ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к гидропневматическим подвескам транспортных средств.
Подвеска колеса транспортного средства (ТС) предназначена для выполнения множества функций, главной из которых является обеспечение нормируемой вибронагруженности кабины и кузова с экипажем, грузов и конструктивных элементов автомобиля. Эта задача сводится к обеспечению оптимальной частотной зависимости между амплитудой колебания профиля дороги и амплитудой колебания подрессоренной массы. Такая частотная зависимость определяется, в первую очередь, собственной частотой колебаний подрессоренной массы (перемещения подрессоренной массы вверх и вниз), приходящейся на одну подвеску колеса, а также коэффициентом демпфирования колебаний.
Вибронагруженность регламентируется стандартами ИСО 2631-78 и ГОСТ 12.1.012-90. Нормы вибронагруженности устанавливаются такими, чтобы на дорогах, для которых предназначен автомобиль, колебания водителя и пассажиров не вызывали у них неприятных ощущений и быстрой утомляемости, а колебания грузов и конструктивных элементов автомобиля не приводили к их повреждениям. Например, в диапазоне частот 4-8 Гц повышается чувствительность организма человека к вибрации, и нормы вибронагруженности в этом диапазоне частот ужесточаются.
Другой важной функцией подвески колеса является возможность изменения величины клиренса подрессоренной массы (дорожного просвета между подрессоренной массой и дорогой). Увеличение клиренса позволяет преодолевать выступающие макронеровности дороги без контакта подрессоренной массы с дорожной поверхностью, то есть существенно повышает параметры профильной проходимости ТС. Уменьшение клиренса позволяет ТС двигаться по дорогам с ограничениями по высоте и облегчает погрузочно-разгрузочные работы.
Кроме того, управление величиной клиренса без остановки ТС может обеспечить целый ряд других функций подвески колеса, связанных с безопасностью движения. Например, при криволинейном движении ТС появляется возможность увеличить клиренс подвески колеса, находящегося на внешнем радиусе и уменьшить клиренс колеса, находящегося на внутреннем радиусе, и тем самым уменьшить риск опрокидывания ТС.
Известны подвески колеса ТС, стабилизирующие клиренс подрессоренной массы или обеспечивающие уменьшение амплитуды колебаний подрессоренной массы (см. Б.Н. Белоусов, С.Д. Попов, «Колесные транспортные средства особо большой грузоподъемности», Москва, Издательство МГТУ им, Н.Э. Баумана, 2006; стр. 531, Рис. 13.12; стр. 532, Рис. 13.13; стр. 537, Рис. 13.18; стр. 540, Рис. 13.19).
Известна «Активная пневмогидравлическая подвеска транспортного средства» (Патент SU 901087, B60G 25/00, дата публикации 30.01.1982 г). Техническое решение направлено на повышение надежности. С этой целью поршневая полость цилиндра соединена с пневмогидравлической камерой прямого давления через одну пару штуцеров распределителя, а к другой паре штуцеров распределителя подсоединены напорная и всасывающая магистраль насоса, параллельно которому установлен обратный клапан для прохода жидкости от всасывающей к напорной магистрали.
Общими недостатками известных решений является их невысокая надежность.
Известна пневмогидравлическая активная подвеска с исполнительным насосом (см. В.Д. Шарапов, «Активные подвески транспортных средств», Рижское высшее военно-политическое краснознаменное училище имени маршала Советского Союза Бирюзова С.С., Рига, 1980, стр. 54) в состав которой входят дифференциальный гидравлический цилиндр, соединяющий подрессоренную и неподрессоренную массы; пневмогидравлические аккумуляторы, подключенные к полостям дифференциального гидравлического цилиндра; пропорциональный четырехлинейный электрогидравлический распределитель, гидравлический вход которого подключается к линии нагнетания гидравлической системы, а выходы - к полостям дифференциального гидравлического цилиндра; электронное вычислительное устройство, входы которого соединены с электрическими выходами датчиков давления в полостях дифференциального гидравлического цилиндра; другие гидравлические, электрические и электрогидравлические устройства. Такая подвеска обеспечивает возможность изменения клиренса и уменьшает амплитуду колебаний подрессоренной массы. Однако недостатком этой подвески является отсутствие комплексного подхода к решению задачи по выполнению обеих функций, возложенных на подвеску. Это приводит к ухудшению эксплуатационных качеств подвески: к увеличению вибронагруженности экипажа, грузов и конструктивных элементов автомобиля, ограничению возможностей по преодолению выступающих неровностей дорожного покрытия и участков дороги с ограничениями по высоте, снижению безопасности движения. По совокупности существенных признаков данное решение принято за прототип.
Настоящая полезная модель направлена на комплексное решение проблемы, обеспечивающее выполнение обеих функций, возложенных на подвеску, в результате чего реализуются следующие режимы эксплуатации:
- автоматическое обеспечение заданного клиренса подрессоренной массы без изменения ее собственной частоты колебаний;
- автоматическое обеспечение заданной собственной частоты колебаний подрессоренной массы при постоянном значении клиренса подрессоренной массы;
- одновременное автоматическое обеспечение заданных собственной частоты колебаний и клиренса подрессоренной массы.
