Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства

 

Изобретение используется в системах подрессоривания транспортных средств. Техническим результатом является автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний рессоры. Рессора содержит цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующий в цилиндре под- и надпоршневую полости, заполненные жидкостью, и гидроаккумулятор, размещенный в полости штока, заполненной жидкостью и газом, и соединенный с подпоршневой полостью цилиндра через клапан. Клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты колебаний, обеспечивающего автоматическое увеличение гидравлического сопротивления при появлении в спектре колебаний рессоры низкочастотных колебаний и уменьшение его при их отсутствии. Такое выполнение приводит к снижению потерь энергии и температуры рессоры, повышению плавности хода и устойчивости движения транспортного средства. 2 ил.

Изобретение относится к подрессориванию, преимущественно, гусеничных транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлоением в зависимости от частоты колебаний.

Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства [1], содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, смонтированный в дополнительном цилиндре, в котором установлен плавающий поршень, образующий в нем пневматическую полость и гидравлическую полость, соединенную с надпоршневой полостью цилиндра через клапан, перекрывающий отверстие в днище цилиндра, и демпфер максимальных колебаний. Клапан выполнен в виде корпуса, внутри которого смонтирован шток, соединенный одним концом с затвором, установленным с кольцевым зазором в упомянутом отверстии, и снабжен фиксатором положения штока, выполненным в виде радиально подпружиненных роликов, причем в средней части штока выполнена проточка для взаимодействия с роликами фиксатора. Профили отверстия и проточки имеют соответственно форму дополнительного гиперболоида и форму кривой верьзьера Аньези. Это обеспечивает демпфирующую характеристику клапанного участка в виде гиперболы вследствие уменьшения гидравлического сопротивления при росте скорости деформаций рессоры. В результате несколько уменьшаются потери энергии в подвеске и ее разогрев с ростом частоты нагружения, а значит повышается плавность хода по сравнению с применяемыми в настоящее время подвесками, имеющими обычные переливные клапаны, срабатывающие при превышении заданного перепада давлений и обеспечивающие не уменьшение, а, даже наоборот, небольшое увеличение гидравлического сопротивления при росте скорости деформаций.

Недостатком данной рессоры является неточное регулирование жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний, поскольку клапан в этой рессоре работает в зависимости от относительной скорости цилиндра и штока, а зависимость от частоты здесь условна, т.к. в зарезонансной зоне колебаний возможны режимы, когда относительная скорость окажется меньше, чем в резонансе, т.е. клапан будет тогда работать с жесткой демпфирующей характеристикой, потери в подвеске увеличатся, а плавность хода ухудшится.

Наиболее близкой из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства [2], содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, и демпфер максимальных колебаний. Шток рессоры выполнен полым и в нем размещен гидроаккумулятор. Клапан выполнен в виде демпфирующего узла, установленного в поршне, и включает основной дроссельный канал, постоянно соединяющий подпоршневую и штоковую полости между собой, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер, который установлен в сквозном осевом отверстии поршня и образует с последним надплунжерную полость, сообщенную со штоковой полостью и полостью двухступенчатого плунжера, подплунжерную полость, сообщенную с подпоршневой полостью, верхнюю кольцевую плунжерную полость, сообщенную с надплунжерной полостью через дроссельный паз на цилиндрической части большей ступени двухступенчатого плунжера, и нижнюю кольцевую плунжерную полость, соединенную с полостью двухступенчатого плунжера через отверстия в торце его средней части и дополнительно соединенную с подпоршневой полостью через выполненные в поршне радиальные отверстия, перекрытые средней цилиндрической частью двухступенчатого плунжера и образующие дополнительный дроссельный канал, сообщающий подпоршневую и штоковую полости между собой при высокочастотных колебаниях рессоры и при больших перепадах давлений на ходе сжатия, а также включает насос, поршень которого установлен в дополнительном сквозном отверстии поршня и образует с последним полость насоса, соединенную со штоковой полостью через всасывающий клапан и фильтр, а с верхней кольцевой плунжерной полостью через нагнетательный клапан. При низкочастотных колебаниях рессоры дополнительный дроссельный канал закрыт, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику. При высокочастотных колебаниях рессоры подача жидкости насосом в верхнюю кольцевую плунжерную полость становится больше ее расхода из этой полости через дроссельный паз, что приводит к подъему двухступенчатого плунжера и открытию дополнительного дроссельного канала, в результате чего обеспечивается мягкая демпфирующая характеристика.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, что обусловлено невозможностью данной конструкцией обеспечить эффективное гашение низкочастотных резонансных колебаний подрессоренной массы или кузова транспортного средства при возникновении условий движения, когда подвеска работает, например, одновременно в режиме резонансных и зарезонансных колебаний. Это возможно при движении по волнистой выбитой дороге со скоростью, вызывающей резонанс вертикальных или угловых колебаний кузова и интенсивные высокочастотные колебания колес или опорных катков. В этом режиме происходит открытие дополнительного дроссельного канала, поскольку демпфирующий узел реагирует на наибольшую частоту деформаций рессоры. Наличие же в рессоре демпфера максимальных колебаний лишь частично уменьшает амплитуду колебаний и не решает задачу гашения низкочастотных колебаний, так как он работает только в конце ходов сжатия и отбоя. В результате плавность хода и скорость движения транспортного средства снижаются, а общие потери энергии возрастают.

