Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства

Реферат

 

Использование: изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности, к пневмогидравлическим рессорам с саморегулированием в зависимости от частоты колебаний. Сущность заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс за счет нового технического цикла работы демпфирующего узла, увеличивающего эффективность гашения в резонансных зонах и неусиливающего колебания в нерезонансных зонах, что приводит к повышению плавности хода и устойчивости движения транспортного средства. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

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

Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства (а.с. СССР N 1028533, кл. B 60 G 11/26, F 16 F 9/34, 1983), содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, смонтированный в дополнительном цилиндре, в котором установлен плавающий поршень, образующий в нем пневматическую полость и гидравлическую полость, соединенную с надпоршневой полостью цилиндра через клапан, перекрывающий отверстие в днище цилиндра, и демпфер максимальных колебаний. Клапан выполнен в виде корпуса, внутри которого смонтирован шток соединенный одним концом с затвором, установленным с кольцевым зазором в упомянутом отверстии, и снабжен фиксатором положении штока, выполненным в виде радиально подпружиненных роликов, причем в средней части штока выполнена проточка для взаимодействия с роликами фиксатора. Профили отверстия и проточки имеют, соответственно, форму однополостного гиперболоида и форму кривой Верьзьера Аньези. Это 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 нагружения, а значит повышается плавность хода по сравнению с применяемыми в настоящее время подвесками, имеющими обычные переливные клапана, срабатывающие при превышении заданного перепада давлений и обеспечивающие не уменьшение, а, даже наоборот, небольшое увеличение гидравлического сопротивления при росте скорости деформаций.

Недостатком данной рессоры является неточное регулирование жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний, поскольку клапан в этой рессоре работает в зависимости от относительной скорости цилиндра и штока, а зависимость от частоты здесь условна, т.к. в зарезонансной зоне колебаний возможны режимы, когда относительная скорость окажется меньше, чем в резонансное, т.е. клапан будет тогда работать с жесткой демпфирующей характеристикой, потери в подвеске увеличатся, а плавность хода ухудшается.

Наиболее близкой из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, (патент РФ N 2045832, B 60 G 11/26, F 16 F 9/34, 1994), содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, и демпфер максимальных колебаний. Шток рессоры выполнен полым и в нем размещен гидроаккумулятор. Клапан, выполнен в виде демпфирующего узла, установленного в поршне, и включает основной дроссельный канал, постоянно соединяющий подпоршневую и штоковую полости между собой, подпружиненный полый двухступенчатый плунжер, который установлен в сквозном осевом отверстии поршня и образует с последним надплунжерную полость, сообщенную со штоковой полостью и полостью двухступенчатого плунжера, подплунжерную полость, сообщенную с подпоршневой полостью, верхнюю кольцевую плунжерную полость, сообщенную с надплунжерной полостью через дроссельный паз на цилиндрической части большей ступени двухступенчатого плунжера, и нижнюю кольцевую плунжерную полость, соединенную с полостью двухступенчатого плунжера, и нижнюю кольцевую полость, соединенную с полостью двухступенчатого плунжера через отверстия в торце его средней части и дополнительно соединенную с поршневой полостью через выполненные в поршне радиальные отверстия, перекрытые средней цилиндрической двухступенчатого плунжера и образующие дополнительный дроссельный канал, сообщенный подпоршневую и штоковую полости между собой при высокочастотных колебаниях рессоры и при больших перепадах давлений на ходе сжатия, а также включает насос, поршень которого установлен в дополнительном сквозном отверстии поршня и образует с последним полость насоса, соединенную со штоковой полостью через всасывающий клапан и фильтр, а с верхней кольцевой плунжерной полостью через нагнетательный клапан. При низкочастотных колебаниях рессоры дополнительный дроссельный канал закрыт, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику. При высокочастотных колебаниях рессоры подача жидкости насосом в верхнюю кольцевую полость становится больше ее расхода их этой полости через дроссельный паз, что приводит к подъему двухступенчатого плунжера и открытию дополнительного дроссельного канала, в результате чего обеспечивается мягкая демпфирующая характеристика.