Техническим результатом при использовании полезной модели является улучшение эксплуатационных качеств подвески колеса транспортного средства и, как следствие, повышение безопасности перевозки людей и грузов.
Технический результат достигается за счет того, что:
- подвеска дополнительно содержит трехлинейный электрогидравлический распределитель, выход которого подключен к гидравлическому входу четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя, а гидравлический вход - к линии нагнетания гидравлической системы;
- к гидравлическому входу четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя подключены пневмогидравлический аккумулятор и датчик давления с электрическим выходом;
- отношение величин ширины рабочих окон гильзы четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя равно, соответственно, отношению величин рабочих площадей поршня дифференциального гидравлического цилиндра;
- перекрытия золотниковой пары четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя выполнены отрицательными, а их абсолютная величина больше, чем абсолютная величина смещения золотника из среднего положения, которая обеспечивает величины давлений в поршневой и штоковой полостях дифференциального гидравлического цилиндра, компенсирующие статическую нагрузку, пропорциональную максимальной величине подрессоренной массы.
- входы электронного вычислительного устройства соединены, также, с электрическим входом, на который поступает сигнал управления величиной клиренса подрессоренной массы; с электрическим входом, на который поступает сигнал управления собственной частотой колебаний неподрессоренной массы; с электрическим выходом датчика измерения перемещения корпуса дифференциального гидравлического цилиндра относительно его поршня; с электрическими выходами датчиков температуры газа в пневматических частях пневмогидравлических аккумуляторов, подключенных к полостям дифференциального гидравлического цилиндра.
- первый выход электронного вычислительного устройства соединен с электрическим входом трехлинейного двухпозиционного электрогидравлического распределителя, управляющего положением односторонних гидравлических замков, перекрывающих гидравлические линии, связывающие пропорциональный четырехлинейный электрогидравлический распределитель с полостями дифференциального гидравлического цилиндра, и подключенными к ним пневмогидравлическими аккумуляторами и регулируемыми дросселями;
- второй выход электронного вычислительного устройства соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с электрическим выходом датчика давления на входе четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя, а выход сумматора соединен с электрическим входом трехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приводится функциональная схема заявляемой гидропневматической подвески колеса транспортного средства. На фиг. 2 приводится функциональная схема гидравлических каналов, связывающих вход и выход четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя с полостями дифференциального гидравлического цилиндра для среднего положения золотника относительно гильзы.
На фиг. 3 приведена развертка гильзы четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя.
На фиг. 4а, 4б, 4в приведены положения золотника четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя для различных рабочих режимов:
- на фиг. 4а - при увеличении клиренса подрессоренной массы;
- на фиг. 4б - при уменьшении клиренса подрессоренной массы;
- на фиг. 4в - при установившемся положении корпуса дифференциального гидравлического цилиндра относительно его поршня.
На фиг. 5 приведена зависимость усилий, действующих на корпус со стороны поршневой и штоковой полостей дифференциального гидравлического цилиндра, от положения золотника четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя (при жестко зафиксированном корпусе гидравлического цилиндра относительно его поршня).
Пневмогидравлическая подвеска колеса транспортного средства содержит: сумматоры 1 и 2, электронное вычислительное устройство 3, электрические усилители мощности 4 и 5, трехлинейный пропорциональный электрогидравлический распределитель 6, четырехлинейный пропорциональный электрогидравлический распределитель 7, пневмогидравлические аккумуляторы 8, 10 и 13; датчики давления с электрическим выходом 9, 12 и 15; датчики температуры с электрическим выходом 11 и 14, регулируемые гидравлические дроссели 16 и 17, трехлинейный двухпозиционный электрогидравлический распределитель 18, односторонние гидравлические замки 19 и 20, корпус 22 и поршень со штоком 23 гидравлического дифференциального цилиндра 21, подрессоренную массу 25, неподрессоренную массу 26, колесо 27, датчик перемещения 24, гидравлическую линию нагнетания 28, гидравлическую линию слива 29; межблочные гидравлические линии 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, гильзу 48 и золотник 49. четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя 7.
Подвеска колеса 27 при изменении клиренса подрессоренной массы 25 работает следующим образом.
