ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕССОРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области подрессоривания транспортных средств, преимущественно для тяжелых автомобилей-самосвалов, в частности к пневмогидравлическим рессорам с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости степени загрузки, амплитуды и частоты колебаний.
Известна пневмогидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, шток, закрепленный в верхней крышке цилиндра, размещенный в центральном отверстии поршня и имеющий в нижней части проточку для соединения между собой надпоршневой полости и камеры противодавления при негруженом транспортном средстве, и демпфирующий узел, саморегулируемый в зависимости от амплитуды колебаний и изменения давления. Демпфирующий узел включает основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными в нижней части трубки радиальными отверстиями и наружной проточкой, и подпружиненный плунжер в виде установленной на трубке ступенчатой гильзы, в меньшей ступени которой выполнены радиальные отверстия, а большая ступень образует с трубкой герметичную кольцевую плунжерную полость, в которой установлена пружина сжатия плунжера, перекрывающего своей меньшей ступенью дополнительный дроссельный канал при ходах поршня вне зоны проточки штока вследствие резкого увеличения или уменьшения давления в камере противодавления. Данная рессора обеспечивает существенное уменьшение жесткостей упругой и демпфирующей характеристик при небольших амплитудах колебаний негруженого автомобиля и повышение этих жесткостей при полной загрузке автомобиля или при деформациях рессоры, больших величины проточки штока (пат. 2262454 РФ, В60G 11/26, F16F 9/06, 2005).
Недостатком данной рессоры является высокая жесткость демпфирующей характеристики при небольших амплитудах колебаний полностью или частично груженого автомобиля, что снижает плавность хода при движении транспортного средства по относительно ровной дороге с мелкими неровностями, например, по ровному булыжнику или по бетонной дороге с поперечными температурными швами. Кроме того, из-за возникающих при работе утечек рабочей среды из камеры противодавления в кольцевую плунжерную полость возможно нарушение работы демпфирующего узла, что при длительной эксплуатации приведет к изменению расчетных демпфирующих характеристик и ухудшению плавности хода.
Наиболее близким из известных технических решений является пнев-могидравлическая рессора транспортного средства, содержащая цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, шток, закрепленный в верхней крышке цилиндра, размещенный в центральном отверстии поршня и имеющий в нижней части проточку для соединения между собой надпоршневой полости и камеры противодавления при негруженом транспортном средстве, и демпфирующий узел, саморегулируемый в зависимости от амплитуды колебаний и степени загрузки автомобиля. Демпфирующий узел включает основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными в нижней части трубки, и подпружиненный плунжер, установленный на нижнем конце трубки и перекрывающий радиальные отверстия при взаимодействии с нижним торцом штока при груженом транспортном средстве (пат. 2268159 РФ, 60G 11/26, F16F 5/00, 2006).
Недостатком данной рессоры является высокая жесткость демпфирующей характеристики при небольших амплитудах колебаний полностью или частично груженого автомобиля, что снижает плавность хода при движении транспортного средства по относительно ровной дороге с мелкими неровностями.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневмогидравлической рессоры транспортного средства с системой автоматического саморегулирования демпфирования в зависимости от степени загрузки, амплитуды колебаний и изменения этих колебаний во времени.
Техническим результатом заявленной пневмогидравлической рессоры транспортного средства является существенное уменьшение гидравлического сопротивления при небольших амплитудах колебаний автомобиля при любой степени его загрузки и повышение этого сопротивления при возникновении больших колебаний, что улучшает плавность хода транспортного средства при движении практически по любым типам дорог.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре транспортного средства, содержащей цилиндр с верхней и нижней крышками, заполненный жидкостью и газом, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, шток, закрепленный в верхней крышке цилиндра, размещенный в центральном отверстии поршня и имеющий в нижней части проточку, соединяющую надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве, и демпфирующий узел, включающий основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными в нижней части трубки, и подпружиненный плунжер, установленный на нижнем конце трубки и перекрывающий радиальные отверстия при взаимодействии с нижним торцом штока, трубка в средней части выполнена с утолщением, имеющим наружную проточку, в которой установлена V-образная манжета с рабочими кромками, направленными вниз, подпружиненный плунжер выполнен ступенчатым и образует с трубкой кольцевую плунжерную полость, сообщенную с камерой противодавления через дроссель, выполненный в стенке большей ступени плунжера, причем при груженом транспортном средстве между верхним торцом ступенчатого плунжера и нижним торцом штока имеется зазор.
