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, смонтированный в баллоне, в котором установлена разделительная диафрагма гидроаккумулятора, образующая в последнем пневматическую полость и гидравлическую полость, соединенную с поршневой полостью цилиндра через установленный в баллоне клапан, имеющий основной дроссельный канал, постоянно соединяющий поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, и обратный клапан, периодически сообщающий поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от перепада давлений, в корпусе которого установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с последним правую плунжерную полость, постоянно сообщенную с гидравлической полостью гидроаккумулятора, левую плунжерную полость, постоянно сообщенную с поршневой полостью цилиндра и дополнительно соединенную с гидравлической полостью гидроаккумулятора через выполненный в корпусе демпфирующего узла радиальный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера и образующий дополнительный дроссельный канал, сообщающий при больших перепадах давлений поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, и кольцевую плунжерную полость, соединенную с правой плунжерной полостью через зазор переменного сечения между корпусом демпфирующего узла и косой лыской, выполненной на меньшей ступени плунжера, и дополнительно соединенную с левой плунжерной полостью через выполненный в корпусе демпфирующего узла продольный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера до момента открытая радиального канала при больших перепадах давлений на ходе сжатия рессоры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости от перепада давлений.

Известна пневмогидравлическая рессора подвески 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. 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. Данный клапан 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 колебаний (патент РФ №2055752, В60G 11/26, F16F 9/54, 1996 г.).

Недостатком данной рессоры является сложность конструкции клапана, что снижает его надежность. Кроме того, при больших скоростях работы подвески возможен ее пробой вследствие слабого сопротивления на клапанном участке демпфирующей характеристики, что приведет к ухудшению плавности хода транспортного средства.

Наиболее близким из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, смонтированный в баллоне, в котором установлена разделительная диафрагма, образующая в нем пневматическую полость и гидравлическую полость, соединенную с поршневой полостью цилиндра через установленный в баллоне клапан. Данный клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте и амплитуде колебаний. Он включает основной и дополнительный дроссельные каналы с большим и малым сопротивлением, обратный клапан, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер с дроссельным пазом, насос, клапан с упором и подпружиненное кольцо. Данный клапан обеспечивает две ступени жесткости демпфирующей характеристики рессоры при любых частотах дорожного воздействия (патент РФ №2089407, В60G 11/26, 1997 г.).

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный сложностью конструкции демпфирующего узла, что снижает надежность работы рессоры в целом.

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 скорости деформации подвески, обладающим большей надежностью и обеспечивающим саморегулирование демпфирующей характеристики в зависимости от перепада давлений с помощью подпружиненного ступенчатого плунжера с косой лыской на меньшей ступени, установленного в корпусе, имеющего радиальный дополнительный дроссельный канал и продольный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера до момента открытия радиальною канала при больших перепадах давлений на ходе сжатия рессоры.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является ступенчатое N-образное изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от скорости сжатия рессоры за счет нового технического цикла работы демпфирующего узла, обеспечивающего увеличение гидравлического сопротивления в зоне низких и больших скоростей сжатия и ступенчатое уменьшение этого сопротивления при средних скоростях сжатия, что приводит к улучшению плавности хода транспортного средства практически по любым типам дорог и повышению надежности работы всей рессоры в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства, содержащей цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, смонтированный в баллоне, в котором установлена разделительная диафрагма гидроаккумулятора, образующая в последнем пневматическую полость и гидравлическую полость, соединенную с поршневой полостью цилиндра через установленный в баллоне клапан, имеющий основной дроссельный канал, постоянно соединяющий поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, и обратный клапан, периодически сообщающий поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, а клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от перепада давлений, в корпусе которого установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с последним правую плунжерную полость, постоянно сообщенную с гидравлической полостью гидроаккумулятора, левую плунжерную полость, постоянно сообщенную с поршневой полостью цилиндра и дополнительно соединенную с гидравлической полостью гидроаккумулятора через выполненный в корпусе демпфирующего узла радиальный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера и образующий дополнительный дроссельный канал, сообщающий при больших перепадах давлений поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, и кольцевую плунжерную полость, соединенную с правой плунжерной полостью через зазор переменного сечения между корпусом демпфирующего узла и косой лыской, выполненной на меньшей ступени плунжера, и дополнительно соединенную с левой плунжерной полостью через выполненный в корпусе демпфирующего узла продольный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера до момента открытия радиального канала при больших перепадах давлений на ходе сжатия рессоры.