Данная рессора имеет сравнительно низкий технический уровень, что обусловлено невозможностью данной конструкцией обеспечить эффективное гашение резонансных колебаний подрессоренной массы или кузова транспортного средства при возникновении условий движения, когда подвеска работает, например, одновременно в режиме резонансных и зарезонансных колебаний. Это возможно при движении по волнистой выбитой дороге со скоростью, вызывающей резонанс вертикальных или угловых колебаний кузова и интенсивные высокочастотные колебания колес. В этом режиме происходит открытие дополнительного дроссельного канала, поскольку демпфирующий узел реагирует на наибольшую частоту деформаций рессоры. Наличие же в рессоре демпфера максимальных колебаний лишь частично уменьшает амплитуду колебаний, так как он работает только в конце ходов сжатия и отбоя. В результате плавность хода и скорость движения транспортного средства снижаются, а общие потери энергии возрастают. Кроме того, данная рессора не обеспечивает эффективного гашения высокочастотных резонансных колебаний неподрессоренных масс или колес транспортного средства, так как в этом режиме дополнительный дроссельный канал будет также открыт. Это увеличивает вероятность пробоя подвески и отрыв колес от дороги, в результате чего снижается устойчивость и безопасность движения автомобиля.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства с демпфирующим узлом, саморегулируемым в зависимости от частот собственных колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс, имеющим основной и дополнительный дроссельные каналы, сообщающие подпоршневую полость с полостью гидроаккумулятора при нерезонансных колебаниях подрессоренной и неподрессоренной масс, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер и два подпружиненных кольцевых груза, установленных в полости гидроаккумулятора, каждый из которых взаимодействует, соответственно, при резонансных колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал. Тем самым достигается работы рессоры с новым принципом действия демпфирующей системы, автоматически изменяющей гидравлическое сопротивление в зависимости от режимов колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс.

Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства является автоматическое двухступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики в зависимости от частоты колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс за счет нового технического цикла работы демпфирующего узла, увеличивающего эффективность гашения в резонансных зонах и неусиливающего колебания в нерезонансных зонах, что приводит к повышению плавности хода и устойчивости транспортного средства.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства, содержащей цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, последний выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты собственных колебаний подрессоренной массы, включающего основной дроссельный канал, выполненный в днище корпуса демпфирующего узла и постоянно соединяющий подпоршневую полость с полостью гидроаккумулятора, дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными на нижней цилиндрической части корпуса демпфирующего узла радиальными отверстиями, сообщающими полость гидроаккумулятора с подпоршневой полостью через внутреннюю полость корпуса демпфирующего узла, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер, установленный выше радиальных отверстий снаружи цилиндрической части корпуса демпфирующего узла и образующий с последним кольцевую плунжерную полость, сообщенную с полостью гидроаккумулятора через фильтр, впускной канал и дроссельный паз, и подпружиненный кольцевой груз, установленный в полости гидроаккумулятора, имеющий частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы и взаимодействующий своим нижним торцом при резонансных колебаниях подрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал, а также включающего дополнительный подпружиненный кольцевой груз, установленный в полости гидроаккумулятора, имеющий частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний неподрессоренной массы и взаимодействующий своим нижним торцом при резонансных колебаниях неподрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал, и включающего предохранительный клапан сжатия и отбоя, установленный во внутренней полости корпуса демпфирующего узла и сообщающий между собой подпоршневую полость и полость гидроаккумулятора при больших перепадах давлений.

Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства клапан, соединяющий подпоршневую полость с полостью гидроаккумулятора, выполнен в виде демпфирующего узла, включающего основной и дополнительный дроссельный каналы, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер, и подпружиненные кольцевые грузы, имеющие частоты собственных колебаний близкие к частотам собственных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, обеспечивается две ступени жесткости демпфирующей характеристики рессоры, саморегулирующей свое гидравлическое сопротивление в зависимости от частоты колебаний кузова и колес транспортного средства. Вследствие этого достигается эффективное гашение колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс в резонансных зонах и практически не происходит усиления колебаний в дорезонансной, межрезонансной и зарезонансной зонах, что в итоге повышает плавность хода и устойчивость транспортного средства при его движении практически в любых дорожных условиях, т.е. подвеска обладает свойством адаптивности.

Наличием в конструкции демпфирующего узла впускного клапана и дроссельного паза обеспечивается заполнение жидкостью кольцевой плунжерной полости при движении вниз подпружиненного кольцевого ступенчатого плунжера вследствие его взаимодействия с одним из подпружиненных кольцевых грузов и замедленное движение вверх этого плунжера под действием пружины, т.е. данные элементы демпфирующего узла выполняют функции реле времени, обеспечивающего задержку открытия дополнительного дроссельного канала.

Наличием в конструкции демпфирующего узла фильтра исключается засорение впускного клапана и дроссельного паза плунжера, что повышает надежность работы узла и стабильность его характеристик.

Выполнением двух подпружиненных грузов кольцевыми достигается практически свободное их движение в полости гидроаккумулятора до момента взаимодействия с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером вследствие малого гидравлического сопротивления, а затем последующее замедленное движение вниз вследствие большего упругого и гидравлического сопротивления, что в итоге обеспечивает, во-первых, быстрое закрытие дополнительного дроссельного канала практически в самом начале возникновения вынужденных резонансных колебаний кузова и колес, а во-вторых, гашение максимальных колебаний самих подпружиненных кольцевых грузов.

