пневмогидравлическая рессора транспортного средства

Формула изобретения

ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕССОРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая цилиндр с поршнем, гидроаккумулятор, смонтированный в бесштоковой полости и сообщенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде корпуса с осевым профильным отверстием и подпружиненного затвора, установленного с кольцевым зазором в упомянутом отверстии, и демпфер максимальных колебаний, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде стакана с дроссельным отверстием в днище и радиальными каналами в его цилиндрической части, в корпусе установлен подпружиненный ступенчатый плунжер с центральным отверстием, большая ступень которого перекрывает радиальные каналы, соединена с затвором и образует с корпусом две полости, сообщенные между собой через сквозные аксиальные отверстия в большей ступени плунжера, меньшая ступень плунжера установлена в гильзе, закрепленной в днище корпуса, а в центральном отверстии плунжера установлен ступенчатый шток, на меньшей ступени которого подвижно установлена шайба, а большая ступень закреплена в днище и образует с гильзой дополнительную полость, сообщенную с одной из полостей корпуса через продольный паз, выполненный на цилиндрической части меньшей ступени плунжера, с двух сторон которого по его оси установлены две пружины сжатия, одна из которых установлена между днищем и торцом большей ступени плунжера, а другая - между верхней частью корпуса и шайбой, ограничивающей ее деформацию на ходе сжатия или отбоя рессоры, причем площадь кольцевого зазора больше площади дроссельного отверстия клапана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам.

Известна пневмогидравлическая рессора, содержащая цилиндр с поршнем, гидроаккумулятор, сообщенный с цилиндром через амортизационный узел, включающий дифференциальный клапан, два дроссельных отверстия и тарелку обратного клапана, перекрывающую одно из дроссельных отверстий на ходе отбоя. Дифференциальный клапан выполнен в виде подпружиненного по оси ступенчатого плунжера, установленного в осевом отверстии корпуса клапана, имеющем радиальные каналы, перекрытые большей ступенью плунжера. В большей ступени плунжера выполнены сквозные каналы, в результате чего перепад давлений действует только на меньшую ступень плунжера. При превышении заданного перепада давлений, величина которого определяется усилием пружины и площадью поперечного сечения меньшей ступени плунжера, плунжер перемещается и открывает радиальные каналы с большим проходным сечением, что обеспечивает практически горизонтальную демпфирующую характеристику клапанного участка.

Данная рессора имеет низкий технический уровень, обусловленный недостаточными разгрузочными возможностями дифференциального клапана, вследствие чего при увеличении скоростей деформации рессоры потери энергии на клапане также возрастают. Это приводит к ухудшению плавности хода и перегреву рессоры.

Наиболее близким из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр с поршнем, клапан, перекрывающий отверстие в днище цилиндра и отделяющий гидроаккумулятор, смонтированный в бесштоковой полости, и демпфер максимальных колебаний. Клапан выполнен в виде корпуса, внутри которого смонтирован шток, соединенный с 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. Корпус клапана снабжен выполненным с дроссельным отверстием колпаком, установленным у другого конца штока и ограничивающим с последним полость, сообщенную с бесштоковой полостью цилиндра. Профиль отверстия в днище цилиндра имеет форму сопла Вентури или однополостного гиперболоида. Профиль проточки выполнен по форме кривой Верьзьера Аньези.

Данная рессора имеет низкий технический уровень, что обусловлено сложностью конструкции устройства клапана, поскольку выполненные в штоке профильные проточки требуют точного изготовления. Трение фиксаторов положения штока и трение штока вследствие неравномерности усилий пружин приводит к нестабильности характеристики клапана. Кроме того, в данной конструкции клапана на затвор действуют большие нагрузки, что ускоряет износ деталей клапана и приводит к ухудшению его гидравлических характеристик и снижению надежности рессоры.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры с клапаном, обладающим большей надежностью и высокой стабильностью характеристик вследствие уменьшения сил трения, увеличения кольцевого зазора и снижения нагрузок на затвор, соединенный с подпружиненным по оси плунжером. Тем самым предлагается пневмогидравлическая рессора с новым принципом действия демпфирующей системы, обеспечивающей повышение плавности хода и уменьшение нагрева рессоры при больших скоростях движения транспортного средства по неровной дороге.