Благодаря тому что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от перепада давлений, имеющего основной дроссельный канал, продольный канал и радиальный дополнительный дроссельный канал, перекрываемый большей ступенью подпружиненного ступенчатого плунжера с косой лыской на меньшей ступени, обеспечивается увеличение неупругого сопротивления с ростом скорости деформации подвески на дроссельном участке и на правой части клапанного участка демпфирующей характеристики и его ступенчатое уменьшение в начале клапанного участка. Вследствие такого ступенчатого N-образного автоматически регулируемого гидравлического сопротивления достигается эффективное гашение резонансных колебаний кузова и практически не происходит усиления колебаний кузова в зарезонансной зоне, а также эффективно гасятся высокочастотные колебания колес с большой амплитудой, что в итоге повышает плавность хода и уменьшает общие потери энергии при движении транспортного средства практически в любых дорожных условиях. При этом вследствие простоты конструкции обеспечивается повышение надежности всей рессоры в целом.

Наличие зазора переменного сечения между косой лыской на меньшей ступени плунжера и корпусом демпфирующего узла обеспечивает смягчение удара ступенчатого плунжера о его корпус при больших скоростях сжатия рессоры, что повышает надежность ее работы и позволяет с помощью параметров этого зазора изменять вид демпфирующей характеристики в начале клапанного участка.

Благодаря тому что длина продольного канала выбрана таким образом, чтобы он перекрывался большей ступенью плунжера при его движении вправо до момента открытия радиального канала, обеспечивается: во-первых, уменьшение усилия пружины ступенчатого плунжера, поскольку перепад давлений в рессоре на дроссельном участке демпфирующей характеристики действует на меньшую ступень плунжера; во-вторых, резкое открытие дополнительного дроссельного канала при дальнейшем движении ступенчатого плунжера вправо, поскольку перепад давлений в рессоре в начале клапанного участка демпфирующей характеристики действует на большую ступень плунжера.

Введением в конструкцию демпфирующего узла обратного клапана, периодически соединяющего поршневую полость цилиндра с гидравлической полостью гидроаккумулятора, обеспечивается нессиметричность демпфирующей характеристики на дроссельном участке на ходах сжатия и отбоя, что повышает плавность хода транспортного средства.

На фиг.1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, продольный разрез; на фиг.2 - продольный разрез демпфирующего узла, на фиг.3 - демпфирующая характеристика.

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 гидроаккумулятор, смонтированный в баллоне 6, в котором установлена разделительная диафрагма 7, образующая в баллоне 6 пневматическую полость 8 и гидравлическую полость 9, соединенную с поршневой полостью 4, через клапан 10, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от перепада давлений, корпус 10 которого установлен в гидравлической полости 9 баллона 6. Полости 4 и 9 заполнены жидкостью через штуцер 11, а полость 8 - газом через зарядный клапан 12 (фиг.1).

Демпфирующий узел имеет основной дроссельный канал 13, выполненный в корпусе 10 и постоянно соединяющий поршневую полость 4 цилиндра 1 с гидравлической полостью 9 баллона 6, обратный клапан 14, установленный в корпусе 10 и периодически сообщающий полости 4 и 9 между собой, подпружиненный ступенчатый плунжер 15, который установлен с возможностью осевого перемещения в сквозном осевом отверстии 16 корпуса 10 и имеет на меньшей ступени гайку 17, ограничивающую его ход влево (фиг.2). Обратный клапан 14 обеспечивает несимметричную демпфирующую характеристику на дроссельном участке на ходах сжатия и отбоя.

