ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА

Полезная модель относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневматическим подвескам с воздушным демпфером, саморегулируемым по направлению относительных и абсолютных колебаний.
Известна пневматическая подвеска, содержащая резинокордную оболочку с крышкой, образующие рабочую полость, дополнительную емкость и расположенную между ними перегородку с клапанным устройством, которое включает установленный по оси подвески и жестко закрепленный на перегородке цилиндр, радиально расположенные перепускные отверстия, закрепленный в крышке и размещенный в цилиндре шток с установленным подвижно на нем поршнем, перекрывающим перепускные отверстия на ходе отбоя. Клапанное устройство выравнивает давления в рабочей и дополнительных полостях подвески в самом начале хода сжатия, в результате чего обеспечивается постоянство собственной частоты колебаний и уменьшение смещения амортизируемого объекта вниз (а.с. СССР №842295, F16F 9/04, 1981 г.).
Недостатком данной пневматической подвески является автоматическое саморегулирование неупругого сопротивления только по амплитуде деформации подвески или относительных колебаний подрессоренной массы. При этом не учитывается направление относительных и абсолютных колебаний подрессоренной массы, в результате чего реализуемое подвеской воздушное демпфирование не достаточно эффективно, так как оно осуществляется, во-первых, только на ходе отбоя, а, во-вторых, из-за наличия сдвига фаз абсолютных и относительных колебаний демпфирующая сила подвески на части своего хода может совпадать с направлением движения подрессоренной массы, тогда как эта сила должна всегда быть направлена против этого движения. Другими недостатками являются необходимость соосного движения крышки и дополнительной емкости, что практически невозможно обеспечить в подвесках современных транспортных средств, и постоянное дросселирование воздуха через калиброванное отверстие в перегородке на ходах сжатия и отбоя, которое вызывает быстрый нагрев упругого элемента, увеличивает его жесткость и собственную частоту колебаний. Это приводит к уменьшению гасящих свойств на зарезонансных режимах работы, где для повышения виброзащитных свойств подвески ее жесткость и силу демпфирования необходимо уменьшать. Кроме того, конструкция демпфирующего узла в данной рессоре имеет ограниченный ресурс из-за наличия в нем пары трения поршня о шток.
Наиболее близким из известных технических решений является пневматическая подвеска, содержащая резинокордную оболочку с крышкой, образующие рабочую полость, дополнительную емкость и расположенную между ними перегородку с клапанным устройством. Дополнительная емкость выполнена в виде удлиненного по оси полого поршня, внутри которого установлено клапанное устройство. Клапанное устройство выполнено в виде саморегулируемого по амплитуде и направлению колебаний демпфирующего узла, в корпусе которого установлен цилиндр с поршнем, образующий с корпусом кольцевую полость, соединенную с полостью дополнительной емкости и с полостью резинокордной оболочки через радиальные перепускные отверстия, закрытые эластичными элементами, закрепленными на наружной поверхности корпуса, и соединенную с полостью цилиндра через радиальные каналы, выполненные в средней части цилиндра на расстоянии, равном высоте поршня. Поршень выполнен в виде плунжера из фторопласта-4 и образует с цилиндром надпоршневую полость, сообщенную с полостью резинокордной оболочки, и подпоршневую полость, сообщенную с полостью дополнительной емкости. В статическом положении плунжер, соединенный с крышкой упругим штоком, находится в средней части цилиндра между его радиальными каналами, что соответствует средней точке упругой характеристики (патент РФ №2340468, F16F 9/04, 2007 г.).
Данная пневматическая подвеска имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный автоматическим саморегулированием неупругого сопротивления только по амплитуде и направлению деформации подвески или относительных колебаний подрессоренной массы. При этом не учитывается направление абсолютных колебаний подрессоренной массы, что снижает эффективность воздушного демпфирования. Кроме того, необходимость удлинения полого поршня с целью размещения в нем цилиндра с поршнем, осевые перемещения которого равны ходу подвески, при больших ходах приводит, во-первых, к увеличению поперечных смещений верхней части полого поршня относительно оси крышки, что снижает надежность и долговечность работы резинокордной оболочки и упругого штока, а во-вторых, - к уменьшению клиренса подвески. Вследствие ограниченности габаритов даже удлиненного полого поршня его внутренний объем остается все равно меньше объема рабочей полости, что снижает гашение колебаний и плавность хода транспортного средства, поскольку для обеспечения эффективного воздушного демпфирования необходимо, чтобы дополнительный объем был больше или равен рабочему объему.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневматической подвески с воздушным демпфером, образующим новую демпфирующую систему автоматического регулирования своих характеристик по направлению относительных и абсолютных колебаний с помощью клапанного устройства, обеспечивающего разобщение рабочей и дополнительной полостей при смене направления деформации подвески и выравнивание давлений в этих полостях на ходах сжатия и отбоя в момент смены направления движения подрессоренной массы транспортного средства.