упр кл
oc1
упр сч
В исходном положении разность сигналов (U-U) не выходит за пределы, ограниченные допуском. Золотник 49 электрогидравлического распределителя 7 находится в положении, приведенном на фиг. 4в. Гидравлический распределитель 18 находится в положении «пол. 1». Гидравлические замки 19 и 20 закрыты. Управляющие полости гидравлических замков 19 и 20 соединены с линией слива 29 через гидравлические линии 36, 37 и 33, гидравлический распределитель 18, гидравлические линии 32, 31. Гидравлические линии 38 и 43, 41 и 42 разъединены. На вход «вх. 3» электронного вычислительного устройства 3 подается сигнал U, пропорциональный величине собственной частоты подрессоренной массы 25. Электрогидравлический распределитель 6 находится в среднем положении. Гидравлическая линия 40 разобщена с гидравлической линией 39, подключенной к линии нагнетания 28. В пневмогидравлическом аккумуляторе 8 и на входе электрогидравлического распределителя 6 установлено давление, обеспечивающее в поршневой полости дифференциального гидравлического цилиндра 21, в пневматической части пневмогидравлического аккумулятора 10, в гидравлических линиях 42, 44, 46 давление, которое, вместе с давлением, установленным в штоковой полости дифференциального гидравлического цилиндра 21, в пневматической части пневмогидравлического аккумулятора 13, в гидравлических линиях 43, 45, 47, обеспечивает заданную собственную частоту колебаний подрессоренной массы 25 и равенство суммарного усилия на корпусе 22 гидравлического цилиндра 21 нагрузке, пропорциональной величине подрессоренной массы 25.
упр кл
упр кл
Для изменения клиренса подрессоренной массы 25 на вход подвески подается сигнал U, пропорциональный величине перемещения корпуса 22 гидравлического цилиндра 21 и жестко связанной с ним подрессоренной массы 25 относительно поршня 23 гидравлического цилиндра 21 и жестко связанной с ним неподрессоренной массой 26 (сигнал пропорциональный величине клиренса подрессоренной массы). Сигнал U поступает на вход «вх. 1» электронного вычислительного устройства 3 и на вход «вх. 1» сумматора 2.
упр кл
oc1
пер
Если разность сигнала U и сигнала U, пропорционального перемещению корпуса 22 гидравлического цилиндра 21 относительно его поршня 23, который поступает с выхода датчика 24 на вход «вх. 2» электронного вычислительного устройства 3 и на вход «вх. 2» сумматора 2, выходит за пределы установленные допуском, с выхода «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 на обмотку электрогидравлического распределителя 18 поступает команда управления U.
Электрогидравлический распределитель 18 из положения «пол. 1» переходит в положение «пол. 2», соединяя гидравлическую линию 33 через гидравлические линии 32 и 31 с линией нагнетания 28. Через гидравлические линии 36 и 37 давление подводится к управляющим полостям гидравлических замков 19 и 20. Гидравлические замки 19, 20 открываются, соединяя выход «вых. 1» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 41, 42 и 44, дроссель 16 и гидравлическую линию 46, с поршневой полостью гидравлического цилиндра 21, а выход «вых. 2» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 38, 43 и 45, дроссель 17 и гидравлическую линию 47 со штоковой полостью гидравлического цилиндра 21.
упр кл
ос1
упр кл
oc1
Сигнал (U-U) с выхода сумматора 2 поступает, через усилитель мощности 5, в обмотку электрогидравлического усилителя 7. Золотник 49 электрогидравлического распределителя 7 смещается относительно его гильзы 48 на величину, пропорциональную величине сигнала (U-U).
Если эта величина больше нуля (Фиг. 4а, смещение золотника 49 относительно гильзы 48 положительное), то гидравлическая линия 41 соединяется с гидравлической линией 40, давление в которой определяется давлением в аккумуляторе 8, а гидравлическая линия 38 - с гидравлической линией 35, соединенной через гидравлическую линию 31 с линией слива 29. Корпус 22 гидравлического цилиндра 21 и подрессоренная масса 25 начинают перемещаться относительно поршня 23 гидравлического цилиндра 21 и неподрессоренной массы 26, клиренс подрессоренной массы 25 увеличивается.
упр кл
oc1
Если величина сигнала (U-U) меньше нуля (Фиг. 4б, смещение золотника 49 относительно гильзы 48 отрицательное), то гидравлическая линия 41 соединяется с гидравлической линией 35, а гидравлическая линия 38 - с гидравлической линией 40. Корпус 22 гидравлического цилиндра 21 и подрессоренная масса 25 начинают перемещаться относительно поршня 23 гидравлического цилиндра 21 и неподрессоренной массы 26, клиренс подрессоренной массы 25 уменьшается.
ос1
упр кл
ос1
упр кл
ос1
упр кл
ос1
пер
упр кл
При любом изменении клиренса подрессоренной массы 25 сигнал U на электрическом выходе датчика 24 изменяется пропорционально этому перемещению. Модуль величины сигнала (U-U) уменьшается и золотник 49 электрогидравлического распределителя 7 смещается в сторону первоначального положения (Фиг. 4в). Сигналы U и U суммируются в электронном вычислительном устройстве и, когда значение (U-U) входит в пределы установленные допуском, на выходе «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 обнуляется команда управления U; электрогидравлический усилитель 18 переходит в положение «пол. 1», соединяя управляющие полости гидравлических замков 19 и 20 через гидравлические линии 36 и 37, 33, 32 и 31 с линией слива 29. Гидравлические замки 19 и 20 закрываются, разобщая гидравлические линии 41 и 42, 38 и 43. Клиренс подрессоренной массы соответствует величине управляющей команды U.