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности гидравлических характеристик и надежности за счет введения нового технологического цикла работы клапана, позволяющего уменьшить нагрузки на детали клапана и силы трения. Это повышает надежность pаботы всей рессоры в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре транспортного средства, содержащей цилиндр с поршнем, гидроаккумулятор, смонтированный в бесштоковой полости и сообщенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде корпуса с осевым профильным отверстием, и подпружиненного затвора, установленного с кольцевым зазором в упомянутом отверстии, и демпфер максимальных колебаний, корпус выполнен в виде стакана с дроссельным отверстием в днище и радиальными каналами в его цилиндрической части, внутри корпуса установлен подпружиненный ступенчатый плунжер с центральным отверстием, большая ступень которого перекрывает радиальные каналы, соединена с затвором и образует с корпусом две полости, сообщенные между собой через сквозные аксиальные отверстия в большей ступени плунжера установлена в гильзе, укрепленной в днище корпуса, а в центральном отверстии плунжера установлен ступенчатый шток, на меньшей ступени которого подвижно установлена шайба, а большая ступень укреплена в днище и образует с гильзой дополнительную полость, сообщенную с одной из полостей корпуса через продольный паз, выполненный на цилиндрической части меньшей ступени плунжера, с двух сторон которого по его оси установлены две пружины сжатия, одна из которых установлена между днищем и торцом большей ступени плунжера, а другая между верхней частью корпуса и шайбой, ограничивающей ее деформацию на ходе сжатия или отбоя рессоры, причем площадь кольцевого зазора больше площади дроссельного отверстия клапана.

Благодаря тому, что конструкция клапана состоит из корпуса, выполненного в виде стакана с дроссельным отверстием и радиальными каналами, перекрытыми подпружиненным по оси плунжером, соединенным с затвором, установленным с кольцевым зазором в наименьшем сечении осевого профильного отверстия корпуса, а площадь кольцевого зазора больше площади дроссельного отверстия, обеспечивается уменьшение сил трения и нагрузок на детали клапана, повышается надежность и стабильность характеристик клапана и рессоры в целом. В результате этого повышается надежность демпфирующей системы и плавность хода транспортного средства.

Вследствие того, что плунжер подпружинен по оси двумя пружинами сжатия, в плунжере выполнено центральное отверстие, в котором установлен ступенчатый шток, большая ступень которого укреплена в днище корпуса, а на меньшей ступени подвижно установлена шайба, отключающая одну из пружин на ходе сжатия и отбоя, обеспечивается разное гидравлическое сопротивление на ходе сжатия и отбоя рессоры, что необходимо для создания наилучшей плавности хода транспортного средства.

Благодаря тому, что на цилиндрической части меньшей ступени плунжера выполнен продольный паз, сообщающий полость, образованную гильзой и большей ступенью штока, с одной из полостей корпуса, обеспечивается гашение высокочастотных колебаний плунжера с затвором.

Приведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволило установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам 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, изобретение соответствует требованию "новизна по действующему законодательству".

Для проверки соответствия изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора, продольный разрез; на фиг. 2 клапан и демпфер максимальных колебаний в конце наибольшего хода сжатия.

Пневмогидравлическая рессора содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и выходящим наружу штоком 3 и гидроаккумулятор, выполненный в виде цилиндра 4 с плавающим поршнем 5, разделяющим жидкость и сжатый газ, находящийся в газовой полости 6. В штоке 3 выполнено отверстие 7 с конической поверхностью входа 8. Гидравлические полости 9 и 10 цилиндров 1 и 4 соответственно сообщаются между собой через канал 11 и клапан в виде корпуса 12, который устанавливается либо в полости 9 (как показано на фиг.1), либо в полости 10.

Клапан 12 состоит из корпуса 12, выполненного в виде стакана с дроссельным отверстием 13 в днище и радиальными каналами 14 в его цилиндрической части.

В верхней части корпуса выполнено осевое профильное отверстие 15, в плоскости наименьшего сечения которого с кольцевым зазором установлен затвор 16. Профильное отверстие 15 и радиальные каналы 14 могут быть выполнены, например, в форме сопла Вентури или однополостного гиперболоида и прямоугольных окон соответственно. Внутри корпуса 12 установлен подпружиненный ступенчатый плунжер 17, большая ступень которого перекрывает радиальные каналы 14, и соединена с затвором 16 и образует с корпусом 12 две полости 18 и 19, сообщенные через сквозные аксиальные отверстия 20 в большей ступени плунжера 17. Меньшая ступень плунжера 17 установлена в гильзе 21, укрепленной в днище корпуса 12.

