Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости от амплитуды и направления колебаний. Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через саморегулируемый по амплитуде и направлению колебаний клапан. Клапан выполнен в виде кольцевого поршня, установленного в цилиндре с возможностью осевого перемещения вдоль штока клапана. Один конец штока клапана соединен с опорой, закрепленной на торце цилиндра. На другом конце штока установлен ограничитель хода кольцевого поршня, образующего с цилиндром кольцевую полость клапана, сообщенную с гидроаккумулятором через выполненные в опоре отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал, и сообщенную с поршневой полостью через основной дроссельный канал, выполненный в кольцевом поршне, и через обратный клапан, установленный с одной из сторон кольцевого поршня. В поршне со штоком выполнено глухое осевое отверстие, в которое в конце хода сжатия рессоры входит ограничитель, образуя внутреннюю полость демпфера максимальных колебаний, сообщенную с поршневой полостью. Технический результат - снижение динамических нагрузок и увеличение свободного хода штока рессоры с ослабленным демпфированием без увеличения ее габаритов, обеспечение несимметричности демпфирующей характеристики на ходах сжатия и отбоя и увеличение ее жесткости в конце хода сжатия, что приводит к упрощению конструкции, повышению надежности и уменьшению нагрева рессоры, повышению плавности хода при движении транспортного средства по любым типам дорог с часто встречающимися мелкими неровностями, наиболее вероятная высота которых не превышает приведенного к колесу хода штока рессоры с ослабленным демпфированием. 1 ил.

 

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

Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через саморегулируемый по амплитуде и направлению колебаний клапан, в корпусе которого выполнен соединительный канал и установлен с возможностью осевого перемещения плунжер с дроссельным отверстием, образующим основной дроссельный канал с большим сопротивлением. Соединительный канал имеет два выходящих отверстия в поршневую полость цилиндра и два выходящих отверстия в полость гидроаккумулятора, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, причем плунжер в крайних положениях на ходе отбоя перекрывает одно из выходящих отверстий в поршневую полость цилиндра, а на ходе сжатия перекрывает одно из выходящих отверстий в полость гидроаккумулятора, взаимодействует с одной из двух предварительно поджатых пружин, установленных на концах соединительного канала, и открывает перекрытое отверстие, сообщающее поршневую полость цилиндра с полостью гидроаккумулятора при больших перепадах давлений на ходах сжатия и отбоя рессоры (патент РФ №2226156, В60G 11/26, F16F 5/00, 2004). Данная рессора обеспечивает снижение гидравлического сопротивления при течении жидкости через дополнительный дроссельный канал в зоне небольших амплитуд колебаний независимо от статического положения поршня в цилиндре и имеет симметричную демпфирующую характеристику на ходах сжатия и отбоя при течении жидкости через основной дроссельный канал.

Недостатком данной рессоры являются высокие динамические нагрузки на клапан вследствие того, что скорость движения его плунжера значительно превосходит скорость поршня рессоры из-за очень большой разницы их площадей. Малая площадь поперечного сечения плунжера также ограничивает величину хода штока рессоры с ослабленным демпфированием, что повышает вибронагруженность транспортного средства и нагрев рессоры при движении по дороге с большей высотой мелких неровностей. Кроме того, симметричность дроссельного участка демпфирующей характеристики рессоры несколько снижает плавность хода транспортного средства, а наличие предохранительных клапанов, ограничивающих демпфирующую силу, при отсутствии демпфера максимальных колебаний увеличивают вероятность пробоя подвески.