Автоматическое обеспечение заданного клиренса подрессоренной массы без изменения ее собственной частоты колебаний обеспечивается постоянством давления в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра 21 при движении его корпуса 22 относительно штока 23 в любом направлении и в состоянии покоя. Это постоянство может сохраняться только в случае равенства соотношения ширины рабочих окон гильзы 48 электрогидравлического распределителя 7 и соотношения площадей поршня 23 со стороны поршневой и штоковой полостей дифференциального гидравлического цилиндра 21, а также при отрицательных перекрытиях золотниковой пары электрогидравлического распределителя 7, величина которых больше, чем абсолютная величина смещения золотника 49 из среднего положения, которое обеспечивает величины давлений в поршневой и штоковой полостях дифференциального гидравлического цилиндра 21, компенсирующие статическую нагрузку, пропорциональную максимальной величине подрессоренной массы 25.
Эти обстоятельства подтверждаются следующими соображениями. Для расчета давления в полостях гидравлического цилиндра 21 используется, применительно к схеме, приведенной на Фиг. 2, зависимость
здесь: Q - расход рабочей жидкости;
др
A - площадь дросселя;
др
Δp - перепад давления на дросселе.
(см. Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е., «Гидравлические приводы и системы», Москва, Форум, 2007, стр. 122).
др
В рассматриваемом случае A - текущее значение рабочего окна гильзы 48 электрогидравлического распределителя 7.
Ввиду отсутствия практического влияния на результаты расчетов не учитываются потери давления:
- в регулируемых дросселях 16 и 17, т.к. их рабочие площади несоизмеримо больше максимальной площади рабочего окна гильзы 48;
- в гидравлических замках 19 и 20, т.к. размеры площадей их окон выбираются только по критерию минимальных потерь.
Не учитывается давление в гидравлических линиях 35 и 31, соединенных с линией слива 29 гидравлической системы, т.к. статическое давление в линиях слива в гидравлических системах примерно на два порядка меньше давления в линии нагнетания, и обеспечивается при проектировании гидравлических систем.
При увеличении клиренса подрессоренной массы золотник 49 занимает положение, приведенное на Фиг. 4а.
Расход рабочей жидкости, втекающей в поршневую полость гидравлического цилиндра 21 составляет:
расход рабочей жидкости, вытекающей из штоковой полости гидравлического цилиндра 21 составляет:
вх
здесь: p - давление на выходе распределителя 6;
ПП
p - Давление в полости поршневой гидравлического цилиндра 21;
ПШ
p - давление в полости штоковой гидравлического цилиндра 22;
3
x - величина перемещения золотника 49 относительно гильзы 48;
ПП
ℓ - ширина рабочего окна гильзы 48, через которые рабочая жидкость втекает (вытекает на Фиг. 4б) в поршневую полость гидравлического цилиндра 21;
ПШ
ℓ - ширина рабочего окна гильзы 48, через которую рабочая жидкость вытекает (втекает на Фиг. 4б) из штоковой полости гидравлического цилиндра 21;
П
ℓ - величина перекрытия золотниковой пары электрогидравлического распределителя 7.
Установившаяся скорость перемещения корпуса 22 гидравлического цилиндра 21 относительно поршня 23 при неразрывном потоке рабочей жидкости составляет:
ПП
здесь: A - площадь поршня со стороны поршневой полости;
ПШ
A - площадь поршня со стороны штоковой полости. После подстановки (1) и (2) в (3):
и после сокращений и преобразований:
После подстановки в (4)  уравнение, связывающее давления в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра, приобретает вид:
При уменьшении клиренса подрессоренной массы 25 золотник 49 занимает положение, приведенное на Фиг. 4б, и уравнение, связывающее давления в полостях гидравлического цилиндра 21 приобретает вид:
Второе уравнение, связывающее давления в полостях гидравлического цилиндра 21, определяется величиной подрессоренной массы 25 и во всех рассматриваемых случаях имеет вид:
здесь m - величина подрессоренной массы 25, приведенная к корпусу 22 гидравлического цилиндра 21.
Решение системы уравнений (5), (7) позволяет определить величину давления в полостях гидравлического цилиндра 21 при увеличении клиренса подрессоренной массы:
Решение системы уравнений (6), (7) позволяет определить величину давления в полостях гидравлического цилиндра 21 при уменьшении клиренса подрессоренной массы:
ПП ↑
ПП ↓
ПШ ↑
ПШ ↓
Из рассмотрения пар уравнений (8) и (10), (9) и (11) следует, что равенство давлений в полостях гидравлического цилиндра 21 при увеличении и уменьшении клиренса неподрессоренной массы (p=p, p=p) обеспечивается только в случае, если , т.е. только в случае равенства отношения величин ширины рабочих окон гильзы четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя 7 отношению величин рабочих площадей поршня 23 дифференциального гидравлического цилиндра 21.