Ступенчатый плунжер 15 образует с корпусом 10 правую плунжерную полость 18, постоянно сообщенную с гидравлической полостью 9 гидроаккумулятора через отверстия 19 в подпружиненном стакане 20 и через отверстия 21 в корпусе 10, левую плунжерную полость 22, постоянно сообщенную с поршневой полостью 4 цилиндра 1 и дополнительно соединенную с гидравлической полостью 9 гидроаккумулятора через радиальный канал 23 в корпусе 10, перекрытый большей ступенью плунжера 15 и образующий дополнительный дроссельный канал 23, сообщающий при больших перепадах давлений полость 4 с полостью 9, кольцевую плунжерную полость 24, соединенную с правой плунжерной полостью 18 через зазор 25 переменного сечения между корпусом 10 и косой лыской 26 на меньшей ступени плунжера 15 и дополнительно соединенную с левой плунжерной полостью 22 через выполненный в корпусе 10 продольный канал 27, перекрываемый большей ступенью плунжера 15 до момента открытия радиального канала 23. Длина продольного канала 27 выбрана таким образом, чтобы он перекрывался большей ступенью плунжера 15 при его движении вправо до момента открытия радиального канала 23.

Ступенчатый плунжер 15 торцом своей меньшей ступени упирается в стакан 20, между буртом которого и корпусом 10 установлена пружина сжатия 28, обеспечивающая упругое поджатие ступенчатого плунжера 15 влево до упора его гайки 17 в корпус 10. Усилие предварительного поджатия пружины 28 выбрано таким образом, чтобы удерживать ступенчатый плунжер 15 от перемещения вправо до момента достижения скорости, соответствующей началу клапанного участка демпфирующей характеристики, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику на дроссельном участке (участок I на фиг.3). При расположении ступенчатого плунжера 15 в среднем положении продольный канал 14 перекрывается большей ступенью плунжера 15, вследствие чего ступенчато возрастает усилие от перепада давлений на ступенчатый плунжер, что обеспечивает резкое открытие клапана 10 и ступенчатое уменьшение силы демпфирования в начале клапанного участка (участок II на фиг.3). При расположении ступенчатого плунжера 15 в крайнем правом положении дополнительный дроссельный канал 23 открыт полностью, что обеспечивает при дальнейшем росте скорости сжатия рессоры прогрессивное увеличение сопротивления (участок III на фиг.3). В результате обеспечивается ступенчатая N-образная демпфирующая характеристика.

Внутри баллона 6 снаружи корпуса 10 установлено подпружиненное с помощью пружины сжатия 29 кольцо 30, которое при взаимодействии с диафрагмой 7 предотвращает ее выдавливание в зазор между корпусом 10 и баллоном 6 в конце хода отбоя.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.

Колебания транспортного средства при движении его по неровному пути вызывает перемещение поршня 2 и штока 3 относительно рабочего цилиндра 1.

На ходе сжатия рессоры шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из поршневой полости 4 перетекает в гидравлическую полость 9 баллона 6 через клапан 10, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от перепада давлений, корпус 10 которого установлен в гидравлической полости 9 баллона 6. При этом жидкость течет через основной дроссельный канал 13 и отверстия 21 в корпусе 10, так как обратный клапан 14 закрыт. Это вызывает перемещение диафрагмы 7 вправо и сжатие газа в пневматической полости 8 баллона 6, что упруго ограничивает ход сжатия рессоры.

На ходе отбоя шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в поршневой полости 4 уменьшается, и жидкость под действием перепада давлений перетекает из полости 9 в полость 4 через обратный клапан 14, основной дроссельный канал 13 и отверстия 21 в корпусе 10. Это обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления на ходе отбоя по сравнению с ходом сжатия, что обычно требуется для гусеничных транспортных средств. В случае установки тарелки обратного клапана 14 с другой стороны корпуса 10 обеспечивается оптимальное соотношение характеристик сжатия и отбоя для колесных транспортных средств.

