ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АМОРТИЗАТОР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE HYDRO PNEUMATIC SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к системам подрессоривания транспортных средств.
Известна пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлены поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и кольцевую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан. Упомянутый клапан выполнен в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний. В корпусе клапана установлен плунжер П-образного сечения с возможностью осевого перемещения внутри клапана, причем плунжер имеет свой разгрузочный микроклапан.
При малых амплитудах колебаний штока относительно цилиндра сила демпфирования минимальна, т.к. П-образный плунжер колеблется вверх-вниз внутри клапана вместе с рабочей жидкостью. Но при больших амплитудах сопротивление демпфирования возрастает, т.к. плунжер запирает в своих крайних положениях часть дросселирующих отверстий и для прохода жидкости остается лишь тонкое отверстие микроклапана (патент РФ №2209735 от 25.04.2002, МПК B60G 11/26).
Недостатком описанной конструкции является то, что регулирующий клапан с плунжером расположены не на штоке, а в нижней части цилиндра, и попытки увеличить сопротивление ходу отбоя вызовут появление значительных разряжений над клапаном, что приведет к вскипанию и кавитации жидкости с последующим нарушением режима работы устройства.
Указанный недостаток частично устранен в известной пневмогидравлической рессоре (патент РФ №2045832 от 29.06.94, МПК B60G 11/26), содержащей цилиндр со штоком и поршнем, гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан и демпфер максимальных колебаний. В этой конструкции клапан встроен в шток, который является одновременно и гидроаккумулятором. Сам клапан содержит внутри себя подпружиненный плунжер, который своей нижней кромкой может закрывать либо открывать дросселирующие радиальные отверстия, просверленные в теле клапана. Плунжер реагирует на перепады давления в надпоршневой и подпоршневой полостях, и при больших перепадах рабочая жидкость, преодолевая сопротивление пружины, приподнимает плунжер, и он своей нижней кромкой открывает радиальные дросселирующие отверстия, что обеспечивает снижение силы демпфирования.
Недостатком известной конструкции является то, что устройство, изменяющее степень демпфирования амортизатора, не способно разделить, что именно происходит во время хода отбоя: движутся ли колеса вниз, преодолевая пустоту, для восстановления контакта с дорожным полотном или же движется корпус транспортного средства в этот момент вверх.
В реальной же практике движения транспортного средства по пересеченной местности есть два качественно отличающихся варианта хода отбоя. Пружина подвески, разжимаясь после прохождения неровности (кочки, бугра), одновременно стремится толкнуть корпус транспортного средства вверх, а колеса - вниз. При этом желательно, чтобы колеса как можно быстрее восстановили контакт с дорогой и соответственно сопротивление ходу отбоя должно быть минимальным. Но как только колесо восстановило контакт с дорогой, дальнейшее разжатие пружины вызывает подброс корпуса транспортного средства вверх, и, чтобы сгладить этот негативный эффект, амортизатор должен иметь в этот момент максимальное сопротивление отбоя. Другими словами, на одном ходе разжатия пружины (ход отбоя) необходимо иметь различное сопротивление отбоя - минимальное, если колеса оторвались от дорожного покрытия и им надо быстрее восстановить контакт; и максимальное - в том случае, если контакт уже восстановлен (или не был потерян), а пружине еще надо разжиматься. Известная же конструкция не способна разделить описанные два случая хода отбоя и гасит взаимные колебания поршня и цилиндра амортизатора одинаково: низкоамплитудные с большим сопротивлением, а широкоамплитудные - с меньшим сопротивлением. В то время как существуют ситуации, когда при большой амплитуде и скорости движения штока с поршнем относительно цилиндра амортизатора необходимо иметь низкое сопротивление ходу отбоя.