Благодаря тому, что в пневмогидравлической рессоре транспортного средства, содержащей цилиндр с верхней и нижней крышками, поршень с полым штоком, в котором размещена камера противодавления, сообщенная трубкой с кольцевой полостью между стенками цилиндра и полого штока, шток, закрепленный в верхней крышке цилиндра, размещенный в центральном отверстии поршня и имеющий в нижней части проточку, соединяющую надпоршневую полость с камерой противодавления при негруженом транспортном средстве, и демпфирующий узел, включающий основной дроссельный канал, выполненный на нижнем торце трубки, дополнительный дроссельный канал, образованный радиальными отверстиями, выполненными в нижней части трубки, и подпружиненный плунжер, установленный на нижнем конце трубки и перекрывающий радиальные отверстия при взаимодействии с нижним торцом штока, трубка в средней части выполнена с утолщением, имеющим наружную проточку, подпружиненный плунжер выполнен ступенчатым и образует с трубкой кольцевую плунжерную полость, сообщенную с камерой противодавления через дроссель, выполненный в стенке большей ступени плунжера, обеспечивается автоматического саморегулирования демпфирования в зависимости от степени загрузки, амплитуды колебаний и изменения этих колебаний во времени.
Наличие зазора между верхним торцом ступенчатого плунжера и нижним торцом штока обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления рессоры при движении груженого транспортного средства по ровной дороге с небольшими неровностями, что повышает плавность его хода.
Вследствие того, что в наружной проточке утолщения трубки установлена V-образная манжета с рабочими кромками, направленными вниз, обеспечивается ее работа в качестве обратного клапана, через который из камеры противодавления поступает жидкость в кольцевую плунжерную полость при взаимодействии штока со ступенчатым плунжером на ходе сжатия рессоры.
Соединение кольцевой плунжерной полости с камерой противодавления через дроссель, выполненный в стенке большей ступени плунжера, обеспечивает замедление подъема подпружиненного ступенчатого плунжера при растяжении рессоры, что не позволяет сразу же открыться дополнительным дроссельным каналам в нижней части трубки. В результате демпфирующий узел работает подобно реле времени, обеспечивая мощное сопротивление и эффективное гашение больших колебаний транспортного средства как при возникновении свободных затухающих колебаний после проезда больших одиночных неровностей, так и при возникновении резонансных колебаний при проезде чередующихся неровностей.
На фиг.1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора транспортного средства, продольный разрез.
Пневмогидравлическая рессора транспортного средства содержит цилиндр 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками, поршень 4 с центральным отверстием 5, полый шток 6, в котором размещена камера противодавления 7, сообщенная трубкой 8 и дополнительной трубкой 9 с кольцевой полостью 10 между стенками цилиндра 1 и полого штока 6, и шток 11, закрепленный в верхней крышке 2 цилиндра 1 и размещенный в центральном отверстии 5 поршня 4. Для герметизации подвижных соединений поршня 4 с цилиндром 1 и со штоком 11 в поршне 4 установлены уплотнения 12 и 13. Для герметизации подвижного соединения полого штока 6 с нижней крышкой 3 в последней установлено уплотнение 14. Надпоршневая полость 15 цилиндра 1 заполнена газом и небольшим количеством жидкости, кольцевая полость 10 - жидкостью, а полость штока 6 - жидкостью и газом.
