ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА
AIR SUSPENSION

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к амортизационным устройствам для гашения вертикальных колебаний транспортных средств с использованием газа в камере с эластичной стенкой.
Известно устройство пневматической подвески, описанное в а.с. №968536, М.кл. F16F 9/04, содержащее резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую полость, дополнительную емкость, установленную соосно и внутри основной рабочей полости, расположенную между ними перегородку, на которой жестко закреплено клапанное цилиндрическое устройство со штоком. В перегородке расположены калиброванное отверстие и предохранительный клапан для перетекания газа в процессе работы. Основной и дополнительный упругие элементы пневматической подвески установлены между подрессоренной и неподрессоренной массами амортизируемого объекта.
Основным недостатком устройства является нестабильность демпфирующих свойств подвески и низкая эффективность гашения колебаний при работе из-за того, что в гашении колебаний и в созданий упругой составляющей подвески участвует масса газа (воздуха) в основной рабочей полости, часть которой то отводится в процессе хода отбоя, то возвращается на ходе сжатия. Такое перетекание газа из основного упругого элемента подвески в дополнительный упругий элемент и наоборот приводит к нагреву рабочей среды подвески, что ведет к изменению термодинамических параметров газа, а следовательно, к ухудшению демпфирующих свойств подвески.
Также недостатком устройства является то, что пневматический упругий элемент не обеспечивает регулирование упругодемпфирующей характеристики при воздействии любых внешних сил переменной частоты и амплитуды.
Известно устройство пневматической подвески, описанное в а.с. №2304523, М.кл. F16F 9/05, B60G 15/12 (прототип), содержащее установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент, и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент. Дополнительный упругий элемент выполнен в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости, при этом штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой, а вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой. Шток поршня укреплен в крышке основного упругого элемента.
Основным недостатком устройства является нестабильность демпфирующих свойств подвески и ее характеристик при длительной работе из-за трения поршня с уплотнением о стенки плунжера и сопутствующего ему нагрева устройства, износа уплотнения, что ведет также к снижению ресурса работы пневматической подвески. При работе пневматической подвески происходит утечка газа из штоковой полости плунжера через уплотнение поршня в подпоршневую полость, особенно при изношенном уплотнении или при перекосах обоймы основного упругого элемента относительно плунжера, что снижает демпфирующие свойства подвески.
Задачей предлагаемого изобретения является стабилизация демпфирующих свойств подвески и ее характеристик при длительной работе, повышение ресурса работы пневматической подвески.
Поставленная задача достигается тем, что в пневматической подвеске, содержащей установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент, содержащий обойму и резинокордную оболочку, и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости, при этом штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой, а вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой, причем шток поршня, содержащий воздушный канал, укреплен в крышке основного упругого элемента, согласно изобретению поршень выполнен в виде полого цилиндра, имеющего на внешнем крае центрирующие ролики, соприкасающиеся с внутренней поверхностью плунжера, внутри штоковой полости плунжера размещена вторая резинокордная оболочка, верхние края которой закреплены на крышке плунжера и нижние края - на поршне, а обойма имеет по нижнему внутреннему краю центрирующие ролики, соприкасающиеся с внешней поверхностью плунжера.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
- на фиг.1 представлена предложенная пневматическая подвеска;
- на фиг.2 представлен поперечный разрез А-А на фиг.1;
- на фиг.3 приведены упругодемпфирующие характеристики пневматической подвески.
Пневматическая подвеска содержит резинокордную оболочку (РКО) 1, расположенную в обойме 2 с крышкой 3, и внутренний полый плунжер 4, которые образуют переменную полость 5 основного упругого элемента. Внутренний полый плунжер 4 образует дополнительный упругий элемент, выполнен в виде цилиндра и разделен полым поршнем 6 на две полости 7 и 8. Полый поршень 6 имеет по внешнему краю центрирующие ролики 9, соприкасающиеся с внутренней поверхностью 10 плунжера 4. Шток 11 поршня 6 жестко закреплен на крышке 3 основного упругого элемента. Внутри полости 7 размещена вторая РКО 12, верхние края которой закреплены на крышке 13 плунжера 4, нижние края - на поршне 6. Обойма 2 имеет по нижнему внутреннему краю центрирующие ролики 14, соприкасающиеся с внешней поверхностью 15 плунжера 4.
Штоковая полость 7 через радиальные 16 и осевые 17 каналы штока 11, через гибкий трубопровод 18 и электропневмоклапан (ЭПК) 19 соединяется или с ресивером 20 транспортного средства, или с атмосферой.