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 кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через саморегулируемый по амплитуде и направлению колебаний клапан, в корпусе которого с возможностью осевого перемещения установлен плунжер П-образного сечения, образующий в нем надплунжерную и подплунжерную полости, соединенные между собой через основной дроссельный канал с большим сопротивлением, выполненный в перегородке плунжера, и через предохранительный клапан, смонтированный в плунжере и сообщающий подплунжерную и надплунжерную полости между собой при больших перепадах давлений, а в корпусе клапана выполнены два осевых отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, одно из которых соединяет надплунжерную полость с поршневой полостью, а другое - подплунжерную полость с гидроаккумулятором (патент РФ №2209735, В60G 11/26, F16F 5/00, 2003). Данная рессора обеспечивает снижение гидравлического сопротивления при течении жидкости через дополнительный дроссельный канал в зоне небольших амплитуд колебаний независимо от статического положения поршня в цилиндре и имеет симметричную демпфирующую характеристику на ходах сжатия и отбоя при течении жидкости через основной дроссельный канал.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный высокими динамическими нагрузками на клапан, вследствие того что скорость движения его плунжера превосходит скорость поршня рессоры из-за большой разницы их площадей. Меньшая площадь поперечного сечения плунжера также ограничивает величину хода штока рессоры с ослабленным демпфированием, что повышает вибронагруженность транспортного средства и нагрев рессоры при движении по дороге с большей высотой мелких неровностей. Кроме того, симметричность дроссельного участка демпфирующей характеристики рессоры несколько снижает плавность хода транспортного средства, а наличие предохранительных клапанов, ограничивающих демпфирующую силу, при отсутствии демпфера максимальных колебаний увеличивают вероятность пробоя подвески.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства с саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний клапаном, обеспечивающим уменьшение действующих на него динамических нагрузок, увеличение хода штока рессоры с ослабленным демпфированием без увеличения габаритов рессоры, несимметричность демпфирующей характеристики на ходах сжатия и отбоя, а также увеличение ее жесткости в конце хода сжатия.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является снижение динамических нагрузок и увеличение свободного хода штока рессоры с ослабленным демпфированием без увеличения ее габаритов, обеспечение несимметричности демпфирующей характеристики на ходах сжатия и отбоя и увеличение ее жесткости в конце хода сжатия, что приводит к упрощению конструкции, повышению надежности и уменьшению нагрева рессоры, повышению плавности хода при движении транспортного средства по любым типам дорог с часто встречающимися мелкими неровностями, наиболее вероятная высота которых не превышает приведенного к колесу хода штока рессоры с ослабленным демпфированием.

Указанный технический результат достигается тем, что пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через саморегулируемый по амплитуде и направлению колебаний клапан, выполненный в виде кольцевого поршня, установленного в цилиндре с возможностью осевого перемещения вдоль штока клапана, один конец которого соединен с опорой, закрепленной на торце цилиндра, а на другом конце установлен ограничитель хода кольцевого поршня, образующего с цилиндром кольцевую полость клапана, сообщенную с гидроаккумулятором через выполненные в опоре отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал, и сообщенную с поршневой полостью через основной дроссельный канал, выполненный в кольцевом поршне, и через обратный клапан, установленный с одной из сторон кольцевого поршня, а в поршне со штоком выполнено глухое осевое отверстие, в которое в конце хода сжатия рессоры входит ограничитель, образуя внутреннюю полость демпфера максимальных колебаний, сообщенную с поршневой полостью.

Благодаря тому что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства клапан выполнен в виде кольцевого поршня, установленного в цилиндре с возможностью осевого перемещения вдоль штока клапана, один конец которого закреплен, а на другом конце установлен ограничитель хода кольцевого поршня, образующего с цилиндром кольцевую полость клапана, сообщенную с гидроаккумулятором и сообщенную с поршневой полостью через основной дроссельный канал и через обратный клапан, обеспечивается повышение надежности и уменьшение нагрева рессоры, а также повышение плавности хода при движении транспортного средства по любым типам дорог с часто встречающимися мелкими неровностями, наиболее вероятная высота которых не превышает приведенного к колесу хода штока рессоры с ослабленным демпфированием.

Вследствие того что кольцевой поршень установлен в цилиндре, обеспечивается упрощение рессоры, так как не требуется применения специального корпуса для клапана, функцию которого выполняет цилиндр рессоры.