Новый технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства, содержащей цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующий в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные жидкостью, и гидроаккумулятор, размещенный в полости штока, заполненной жидкостью и газом, и соединенный с подпоршневой полостью цилиндра через клапан, клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты колебаний, включающего корпус из двух цилиндров, подпружиненный плунжер П-образного сечения, разделяющий полость корпуса демпфирующего узла с образованием надплунжерной и подплунжерной полостей, соединенный с плунжером кольцевой поршень с дроссельным отверстием, образующий с цилиндрами корпуса демпфирующего узла кольцевую полость, сообщенную через дроссельное отверстие кольцевого поршня с подплунжерной полостью корпуса демпфирующего узла, которая соединена с подпоршневой полостью цилиндра через основной дроссельный канал, выполненный в днище корпуса демпфирующего узла, через дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными на цилиндрической части корпуса демпфирующего узла, и радиальными отверстиями, выполненными в проточке на цилиндрической поверхности плунжера, и перекрываемый плунжером при низкочастотных колебаниях, а также через предохранительный клапан хода сжатия, установленный в корпусе демпфирующего узла и сообщающий подпоршневую полость цилиндра с подплунжерной полостью корпуса демпфирующего узла при больших перепадах давлений, причем на торцевых поверхностях плунжера с двух сторон установлены клапаны ходов сжатия и отбоя, подпружиненные пружинами плунжера и соединяющие подплунжерную полость с надплунжерной полостью корпуса демпфирующего узла, сообщенной с полостью гидроаккумулятора.

На фиг. 1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, продольный разрез, а на фиг. 2 - продольный разрез демпфирующего узла.

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр 1, в котором установлен поршень 2 с полым штоком 3, образующий в цилиндре 1 подпоршневую 4 и надпоршневую 5 полости. В полости 6 штока 3 размещен гидроаккумулятор, соединенный с подпоршневой полостью 4 через клапан 7, установленный в поршне 2. Подпоршневая полость 4 заполнена жидкостью, а полость 6 штока 3 - жидкостью и газом. Надпоршневая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса.

Клапан 7 выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты колебаний, включающего корпус 7 из двух цилиндров, подпружиненный плунжер 8 П-образного сечения, разделяющий полость корпуса 7 демпфирующего узла с образованием надплунжерной 9 и подплунжерной 10 полостей. Плунжер 8 соединен с кольцевым поршнем 11, образующим с цилиндрами корпуса 7 кольцевую полость 12, сообщенную с подплунжерной полостью 10 через дроссельное отверстие 13, выполненное в кольцевом поршне 11. Подплунжерная полость 10 соединена с подпоршневой полостью 4 через основной дроссельный канал 14, выполненный в днище корпуса 7, и через дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями 15, выполненными на цилиндрической части большего цилиндра корпуса 7, и радиальными отверстиями 16, выполненными в проточке 17 на цилиндрической поверхности плунжера 8.

На торцевых поверхностях плунжера 8 с двух сторон установлены подпружиненные пружинами 18 и 19 клапаны ходов сжатия 20 и отбоя 21, соединяющие подплунжерную полость 10 с надплунжерной полостью 9, сообщенной с полостью 6 гидроаккумулятора. Пружины 18 и 19 являются также пружинами плунжера 8, они опираются на корпус 7 и удерживают плунжер 8 в среднем положении, при котором проточка 17 находится напротив радиальных отверстий 15, что соответствует мягкой демпфирующей характеристики рессоры. От этого положения плунжер 8 может перемещаться вверх и вниз до упора в корпус 7. В крайних положениях плунжера 8 радиальные отверстия 15 перекрыты, что соответствует жесткой демпфирующей характеристике рессоры.

Внутри меньшего цилиндра корпуса 7 установлен предохранительный клапан хода сжатия рессоры, который выполнен в виде подпружиненного ступенчатого плунжера 22 с отверстиями 23 в торце его большей ступени. Меньшая ступень плунжера 22 установлена в осевом отверстии 24 корпуса 7, а большая ступень перекрывает радиальные каналы 25, выполненные в меньшем цилиндре корпуса 7, сообщающие подпоршневую полость 4 с подплунжерной полость 10 при больших перепадах давлений.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.

