ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к гидропневматическим подвескам автомобилей.
Известны подвески транспортных средств, содержащие вертикальный рычаг, который одним концом жестко соединен с корпусом транспортного средства, а другим шарнирно связан с продольным рычагом, а также содержащие упруго-демпфирующий элемент, шарнирно связанный одним концом с вертикальным рычагом, а другим шарнирно связанный с продольным рычагом (см., например, GB 1095313, B60G 7/02, 13.12.1967; FR 2647062, B60G 17/00, 23.11.1990). В зависимости от типа и конструкции упруго-демпфирующего элемента подвеска описанного типа может быть выполнена гидропневматической.
Подвески описанного типа обладают простой и компактной конструкцией, но имеют как правило малые ходы сжатия и отбоя, вследствие чего не исключается их пробой или отрыв колес от дорожного полотна в процессе движения, что ухудшает управляемость и снижает комфортность транспортного средства.
Основной целью полезной модели является создание новой гидропневматической подвески, которая наряду с простой и компактной конструкцией, обладала бы увеличенным ходом и прогрессивными упруго-демпфирующими характеристиками, обеспечивающими возможность реализации раздельного динамического регулирования демпфирования для ходов сжатия и отбоя. Дополнительной целью полезной модели является создание новой подвески указанного типа, в которой обеспечивалось бы динамическое управление жесткостью.
Основная цель решается тем, что в гидропневматической подвеске транспортного средства, содержащей вертикальный рычаг, который одним концом жестко соединен с корпусом транспортного средства, а другим шарнирно связан с продольным рычагом, а также содержащей упруго-демпфирующий элемент, согласно полезной модели, упруго-демпфирующий элемент включает в себя рабочий гидроцилиндр поршневого типа, верхний конец которого шарнирно соединен с вертикальным рычагом, а нижний конец шарнирно соединен с продольным рычагом, а также основной пневмогидравлический аккумулятор, соединенный с рабочей надпоршневой полостью гидроцилиндра посредством первого трубопровода с установленным в нем первым дросселем с обратным клапаном, и пневмогидравлический аккумулятор противодавления, соединенный с полостью противодавления гидроцилиндра посредством второго трубопровода с установленным в нем вторым дросселем с обратным клапаном.
Дополнительная цель достигается тем, что упруго-демпфирующий элемент также включает в себя обводной трубопровод с установленным в нем регулятором объема и давления рабочей жидкости в гидроцилиндре, причем указанный обводной трубопровод одним своим концом соединен с указанным первым трубопроводом, а другим - с указанным вторым трубопроводом.
Предпочтительно регулятор объема и давления включает в себя последовательно установленные первый и второй золотниковые распределители и установленные перед и между ними клапаны регулятора, так что каждый из распределителей установлен на обводном трубопроводе между двумя клапанами с обеспечением возможности слива по крайней мере части рабочей жидкости из гидроцилиндра, а также возможности введения в гидроцилиндр дополнительного объема рабочей жидкости.
Предпочтительно слив жидкости из гидроцилиндра обеспечивается во внешнюю емкость, связанную с одним из клапанов регулятора.
В результате за счет вышеописанного выполнения подвески достигается:
- существенно увеличенный полный ход колеса (до 1000 мм) позволяющий преодолевать значительные по высоте дорожные неровности (максимальный ход колес существующих длинноходовых подвесок колес не превышает 550 мм);
- возможность независимого для хода сжатия и отбоя статического и динамического управления подвеской за счет изменения сечений регулируемых дросселей (регулируемое демпфирование);
- при наличии на борту колесной машины насосной станции, возможность динамического управления подрессориванием, при помощи регулируемых дросселей и распределительных золотниковых устройств;
- все усилия от упруго-демпфирующего элемента замыкаются внутри модуля.
В заявленной подвеске за счет варьирования коэффициента демпфирования и зарядного давления аккумуляторных баллонов давления и противодавления представляется возможность моделирования подвесок заданной характеристики, с высокой степени точности. Соответственно, одновременно изменяется собственная частота колебаний, что позволяет:
(а) производить ручную преднастройку, для получения желаемой амплитудно-частотной характеристики подвески (например, чтобы исключить совпадение собственных частот колебательной системы подвески и колебательной системы транспортируемого объекта груза). Данный аспект позволяет применять унифицированные подвески заявленного типа для широкого класса транспортных средств.
