. На штоке 2 закреплен поршень 25 с демпфирующими клапанами отбоя 26 и сжатия 27. На штоке установлен в качестве дополнительного упругого элемента буфер 28. Для присоединения гидропневмоэлемента к кузову автомобиля и к рычагу подвески выполнены шарниры 29.

Работает гидропневматический элемент следующим образом.

Давление зарядки газом полостей 5 и 7 подбирается таким образом, чтобы при минимальной нагрузке (автомобиль с одним водителем) и номинальном по высоте положении гидропневмоэлемента, прогретого до рабочей температуры, давления в полостях 5 и 7, т.е. в камерах высокого и низкого давления, были примерно одинаковы. При загрузке автомобиля гидропневмоэлемент сжимается до положения, в котором часть нагрузки воспринимает буфер 28. При движении автомобиля происходят колебания колес на неровностях дороги. При этом плунжер 13 перемещается в рабочем отверстии 22 гильзы 14. Поскольку высота гидропневмоэлемента ниже номинальной, канал 23 плунжера 13 находится внутри гильзы, и при ходе отбоя (растяжения) происходит засасывание жидкости из камеры низкого давления 4 через впускной клапан 15 внутрь гильзы 14. Причем клапан уровня 18, 19 в этом случае дублирует впускной клапан 15. На ходе сжатия оба эти клапана закрываются, и жидкость вытесняется из гильзы 14 через нагнетательный клапан 17. Таким образом, при каждом цикле колебаний происходит подача жидкости из камеры низкого давления в камеру высокого давления. Жидкость сжимает газ 5, давление внутри камеры высокого давления повышается и воздействует через уплотнение 8 высокого давления на шток 2. Выталкивающая сила на штоке возрастает, и гидропневмоэлемент увеличивает высоту до тех пор, пока не достигнет номинального положения, т.е. пока канал 23 не начнет выходить из рабочего отверстия 22. При дальнейшем движении автомобиля гидропневмоэлемент совершает колебания около номинального положения. Причем при малых амплитудах колебаний (до касания заслонки 18 в упорную часть 20 гильзы фиг. 2) жидкость свободно перетекает в гильзу и из нее через канал 23. При больших амплитудах и в положениях выше номинального, заслонка 18 контактирует с упорной частью 20, отрывается от торца плунжера 13, и жидкость через отверстие 24 и дроссель 16 стравливается из камеры высокого давления. Затем, в положении ниже номинального, происходит нагнетание жидкости в камеру высокого давления. Для достижения динамического равновесия между стравливанием и нагнетанием дроссель 16 должен быть достаточно малого сечения, что чревато его засорением. Поэтому он выполнен в виде углубления на кромке впускного клапана 15 и при открытии последнего промывается потоком жидкости. Также для достижения динамического равновесия и для снижения вероятности стравливания при крене или клевке автомобиля при торможении заслонка 18 в номинальном положении гидропневмоэлемента имеет определенный ход до ее отрыва от торца плунжера 13. При остановке автомобиля его кузов не опускается, поскольку заслонка 18, прижатая к торцу плунжера, герметично разделяет камеру высокого давления и камеру низкого давления.

Как видно из фиг. 1, 2, 3 заслонка 18 имеет минимальную массу и, следовательно, инертность и склонность к возникновению стуков. Она может быть изготовлена высокопроизводительными методами, например, литьем из термопластмассы без последующей обработки, что снижает стоимость ее изготовления. Кроме того, изготовление заслонки из пластмассы исключает разбивание торца плунжера, повышает герметичность клапана уровня. А если выполнить заслонку из пластмассы, наполненной стеклом, например, из стеклонаполненного полиамида, то это будет способствовать идеальной приработке заслонки к торцу плунжера, что повысит герметичность, а значит надежность и долговечность гидропневматического элемента.