Подпоршневая полость 8 постоянно сообщается через отверстие 21 в днище внутреннего плунжера 4 с атмосферой, при этом никакого сопротивления при протекании воздуха из полости 8 в атмосферу или обратно не создается.
Для подвода массы газа из ресивера 20 в полость 7 в начале каждого хода отбоя и отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия в атмосферу, предназначен ЭПК 19. Управление ЭПК 19 производится датчиком относительной скорости 22 обоймы 2 и внутреннего плунжера 4, выход которого соединен коммутирующим устройством 23 (с обмоткой реле) в цепи питания ЭПК 19.
Гашение вертикальных колебаний амортизируемого объекта с помощью предложенного устройства осуществляется следующим образом.
пор
ст
В статическом положении пневматической подвески и при колебаниях с малой амплитудой Z<Z сила тяжести амортизируемого объекта уравновешивается только за счет избыточного давления Р сжатого газа основного упругого элемента полости 5 в соответствие с рабочей характеристикой основного упругого элемента «a-d-b» (Фиг.2), т.е.
ст
10
1
M*g=P=P*S,
где M - масса амортизируемого объекта;
g - ускорение свободного падения тела;
1
S - эффективная площадь РКО 1 пневматической подвески;
10
P - давление в полости 5 в статическом положении пневматической подвески.
При колебаниях амортизируемого объекта происходит вертикальное смещение обоймы 2 с амортизируемым объектом относительно плунжера 4. При этом за счет центрирующих роликов 14 обоймы 2, перекатывающихся по внешней поверхности 15 плунжера 4, и центрирующих роликов 9 поршня 6, перекатывающихся по внутренней поверхности 10 плунжера 4, снижается возможность работы пневматической подвески с перекосами обоймы 2 относительно плунжера 4 и происходит равномерное распределение нагрузки на РКО 1.
1
2
2
a
При движении амортизируемого объекта и обоймы 2 вниз осуществляется процесс сжатия газа в полости 5. На ходе сжатия пневматической подвески давление газа P в полости 5 возрастает, а давление газа P в полости 7 за счет ЭПК 19 остается равным атмосферному давлению P=P, т.е. упругая сила
ynp
1
1
P=P*S.
В начале хода отбоя от датчика относительной скорости 22 подается сигнал на реле 23, которое соединяет ЭПК 19 с источником питания и последний, включаясь, сообщает полость 7 через каналы 16 и 17 в штоке 6 и трубопровод 18 с ресивером 20.
2
1
2
2
Подвод массы газа в штоковую полость 7 дополнительного упругого элемента под давлением P≤P оказывает существенное противодействие основному упругому элементу и приводит к резкому уменьшению упругой силы пневматической подвески на величину P*S, т.е.
ynp
1
1
2
2
P=P*S-P*S,
2
где P - текущее давление в штоковой полости 7;
2
S - эффективная площадь РКО 12 пневматической подвески.
2
1
Это усиливает демпфирующие свойства пневматического амортизатора, характеристика разгрузки на упругодемпфирующей характеристике пневматического амортизатора (кривая «b-e-c-к-a») находится ниже характеристики основного упругого элемента в полости 5 (кривая «a-d-b»). При этом отсутствуют утечки газа из РКО 12 в подпоршневую полость 8, снижается ход перемещения амортизируемого объекта вверх и энергия колебаний, возвращаемая упругим элементом обратно амортизируемому объекту. Площадь петли «a-d-b-e-с-к-а» на упругодемпфирующей характеристике отражает рассеянную пневматическим амортизатором механическую энергию одного колебания амортизируемого объекта. Давление P противодействует давлению P. В начале очередного хода сжатия ЭПК 19 обесточивается, и полость 7 через ЭПК 19 сообщается с атмосферой, что приводит к восстановлению упругой силы пневматической подвески. Уменьшение упругой силы пневматической подвески в начале каждого хода отбоя за счет подвода дополнительной энергии в штоковую полость цилиндра в противофазе движению объекта и быстрое восстановление ее в начале каждого хода сжатия приводит к интенсивному демпфированию вертикальных колебаний.
Таким образом, благодаря РКО 12, размещенной в полости 7 дополнительного упругого элемента, невозможны утечки газа из поршневой полости 7 в подпоршневую полость 8 при работе пневматической подвески. Также из-за устранения трущихся поверхностей между поршнем 6 и плунжером 4 исчезает их нагрев, а введение центрирующих роликов также способствует устранению перекосов обоймы при работе. Эти меры ведут к повышению и стабилизации демпфирующих свойств пневматической подвески, стабилизации ее характеристик при длительной работе, а также повышает ресурс работы пневматической подвески.