При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы клапана 10.

При работе рессоры с малыми скоростями сжатия ступенчатый плунжер 15 с гайкой 17 остается в крайнем левом положении, упираясь торцом своей меньшей ступени в стакан 20, подпружиненный пружиной 28. В результате жидкость между полостями 4 и 9 перетекает через основной дроссельный канал 13 и отверстия 21 в корпусе 10, а также через продольный канал 27 в корпусе 10, кольцевую плунжерную полость 24, зазор 25 переменного сечения между корпусом 10 и косой лыской 26 на меньшей ступени ступенчатого плунжера 15 и отверстия 19 в подпружиненном стакане 20, обеспечивая жесткую демпфирующую характеристику (участок I на фиг.3), что необходимо для эффективного гашения резонансных колебаний транспортного средства с большими амплитудами.

При увеличении скорости сжатия рессоры давление в левой плунжерной полости 22 увеличивается, в результате чего ступенчатый плунжер 15 начинает перемещается вправо в сквозном осевом отверстии 16 корпуса 10 вместе со стаканом 20, сжимая его пружину 28. При этом до момента перекрытия продольного канала 27 большей ступенью плунжера 15 перепад давлений действует только на его меньшую ступень. После перекрытия продольного канала 27 левая 22 и кольцевая 24 плунжерные полости разобщаются и перепад давлений начинает действовать на большую ступень плунжера 15, площадь которой в несколько раз больше, чем площадь его меньшей ступени. В результате резко возрастает сила, действующая на плунжер 15, под действием которой он почти мгновенно перемещается в крайне правое положение, сжимая пружину 28 и открывая своей большей ступенью дополнительный радиальный дроссельный канал 23. При этом жидкость из кольцевой плунжерной полости 24 вытесняется в правую плунжерную полость 18 через зазор 25 переменного сечения между корпусом 10 и косой лыской 26 на меньшей ступени ступенчатого плунжера 15, что обеспечивает смягчении удара его большей ступени о корпус 10 демпфирующего узла. В результате жесткость демпфирующей характеристики ступенчато уменьшается (участок II на фиг.3), что необходимо для эффективного гашения зарезонансных колебаний подвески.

При дальнейшем увеличении скорости сжатия рессоры ступенчатый плунжер 15 находится в крайнем правом положении, а дополнительный дроссельный канал 23 полностью открыт. В результате гидравлическое сопротивление рессоры при росте скорости прогрессивно увеличивается (участок III на фиг.3), что обеспечивает эффективное гашение высокочастотных колебаний колес с большой амплитудой, снижая вероятность пробоя подвески.

Таким образом, при увеличении скорости сжатия рессоры и перепада давлений на клапане 10 обеспечивается ступенчатая N-образная демпфирующая характеристика.

В конце хода отбоя диафрагма 7 под действием перепада давлений между полостями 9 и 4 давит на кольцо 30, которое перемещается влево, сжимая пружину 29, что предотвращает ее выдавливание в зазор между корпусом 10 и баллоном 6.

Для увеличения или уменьшения клиренса транспортного средства жидкость, соответственно, подается в поршневую полость 4 через штуцер 11 или сливается из нее, в результате чего рессора разжимается или сжимается. Зарядку газом осуществляют через зарядный клапан 12. Полость 5 служит пространством для продольно-углового перемещения штока 3, поскольку цилиндр 1 в подвеске транспортного средства закреплен неподвижно.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства имеет простую и надежную конструкцию и обеспечивает повышение плавности хода за счет ступенчатого N-образного автоматически регулируемого гидравлического сопротивления в зависимости от скорости сжатия рессоры. Это повышает эффективность гашения колебаний корпуса транспортного средства как при движении по большим периодически расположенным неровностям, так и при преодолении одиночных неровностей дороги. Применение этой рессоры приведет к снижению вибронагруженности транспортного средства и эксплуатационных затрат, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности при движении практически по любым типам дорог.