Как видно из фиг. 2 в момент отрыва заслонки 18 от торца плунжера 13, при ее контакте с упорной частью 20 гильзы, в полости 30 внутри гильзы давление соответствует давлению камеры высокого давления, поскольку канал 23 соединяет в этом случае полость 30 с полостями камеры высокого давления. В отверстии 24 в этом случае давление соответствует камере низкого давления. То есть в момент отрыва от торца плунжера заслонка 18 прижата к последнему силой равной произведению разности давлений в полостях 30 и 24 на площадь диаметра Д. При больших загрузках автомобиля эта сила может быть значительной, что способствует стуку в момент отрыва заслонки от торца плунжера. Эластичность заслонки способствует смягчению удара в момент отрыва заслонки и, вследствие этого, снижению склонности к стуку при работе клапана уровня. Кроме того, для этой же цели на заслонке может быть выполнен концентричный уплотнительный поясок 31 (см. также фиг. 3). В этом случае при упоре в упорную часть 20 гильзы происходит герметичное отделение полости 30 от камеры высокого давления. Поскольку реальная жидкость обладает некоторой упругостью, то для снижения давления в полости 30 требуется небольшой ход заслонки при прижатом пояске 31 к упорной части 20, что может быть достигнуто за счет выполнения пояска 31 в виде воротничка. При этом давление в полости 30 резко падает и, соответственно исчезает сила, прижимающая заслонку к торцу плунжера. А из-за сохранения давления снизу заслонки (в полости 23) возникает сила, способствующая отрыву заслонки от торца плунжера. Для усиления этого эффекта упорная часть 20 гильзы может быть выполнена в виде конуса (фиг. 1, 2) или цилиндрического пояска (фиг. 3). Вышеописанные конструктивные меры способствуют "мягкости" работы клапана уровня, исключают стук при его работе, а значит повышают надежность и долговечность гидропневмоэлемента.

Конструктивное исполнение других узлов гидропневмоэлемента, компоновочно связанных с насосом (фиг. 1), так же способствует надежной и долговечной его работе. Так пространство в цилиндре 1 над поршнем 25 связано с внутренней полостью штока 2 через ряд радиальных отверстий 32. Это снижает рабочие давления на уплотнении 8, исключает резкие пульсации давлений от демпфирующих клапанов 26 и 27. При таком решении площадь вытеснителя демпфирования больше площади вытеснителя для упругой силы, что позволяет применять дополнительные упругие элементы (буфер или пружина) без нарушения рабочих процессов демпфирования. При такой схеме демпфирования требуется исключить перетекание жидкости через отверстие в штоке, в котором проходит плунжер 13. Это достигается поджимом гильзы 14 пружиной 21 к конусной поверхности штока, причем опорная поверхность гильзы, контактирующая с этой конусной поверхностью, позволяет гильзе самоустанавливаться по плунжеру 13, что вместе с нежестким креплением плунжера в дне 12 исключает заедания в паре плунжер-гильза.

Для повышения долговечности предусмотрен так же возврат в камеру низкого давления 4 через обратный клапан 11 жидкости, просачивающейся сквозь уплотнение высокого давления 8, например, вследствие его износа. Втулка 9 для этого должна иметь сверление 33 как показано на фиг. 1, или изготавливаться из пористого материала, например, металлокерамики. В этом случае уплотнение 10 будет работать при давлении кратковременно, поскольку давление газа 7 значительно снижается при каждой загрузке автомобиля за счет перекачки жидкости из камеры низкого давления 4 в камеру высокого давления.

Формула изобретения

1. Гидропневматический элемент подвески транспортного средства, включающий в себя заполненные жидкостью и газом камеру низкого давления и камеру высокого давления с расположенным в ней цилиндром и штоком, установленным в цилиндре с возможностью осевого перемещения, расположенный между камерами высокого и низкого давления насос с гильзой, нагнетательным клапаном и плунжером с осевым отверстием, канал с возможностью соединения через него полости гильзы и камеры высокого давления, впускной клапан с дросселем, клапан уровня, установленный между камерой высокого давления и впускным клапаном, отличающийся тем, что клапан уровня выполнен в виде заслонки и пружины сжатия, расположенных в гильзе с возможностью поджатия заслонки либо к торцу плунжера, либо к упорной части гильзы.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что на заслонке выполнен концентричный уплотнительный поясок, герметично разделяющий полости сверху и снизу заслонки при касании пояска с упорной частью гильзы.

3. Элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что заслонка выполнена из эластичного материала, например из стеклонаполненного полиамида.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3