Наличием в рессоре предохранительного клапана ходов сжатия и отбоя обеспечивается уменьшение перепадов давлений при больших скоростях сжатия и отбоя.

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 "изобретательских уровень".

На фиг.1 изображена пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, продольный разрез, а на фиг.2 продольный разрез демпфирующего узла.

Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр 1, в котором установлен поршень 2 со штоком 3, образующие в цилиндре 1 подпоршневую 4 и надпоршневую 5 полости. Шток 3 выполнен полым и в полости штока 5 размещен гидроаккумулятор, соединенный с подпоршневой полостью 4 через клапан 7, установленный в поршне 2. Подпоршневая полость 4 заполнена жидкостью, а полость штока 6 жидкостью и газом. Надпоршневая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса.

Клапан 7 выполнен в виде саморегулируемого в зависимости от частоты колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс демпфирующего узла 7, включающего основной дроссельный канал 8, выполненный в днище корпуса 7 демпфирующего узла и постоянно соединяющий подпоршневую полость 4 с полостью штока 6, обратный клапан 9, установленный в корпусе 7 и периодически сообщающий полости 4 и 6 между собой, дополнительный дроссельный канал 10, образованный выполненными на нижней цилиндрической части корпуса 7 радиальными отверстиями 10, сообщающими полость штока 6 с подпоршневой полостью 4 через внутреннюю полость 11 корпуса 7, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер 12, установленный выше радиальных отверстий 10 снаружи цилиндрической части корпуса 7 и образующий с последним кольцевую плунжерную полость 13, сообщенную с полостью штока 6 через фильтр 14, впускной клапан 15 и дроссельный паз 16, подпружиненный кольцевой груз 17 и дополнительный подпружиненный кольцевой груз 18, установленные в полости штока 6 с возможностью осевого перемещения, и предохранительный клапан сжатия и отбоя 19, установленный во внутренней полости 11 корпуса 7 и сообщающий между собой подпоршневую полость 4 и полость штока 6 при больших перепадах давлений. Предохранительный клапан сжатия и отбоя 19 имеет осевое отверстие 20 и отверстия 21, перекрытие, соответственно, штоком клапана и клапанной тарелкой.

Подпружиненный кольцевой груз 17 имеет частоту собственный колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы, а дополнительный подпружиненный кольцевой груз 18 имеет частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний неподрессоренной массы, что обеспечивает их взаимодействие с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 12 и перекрытие последним дополнительного дроссельного канала 10 только при резонансных колебаниях кузова и колес, соответственно.

При закрытых радиальных отверстиях 10 рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, а при открытых радиальных отверстиях 10 мягкую демпфирующую характеристику, что увеличивает эффективность гашения резонансных колебаний кузова и колес и практически не усиливает колебания в нерезонансных зонах.

Обратный клапан 9 обеспечивает несимметричную демпфирующую характеристику, что увеличивает эффективность гашения колебания в нерезонансных зонах.

Обратный клапан 9 обеспечивает несимметричную демпфирующую характеристику ходов сжатия и отбоя, а предохранительный клапан 19 ограничивает рост давлений при закрытых радиальных отверстиях 10 и больших скоростях сжатия и отбоя, что обеспечивает повышение плавности хода транспортного средства и надежности рессоры.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.

На ходе сжатия рессоры, т.е. когда шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из подпоршневой полости 4 перетекает в полость штока 6 через демпфирующий узел 7, что вызывает сжатие газа в штоковой полости 6. На ходе отбоя, когда шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в подпоршневой полости 4 уменьшается, и жидкость под действием перепада давлений перетекает из штоковой полости 6 в подпоршневую жидкость 4 через демпфирующий узел 7. При этом в зависимости от режимов колебаний подрессоренной и неподрессоренной масс возможны следующие режимы работы демпфирующего узла 7.

При колебаниях подрессоренной и неподрессоренной масс в дорезонансной, межрезонансной и зарезонансной зонах подпружиненные кольцевые грузы 17 и 18 колеблются с небольшой амплитудой и поэтому не взаимодействуют с подпружиненным ступенчатым плунжером 12, вследствие чего дополнительный дроссельный канал 10 открыт, что обеспечивает мягкую демпфирующую характеристику рессоры. При этом на ходе сжатия жидкость течет через основной дроссельный канал 8, обратный клапан 9, внутреннюю полость 11 и дополнительный дроссельный канал 10, на ходе отбоя через основной дроссельный канал 8, дополнительный дроссельный канал 10 и внутреннюю полость 11.