При выполнении этого условия уравнения (8) и (10) приобретают вид:
а уравнения (9) и (11):
Сумма давлений в полостях гидравлического цилиндра при этом составит:
При отсутствии перемещения корпуса 22 гидравлического цилиндра 21 относительно поршня 23 золотник 49 занимает положение, приведенное на Фиг. 4в, расходы рабочей жидкости через кромки «кр1» и «кр2» золотника 51 равны между собой, расходы рабочей жидкости через кромки золотника «кр3» и «кр4» золотника 49 также равны между собой:
1
2
3
4
Q=Q; Q=Q;
З К
Здесь x - величина смещения золотника 49 относительно гильзы 48, обеспечивающая величины давлений в поршневой и штоковой полостях дифференциального гидравлического цилиндра 21, компенсирующие статическую нагрузку, пропорциональную максимальной величине подрессоренной массы 25;
уравнения, связывающие, при открытых гидравлических замках, давления в полостях гидравлического цилиндра:
и
Решение системы уравнений (7), (15), (16) позволяет определить величину давлений в полостях гидравлического цилиндра 21 при отсутствии перемещения корпуса 22 гидравлического цилиндра 21 относительно поршня 23:
и их сумму:
ПП
ПШ
Совпадение уравнений (12) и (17) между собой и совпадение уравнений (13) и (18) между собой свидетельствуют о том, что при увеличении или уменьшении клиренса подрессоренной массы 25, а также при его постоянном значении, величина давления в поршневой полости гидравлического цилиндра 21 и величина давления в его штоковой полости (p и p) остаются неизменными.
вх
Совпадение уравнений (14) и (19) свидетельствуют о том, что сумма величин этих давлений равна величине давления на входе электрогидравлического распределителя 7 (p).
Выполнение уравнений (17), (18) и (19), определяющие регламентированный переток рабочей жидкости, обеспечивается только в том случае, если перекрытия золотниковой пары (гильза 48 и золотник 49) электрогидравлического распределителя 7 выполнены отрицательными, а абсолютная величина этих перекрытий больше абсолютной величины смещения золотника из среднего положения, которая обеспечивает значения давлений в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра 21, компенсирующие статическую нагрузку, пропорциональную максимальной величине подрессоренной массы 25.
Эти обстоятельства иллюстрируются Фиг. 4а, 4б, 4в и Фиг. 5 (при жестко зафиксированном корпусе 22 гидравлического цилиндра 21 относительно его поршня 23).
max
На фиг. 5  - статическая нагрузка, которая определяется максимальным значением (m) подрессоренной массы 25.
При значениях перемещения золотника 49 относительно гильзы 48, находящихся в интервале  (Фиг. 4б, Фиг. 5) давление в поршневой полости гидравлического цилиндра 21 практически равно давлению в линии слива 29 и уравнения (17), (18) и (19) недействительны из-за неопределенности величины или полного отсутствия поступления рабочей жидкости в поршневую полость гидравлического цилиндра со стороны гидравлического входа электрогидравлического распределителя 7.
П
З
П
При значениях перемещения золотника 49, находящихся в интервале -ℓ<x<ℓ (Фиг. 5) уравнения (17), (18) и (19) выполняются.
вх
При значениях перемещения золотника 49, находящихся в интервале  (Фиг. 4а, Фиг. 5) уравнения (17), (18) и (19) недействительны из-за неопределенности величины или полного отсутствия оттока рабочей жидкости из поршневой полости гидравлического цилиндра 21 в линию слива 29; давление в поршневой полости с увеличением значения перемещения золотника 49 нарастает и стремится к величине давления на входе электрогидравлического распределителя 7 (p).
Аналогичные рассуждения справедливы и для штоковой полости гидравлического цилиндра 21.
П
З
П
Выполнение уравнений (17), (18), (19) обеспечивается только в диапазоне -ℓ<x<ℓ.
Таким образом, при отношении величин ширины рабочих окон гильзы четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя равном, соответственно, отношению величин рабочих площадей поршня дифференциального гидравлического цилиндра; и при отрицательных перекрытиях золотниковой пары четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя, абсолютная величина которых больше, чем абсолютная величина смещения золотника из среднего положения, которая обеспечивает величины давлений в поршневой и штоковой полостях дифференциального гидравлического цилиндра, компенсирующие максимальную статическую нагрузку, пропорциональную неподрессоренной массе; обеспечивается:
- постоянство давлений в полостях дифференциального гидравлического цилиндра и в полостях соединенных с ними пневмогидравлических аккумуляторов при регулировке клиренса подрессоренной массы подвески транспортного средства, давление на входе четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя в этом случае остается постоянным;
- равенство суммы давлений в полостях дифференциального гидравлического цилиндра и в полостях соединенных с ними пневмогидравлических аккумуляторах величине давления на входе четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя при регулировке клиренса подрессоренной массы подвески транспортного средства;
Все перечисленные свойства позволяют регулировать клиренс подрессоренной массы подвески без изменения собственной частоты ее колебаний, связанной с давлениями в полостях дифференциального гидравлического цилиндра и в полостях соединенных с ними пневмогидравлических аккумуляторов, и, в свою очередь, с давлением на входе четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя.