Вследствие того что площадь кольцевого поршня практически равна площади поршня, обеспечивается снижение скоростей и динамических нагрузок на клапан, что повышает надежность рессоры. При этом увеличивается ход штока с ослабленным демпфированием без увеличения осевых габаритов рессоры.

Установка с одной из сторон кольцевого поршня обратного клапана обеспечивает несимметричность демпфирующей характеристики рессоры, что повышает плавность хода транспортного средства.

Вследствие того что в поршне со штоком рессоры выполнено глухое осевое отверстие, в которое в конце хода сжатия рессоры входит ограничитель, образуя внутреннюю полость демпфера максимальных колебаний, сообщенную с поршневой полостью, обеспечивается увеличение жесткости демпфирующей характеристики в конце хода сжатия рессоры, что снижает вероятность жестких пробоев подвески.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволило 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 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 кольцевую 5 полости, и смонтированный в дополнительном цилиндре гидроаккумулятор 6, соединенный с поршневой полостью 4 через клапан 7, установленный в левой части цилиндра 1. 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. Кольцевая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса.

Клапан 7 выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний. Он состоит из кольцевого поршня 7, установленного в цилиндре 1 с возможностью осевого перемещения вдоль штока 11, один конец которого соединен с опорой 12, закрепленной на левом торце цилиндра 1, а на другом конце установлен ограничитель 13. Кольцевой поршень 7 образует с цилиндром 1 кольцевую полость 14 клапана 7, сообщенную с гидравлической полостью 9 гидроаккумулятора 6 через отверстия 15 в опоре 12 и соединенную с поршневой полостью 4 через основной дроссельный канал 16 в кольцевом поршне 7 и через обратный клапан 17. Обратный клапан 17 выполнен в виде дополнительных отверстий 18 в кольцевом поршне 7, перекрываемых на ходе отбоя рессоры клапанной тарелкой 17, подвижно установленной с левой стороны кольцевого поршня 7. Ход клапанной тарелки 17 ограничен стопорным кольцом 19. В поршне 2 со штоком 3 выполнено глухое осевое отверстие 20, в которое в конце хода сжатия рессоры входит ограничитель 13, образующий в отверстии 20 внутреннюю полость 21 демпфера максимальных колебаний, сообщенную с поршневой полостью 4 через кольцевой дроссельный зазор между ограничителем 13 и отверстием 20.

Отверстия 15 образуют дополнительный дроссельный канал и обеспечивают мягкую демпфирующую характеристику рессоры при движении кольцевого поршня 7 между его крайними положениями на штоке 11, что необходимо для эффективного гашения колебаний с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса. Основной дроссельный канал 16 обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику рессоры при крайних положениях кольцевого поршня 7 на штоке 11, что необходимо для эффективного гашения колебаний с большой амплитудой. Обратный клапан 17 обеспечивает несимметричную демпфирующую характеристику рессоры с ослабленным сопротивлением на ходе сжатия. Кольцевой дроссельный зазор между осевым отверстием 20 и ограничителем 13 обеспечивает увеличение жесткости демпфирующей характеристики в конце хода сжатия рессоры, что необходимо для предотвращения жестких пробоев подвески.

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 большими амплитудами в начале каждого цикла колебаний под действием перепада давлений между полостями 4 и 9 кольцевой поршень 7 перемещается в цилиндре 1 вдоль штока 11 влево или вправо до взаимодействия с упором 12 или ограничителем 13 соответственно. При этом перепад давлений создается только на отверстиях 15 дополнительного дроссельного канала с малым сопротивлением, так как кольцевой поршень 7 движется практически вместе с жидкостью, а перетекание жидкости между полостями 4 и 14 через основной дроссельный канал 16 и отверстия 18 обратного клапана 17 незначительно. После остановки кольцевого поршня 7 перепад давлений на ходе отбоя создается на основном дроссельном канале 16 с большим сопротивлением, а на ходе сжатия - на основном дроссельном канале 16 и отверстиях 18 обратного клапана 17, так как его клапанная тарелка 17 потоком жидкости перемещается влево до упора в стопорное кольцо 19. Это обеспечивает увеличение жесткости демпфирующей характеристики и ее несимметричность на ходах сжатия и отбоя. Поскольку время работы рессоры с мягкой характеристикой незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость деформации и сила демпфирования малы, то обеспечивается высокая эффективность гашения колебаний большой амплитуды, которые имеют место в основном в зоне низкочастотного резонанса кузова.