(б) производить адаптивное статическое регулирование подвески. (аналогично п.(а) но в автоматическом режиме). Без дополнительного подвода энергии (за счет изменения коэффициента демпфировании) - невозможно обеспечить изменение собственной частоты, а с дополнительным подводом энергии, возможно изменять жесткость упругих элементов подвески, что соответственно позволяет варьировать собственную частоту подвески.
(в) при установке автоматически управляемых дросселей и/или золотников производить динамическое полуактивное управление элементами подвески при помощи динамического регулирования коэффициентов демпфирования ее элементов при помощи управляющего сигнала АСУ;
(г) при наличии на борту транспортного средства источника энергии производить активное динамическое управление элементами подвески, как комбинированный метод управления по п.(б) и (в) (по результатам исследований опыта по созданию активных систем подрессоривания, как в нашей стране так и за рубежом, последний метод, является наиболее эффективным).
Полезная модель поясняется далее более подробно на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи на которых изображено:
- на фиг.1 - гидравлическая схема подвески по полезной модели;
- на фиг.2 - схема пневмогидравлической рессоры вместе с регулятором.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - вертикальный рычаг; 2 - продольный рычаг; 3 - гидроцилиндр; 4 - основной пневмогидроаккумулятор; 5 - пневмогидроаккумулятор противодавления; 6 - колесный редуктор; 7 - шина колеса; 8 - первый регулируемый
дроссель; 9 - второй регулируемый дроссель; 10 - обводной трубопровод; 11 - первый золотниковый распределитель; 12 - второй золотниковый распределитель; 13 - клапаны регулятора; 14 - насосная станция; 15 - резервная емкость.
Как показано на фиг.1, в состав подвески по полезной модели входят направляющее устройство, включающее шарнирно связанные между собой вертикальный 1 и продольный 2 рычаги, упруго-демпфирующий элемент с регулируемыми параметрами, содержащий связанные между собой посредством системы трубопроводов гидроцилиндр 3 и два оснащенных датчиками давления пневмогидроаккумулятора (ПГА) 4 и 5. Не связанный с продольным рычагом конец вертикального рычага неподвижно соединен с корпусом (рамой) транспортного средства, а свободный конец продольного рычага 2 жестко соединен со ступицей колесного редуктора 6 и шиной 7. В колесном редукторе располагаются элементы тормозной системы.
Направляющее устройство подвески является основным несущим элементом системы подрессоривания. Оно связывает между собой колесный движитель, корпус (раму) транспортного средства и упруго-демпфирующий элемент.
Упруго-демпфирующий элемент включает в себя рабочий гидроцилиндр 3 поршневого типа, верхний конец которого шарнирно (например, посредством цилиндрического шарнира) соединен с вертикальным рычагом 1, а нижний конец (конец штока) шарнирно (например, посредством сферического шарнира) соединен с продольным качающимся рычагом 2. Гидроцилиндр такого типа обычно включает в себя корпус и шток, разделяющий полость цилиндра на камеры (полости) основного давления (над поршнем) и противодавления (под поршнем), в качестве рабочей жидкости в гидроцилиндре 3 может использоваться масло МГЕ-10А ОСТ 38.01281.
В гидроцилиндре 3 по полезной модели полость основного давления и противодавления посредством первого и второго трубопроводов связаны с основным пневмогидравлическим аккумулятором 4 и пневмогидравлическим аккумулятором противодавления 5 соответственно. В качестве основного ПГА 4 может, в частности, использоваться стандартный пневмогидравлический аккумулятор АРХ-16/320, имеющий объем 16 л и рассчитанный на номинальное давление 32 МПа, и имеющий две полости - жидкостную, соединенную с гидросистемой упруго-демпфирующего элемента, и газовую, снабженную зарядным узлом. В качестве ПГА противодавления 5 может использоваться стандартный поршневой пневмогидроаккумулятор АРХ-2,5/320, аналогичный основному ПГА 4, имеющий объем 2,5 л. Газовые полости пневмогидроаккумуляторов 4 и 5 могут быть заполнены техническим азотом сорта II (ГОСТ 9293-74).