Подвеска колеса 27, при необходимости поддержания заданной собственной частоты колебаний подрессоренной массы 25, например, при увеличении или уменьшении этой массы либо при изменении температуры газа в пневматических полостях пневмогидравлических аккумуляторов 10 и 13 работает следующим образом.
Исходное положение в этом случае такое же, как и в случае регулировки клиренса подрессоренной массы 25.
ДД ПП
ДД ПШ
ДТ ПП
ДТ ПШ
При изменении величины подрессоренной массы на входах «вх. 4» и «вх. 6» электронного вычислительного устройства 3 изменяются сигналы U и U, поступающие с выходов датчиков давления 12 и 15. При изменении температуры газа в полостях пневмогидравлических аккумуляторов на входах «вх. 5» и «вх. 7» электронного вычислительного устройства 3 изменяются сигналы U и U, поступающие с выходов датчиков температуры 11 и 14.
упр сч
дав
вх
Поступающие, последовательно или одновременно, сигналы с датчиков 11, 12, 14, 15 и сигнал управления U обрабатываются электронным вычислительным устройством 3. Результатом обработки становится величина сигнала U на выходе «вых. 2» электронного вычислительного устройства 3, пропорциональная величине давления на входе электрогидравлического распределителя 7 (p), обеспечивающей заданную собственную частоту подрессоренной массы 25.
дав
oc2
дав
oc2
Сигнал U поступает на вход «вх. 1» сумматора 1 и суммируется с поступающим с выхода датчика давления 9 на вход «вх. 2» сумматора 1 сигналом U, пропорциональным величине давления на входе электрогидравлического распределителя 7. Разность сигналов U-U через усилитель мощности 4 поступает на обмотку электрогидравлического распределителя 6.
дав
oc2
Если величина (U-U) больше нуля, выход электрогидравлического распределителя 6 соединяется через гидравлическую линию 39 с линией нагнетания 28 и рабочая жидкость начинает поступать в гидравлический аккумулятор 8 и, через отрицательные перекрытия золотниковой пары (гильза 48 и золотник 49) электрогидравлического распределителя 7, в гидравлические линии 38 и 41.
ДД ПП
ДД ПШ
ПП
ПШ
вх
ДД ПП
ДД ПШ
дав
пер
Одновременно, электронное вычислительное устройство 3 вычисляет сумму величин U и U по сигналам, поступающим на его входы с выходов датчиков давления 12 и 15. Эта сумма соответствует сумме давлений в полостях гидравлического цилиндра 21 (p+p), связанной с давлением на входе электрогидравлического распределителя 7 (p), формула 19. Если разность между суммой (U+U) и сформированным электронным вычислительным устройством 3 сигналом U выходит за пределы установленные допуском, с выхода «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 на обмотку электрогидравлического распределителя 18 поступает команда управления U.
Электрогидравлический распределитель 18 из положения «пол. 1» переходит в положение «пол. 2», соединяя гидравлическую линию 33 через гидравлические линии 32 и 31 с линией нагнетания 28. Через гидравлические линии 36 и 37 давление подводится к управляющим полостям гидравлических замков 19 и 20. Гидравлические замки открываются, соединяя выход «вых. 1» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 41, 42 и 44, дроссель 16 и гидравлическую линию 46 с поршневой полостью гидравлического цилиндра 21, а выход «вых. 2» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 38, 43 и 45, дроссель 17 и гидравлическую линию 47 - со штоковой полостью гидравлического цилиндра 21.
Рабочая жидкость с выхода «вых. 1» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 41 и 42 поступает в аккумулятор 10 и, через гидравлическую линию 44, регулируемый дроссель 16 и гидравлическую линию 46, - в поршневую полость гидравлического цилиндра 21. Рабочая жидкость с выхода «вых. 2» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 38 и 43 поступает в аккумулятор 13 и, через гидравлическую линию 45, регулируемый дроссель 17 и гидравлическую линию 47, - в штоковую полость гидравлического цилиндра 21.