В нижней части штока 11 выполнена проточка 16, соединяющая надпоршневую полость 15 с камерой противодавления 7 при негруженом автомобиле, в результате чего рессора превращается в рессору без противодавления с пониженной жесткостью упругой характеристики, что необходимо для повышения плавности хода негруженого автомобиля. При груженом автомобиле проточка 16 находится ниже уплотнения 13, надпоршневая полость 15 и камера противодавления 7 разобщаются, в результате чего рессора превращается в рессору с противодавлением и повышенной жесткостью упругой характеристики, что обеспечивает при ограниченных ходах рессоры восприятие значительного увеличения подрессоренной массы. При негруженом автомобиле в конце хода отбоя рессоры проточка 16 находится выше уплотнения 13, в результате чего рессора также превращается в рессору с противодавлением, что упруго ограничивает ход отбоя и повышает устойчивость автомобиля.
Трубка 8 в средней части выполнена с утолщением, имеющим наружную проточку, в которой установлена V-образная манжета 17 с рабочими кромками, направленными вниз. На нижнем торце трубки 8 выполнено отверстие 18 основного дроссельного канала с большим гидравлическим сопротивлением, необходимым для эффективного гашения больших колебаний кузова и колес транспортного средства. В нижней части трубки 8 выполнены радиальные отверстия 19 дополнительного дроссельного канала с малым гидравлическим сопротивлением, необходимым для эффективного гашения небольших колебаний. На нижнем конце трубки 8 установлен ступенчатый плунжер 20, подпружиненный снизу с помощью пружины сжатия 21. При груженом транспортном средстве между верхним торцом ступенчатого плунжера 20 и нижним торцом штока 11 имеется зазор λ. Подпружиненный ступенчатый плунжер 20 образует с трубкой 8 кольцевую плунжерную полость 22, сообщенную с камерой противодавления через дроссель 23, выполненный в стенке большей ступени плунжера 20.
Отверстия 18 и 19 основного и дополнительного дроссельных каналов и подпружиненный ступенчатый плунжер 20, управляемый штоком 11, образуют саморегулируемый демпфирующий узел, обеспечивающий ступенчатое изменение жесткости демпфирующей характеристики рессоры в зависимости от амплитуды колебаний и степени загрузки автомобиля.
Входное отверстие 24 трубки 8 в кольцевую полость 10 выполнено в полом штоке 6 ниже нижнего торца поршня 4 и перекрывается в конце хода отбоя направляющей буксой 25 нижней крышки 3. Между нижним торцом поршня 4 и входным отверстием 24 на наружной поверхности полого штока 6 выполнен продольный паз 26 переменного сечения, который при перекрытии входного отверстия 24 обеспечивает плавное увеличение неупругого сопротивления рессоры в конце хода отбоя.
Входное отверстие 24 трубки 8, направляющая букса 25 и продольный паз 26 образуют демпфер максимального хода отбоя, увеличивающий усилие рессоры при ее максимальном растяжении.
В дополнительной трубке 9 установлен обратный клапан 27, а входное отверстие 28 дополнительной трубки 9 в кольцевую полость 10 выполнено непосредственно под нижним торцом поршня 4, что обеспечивает увеличение неупругого сопротивления на ходе отбоя по сравнению с ходом сжатия и надежное заполнение кольцевой полости 10 жидкостью при сжатии рессоры после ее полного растяжения.
Пневмогидравлическая рессора транспортного средства работает следующим образом.
При движении негруженого транспортного средства деформация рессоры в основном происходит в зоне проточки 16 штока 11, закрепленного в верхней крышке 2 цилиндра 1 и размещенного в центральном отверстии 5 поршня 4 (фиг.1). В результате надпоршневая полость 15 свободно сообщается с камерой противодавления 7, что обеспечивает малую жесткость упругой характеристики рессоры и повышение плавности хода порожнего автомобиля. При больших деформациях рессоры уплотнение 13 штока 11 выходит за пределы проточки 16, вследствие чего надпоршневая полость 15 и камера противодавления 7 разобщаются. При этом на ходе сжатия рессоры давление в надпоршневой полости 15 повышается, а в камере противодавления 7 понижается. На ходе отбоя, все происходит наоборот, давление в надпоршневой полости 15 понижается, а в камере противодавления 7 повышается. В результате жесткость упругой характеристики при деформациях рессоры, больших величины проточки 16, увеличивается, что повышает устойчивость негруженого автомобиля.