Техническим результатом заявленной пневматической подвески является автоматическое саморегулирование неупругого сопротивления по направлению относительных и абсолютных колебаний, что приводит к повышению эффективности воздушного демпфирования, следствием чего является улучшение плавности хода транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневматической подвеске, содержащей резинокордную оболочку с крышкой, образующие рабочую полость, дополнительную емкость и клапанное устройство, в корпусе которого установлены шток в виде упругого стержня и цилиндр с поршнем, образующий с корпусом кольцевую полость, соединенную с полостью дополнительной емкости и с полостью резинокордной оболочки через радиальные перепускные отверстия, закрытые эластичными элементами, закрепленными на наружной поверхности корпуса, и соединенную с полостью цилиндра через радиальные каналы, выполненные в средней части цилиндра, образующего с поршнем надпоршневую и подпоршневую полости, клапанное устройство выполнено в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по направлению относительных и абсолютных колебаний, корпус которого размещен по оси подвески в полости дополнительной емкости, жестко закрепленной на крышке, надпоршневая полость сообщена с полостью дополнительной емкости, подпоршневая полость сообщена с полостью резинокордной оболочки, нижний конец штока закреплен на верхнем торце полого поршня, являющегося опорой резинокордной оболочки, а радиальные каналы выполнены на расстоянии, меньшем высоты поршня.
Благодаря тому, что клапанное устройство выполнено в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по направлению относительных и абсолютных колебаний, корпус которого размещен по оси подвески в полости дополнительной емкости, жестко закрепленной на крышке, надпоршневая полость сообщена с полостью дополнительной емкости, подпоршневая полость сообщена с полостью резинокордной оболочки, нижний конец штока закреплен на верхнем торце полого поршня, являющегося опорой резинокордной оболочки, а радиальные каналы выполнены на расстоянии, меньшем высоты поршня, обеспечивается разобщение рабочей и дополнительной полостей при смене направления деформации подвески и сообщение этих полостей с выравниванием давлений на ходах сжатия и отбоя практически в момент смены направления движения подрессоренной массы транспортного средства. В результате такого алгоритма регулирования неупругого сопротивления подвески по направлению относительных и абсолютных колебаний обеспечивается повышение эффективности воздушного демпфирования, следствием чего является улучшение плавности хода транспортного средства.
Вследствие того, что дополнительная емкость жестко закреплена на крышке, обеспечивается уменьшение осевого габарита полого поршня, что увеличивает клиренс подвески. Кроме того, размещение дополнительной емкости на крышке позволяет без изменения клиренса увеличить ее внутренний объем по сравнению с рабочим объемом резинокордной оболочки, что обеспечивает повышение эффективности воздушного демпфирования, следствием чего является улучшение плавности хода транспортного средства.
На фиг.1 изображена предлагаемая пневматическая подвеска, продольный разрез; на фиг.2 - ее рабочая диаграмма.
Пневматическая подвеска содержит резинокордную оболочку 1 с крышкой 2, на которой жестко закреплена дополнительная емкость 3. Резинокордная оболочка 1, крышка 2 и верхний торец полого поршня 4, являющегося опорой резинокордной оболочки 1, образуют рабочую полость 5, которая периодически сообщается с полостью 6 дополнительной емкости 3 через клапанное устройство, выполненное в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по направлению относительных и абсолютных колебаний.
Корпус 7 демпфирующего узла жестко закреплен снизу крышки 2 и размещен по оси подвески в полости 6 дополнительной емкости 3. В корпусе 7 установлен цилиндр 8, образующий с корпусом 7 кольцевую полость 9, соединенную с полостью бис полостью 5 через перепускные клапаны, состоящие из радиальных отверстий 10 и 11, выполненных в нижней части корпуса 7, и закрывающих их эластичных элементов 12 и 13, закрепленных на наружной поверхности корпуса 7.
В средней части цилиндра 8 установлен поршень 14, соединенный с верхним торцом полого поршня 4 посредством упругого штока 15. Кольцевая полость 9 соединена с полостью цилиндра 8 через радиальные каналы 16 и 17, выполненные в средней части цилиндра 8 на расстоянии L (фиг.1), меньшем высоты поршня 14, что обеспечивает сообщение полостей 5 и 6 практически в момент смены направления движения подрессоренной массы транспортного средства. Поршень 14 образует с цилиндром 8 надпоршневую полость 18, сообщенную с полостью 6 дополнительной емкости 3, и подпоршневую полость 19, сообщенную с рабочей полостью 5.
На верхнем торце полого поршня 4 закреплен резиновый буфер хода сжатия 20, под которым внутри полого поршня 4 установлено ребро жесткости в виде цилиндра 21. В крышке 2 и дополнительной емкости 3 установлен штуцер 22 для соединения рабочей полости 5 с регулятором положения кузова транспортного средства.
Предлагаемая пневматическая подвеска работает следующим образом.
При отсутствии колебаний подвески поршень 14, соединенный с верхним торцом полого поршня 4 упругим штоком 15, находится в средней части цилиндра 8, перекрывая его радиальные каналы 16 и 17. Среднее положение поршня 14 обеспечивается соединением рабочей полости 5 с регулятором положения кузова транспортного средства посредством штуцера 22.