При возникновении резонансных колебаний подрессоренной массы подпружиненный кольцевой груз 17, вследствие совпадения собственных частот колебаний и малого гидравлического сопротивления, начинает быстро раскачиваться и взаимодействует с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 12, который перемещается вниз и перекрывает дополнительный дроссельный канал 10, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику рессоры. Аналогично при возникновении резонансных колебаний неподрессоренной массы дополнительный подпружиненный кольцевой груз 18, вследствие совпадения собственных частот колебаний и малого гидравлического сопротивления, начинает быстро раскачиваться и взаимодействует с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером 12, который перемещается вниз и перекрывает дополнительный дроссельный канал 10, что также обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику рессоры. При этом на ходе сжатия жидкость течет через основной дроссельный канал 8, обратный клапан 9 и внутреннюю полость 11, а на ходе отбоя через основной дроссельный канал 8 и внутреннюю полость 11.

В результате совместного движения одного из грузов 17 или 18 и подпружиненного кольцевого ступенчатого плунжера 12 вниз жидкость из полости 6 поступает в кольцевую плунжерную полость 13 через фильтр 14 и впускной клапан 15. При последующем движении грузов 17 или 18 вверх плунжер 12 под действием своей пружины движется также вверх, но замедленно вследствие вытеснения жидкости из кольцевой плунжерной полости 13 в полость 6 через дроссельный паз 16. Параметры подпружиненного ступенчатого плунжера 12 и дроссельного паза 16 подобраны таким образом, чтобы в режиме резонансных колебаний рессоры дополнительный дроссельный канал 10 не успевал бы открываться до последующего взаимодействия с одним из грузов 17 или 18.

Вследствие того, что подпружиненные грузы выполнены кольцевыми достигается практически свободное их движение в полости гидроаккумулятора до момента взаимодействия с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером вследствие малого гидравлического сопротивления, а затем последующее замедление движение вниз вследствие большого упругого и гидравлического сопротивления, что в итоге обеспечивает, во-первых, быстрое закрытие дополнительного дроссельного канала практически в самом начале возникновения вынужденных резонансных колебаний кузова и колес, а во-вторых, гашение максимальных колебаний самих подпружиненных кольцевых грузов.

В случае возникновения больших перепадов давлений между полостями 6 и 4 срабатывает предохранительный клапан 19, установленный во внутренней полости 11 корпуса 7, и на ходе сжатия жидкость течет через осевое отверстие 20, а на ходе отбоя через отверстия 21.

Надпоршневая полость 5 цилиндра 1 может быть использована для отвода утечек жидкости, просочившейся через уплотнение поршня 2, в гидросистему транспортного средства или подачи жидкости из этой гидросистемы для подъема колеса.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства обеспечивает повышение его плавности хода и устойчивости движения вследствие саморегулирования ее гидравлических характеристик в зависимости от частот колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс транспортного средства. Это приводит к снижению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, увеличению средних скоростей и производительности транспортных средств при движении практически по любым дорогам.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, предназначенное для применения в подвеске транспортных средств и обеспечивает саморегулирование гидравлических характеристик в зависимости от частот колебаний кузова и колес автомобиля, снижение общих потерь энергии, повышение плавности хода и устойчивости движения; 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".

Формула изобретения

1. Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от частоты колебаний подрессоренной массы, включающего основной дроссельный канал, выполненный в днище корпуса демпфирующего узла и постоянно соединяющий подпоршневую полость с полостью гидроаккумулятора, дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными на нижней цилиндрической части корпуса демпфирующего узла радиальными отверстиями, сообщающими полость гидроаккумулятора с подпоршневой полостью через внутреннюю полость корпуса демпфирующего узла, подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер, установленный выше радиальных отверстий снаружи цилиндрической части корпуса демпфирующего узла и образующий с последним кольцевую плунжерную полость, сообщенную с полостью гидроаккумулятора через фильтр, впускной клапан и дроссельный паз, и подпружиненный кольцевой груз, установленный в полости гидроаккумулятора, имеющий частоту собственных колебаний, близкую к частоте собственных колебаний подпрессоренной массы, и взаимодействующий своим нижним торцом при резонансных колебаниях подрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал.

2. Рессора по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным подпружиненным кольцевым грузом, установленным в полости гидроаккумулятора, имеющим частоту собственных колебаний, близкую к частоте собственных колебаний неподрессоренной массы, и взаимодействующим своим нижним торцом при резонансных колебаниях неподрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вниз дополнительный дроссельный канал.

3. Рессора по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена предохранительным клапаном сжатия и отбоя, установленным во внутренней полости корпуса демпфирующего узла и сообщающим между собой подпоршневую полость и полость гидроаккумулятора при больших перепадах давлений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2