При колебаниях негруженого транспортного средства на ходе сжатия рессоры шток 11 практически не доходит до подпружиненного ступенчатого плунжера 20, вследствие чего радиальные отверстия 19 дополнительного дроссельного канала трубки 8 на ходах сжатия и отбоя открыты. Поэтому жидкость на ходе отбоя течет через отверстия 18 и 19 основного и дополнительного дроссельного каналов. Это обеспечивает мягкую демпфирующую характеристику, рассчитанную для эффективного гашения колебаний негруженого автомобиля.
В конце хода отбоя происходит перекрытие входного отверстия 24 трубки 8 направляющей буксой 25 нижней крышки 3, в результате чего жидкость из кольцевой полости 10 течет по продольному пазу 26 переменного сечения, что обеспечивает плавное увеличение неупругого сопротивления в конце хода отбоя рессоры негруженого автомобиля.
При загрузке транспортного средства рессора сжимается, однако даже при полной загрузке автомобиля шток 11 не доходит до подпружиненного ступенчатого плунжера 20 на величину зазора λ, вследствие чего радиальные отверстия 19 дополнительного дроссельного канала трубки 8 на ходах сжатия и отбоя открыты. Это обеспечивает мягкую демпфирующую характеристику, что необходимо для эффективного гашения малых колебаний груженого автомобиля, возникающих при движении по относительно ровной дороге с мелкими неровностями.
При больших деформациях рессоры груженого транспортного средства на ходе сжатия нижний конец штока 11 взаимодействует с подпружиненным ступенчатым плунжером 20, который перемещается вниз, сжимая пружину 21 и перекрывая радиальные отверстия 19 дополнительного дроссельного канала, в результате чего жидкость течет только через отверстие 18 основного дроссельного канала с большим гидравлическим сопротивлением. При движении подпружиненного ступенчатого плунжера 20 вниз происходит увеличение объема кольцевой плунжерной полости 22, вследствие чего туда под действием перепада давлений из камеры противодавления 7 через V-образную манжету 17, работающую как обратный клапан, поступает жидкость. При последующем ходе отбоя полый шток 6 выходит из цилиндра 1, а подпружиненный ступенчатый плунжер 20 начинает медленно двигаться вверх под действием пружины 21. При этом жидкость из кольцевой плунжерной полости 22 выдавливается в камеру противодавления 7 через дроссель 23, который работает как реле времени, рассчитанное примерно на два периода свободных колебаний. В результате подпружиненный ступенчатый плунжер 20 не успевает за ход отбоя открыть радиальные отверстия 19 дополнительного дроссельного канала. Поэтому в трубке 8 жидкость течет через отверстие 18 основного дроссельного канала, что обеспечивает жесткую демпфирующую характеристику, необходимую для эффективного гашения больших колебаний груженого автомобиля, возникающих как после проезда больших одиночных неровностей, так и при движении по волнистой дороге с периодическими неровностями.
На ходе сжатия рессоры жидкость из камеры противодавления 7 поступает в кольцевую полость 10 по трубке 8 и дополнительной трубке 9 через их входные отверстия 24 и 28, так как установленный в дополнительной трубке 9 обратный клапан 27 открыт.В результате гидравлическое сопротивление на ходе сжатия становится меньше, чем на ходе отбоя, что и требуется для повышения плавности хода автомобиля при любой степени его загрузки.
При работе рессоры герметичность подвижных соединений поршня 4 с цилиндром 1 обеспечивает уплотнение 12, а полого штока 6 с нижней крышкой 3 - уплотнение 14.
Предлагаемая пневмогидравлическая рессора транспортного средства обеспечивает существенное уменьшение гидравлического сопротивления при небольших амплитудах колебаний автомобиля при любой степени его загрузки и повышение этого сопротивления при возникновении больших колебаний, что улучшает плавность хода транспортного средства при движении практически по любым типам дорог.
Применение данной рессоры приведет к снижению вибронагруженности транспортного средства, уменьшению общих потерь энергии, вызванных колебаниями, и увеличению средних скоростей и производительности автомобиля.