Активная подвеска опорных катков транспортного средства
ACTIVE SUSPENSION OF ROAD WHEELS OF A VEHICLE

Область применения
Изобретение относится к подвескам опорных катков транспортных средств, особенно актуально для гусеничных машин, имеющих большую массу и работающих на высоких скоростях.
Известна подвеска опорных катков транспортного средства (полезная модель РФ № 193879 B60G 11/18 от 19.11.2019. Бюл. № 32), включающая несущий опорный каток, балансир и два торсиона различной жесткости, первый жестко соединен с балансиром, а его второй конец соединен через трубу со вторым торсионом, свободный конец которого жестко закреплен на раме транспортного средства, при этом она также снабжена гидравлическим демпфером, в цилиндрическом корпусе которого установлен лопастной поршень с жиклерами, жестко соединенный с балансиром и первым торсионом, а лопастной поршень вместе с упорами, жестко закрепленными внутри цилиндрического корпуса, разделяют демпфер на две полости заполненные магнитно-реологической жидкостью, при этом упоры снабжены электромагнитными катушками соединенные с электронным блоком управления, который получает сигнал от датчиков вибрации, установленных на раме транспортного средства.
Основным недостатком известной конструкции являются большие габариты торсионных валов, так как их может быть два и более в одном комплекте. Это приводит к снижению их долговечности, кроме того они имеют линейную характеристику, что приводит к резонансным режимам (Поливаев О.И. Результаты имитационного моделирования движения гусеничной машины по неровностям почвы // Естественные и технические науки. М., № 7. 2019. - с. 119-124).
Наиболее близким по совокупности признаков устройством того же назначения является гидравлический демпфер опорных катков транспортного средства (патент № 2750181 B60G 11/18 от 23.06.2021. Бюл. № 18). Подвеска опорных катков транспортного средства, включающая несущий опорный каток, балансир, гидравлический демпфер, в цилиндрическом корпусе которого установлен лопастной поршень с жиклерами, жестко соединенный с балансиром, который вместе с упорами, жестко закрепленными внутри цилиндрического корпуса, разделяют демпфер на две полости, заполненные магнитно-реологической жидкостью, а упоры снабжены электромагнитными катушками, соединенными с электронным блоком управления, который получает сигнал от датчиков вибрации, установленных на раме транспортного средства, при этом она снабжена вторым гидравлическим демпфером, в цилиндрическом корпусе, которого размещен поршень со штоком и жиклерами, в верхней части поршня выполнена полость, связанная каналами с полостями первого гидравлического демпфера, а нижняя часть поршня подпружинена ракетами тарельчатых пружин различной жесткости и установлена на его штоке, при этом лопастной поршень установлен на валу гидравлического демпфера, соединенным с балансиром.
Основным недостатком является то, что гидромагистраль между первым и вторым демпфером имеет постоянное сечение, следовательно, имеется возможность возникновения динамических и резонансных колебаний, даже при наличии магнитно-реологической жидкости. Кроме того, второй демпфер имеет большие габариты за счет тарельчатых пружин, а также кусочно-линейную характеристику, что не на всех режимах приводит к устранению резонансных режимов. Тарельчатые пружины при работе также частично теряют свои упругодемпфирующие свойства (т.е. подвергаются усадке). В работах Носова Н.А. и др. показано, что для подвесок опорных катков гусеничных машин, наиболее эффективна регрессивно-прогрессивная характеристика (1. Носов Η.А. Расчет и конструирование гусеничных машин / Н.А. Носов, В.Д. Голышев, Ю.П. Волков - Л.: Машиностроение, 1972. - 560 с.) Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей транспортного средства, за счет установки управляемых электронным блоком регулируемых дросселей, соединяющих первый и второй демпферы и снижение габаритов за счет замены тарельчатых пружин на демпфер выполненный в виде гидропневмоаккумулятора. Управление электронным блоком регулируемых дросселей, позволяет подвеске практически мгновенно активно реагировать на любое изменение почвенного фона. А регрессивно-прогрессивная характеристика второго демпфера, совместно с управляемыми дросселями позволяет устранить динамические и резонансные колебания во всех случаях работы. Это значительно расширяет эксплуатационные возможности транспортного средства и повышает его плавность хода.