В гидролиниях системы подрессоривания (между аккумуляторами 4 и 5 и соответствующими полостями гидроцилиндра 3) установлены регулируемые дроссели с обратным клапаном 8 и 9 (например, КВМК 32G1.1), что позволяет независимо регулировать коэффициент демпфирования на ходах сжатия и отбоя. Регулировка каждого из дросселей 8 и 9 осуществляется посредством вращения корпуса, который изменяет размер проходного отверстия. Таким образом, дроссель позволяет в ручном режиме изменять коэффициент демпфирования за счет регулирования расхода рабочей жидкости, перетекающей между соответствующей полостью гидроцилиндра 3 и соответствующим ПГА (4 или 5). Поскольку в составе всей подвески транспортного средства дроссели каждого упруго-демпфирующего элемента независимы друг от друга, они могут настраиваться отдельно как для каждого из колес, так и для хода сжатия и отбоя всего транспортного средства в целом.
Давление в рабочей полости гидроцилиндра, связанной с гидроаккумулятором, может регулироваться за счет изменения объема жидкости. Для этого упруго-демпфирующий элемент может также включать в себя обводной трубопровод 10 с установленным в нем регулятором объема и давления рабочей жидкости в гидроцилиндре 3. Обводной трубопровод 10 одним своим концом соединен с первым трубопроводом, соединяющим основной ПГА 4 и полость основного давления гидроцилиндра 3, а другим - со вторым трубопроводом, соединяющим ПГА 5 противодавления и подпоршневую полость гидроцилиндра 3.
Регулятор объема и давления включает в себя последовательно установленные первый 11 и второй 12 пропорциональные золотниковые распределители, а также установленные перед и между ними на обводном трубопроводе 10 клапаны регулятора 13, так что каждый из золотниковых распределителей 11 и 12 оказывается установленным на трубопроводе 10 между двумя клапанами 13. Клапан регулятора 13, установленный между распределителями 11 и 12, будет в дальнейшем для простоты именоваться центральным, а аналогичные клапаны, установленные на трубопроводе 10 между распределителем 11 и надпоршневой полостью гидроцилиндра 3, а также между распределителем 12 и подпоршневой полостью гидроцилиндра 3, будут именоваться боковыми. Регулятор объема и давления обеспечивает возможность слива по крайней мере части рабочей жидкости из гидроцилиндра, а также возможность введения в гидроцилиндр дополнительного объема рабочей жидкости. Через центральный и боковые клапаны 13 и золотниковые пропорциональные распределители 11, 12 с обводным трубопроводом 10 связывается насосная станция 14, закрепленная на корпусе транспортного средства, за счет которой обеспечивается слив и добавление рабочей жидкости в гидросистему упруго-демпфирующего элемента.
Для слива жидкости из рабочей полости гидроцилиндра предусмотрена резервная емкость 15, которая помимо этого обеспечивает запас жидкости, необходимый для регулирования параметров системы подрессоривания в заданном диапазоне. Изменение рабочего давления в гидросистеме позволяет регулировать жесткость подвески колесного движителя и высоту грузовой платформы. Также возможно изменение объема жидкости в полости противодавления, что позволяет регулировать энергоемкость подвески на ходе отбоя.
Предлагаемая управляемая гидропневматическая подвеска работает следующим образом.