В плунжере 17 выполнено центральное отверстие 22, в котором установлен ступенчатый шток 23. На меньшей ступени штока 23 подвижно установлена шайба 24, а большая ступень укреплена в днище корпуса 12 и образует с гильзой 21 дополнительную полость 25, сообщенную с полостью 18 через продольный паз 26, выполненный на меньшей ступени плунжера 17 и служащий для гашения его высокочастотных колебаний.

С двух сторон плунжера 17 по его оси установлены две пружины сжатия 27 и 28, одна из которых установлена между днищем корпуса 12 и торцом большей ступени плунжера 17, а другая между верхней частью корпуса 12 и шайбой 24. Последняя ограничивает деформацию пружины 28 на части хода плунжера 17, в результате чего гидравлические сопротивления ходов сжатия и отбоя рессоры получаются различными. Между пружиной 27 и торцом большей ступени плунжера 17, а также между шайбой 24 и пружиной 28 установлены регулировочные шайбы 29 и 30 соответственно для расположения затвора 16 в плоскости наименьшего сечения профильного отверстия 15. Площадь кольцевого зазора в отверстии 15 больше площади дроссельного отверстия 13, что необходимо для снижения нагрузок на затвор 16 и плунжеp 17, в результате чего уменьшаются усилия пружин 27 и 28, соосная установка которых в корпусе снижает силы трения, что приводит к повышению стабильности гидравлических характеристик и надежности клапана. На корпусе 12 клапана неподвижно закреплен корпус демпфера 31 максимальных колебаний, на цилиндрическом выступе которого установлены с зазором относительно последнего пластмассовые кольца 32, поджатые к торцу корпуса демпфера пластинчатой пружины 33. опирающейся на головку болта 34. Внутри этого болта смонтирован клапан демпфера, состоящий из шарика 35 и пружины 36. Для прохода жидкости из корпуса демпфера 31 в гидравлическую полость 9 цилиндра 1 в первом имеются отверстия 37.

Пневмогидравлическая рессора работает следующим образом.

Колебания транспортного средства при движении его по неровному пути вызывают перемещение штока 3 относительно цилиндра 1.

На ходе сжатия рессоры, т.е. когда шток 3 входит в основной цилиндр 1, поршень 2 выжимает рабочую жидкость из гидравлической полости 9 цилиндра 1 через корпус 12 и канал 11 в гидравлическую полость 10 цилиндра 4, перемещая плавающий поршень 5, который сжимает газ в полости 6. На ходе отбоя, т.е. когда шток 3 выходит наружу из цилиндра 1 давление рабочей жидкости в полости 9 уменьшается, а сжатый в полости 6 газ вытесняет рабочую жидкость из полости 10 через клапан 12 в полость 9. Вследствие разности давлений в полостях 9 и 10 при работе рессоры на затворе 16 корпуса 12 создается перепад давления.

Пока колебания транспортного средства происходят с частотами, не превышающими частоты конца резонансной зоны, скорость перемещения штока 3 с поршнем 2 относительно основного цилиндра 1 такова, что силы, вызванной перепадом давления на затворе 16 клапана 12, недостаточно для преодоления равнодействующих сил пружин 27 и 28 на ходе сжатия или силы пружины 27 на ходе отбоя, т.е. затвор 16 неподвижен и расположен в плоскости наименьшего сечения отверстия 15. Радиальные каналы 14 корпуса 12 перекрыты плунжером 17 и жидкость перетекает из полости 9 в полость 19 и обратно через дроссельное отверстие 13, полости 18 и 19 отверстия 20 и кольцевой зазор отверстия 15, обеспечивая прогрессивное возрастание гидравлического сопротивления на дроссельном участке характеристики. При этом, поскольку площадь дроссельного отверстия 17 значительно меньше площади кольцевого зазора, основное гидравлическое сопротивление клапана 12 создается на дроссельном отверстии 13.

