пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства

Формула изобретения

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 в зависимости от амплитуды и направления колебаний и от давления в рессоре, в корпусе клапана выполнен соединительный канал, в котором установлен плунжер с возможностью осевого перемещения, образующий надплунжерную и подплунжерную полости, соединенные между собой через дроссельное отверстие в плунжере, образующее основной дроссельный канал с большим сопротивлением, соединительный канал имеет верхнее выходящее отверстие в поршневую полость цилиндра и нижнее выходящее отверстие в полость гидроаккумулятора, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, на концах соединительного канала установлены верхний и нижний ступенчатые поршни, образующие кольцевые полости, соединенные с внешней атмосферой, и внутренние верхнюю и нижнюю полости, соединенные с полостью соединительного канала через дроссельные отверстия, причем внутренняя верхняя полость сообщена с поршневой полостью цилиндра, а внутренняя нижняя полость сообщена с полостью гидроаккумулятора, при этом плунжер в крайних положениях на ходе отбоя перекрывает верхнее выходящее отверстие, а на ходе сжатия перекрывает нижнее выходящее отверстие и открывает эти отверстия при больших перепадах давлений, ограничивая максимальную демпфирующую силу пропорционально изменению статического давления в рессоре.

Описание изобретения к патенту

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

Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, смонтированный в дополнительном цилиндре и соединенный с надпоршневой полостью цилиндра через клапан, перекрывающий отверстие в днище цилиндра, и демпфер максимальных колебаний. Клапан, выполненный в виде штока, подпружиненного с помощью фиксаторов положения, и соединенный с затвором, установленным с кольцевым зазором в отверстии днища цилиндра, 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 скорости относительных колебаний (а. с. СССР 1028533, кл. В 60 G 11/26, F 16 F 9/34, 1983 г.).

Недостатком данной рессоры является недостаточно эффективная работа ее клапана, который не обеспечивает регулирования жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от амплитуды и направления колебаний, а также не обеспечивает ограничение максимальной силы демпфирования в зависимости от изменения статического давления в рессоре, что снижает плавность хода транспортного средства при его движении по различным типам дорог с любой степенью загрузки. Кроме того, конструкция данного клапана вследствие ее сложности не достаточно надежна в работе, что снижает стабильность демпфирующих характеристик и увеличивает эксплуатационные расходы.

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 по частоте и амплитуде колебаний. 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 (патент РФ 2090377, В 60 G 11/26, 1997 г.).

Недостатком данной рессоры является сложность демпфирующего узла, нестабильность демпфирующих характеристик, нерегулируемость жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от направления колебаний и изменения статического давления в рессоре, отсутствие ограничения максимальной демпфирующей силы на ходе отбоя, что снижает надежность работы рессоры и плавность хода транспортного средства при его движении по различным типам дорог с любой степенью загрузки.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный сложностью и низкой надежностью конструкции демпфирующего узла, не обеспечивающего стабильность демпфирующих характеристик и их регулируемость в зависимости от направления колебаний и от изменения статического давления в рессоре, что снижает плавность хода транспортного средства и увеличивает эксплуатационные расходы.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства с демпфирующим узлом, образующим новую демпфирующую систему автоматического регулирования в зависимости от амплитуды, направления и давления, снабженным плунжером с основным дроссельным каналом, установленным в соединительном канале между полостями цилиндра и гидроаккумулятора с выходящими отверстиями дополнительного дроссельного канала, и двумя ступенчатыми поршнями с дроссельными отверстиями, обеспечивающим регулирование демпфирующих характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний путем уменьшения гидравлического сопротивления в зоне небольших амплитуд независимо от статического положения поршня в цилиндре рессоры, и ограничение максимальной демпфирующей силы в зависимости от изменения статического давления в рессоре на ходах сжатия и отбоя.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является создание новой демпфирующей системы автоматического регулирования, обеспечивающей уменьшение гидравлического сопротивления при небольших амплитудах колебаний и при совпадении направлений движения кузова и колеса, а также обеспечивающей ограничение максимальной демпфирующей силы на ходах сжатия и отбоя в зависимости от статического давления в рессоре, что улучшает плавность хода автомобиля при его движении практически по любым типам дорог с любой степенью загрузки, а также снижает эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание вследствие более высокой стабильности демпфирующих характеристик.