Технический результат достигается тем, что в подвеске опорных катков транспортных средств, включающей несущий опорный каток, балансир, гидравлический демпфер, в цилиндрическом корпусе которого установлен лопастной поршень с жиклерами, жестко соединенный с балансиром, который вместе с упорами, жестко закрепленными внутри цилиндрического корпуса, разделяют демпфер на две полости, заполненные магнитно-реологической жидкостью, а упоры снабжены электромагнитными катушками, соединенными с электронным блоком управления (ЭБУ), который получает сигнал от датчиков вибрации, установленных на раме транспортного средства, при этом она снабжена вторым демпфером, в цилиндрическом корпусе которого размещен поршень, в верхней части поршня выполнена полость, связанная каналами с полостями первого гидравлического демпфера, при этом в каналах вышеупомянутого первого гидравлического демпфера установлены управляемые электронным блоком регулируемые дроссели, соединенные со вторым гидропневматическим демпфером, при этом нижняя часть вышеупомянутого поршня заполнена газом под давлением.
Сущность патента на полезную модель заключается в том, что при постоянном сечении магистралей частота колебаний жидкости в демпфере зависит от частоты колебаний момента сопротивления со стороны почвенного фона и частоты колебаний упругих элементов. При определенных видах работ эти частоты близки или совпадают, что вызывает резонансные явления (гидравлический удар), следовательно, снижаются эксплуатационные показатели транспортной машины. Изменение демпфирующих свойств магнитно-реологической жидкости в полости демпфера в какой-то мере меняет частоты колебаний жидкости, однако постоянное сечение гидромагистралей не позволяет полностью устранить динамические и резонансные колебания. Поэтому дополнительно к магнитно-реологической жидкости установка управляемых ЭБУ, регулируемых дросселей, значительно меняет частоты колебаний жидкости и устраняет динамические и резонансные явления в подвеске, что значительно улучшает плавность хода транспортной машины. При этом немаловажное значение имеет упругодемпфирующая характеристика (регрессивно-прогрессивная) второго гидропневматического демпфера, которая дополнительно устраняет резонансные колебания во всех случаях работы транспортной машины.
На фиг. 1. представлена активная подвеска транспортного средства. Активная подвеска транспортного средства включает гидравлический демпфер, который состоит из цилиндрического корпуса 1, жестко установленного на раме 2 транспортного средства, и размещенного в цилиндрическом корпусе 1 поршня, выполненного в виде двухсторонней лопасти 3 и 4. Лопасти 3 и 4 установлены жестко на валу 5, который через балансир 6 связан с осью 7 колес 8 транспортного средства.