При возникновении предельно допустимых колебаний на ходе сжатия рессоры ограничитель 13 входит в глухое отверстие 20, вследствие чего жидкость из внутренней полости 21 вытесняется в поршневую полость 4 через кольцевой дроссельный зазор, образованный отверстием 20 и ограничителем 13. В результате создается дополнительное увеличение демпфирующей силы в конце хода сжатия, что снижает вероятность пробоя подвески.

При работе рессоры с малыми амплитудами колебаний кольцевой поршень 7 перемещается в цилиндре 1 вдоль штока 11, практически не доходя до взаимодействия с упором 12 и ограничителем 13, и рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения зарезонансных колебаний кузова при любой степени загрузки транспортного средства.

Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по амплитуде колебаний.

При случайных колебаниях рессоры с различными амплитудами и частотами, например, при больших низкочастотных колебаниях кузова и малых высокочастотных колебаниях колеса, возможно совпадение направлений движения кузова и колеса. При этом на ходе сжатия или отбоя рессоры под действием низкочастотного движения кузова вниз или вверх кольцевой поршень 7 в основном находится соответственно в своих крайних положениях, обеспечивая жесткую несимметричную демпфирующую характеристику, необходимую для эффективного гашения колебаний кузова. При резком изменении направления деформации рессоры в результате попадания колеса, например, в ямку или наезде на бугор, кольцевой поршень 7 практически мгновенно перемещается соответственно вправо или влево, обеспечивая на величине этих перемещений мягкую демпфирующую характеристику, необходимую для уменьшения воздействия дороги на увеличение колебаний кузова при совпадении направлений движений кузова и колеса в вертикальном плоскости. Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по направлению колебаний.

Кольцевая полость 5 цилиндра 1 может быть использована для отвода утечек жидкости, просочившейся через уплотнение поршня 2 в гидросистему транспортного средства, или для подачи жидкости при подъеме колеса.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства имеет простую и надежную конструкцию и обеспечивает саморегулирование ее демпфирующих характеристик по амплитуде и направлению колебаний, уменьшение действующих на рессору динамических нагрузок, увеличение хода штока рессоры с ослабленным демпфированием без увеличения габаритов рессоры, несимметричность демпфирующей характеристики на ходах сжатия и отбоя, а также увеличение ее жесткости в конце хода сжатия. Применение этой рессоры приведет к снижению вибронагруженности и нагрева подвески, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности при движении практически по любым дорогам с любой степенью загрузки транспортного средства, а также к снижению эксплуатационных затрат.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначена для применения в подвеске транспортных средств и обеспечивает при простой и надежной конструкции саморегулирование гидравлических характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний, что снижает динамические нагрузки на подвеску, повышает плавность хода транспортного средства в любых дорожных условиях и уменьшает эксплуатационные затраты;

- 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 подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через саморегулируемый по амплитуде и направлению колебаний клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде кольцевого поршня, установленного в цилиндре с возможностью осевого перемещения вдоль штока клапана, один конец которого соединен с опорой, закрепленной на торце цилиндра, а на другом конце установлен ограничитель хода кольцевого поршня, образующего с цилиндром кольцевую полость клапана, сообщенную с гидроаккумулятором через выполненные в опоре отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал, и сообщенную с поршневой полостью через основной дроссельный канал, выполненный в кольцевом поршне, и через обратный клапан, установленный с одной из сторон кольцевого поршня, а в поршне со штоком выполнено глухое осевое отверстие, в которое в конце хода сжатия рессоры входит ограничитель, образуя внутреннюю полость демпфера максимальных колебаний, сообщенную с поршневой полостью.