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 кольцевую 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, в корпусе которого выполнен соединительный канал и 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 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.

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.

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).

Недостатком данной рессоры является сложность конструкции и низкая эффективность работы ее клапана, который не обеспечивает регулирование жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от амплитуды и направления относительных колебаний, что снижает стабильность ее характеристик и плавность хода транспортного средства.

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, размещенный в дополнительном цилиндре, гидравлическая полость которого соединена с поршневой полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте и амплитуде колебаний, включающего основной и дополнительный дроссельные каналы, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер с дроссельным пазом, насос и подпружиненный кольцевой плунжер с управляющей пружиной, соединенной с плавающим поршнем дополнительного цилиндра. Демпфирующий узел данной рессоры обеспечивает две ступени жесткости демпфирующей характеристики на дроссельном участке и ограничение максимальной демпфирующей силы на ходе сжатия (патент РФ № 2090377, В 60 G 11/26, 1997).

Недостатком данной рессоры является сложность демпфирующего узла, что снижает надежность работы рессоры и стабильность ее демпфирующих характеристик, особенно при засорении дроссельного паза двухступенчатого плунжера. Кроме того, демпфирующий узел не обеспечивает регулируемость жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от направления колебаний и не ограничивает максимальную демпфирующую силу на ходе отбоя, что способствует снижению плавности хода транспортного средства.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный сложностью конструкции демпфирующего узла и низкой стабильностью ее демпфирующих характеристик, а также обусловленный тем, что демпфирующий узел не обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления при совпадении направлений движения кузова и колеса и не ограничивает силу демпфирования на ходе отбоя, 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 демпфирующих характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний, снабженным плунжером с основным дроссельным каналом, установленным в соединительном канале с двумя выходящими отверстиями в полость цилиндра и с двумя выходящими отверстиями в полость гидроаккумулятора, образующими дополнительный дроссельный канал, а также снабженным двумя пружинами сжатия, ограничивающими свободное перемещение плунжера, перекрывающего в конце хода одно из выходящих отверстий, обеспечивающим уменьшение гидравлического сопротивления в зоне небольших амплитуд независимо от статического положения поршня в цилиндре рессоры и ограничение перепадов давлений, как на ходе сжатия, так и на ходе отбоя, в результате чего достигается повышение надежности и виброзащитных свойств всей рессоры.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является улучшение плавности хода транспортного средства с любой степенью его загрузки при высокочастотных режимах работы подвески с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса, а также повышение стабильности демпфирующих характеристик за счет более высокой надежности демпфирующего узла, что приводит к снижению эксплуатационных затрат на ремонт и обслуживание.

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 клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний, в корпусе которого выполнен соединительный канал и 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 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.

Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний, включающего плунжер с основным дроссельным каналом, установленный в соединительном канале с двумя выходящими отверстиями в поршневую полость цилиндра и двумя выходящими отверстиями в полость гидроаккумулятора, образующими дополнительный дроссельный канал, и включающего две пружины сжатия, ограничивающие свободное перемещение плунжера, перекрывающего в конце хода одно из выходящих отверстий, обеспечивается уменьшение гидравлического сопротивления в зоне небольших амплитуд независимо от статического положения поршня в цилиндре рессоры и ограничение силы демпфирования на ходах сжатия и отбоя, в результате чего повышается плавность хода транспортного средства с любой степенью его загрузки при высокочастотных режимах работы подвески с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса.

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, позволил 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. 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. Кольцевая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса.

Демпфирующий узел выполнен саморегулируемым в зависимости от амплитуды и направления колебаний. 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 два выходящих отверстия 16 и 17 в поршневую полость 4 цилиндра 1 и два выходящих отверстия 18 и 19 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 предварительно поджатые пружины 20 и 21, ограничивающие при небольших скоростях сжатия и отбоя рессоры свободное перемещение плунжера 11, который в крайних положениях на ходе отбоя перекрывает выходящее отверстие 17 в поршневую полость 4 цилиндра 1, а ходе сжатия - выходящее отверстие 18 в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 6. При больших скоростях сжатия и отбоя, вызывающих дополнительное сжатие пружин 20 и 21, плунжер 11 открывает выходящие отверстия 17 и 18, сообщающие полости 4 и 9 между собой, обеспечивая ограничение роста перепада давлений в рессоре. Величиной предварительного поджатая пружин 20 и 21 обеспечивают необходимое ограничение максимальных сил на ходах сжатия и отбоя.

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 плунжер 11 свободно перемещается в соединительном канале 12 корпуса клапана 7 вниз или вверх до упора в торцы пружин 20 или 21, соответственно. При этом перепад давлений создается только на выходящих отверстиях 16, 17, 18 и 19, 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. В конце свободного перемещения плунжера 11 в соединительном канале 12 на ходе отбоя им перекрывается выходящее отверстие 17 в поршневую полость 4 цилиндра 1, а на ходе сжатия - выходящее отверстие 18 в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 6. После остановки плунжера 11 в крайних положениях перепад давлений 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 пружины 20 и 21 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 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 дополнительно сжимается пружина 20, а на ходе отбоя пружина 21 и плунжер 11 открывает, соответственно, перекрытое выходящее отверстие 18 или 17. При этом на ходе сжатия жидкость из полости 4 перетекает в полость 9 через выходящие отверстия 16 и 17, надплунжерную полость 13 и через выходящее отверстие 18, а также через дроссельное отверстие 15, подплунжерную полость 14 и выходящее отверстие 19. На ходе отбоя жидкость из полости 9 перетекает в полость 4 через выходящие отверстия 18 и 19, подплунжерную полость 14 и через выходящее отверстие 17, а также через дроссельное отверстие 15, надплунжерную полость 13 и выходящее отверстие 16. Таким образом, обеспечивается ограничение силы демпфирования при больших скоростях деформации рессоры.

Кольцевая 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 вследствие саморегулирования гидравлических характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний независимо от статического положения поршня 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, что снижает эксплуатационные затраты и повышает плавность хода 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".