При дальнейшем повышении частоты колебаний увеличиваются скорости течения жидкости через клапан 12 и перепад давлений на затворе 16. Сила, вызванная перепадом давления, становится больше равнодействующей сил пружин 27 и 28 на ходе сжатия или силы пружины 27 на ходе отбоя, в результате чего затвор 16 вместе с плунжером 17 перемещается в сторону движения жидкости, открывая радиальные каналы 14. Величина перемещения плунжера 17 определяется моментом наступления динамического равновесия сил, действующих на него со стороны пружин 27 и 28 и перепада давления на затворе 16. При этом сила гидравлического сопротивления рессоры становится меньше, чем при расположении затвора 16 в плоскости наименьшего сечения отверстия 15, а скорость относительного движения цилиндра 1 и штока 3 больше.

При дальнейшем увеличении относительно скорости движения цилиндра 1 и штока 3 описанный процесс повторяется до момента занятия затвором 16 положения нового динамического равновесия с новой еще меньшей силой гидравлического сопротивления рессоры. Этот процесс продолжается до момента пока плунжер 17 не упрется в верхнюю часть или дно корпуса 12.

Уменьшение скорости относительного движения цилиндра 1 и штока 3 при уменьшении частоты колебаний сопровождается уменьшением перепада давления на затворе 16, в результате чего равнодействующая сила пружин 27 и 28 становится больше силы, возникающей от перепада давлений, что вызывает перемещение затвора 16 в сторону, противоположную течению жидкости через корпус 12, и соответственно увеличение силы гидравлического сопротивления рессоры.

Поскольку на ходу сжатия рессоры при перемещении плунжера 17 с отверстием 22 по штоку 23 работают две пружины 27 и 28, а на ходе отбоя вследствие упора шайбы 24 в торец ступенчатого штока 23 только одна пружина 27, то максимальное гидравлическое сопротивление хода сжатия будет больше, чем максимальное гидравлическое сопротивление хода отбоя. Это и требуется для подвесок гусеничных машин. Если клапан 12 устанавливается в бесштоковой полости 10, то его гидравлические характеристики на ходе сжатия и отбоя меняются местами, т.е. максимальное гидравлическое сопротивление будет меньше, чем на ходе отбоя. Такой вид характеристики применятся в подвесках колесных машин. Выбранная форма отверстия 15 и радиальных каналов 14 обеспечивает любой заданный закон гидравлической характеристики и уменьшает максимальный ход плунжера 17 и осевой габарит клапана. Продольный паз 26, выполненный в меньшей ступени плунжера и сообщающий полость 25, образованную гильзой 21 и большей ступенью штока 23, с полостью 18, служит для гашения высокочастотных колебаний плунжера 17 с затвором 16.

При появлении в подвеске больших колебаний в работу вступает демпфер максимальных колебаний. При сжатии рессоры корпус демпфера 31 максимальных колебаний входит в отверстие 7 штока 3. При этом пластмассовые кольца 32, устанавливаясь конической поверхностью входа 8, перекрывают отверстие 7, и вследствие повышения давления под пластмассовыми кольцами 32, шарик 35 клапана демпфера перемещается, сжимая пружину 36. Рабочая жидкость, перетекая в корпус демпфера 31 и далее через отверстие 37 в гидравлическую полость 9 цилиндра 1, создает большую силу сопротивления, необходимую для эффективного гашения колебаний.

При ходе отбоя давление под пластмассовыми кольцами 32 уменьшается и клапан демпфера закрывается. Однако разрежение под пластмассовыми кольцами 32 не создается, так как они перемещаются, сжимая пластинчатую пружину 33, и образуя тем самым зазор между торцом корпуса демпфера 31 и кольцами 32, через который перетекает жидкость, причем сила сопротивления демпфера максимальных колебаний при отбое рессоры устанавливается болтом 34 путем изменения натяжения пластинчатой пружины 33.

Изобретение позволяет повысить надежность клапана и рессоры, существенно снизить затраты на изготовление рессоры и ее техническое обслуживание в связи с высокой долговечностью деталей клапана, повысить плавность хода вследствие более высокой стабильности гидравлических характеристик рессоры, что в итоге приводит к увеличению средних скоростей и производительности автомобиля.

Таким образом, пневмогидравлическая рессора предназначена для применения в подвеске транспортных средств и обеспечивает высокую надежность гидравлических характеристик рессоры, уменьшение тепловых потерь и плавности хода.

Изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".