Задачей настоящего изобретения является повышение комфортабельности и управляемости транспортного средства при движении по неровному покрытию. Амортизатор самостоятельно определяет начало вертикальных колебаний корпуса транспортного средства и в этот момент увеличивает свое сопротивление. В случае же колебаний колес относительно корпуса сопротивление амортизатора минимально, даже если эти движения имеют значительную амплитуду. Указанная задача решается тем, что в амортизаторе, содержащем цилиндр, заполненный рабочей жидкостью, с поршнем и штоком, имеющим в своей нижней части радиальные дросселирующие отверстия, а также подпружиненный плунжер, перекрывающий своей кромкой эти дросселирующие отверстия, упомянутые дросселирующие отверстия расположены не в одной поперечной плоскости, как у прототипа, а разнесены по высоте штока. В то же время подпружиненный регулирующий плунжер надет на шток по скользящей посадке, а боковой зазор между ним и поршнем достаточно велик для свободного перетекания рабочей жидкости. Благодаря такому устройству амортизатор в нормальном состоянии имеет слабую степень демпфирования, т.к. для прохода жидкости из надпоршневой полости в подпоршневую открыто наибольшее количество дросселирующих отверстий на нижней части штока. И лишь в случае вертикального движения корпуса вместе со штоком вверх (подброс) регулирующий плунжер благодаря своей массе стремится сохранить свое положение и, преодолевая сопротивление своей пружины, перекрывает часть дросселирующих отверстий, что резко повышает сопротивление хода отбоя и замедляет подброс корпуса вверх. То есть амортизатор интенсивно гасит только лишь колебания кузова, но колебания колес гасит с незначительным сопротивлением для того, чтобы они как можно быстрее восстанавливали контакт с дорожным полотном.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков амортизатора с достижением указанного технического результата.
На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого амортизатора в состоянии покоя, а на фиг.2 показан такой же разрез, но в момент подброса корпуса транспортного средства вверх. Фиг.3 представляет один из вариантов конструктивного исполнения, когда гидроцилиндр соединен с корпусом транспортного средства, а шток - с колесами, т.е. амортизатор перевернут по сравнению с фиг.1 и 2.
Предлагаемый амортизатор содержит (фиг.1) гидроцилиндр 1 и гидроаккумулятор 2, соединенные между собой гибким трубопроводом 3. В корпусе гидроцилиндра установлен поршень 4 со штоком 5, образующие надпоршневую полость А и подпоршневую полость Б. Поршень 4 гидроцилиндра 1 выполнен полым и крепится к штоку 5 гайкой 6. Внутри поршня 4 на шток 5 надет по скользящей посадке регулирующий плунжер 7, опирающийся снизу на пружину 8. Нижняя часть штока 5 имеет продольный канал 9 с двумя отверстиями 10, выходящими в надпоршневую полость А. Этот же канал 9 в самой нижней части штока 5 имеет ряд тонких дросселирующих отверстий 11, расположенных по винтовой образующей. Нижняя кромка регулирующего плунжера 7 при его опускании вниз перекрывает все большее количество дросселирующих отверстий 11, что увеличивает сопротивление ходу отбоя.
Верхняя часть поршня имеет ряд вертикальных отверстий 12, прикрытых пластинчатым клапаном 13 хода сжатия, создающим незначительное сопротивление. Пружина 8 снизу запирается болтом 14, ввернутым в торец штока 5.
Корпус гидроаккумулятора 2 содержит в себе компенсационный поршень 15, который разделяет гидравлическую полость В и пневматическую полость Г. Для закачки сжатого газа в полость Г служит штуцер 16. В нижней части пневмоцилиндра 2 установлен игольчатый регулятор 17 сопротивления хода сжатия и обратный клапан 18.
Вариант, изображенный на фиг.1, предполагает соединение штока 5 с корпусом транспортного средства, а гидроцилиндра 1 с колесами (на чертеже не показаны).
Предлагаемый амортизатор работает следующим образом. При ходе сжатия гидроцилиндр 1 идет вверх навстречу штоку 5. Объем подпоршневой полости Б при этом уменьшается, и часть жидкости, преодолевая легкое сопротивление клапана сжатия 13, перетекает в надпоршневую полость А. Другая часть жидкости перетекает по трубопроводу 3 в гидроаккумулятор 2, преодолевая сопротивление игольчатого регулятора 17. Другими словами, сопротивление хода сжатия создается в основном регулятором 17, а сопротивление клапана сжатия 13 пренебрежимо мало. То есть работа предлагаемого амортизатора во время хода сжатия ничем не отличается от известных амортизаторов.