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 в зависимости от амплитуды и направления колебаний и от давления в рессоре, в корпусе клапана выполнен соединительный канал, в котором установлен плунжер с возможностью осевого перемещения, образующий надплунжерную и подплунжерную полости, соединенные между собой через дроссельное отверстие в плунжере, образующее основной дроссельный канал с большим сопротивлением, соединительный канал имеет верхнее выходящее отверстие в поршневую полость цилиндра и нижнее выходящее отверстие в полость гидроаккумулятора, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, на концах соединительного канала установлены верхний и нижний ступенчатые поршни, образующие кольцевые полости, соединенные с внешней атмосферой, и внутренние верхнюю и нижнюю полости, соединенные с полостью соединительного канала через дроссельные отверстия, причем внутренняя верхняя полость сообщена с поршневой полостью цилиндра, а внутренняя нижняя полость сообщена с полостью гидроаккумулятора, при этом плунжер в крайних положениях на ходе отбоя перекрывает верхнее выходящее отверстие, а на ходе сжатия перекрывает нижнее выходящее отверстие и открывает эти отверстия при больших перепадах давлений, ограничивая максимальную демпфирующую силу пропорционально изменению статического давления в рессоре.

Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний и от изменения давления в рессоре, включающего плунжер с основным дроссельным каналом, соединительный канал с верхним и нижним выходящими отверстиями, образующими дополнительный дроссельный канал, и верхний с нижним ступенчатые поршни, обеспечивается уменьшение гидравлического сопротивления в зоне небольших амплитуд независимо от статического положения поршня в цилиндре рессоры и ограничение максимальной силы демпфирования в зависимости от статического давления в рессоре на ходах сжатия и отбоя, в результате чего повышается плавность хода транспортного средства при высокочастотных режимах работы подвески с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса, а также при изменении степени загрузки транспортного средства.

Вследствие того, что ступенчатые поршни, установленные на концах соединительного канала, образуют кольцевые полости, соединенные с внешней атмосферой, и внутренние верхнюю и нижнюю полости, соединенные с полостью соединительного канала через дроссельные отверстия и сообщенные, соответственно, с полостью цилиндра и гидроаккумулятора, обеспечивается, во-первых, практически постоянство силы, необходимой для перемещения каждого ступенчатого поршня между его крайними положениями под действием плунжера, открывающего перекрытое им одно из выходящих отверстий, а во-вторых, обеспечивается изменение этой силы в соответствии с изменением статического давления в полостях цилиндра или гидроаккумулятора при больших деформациях подвески. В результате достигается практически нулевая жесткость на клапанном участке демпфирующей характеристики и происходит автоматическое изменение максимальной демпфирующей силы при изменении степени загрузки автомобиля, что повышает плавность хода транспортного средства.

Благодаря новой конструкции саморегулируемого демпфирующего узла обеспечивается высокая надежность работы рессоры и стабильность ее демпфирующих характеристик, что снижает эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого решения, позволили 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 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 корпусе которого 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 подъема колеса.

Демпфирующий узел выполнен саморегулируемым в зависимости от амплитуды и направления колебаний и в зависимости от изменения статического давления в рессоре. Он состоит из плунжера 11, который установлен с возможностью осевого перемещения в соединительном канале 12 корпуса клапана 7 и образует надплунжерную 13 и подплунжерную 14 полости, сообщенные между собой через дроссельное отверстие 15 в плунжере 11, образующее основной дроссельный канал с большим сопротивлением, обеспечивающий жесткую демпфирующую характеристику рессоры при крайних положениях плунжера 11 в корпусе клапана 7, что необходимо для эффективного гашения колебаний с большой амплитудой. Соединительный канал 12 имеет верхнее выходящее отверстие 16 в поршневую полость 4 цилиндра 1 и нижнее выходящее отверстие 17 в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 6, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, обеспечивающий мягкую демпфирующую характеристику рессоры при движении плунжера 11 между его крайними положениями в корпусе клапана 7 независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения колебаний с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса.

На концах соединительного канала 12 установлены верхний 18 и нижний 19 ступенчатые поршни, образующие кольцевые полости 20 и 21 и внутренние верхнюю 22 и нижнюю 23 полости. Кольцевые полости 20 и 21 соединены с внешней атмосферой через отверстия 24 и 25 в корпусе клапана 7. Внутренняя верхняя полость 22 соединена с надплунжерной полостью 13 соединительного канала 12 через дроссельное отверстие 26 в верхнем ступенчатом поршне 18, а с поршневой полостью 4 цилиндра 1 - через отверстие 27 в корпусе клапана 7. Внутренняя нижняя полость 23 соединена с подплунжерной полостью 14 соединительного канала 12 через дроссельное отверстие 28 в нижнем ступенчатом поршне 19, а с гидравлической полостью 9 гидроаккумулятора 6 - через отверстие 29 в корпусе клапана 7. Плунжер 11 в крайних положениях на ходе отбоя перекрывает верхнее выходящее отверстие 16, а на ходе сжатия - нижнее выходящее отверстие 17, взаимодействует с меньшей ступенью верхнего 18 или нижнего 19 поршня и открывает перекрытое отверстие 16 или 17 при больших перепадах давлений, ограничивая максимальную демпфирующую силу. Вследствие того, что в кольцевых полостях 20 и 21 отсутствует избыточное давление, ступенчатые поршни 18 и 19 всегда поджаты к корпусу клапана 7 навстречу друг другу с усилием, равным произведению статического давления в полостях 4 или 9 на кольцевую площадь ступенчатого поршня 18 или 19. При изменении статического давления в рессоре изменяется усилие поджатия ступенчатых поршней 18 или 19 и соответственно максимальная демпфирующая сила, что необходимо для эффективного гашения подрессоренной массы различной величины.