ПП
ПШ
ДД ПП
ДД ПШ
дав
пер
Давления в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра 21 (p и p) увеличиваются, соответственно увеличивается сумма сигналов, поступающих с выходов датчиков давления 12 и 15 (U+U) на входы «вх. 4» и «вх. 6» электронного вычислительного устройства 3, и, когда разница между величиной сформированного электронным вычислительным устройством 3 сигнала U и этой суммой входит в пределы установленные допуском, на выходе «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 обнуляется команда управления U; электрогидравлический усилитель 18 переходит в положение «пол. 1», соединяя управляющие полости гидравлических замков 19 и 20 через гидравлические линии 36 и 37, 33, 32 и 31 с линией слива 29. Гидравлические замки 19 и 20 закрываются, разобщая гидравлические линии 41 и 42, 38 и 43.
дав
oc2
вх
Если величина (U-U) меньше нуля, выход электрогидравлического распределителя 6 соединяется через гидравлическую линию 34 с линией слива 29 и давление рабочей жидкости p уменьшается.
ДД ПП
ДД ПШ
дав
пер
Если сумма (U+U) больше сформированного электронным вычислительным устройством 3 сигнала U на величину установленного допуска, с выхода «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 на обмотку электрогидравлического распределителя 18 поступает команда управления U.
Электрогидравлический распределитель 18 из положения «пол. 1» переходит в положение «пол. 2», соединяя гидравлическую линию 33 через гидравлические линии 32 и 31 с линией нагнетания 28. Через гидравлические линии 36 и 37 давление подводится к управляющим полостям гидравлических замков 19 и 20. Гидравлические замки открываются, соединяя выход «вых. 1» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 41, 42 и 44, дроссель 16 и гидравлическую линию 46 с поршневой полостью гидравлического цилиндра 21, а выход «вых. 2» электрогидравлического распределителя 7 через гидравлические линии 38, 43 и 45, дроссель 17 и гидравлическую линию 47 - со штоковой полостью гидравлического цилиндра 21.
Рабочая жидкость из полостей гидравлического цилиндра 21 и пневмогидравлических аккумуляторов 10 и 13 через отрицательные перекрытия золотниковой пары (гильза 48 и золотник 49) электрогидравлического распределителя 7, начинает поступать в гидравлическую линию слива 29.
ПП
ПШ
ДД ПП
ДД ПШ
дав
ДД ПП
ДД ПШ
дав
Давления в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра 21 (p и p) уменьшаются, соответственно уменьшается сумма сигналов, поступающих с выходов датчиков давления 12 и 15 (U+U) на входы «вх. 4» и «вх. 6» электронного вычислительного устройства, и, когда разница между величиной сформированного электронным вычислительным устройством 3 сигнала U и этой суммой (U+U-U) входит в пределы установленные допуском, на выходе «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 обнуляется команда управления Шер; электрогидравлический усилитель 18 переходит в положение «пол. 1», соединяя управляющие полости гидравлических замков 19 и 20 через гидравлические линии 36 и 37, 33, 32 и 31 с линией слива 29. Гидравлические замки 19 и 20 закрываются, разобщая гидравлические линии 41 и 42, 38 и 43.
В обоих рассмотренных случаях установленные на входе электрогидравлического распределителя 7 и, соответственно, в полостях гидравлического цилиндра давления обеспечивают заданную собственную частоту колебаний подрессоренной массы 25, при этом суммарное усилие, действующее на корпус 22 гидравлического цилиндра 21, остается неизменным (20).
вх
Однозначность связи заданной собственной частоты колебаний подрессоренной массы 25 и величины давления (p) на входе электрогидравлического распределителя 7 подтверждается следующими соображениями.
Известно, что собственная частота колебательной системы определяется по формуле
Здесь: ν - собственная частота колебаний, в рассматриваемом случае подрессоренной массы 25 подвески колеса 27;
k - жесткость пружины, в рассматриваемом случае гидравлического цилиндра 21 с подключенными к его полостям пневмогидравлическими аккумуляторами 10 и 13;
m - подрессоренная масса 25 подвески колеса 27, приведенная к корпусу гидравлического цилиндра 21.
Так как собственная частота колебаний подрессоренной массы 25 задается изначально (исходя из необходимости обеспечения виброзащищенности пассажиров, грузов и конструктивных элементов автомобиля), формулу 21 удобно записать как пропорциональную зависимость между жесткостью гидравлического цилиндра 21 (k) с подключенными к его полостям пневмогидравлическими аккумуляторами 10 и 13 и подрессоренной массой 25:
При этом
ПП
ПШ
k=k+k
ПП
Здесь k - жесткость гидравлического цилиндра 21 со стороны полости поршневой;
ПШ
k - жесткость гидравлического цилиндра 21 со стороны полости штоковой.