При деформациях подвески в небольшой зоне статического хода, меньшего, чем разность расстояний между высотой поршня 14 и радиальными каналами 16 и 17, полости 5 и 6 не сообщаются, так как поршень 14 перекрывает радиальные каналы 16 и 17. В этом режиме происходит изменение давления газа только в рабочей полости 5, что соответствует упругой характеристике, показанной пунктирной линией на участке Δ (фиг.2). В этом случае воздушного демпфирования колебаний не происходит, что необходимо для обеспечения высокой плавности хода при движении транспортного средства по мелким неровностям, например, по асфальту с короткими трещинами.
При ходах подвески, равных Δ, в момент смены направления движения подрессоренной массы транспортного средства поршень 14 открывает радиальные каналы 16 и 17, вследствие чего происходит выравнивание давлений в полостях 5 и 6. Это соответствует точкам 1 и 3 на упругой характеристике (фиг.2). При больших ходах подвеска работает следующим образом.
На ходе сжатия подвески крышка 2, снизу которой закреплен корпус 7 демпфирующего узла, вместе с дополнительной емкостью 3 перемещаются вниз, полый поршень 4 с поршнем 14 движутся вверх, а нижняя часть резинокордной оболочки 1 перекатывается по наружной поверхности полого поршня 4, на верхнем торце которого закреплен нижний конец упругого штока 15. При этом давление в рабочей полости 5 увеличивается, вследствие чего эластичный элемент 13 прижимается к наружной поверхности корпуса 7 и закрывает перепускные отверстия 11, а воздух из рабочей полости 5 практически без сопротивления перетекает в полость 6 дополнительной емкости 3 через подпоршневую полость 19, радиальные каналы 17, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 10, отжимая от наружной стенки корпуса 7 эластичный элемент 12. В результате происходит практически одновременное повышение давлений в полостях 5 и 6, что обеспечивает на участке I мягкую упругую характеристику (фиг.2).
При последующем ходе растяжения крышка 2 с дополнительной емкостью 3 движется вверх, а полый поршень 4 с поршнем 14 - вниз. При этом давление в рабочей полости 5 уменьшается, вследствие чего эластичный элемент 12 прижимается к наружной стенке корпуса 7 и закрывает перепускные отверстия 10, разобщая полости 5 и 6 в момент смены направления деформации подвески. В результате происходит резкое падение давления в рабочей полости 5, что обеспечивает на участке II жесткую упругую характеристику (фиг.2).
После прохождения поршнем 14 среднего положения в момент смены направления движения подрессоренной массы транспортного средства открываются радиальные каналы 16 и воздух из полости 6 дополнительной емкости 3 практически без сопротивления перетекает в рабочую полость 5 через надпоршневую полость 18, радиальные каналы 16, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 11, отжимая эластичный элемент 13 от наружной поверхности корпуса 7. В результате происходит практически мгновенное выравнивание давлений в полостях 5 и 6 (точка 3 на фиг.2).
При дальнейшем растяжении подвески воздух из полости 6 дополнительной емкости 3 практически свободно перетекает в рабочую полость 5 через надпоршневую полость 18, радиальные каналы 16, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 11, отжимая от наружной стенки корпуса 7 эластичный элемент 13. В результате происходит практически одновременное понижение давлений в полостях 5 и 6, что обеспечивает на участке III мягкую упругую характеристику (фиг.2).
При последующем ходе сжатия крышка 2 с дополнительной емкостью 3 движется вниз, а полый поршень 4 с поршнем 14 - вверх. При этом давление в рабочей полости 5 увеличивается, вследствие чего эластичный элемент 13 прижимается к наружной стенке корпуса 7 и закрывает перепускные отверстия 11, разобщая полости 5 и 6 в момент смены направления деформации подвески. В результате происходит резкое увеличение давления в рабочей полости 5, что обеспечивает на участке IV жесткую упругую характеристику (фиг.2).
После прохождения поршнем 14 среднего положения в момент смены направления движения подрессоренной массы транспортного средства открываются радиальные каналы 17 и воздух из рабочей полости 5 практически без сопротивления перетекает в полость 6 дополнительной емкости 3 через подпоршневую полость 19, радиальные каналы 17, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 10, отжимая эластичный элемент 12 от наружной поверхности корпуса 7. В результате происходит практически мгновенное выравнивание давлений в полостях 5 и 6 (точка 1 на фиг.2).
В конце хода сжатия резиновый буфер 20, взаимодействуя с крышкой 2, деформируется, что предотвращает жесткий удар. При этом основная нагрузка приходиться на ребро жесткости 21, что предотвращает прогиб верхнего торца полого поршня 4.
Предлагаемая пневматическая подвеска обеспечивает саморегулирование неупругого сопротивления по направлению относительных и абсолютных колебаний, что приводит к повышению эффективности воздушного демпфирования, следствием чего является улучшение плавности хода транспортного средства.