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 (чертеж). 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 плунжер 11 свободно перемещается в соединительном канале 12 корпуса клапана 7 вниз или вверх до упора в торцы нижнего или верхнего ступенчатых поршней 19 или 18. При этом перепад давлений между полостями 4 и 9 создается только на верхнем и нижнем выходящих отверстиях 16 и 17, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, так как плунжер 11 движется практически вместе с жидкостью, а перетекание жидкости через дроссельное отверстие 15 плунжера 11 незначительно. При упоре плунжера 11 в один из ступенчатых поршней 18 или 19 он перекрывает, соответственно, верхнее или нижнее, выходящее отверстие 16 или 17. После остановки плунжера 11 в крайних положениях перепад давлений между полостями 4 и 9 создается на дроссельном отверстии 15, образующем основной дроссельный канал с большим сопротивлением. В результате рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, поскольку время работы рессоры с мягкой характеристикой незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость ее деформации, а значит и сила демпфирования, мала. Тем самым обеспечивается высокая эффективность гашения колебаний большой амплитуды, которые имеют место в основном в зоне низкочастотного резонанса кузова.

При работе рессоры с малой амплитудой плунжер 11 практически не доходит до упора в ступенчатые поршни 18 и 19, 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 автомобиля.

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 плунжер 11 в основном находится, соответственно, внизу или вверху, обеспечивая жесткую 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, плунжер 11 практически мгновенно перемещается, соответственно, вверх или вниз, 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.

В случае возникновения больших перепадов давлений между полостями 4 и 9 на ходе сжатия плунжер 11 перемещает ступенчатый поршень 19 вниз, а на ходе отбоя - ступенчатый поршень 18 вверх, открывая нижнее или верхнее выходящее отверстие 17 или 16, соответственно. При этом на ходе сжатия жидкость из полости 4 перетекает в полость 9 через верхнее выходящее отверстие 16, отверстие 27, внутреннюю верхнюю полость 22, дроссельное отверстие 26, надплунжерную полость 13 и через нижнее выходящее отверстие 17, а также через дроссельное отверстие 15, дроссельное отверстие 28, внутреннюю нижнюю полость 23 и отверстие 29. На ходе отбоя жидкость из полости 9 перетекает в полость 4 через нижнее выходящее отверстие 17, отверстие 29, внутреннюю нижнюю полость 23, дроссельное отверстие 28, подплунжерную полость 14 и через верхнее выходящее отверстие 16, а также через дроссельное отверстие 15, дроссельное отверстие 26, внутреннюю верхнюю полость 22 и отверстие 27. Величина максимальной силы демпфирования на ходе сжатия пропорциональна давлению в гидравлической полости 9 гидроаккумулятора 6, а на ходе отбоя - давлению в поршневой полости 4 цилиндра 1, т. е. зависит от степени деформации рессоры вследствие изменения нагрузки или колебаний с большими амплитудами. Кроме того, величины максимальных сил демпфирования на ходе сжатия и отбоя также зависят от величины площадей поперечного сечения кольцевой полости 20 и 21, сообщенных с наружной атмосферой отверстиями 24 и 25, поэтому для получения несимметричной демпфирующей характеристики необходимо применять ступенчатые поршни с разными диаметрами больших ступеней. Таким образом, при больших скоростях деформации рессоры обеспечивается ограничение демпфирующей силы пропорционально изменению статического давления в рессоре вследствие изменения подрессоренной массы.

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 имеет простую и надежную конструкцию и обеспечивает повышение плавности хода и стабильности демпфирующих характеристик вследствие уменьшения гидравлического сопротивления при небольших амплитудах колебаний и при совпадении направлений движения кузова и колеса, а также вследствие ограничения максимальной демпфирующей силы на ходах сжатия и отбоя в зависимости от статического давления в рессоре. Применение этой рессоры приведет к снижению вибронагруженности транспортного средства, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности при движении практически по любым дорогам с любой степенью загрузки автомобиля, 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 и от изменения статического давления в рессоре, что снижает эксплуатационные затраты и повышает плавность хода автомобиля при различной степени его загрузки в любых дорожных условиях;

- 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".