В свою очередь:
и
ПП гидр
ПП Ж
Здесь: k - жесткость рабочей жидкости, приведенная к корпусу 22 гидравлического цилиндра 21, которая зависит от суммарного объема рабочей жидкости (V) в его поршневой полости, в гидравлической полости пневмогидравлического аккумулятора 10 и в гидравлических линиях 42 и 44;
ПП пн
ПП Г
k - жесткость газа, приведенная к корпусу 22 гидравлического цилиндра 21, которая зависит от объема газа (V) в пневматической полости пневмогидравлического аккумулятора 10;
ПШ гидр
ПШ ж
k - жесткость рабочей жидкости, приведенная к корпусу 22 гидравлического цилиндра 21, которая определяется суммарным объемом рабочей жидкости (V) в его штоковой полости, в гидравлической полости пневмогидравлического аккумулятора 13 и в гидравлических линиях 43 и 45;
ПШпн
ПШ Г
k - жесткость газа, приведенная к корпусу 22 гидравлического цилиндра 21, которая зависит от объема газа (V) в пневматической полости пневмогидравлического аккумулятора 13.
Из определения жесткости:
Здесь: ΔF - приращение нагрузки, действующей на корпус 22 гидравлического цилиндра 21;
Δx - приращение перемещения корпуса 22 относительно поршня 23 при величине давления в штоковой полости гидравлического цилиндра 21 равной атмосферному.
Так как
Известно (см., например, Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е., «Гидравлические приводы и системы», Москва, Форум, 2007, стр. 19), что для жидкости  или , после подстановки в (23):
Здесь: У - объемный модуль упругости;
0
V - начальный объем.
Для определения пневматической жесткости используется уравнение
Клапейрона (универсальный газовый закон ), из которого следует, что
,
и, после подстановки в (23):
0ПП
Здесь: p - начальное давление зарядки в газовой полости пневмогидравлического аккумулятора 10;
0ПП
V - начальный объем газа в газовой полости пневмогидравлического аккумулятора 10;
0ПП
T - температура газа при зарядке пневмогидравлического аккумулятора 10.
Аналогично, для поршневой полости гидравлического цилиндра 21:
ПП
ПШ
ПП гидр
ПШ гидр
Из сравнения (24) с (25) и (26) с (27) следует, что при значениях E=1400…1700 МПа (см. Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е., «Гидравлические приводы и системы», Москва, Форум, 2007, стр. 19) и максимальных значениях статического давления (p, p) которые в сумме не могут превышать давления в линии нагнетания (21,0 МПа … 28,0 МПа), влияние гидравлической жесткости (k, k) незначительно и в дальнейших рассуждениях может не учитываться. В случае желания повысить точность выставки собственной частоты колебаний подрессоренной массы 25, в вычисляемое ниже значение величины давления на входе электрогидравлического распределителя 7, может быть введена поправка.
Принимая во внимание сказанное выше:
Подставив в (28) уравнения (17) и (18):
и после проведения преобразований получается квадратное уравнение, однозначно связывающее давление на входе электрогидравлического распределителя 7 с жесткостью подвески и, соответственно, с собственной частотой колебаний подрессоренной массы 25.
Здесь:
;
;
.
Перепишем эти формулы в виде:
;
;
;
где ; ;
; ;
; ; .
вх
Решение уравнения (29) определяет величину давления на входе электрогидравлического распределителя 7 (p).
Таким образом, заданная собственная частота колебаний подрессоренной массы подвески ТС реализуется путем проведением следующих операций:
a1
a2
b1
b2
c1
c2
c3
- в электронное вычислительное устройство 3 вводятся постоянные, для данного вида подвески, величины: C, C, C, C, C, C, C;
упр сч
- на вход подвески, и далее на вход электронного вычислительного устройства 3 поступает управляющий сигнал U, пропорциональный задаваемой собственной частоте (ν);
ДД ПП
ПП
ДД ПШ
ПШ
ДТ ПП
ДТ ПШ
- на входы электронного вычислительного устройства 3 поступают: на вход «вх. 4» сигнал U, пропорциональный величине статического давления в поршневой полости (p) гидравлического цилиндра 21; на вход «вх. 6» сигнал U, пропорциональный величине статического давления в штоковой полости (p) гидравлического цилиндра 21; на вход «вх. 5» сигнал U, пропорциональный температуре газа в пневматической полости пневмогидравлического аккумулятора 10 и на вход «вх. 7» сигнал U, пропорциональный температуре газа в пневматической полости пневмогидравлического аккумулятора 13;
- электронное вычислительное устройство 3 рассчитывает значение «m» по формуле:
;
- электронное вычислительное устройство 3 рассчитывает значение «k» по формуле (22);
вх
дав
вх
- электронное вычислительное устройство 3 рассчитывает значение «p» путем решения квадратного уравнения (29) и формирует на выходе «вых. 2» сигнал управления U, пропорциональный величине «p».
упр кл
ос1
ДД ПП
ДД ПШ
дав
В случае необходимости одновременного изменения клиренса неподрессоренной массы 25 и выставки собственной частоты ее колебаний (например, при подъеме подрессоренной массы 25 после изменения ее величины) работа подвески происходит в соответствии с двумя описанными выше режимами работы. Команда Шер на выходе «вых. 1» электронного вычислительного устройства 3 обнуляется только тогда, когда и значение (U-U), и значение (U+U-U) входят в пределы установленные допусками.