На ходе сжатия продольный рычаг 2 подвески перемещается вверх, что приводит к перемещению вверх штока гидроцилиндра 3. При этом жидкость из надпоршневой полости сжатия перетекает по первому трубопроводу через регулируемый дроссель 8 к жидкостной полости 5 основного пневмогидравлического аккумулятора 4. На дросселе 8 создается перепад давлений и, в соответствии с регулировкой дросселя, отбор части энергии от потока жидкости в тепловую энергию. Увеличение давления в жидкостной полости ПГА 4 вызывает смещение его поршня, вызывая уменьшение объема газовой полости и увеличение давления соответственно. В подпоршневой полости гидроцилиндра 3 процессы противоположны. В результате перемещения поршня вверх, уменьшается давление в полости противодавления (отбоя), в результате чего, жидкость из пневмогидроаккумулятора противодавления 5, подпираемая объемом сжатого газа минуя дроссель 9, через обратный клапан перетекает из жидкостной полости ПГА 5 в полость противодавления гидроаккумулятора 3.
При ходе отбоя процессы повторяются в противоположном направлении, жидкость из жидкостной полости основного ПГА 4 через обратный клапан дросселя 8 свободно перетекает в рабочую полость
гидроаккумулятора 3, а выдавливаемый объем жидкости из полости противодавления дросселируется через регулируемый дроссель 9.
При помощи регулятора имеется также возможность осуществлять регулирование (в т.ч. динамическое) давления и объема жидкости в системе. Для этого боковые клапаны 13 должны быть открыты (что на текущем уровне техники может быть обеспечено автоматически).
Для уменьшения давления в полости 1 при наезде на неровность первый золотниковый распределитель 11 соединяет обводной трубопровод 10 с надпоршневой полостью гидроцилиндра 3, синхронно золотник 12 соединяет обводной трубопровод 10 с подпоршневой полостью гидроцилиндра 3. Для обеспечения подачи разного количества жидкости в надпоршневую полость сжатия и подпоршневую полость отбоя, применяются пропорциональные распределители 11 и 12, обеспечивающие синхронную работу при различной величине смещения золотников. Избыток жидкости через центральный клапан 13, установленный на трубопроводе 10 между двумя золотниковыми распределителями 11 и 12, сливается в резервную емкость 15, дополнительная жидкость может накачиваться в над- или подпоршневую полость гидроцилиндра 3 через центральный и соответствующий боковой клапан 13 насосом 14.
При наезде на неровность типа яма, для сохранения значения усилия в пятне контакта (существенно влияет на устойчивость автомобиля) процессы повторяются в обратном порядке, распределитель 12 соединяет обводной трубопровод 10 с подпоршневой полостью отбоя гидроцилиндра 3, а распределитель 11 - трубопровод 10 с надпоршневой полостью сжатия. Избыток или недостача рабочей жидкости регулируется через центральный (и при необходимости - соответствующий боковой) клапан 13 с использованием насосной станции 14 и/или емкости 15. Этим обеспечивается постоянный контакт колеса с дорогой.
При помощи регулятора за счет нагнетания через золотниковый распределитель 12 дополнительного объема жидкости в гидросистему также возможна реализация режимов типа «гидравлический домкрат», предназначенного для вывешивания колеса, например с целью замены или ремонта колесного модуля, режима поддержания переменного (задаваемого системой управления движением) клиренса и реализовать статичную подстройку упругой характеристики пневмогидравлического упругого элемента в зависимости от статической нагрузки и предполагаемых условий движения. При этом за счет использования независимо регулируемых золотников 11 и 12 подача и/или отбор жидкости могут осуществляться только в надпоршневую полость гидроцилиндра 3, только в подпоршневую полость или же и в под- и в надпоршневую полость в различных пропорциях в зависимости от требований конкретной задачи.
В случае неисправности цепи управления, гидростанции 14 или пропорциональных золотниковых распределителей 11, 12 клапаны 13 закрыты, предотвращая утечки жидкости из полостей гидроцилиндра, а подвеска тем самым переводится в пассивный режим функционирования, не теряя при этом работоспособности.
В заключение следует отметить, что вышеуказанный пример приведен лишь для лучшего понимания сущности полезной модели и ни в коей мере не может рассматриваться в качестве ограничивающего. Специалисту будет ясно, что возможны и другие, не указанные прямо частные случаи реализации полезной модели, которые однако не будут выходить за рамки испрашиваемого объема правовой охраны, определяемой исключительно прилагаемой формулой полезной модели.