Внутренняя полость цилиндрического корпуса гидравлического демпфера 1, в которой жестко установлены упоры 9, 10 и поршень в виде двухсторонней лопасти 3 и 4, заполнена магнитно-реологической жидкостью. Магнитно-реологическая жидкость состоит из смеси синтетического масла, содержащего в себе железные микрочастицы 1-5 мкм. При этом лопасти 3,4 и упоры 9, 10 разделяют полость корпуса на две камеры Б и В, а в лопастях 3 и 4 имеются жиклеры 11 и 12, служащие для перетекания жидкости из камеры В в камеру Б, а при обратном ходе из камеры Б в камеру В (фиг. 2 - гидравлический демпфер, вид спереди). В упорах 9 и 10 вмонтированы электромагнитные катушки 13 и 14, связанные с электронным блоком управления 15 и датчиками вибрации 16 и постановленные на передней и задней части рамы транспортного средства, которые подают сигнал на ЭБУ. При этом подвеска снабжена дополнительно вторым гидропневматическим демпфером, выполненным в виде цилиндра 18, жестко соединенного с корпусом 1 (фиг. 3 разрез А-А), внутри которого находится поршень (или упругая диафрагма) 19, верхняя часть поршня 19 со стороны вала 5 образует полость С, которая сообщается через каналы 20 и 21 с полостями Впервого гидравлического демпфера 1, работающего при ходе сжатия опорных катков 8. В каналах 20 и 21 установлены управляемые электронным блоком управления регулируемые дроссели 22 и 23. А, нижняя часть поршня 19 образует полость Д, которая заполнена газом (азотом) под давлением. При этом двухсторонний лопастной поршень 3 и 4 жестко установлен на валу 5 гидравлического демпфера и связан с балансиром 6 Подвеска транспортного средства работает следующим образом (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) При ходе сжатия, то есть при наезде колеса транспортного средства на препятствие, балансир 6 поворачивается против часовой стрелки. При этом срабатывают датчики вибрации 16 и 17, установленные на передней и задней части рамы транспортного средства, которые передают сигнал на электронный блок управления 15. ЭБУ мгновенно подает электрический ток на магнитные катушки 13 и 14, установленные в упорах 9 и 10, что приводит к изменению вязкости магнитно-реологической жидкости, которая меняет свои свойства (вязкость) под действием электромагнитного поля, создаваемого катушками. Синхронно с поворотом балансира 6, поворачивается вал 5 и жестко связанная с ним двухсторонняя лопасть 3 и 4, которая оказывает давление на магнитно-реологическую жидкость и через жиклеры 11 и 12 она перетекает из полости В в полость Б, а через каналы 20 и 21, а также через регулируемые дроссели 22 и 23, часть жидкости перетекает из полости В в полость С, образованной в верхней части поршня 19. При этом жидкость перемещает поршень 19, который сжимает газ в полости Д. В зависимости от колебаний на датчиках 16 и 17, электрический сигнал поступает на ЭБУ 15, где происходит его обработка и по заданной программе он воздействует на регулируемые дросселя 22 и 23. И, чем выше полученное значение ускорения остова, тем больше будет управляющий сигнал с датчиков 16 и 17 на ЭБУ и большая сила тока поступает на катушки 13 и 14 амортизатора и изменяет положение регулируемых дросселей 22 и 23. Это позволяет практически мгновенно изменять вязкость магнитно-реологической жидкости в гидравлическом демпфере 1 и полости С, а также изменяет проходное сечение каналов 20 и 21 за счет управляемых ЭБУ регулируемых дросселей 22 и 23, а следовательно, более эффективно гасить динамические и резонансные нагрузки.
При ходе отбоя подвески, датчики вибрации 16 и 17, установленные в корпусе транспортного средства, подают сигнал на ЭБУ, а от него электрический ток поступает на магнитные катушки 13 и 14, установленные в корпусе 1 и управляемые дроссели 22 и 23, тем самым уменьшая вязкость магнитно-реологической жидкости и изменяя проходное сечение каналов 20 и 21. А, благодаря запасенной энергии сжатого газа в гидропневматическом аккумуляторе 18, в зависимости от интенсивности колебательного процесса, датчики вибрации 16 и 17, подают электрический сигнал на ЭБУ 15, и после обработки по заданной программе, он воздействует на регулируемые дроссели 22, 23 и часть жидкости перетекает обратно, из полости С, в полость В, а через жиклеры 11 и 12 в полость Б. Это позволяет мягко возвращаться лопасти, а, следовательно, и опорному катку 8 в исходное положение.
Таким образом, установка управляемых регулируемых дросселей совместно с изменением вязкости магнито-реологической жидкости и регрессивно-прогрессивной характеристикой второго гидропневматического демпфера подвеска активно реагирует на любые изменения почвенного фона. Это приводит к повышению плавности хода, расширению эксплуатационных возможностей транспортного средства и снижению габаритов.