На ходе сжатия рессоры, т.е. когда полый шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из подпоршневой полости 4 перетекает в полость 6 штока 3 через демпфирующий узел 7, что вызывает сжатие газа в штоковой полости 6. На ходе отбоя, т. е. когда полый шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в подпоршневой полости 4 уменьшается, и жидкость под действием перепада давлений перетекает из штоковой полости 6 в подпоршневую полость 4 через демпфирующий узел 7. При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы демпфирующего узла 7.

При колебаниях рессоры с низкой частотой в до- и резонансной зонах колебаний подрессоренной массы жидкость из кольцевой полости 12 течет в подплунжерную полость 10 и обратно через дроссельное отверстие 13 практически без сопротивления, в результате чего кольцевой поршень 11 не препятствует перемещению плунжера 8. Поэтому плунжер 8 в начале каждого цикла колебаний под действием перепада давлений между полостями 9 и 10 перемещается соответственно вверх или вниз до упора в корпус 7, проходя свое среднее положение и перекрывая радиальные отверстия 15. При этом подпружиненные пружинами 18 и 19 клапаны сжатия 20 и отбоя 21 остаются закрытыми, так как для их открытия требуется больший перепад давлений, чем для перемещения плунжера 8, подпружиненного теми же пружинами 18 и 19. После упора плунжера в корпус 7 перетекание жидкости в рессоре происходит только через основной дроссельный канал 14 и один из подпружиненных клапанов сжатия 20 или отбоя 21. При этом рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, поскольку время нахождения рессоры с открытым дополнительным дроссельным каналом незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость ее деформации, а значит и сила демпфирования мала. В результате повышается эффективность гашения резонансных колебаний кузова.

При колебаниях рессоры с высокой частотой жидкость из кольцевой полости 12 течет в подплунжерную полость 10 и обратно через дроссельное отверстие 13 с большим сопротивлением, в результате чего кольцевой поршень 11 препятствует перемещению плунжера 8. Поэтому плунжер 8 практически фиксируется в среднем положении, при котором его проточка 17 с радиальными отверстиями 16 находится напротив радиальных отверстий 15 большего цилиндра корпуса 7. В результате при зарезонансных частотах колебаний рессоры дополнительный дроссельный канал остается практически полностью открытым. Поэтому жидкость течет через основной и дополнительный дроссельные каналы и через один из подпружиненных клапанов сжатия 20 или отбоя 21. При этом рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику. В результате повышается плавность хода транспортного средства при зарезонансных режимах колебаний.

В случае возникновения на ходе сжатия рессоры больших перепадов давлений между полостями 4 и 6, действующих на меньшую ступень плунжера 22, установленную в отверстии 24 корпуса 7, плунжер 22 перемещается вверх, открывая радиальные каналы 25. При этом жидкость течет из подпоршневой полости 4 через радиальные каналы 25, отверстия 23 в плунжере 22, подплунжерную полость 10, клапан сжатия 20 и надплунжерную полость 9 в полость 6 гидроаккумулятора.

Надпоршневая полость 5 цилиндра 1 может быть использована для отвода утечек жидкости, просочившейся через уплотнение поршня 2, в гидросистему транспортного средства или подачи жидкости из этой гидросистемы для подъема колеса.

Предлагаемая пневомгидравлическая рессора подвески транспортного средства обеспечивает повышение его плавности хода и устойчивости движения вследствие саморегулирования ее гидравлических характеристик в зависимости от частот колебаний. Это приводит к снижению больших потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности транспортных средств при движении практически по любым дорогам.

Формула изобретения

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень с полым штоком, образующий в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, заполненные жидкостью, и гидроаккумулятор, размещенный в полости штока, заполненной жидкостью и газом, и соединенный с подпоршневой полостью цилиндра через клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты колебаний, включающего корпус из двух цилиндров, подпружиненный плунжер П-образного сечения, разделяющий полость корпуса демпфирующего узла с образованием надплунжерной и подплунжерной полостей, соединенный с плунжером кольцевой поршень с дроссельным отверстием, образующий с цилиндрами корпуса демпфирующего узла кольцевую полость, сообщенную через дроссельное отверстие кольцевого поршня с подплунжерной полостью корпуса демпфирующего узла, которая соединена с подпоршневой полостью цилиндра через основной дроссельный канал, выполненный в днище корпуса демпфирующего узла, через дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными на цилиндрической части корпуса демпфирующего узла, и радиальными отверстиями, выполненными в проточке на цилиндрической поверхности плунжера, и перекрываемый плунжером при низкочастотных колебаниях, а также через предохранительный клапан хода сжатия, установленный в корпусе демпфирующего узла и сообщающий подпоршневую полость цилиндра с подплунжерной полостью корпуса демпфирующего узла при больших перепадах давлений, причем на торцевых поверхностях плунжера с двух сторон установлены клапаны ходов сжатия и отбоя, подпружиненные пружинами плунжера и соединяющие подплунжерную полость с надплунжерной полостью корпуса демпфирующего узла, сообщенной с полостью гидроаккумулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2