Во время же хода отбоя амортизатор самостоятельно регулирует сопротивление в зависимости от вертикальных колебаний корпуса. Наиболее оптимальной работой подвески транспортного средства считается такая, при которой нет вертикальных ускорений корпуса, т.е. он неподвижен относительно линии горизонта. Колеса же должны после преодоления препятствия (кочки) как можно быстрее восстановить контакт с поверхностью. Таким образом, если гидроцилиндр 1 движется вниз вместе с колесом, то в этом случае регулирующий плунжер 7 остается в верхнем положении и его нижняя кромка при этом открывает наибольшее число дросселирующих отверстий 11. Жидкость вытесняется из надпоршневой полости А в подпоршневую полость Б через продольный канал 9, затем через максимальное число открытых дросселирующих отверстий 11. Этот режим хода отбоя показан на фиг.1, сопротивление хода отбоя минимальное.
Если же во время хода отбоя корпус транспортного средства подбрасывает вверх, то в этом случае регулирующий плунжер 7, стремясь сохранить состояние покоя относительно гравитационного поля Земли, сжимает пружину 8 и своей нижней кромкой перекрывает часть дроссельных отверстий 11 и тем самым увеличивает сопротивление хода отбоя и не позволяет пружинам или рессорам транспортного средства слишком резко вытолкнуть корпус вверх. Эта ситуация изображена на фиг.2. Другими словами, предложенный амортизатор может самостоятельно варьировать сопротивление хода отбоя от минимального, когда колесам надо двигаться вниз для восстановления контакта с поверхностью, до максимального, когда контакт колес восстановлен и дальнейшее разжатие пружин или рессор вызывает нежелательный подброс корпуса транспортного средства вверх.
При этом следует отметить, что в предложенном амортизаторе сопротивление хода отбоя варьируется не скоростями перетекания жидкостей из надпоршневой полости А в подпоршневую Б, а реагирует именно на вертикальное раскачивание кузова. Таким образом, предложенная конструкция позволяет быстрее известных восстанавливать контакт колес с дорогой, например, при прохождении кочковатого поворота, а с другой стороны, в первое же мгновение подброса корпуса транспортного средства вверх резко увеличивает сопротивление и пресекает это раскачивание, что значительно увеличивает комфорт и безопасность движения.
Изобретение может быть осуществлено в других вариантах исполнения: например, если с корпусом транспортного средства соединен гидроцилиндр 1, а шток 5 - с колесами (фиг.3). В этом случае регулирующий плунжер 7 со своей пружиной 8 крепится в отдельном стакане 19, который жестко соединен с гидроцилиндром 1. Поршень 4 амортизатора выполняется глухим, а полости А и Б снабжены отдельными шлангом сжатия 20 и шлангом отбоя 21. Гибкий трубопровод 3 соединяет полость под регулирующим плунжером 7 с гидравлической полостью В гидроаккумулятора 2. В нижней части гидроаккумулятора 2 смонтированы обратный клапан 18, питательный клапан 22 и игольчатый регулятор 17 сопротивления хода сжатия.
Амортизатор, представленный на фиг.3, работает следующим образом. Поскольку поршень 4 глухой, в момент хода сжатия все масло из полости А перетекает по шлангу сжатия 20 через игольчатый регулятор 17 в гидравлическую полость В гидроаккумулятора 2. Одновременно из полости В через обратный клапан 18 подпитывается подпоршневая полость Б гидроцилиндра 1. Во время же хода отбоя масло должно вытесняться из подпоршневой полости Б, но поскольку клапан 18 при таком потоке масла запирается, то маслу остается один путь - через дросселирующие отверстия 11 и гибкий трубопровод 3. При этом, если гидроцилиндр 1, соединенный с корпусом транспортного средства, не подбрасывается вверх, то регулирующий плунжер 7 отжат своей пружиной 8 в крайнее верхнее положение и число открытых дросселирующих отверстий максимально. Соответственно и сопротивление ходу отбоя невелико. Но если в момент наезда колес транспортного средства на препятствие происходит его подброс вверх, то регулирующий плунжер 7 смещается вниз относительно гидроцилиндра 1 и перекрывает своей нижней кромкой часть дросселирующих отверстий 11, что увеличивает сопротивление ходу отбоя и снижает раскачивание транспортного средства.
Могут быть и другие варианты технического исполнения, но отличительная черта предлагаемого изобретения остается постоянной: сопротивление ходу отбоя регулируется подпружиненным плунжером, который своей кромкой может перекрывать дросселирующие отверстия. При этом конструктивный элемент, в котором помещен регулирующий плунжер, должен быть жестко связан с корпусом транспортного средства, а сам плунжер смещается вдоль дросселирующих отверстий не потоками рабочей жидкости, а под действием гравитационных сил.