ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

Предлагаемый пневматический упругий элемент относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневматическим подвескам с воздушным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний.
Известна пневматическая подвеска, содержащая резинокордную оболочку с крышкой, образующие рабочую полость, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с клапанным устройством. Клапанное устройство выполнено в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и направлению колебаний, 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, который соединен со штоком, выполненным в виде упругого стержня, и образует с цилиндром надпоршневую полость, сообщенную с полостью резинокордной оболочки, и подпоршневую полость, сообщенную с полостью дополнительной емкости. Данная подвеска обеспечивает разобщение рабочей и дополнительной полостей при смене направления деформации подвески и выравнивание давлений в этих полостях на ходах сжатия и отбоя в момент прохождения подвеской своего статического положения, что формирует упругую характеристику в виде «бабочки», обеспечивающую высокую степень гашения колебаний подвески транспортного средства (патент РФ 2340468, МПК В60G 11/26, F16F 5/00, 2008 г.).
Недостатком данной пневматической подвески является относительно низкая пропускная способность радиальных перепускных отверстий, закрытых эластичными элементами, и кольцевой полости демпфирующего узла, что будет приводить к задержке выравнивания давлений в рабочей полости и дополнительной емкости на ходах сжатия и отбоя при прохождении подвеской своего статического положения, тем самым снижая эффективность воздушного демпфирования и плавность хода транспортного средства.
Наиболее близким из известных технических решений является пневматический упругий элемент, содержащий резинокордную оболочку, соединенную с корпусом и крышкой, и разделенный на верхнюю и нижнюю полости направляющим элементом, выполненным в виде упругого шарнира, в осевом отверстии которого с возможностью осевого перемещения установлен шток с верхним и нижним радиальными отверстиями, соединенный с крышкой и связывающий верхнюю и нижнюю полости между собой. В средней части штока выполнены нижнее правое и верхнее левое радиальные отверстия, а также правый и левый продольные каналы, причем нижнее правое радиальное отверстие расположено ниже направляющего элемента и соединено правым продольным каналом с верхним радиальным отверстием, верхнее левое радиальное отверстие расположено выше направляющего элемента и соединено левым продольным каналом с нижним радиальным отверстием. В продольных каналах установлены два обратных клапана, один из которых сообщает верхнюю полость с нижней полостью на ходе сжатия от среднего положения до момента перекрытия упругим шарниром верхнего радиального отверстия, а другой сообщает нижнюю полость с верхней полостью на ходе отбоя от среднего положения до момента перекрытия упругим шарниром нижнего радиального отверстия. Данный упругий элемент обеспечивает упругую характеристику в виде «бабочки», обеспечивающую высокую степень гашения колебаний подвески транспортного средства (патент РФ 186292 МКП F16F 9/04, 2019 г.).
Недостатком данного пневматического упругого элемента является низкая пропускная способность каждого из двух продольных каналов штока, каждый из которых соединен с верхней и нижней полостями через одно верхнее и одно нижнее радиальные отверстия в штоке и один обратный клапан в виде подпружиненного шарика. Это будет приводить к задержке выравнивания давлений в указанных полостях на ходах сжатия и отбоя при прохождении упругим элементом своего статического положения, тем самым снижая эффективность воздушного демпфирования и плавность хода транспортного средства.
В связи с этим важнейшей задачей является создание новой более эффективной конструкции пневматического упругого элемента, обеспечивающей быстрое выравнивание давлений в его полостях в среднем положении за счет применения в штоке одного продольного канала и радиальных щелей с увеличенными проходными сечениями.
Техническим результатом заявленного пневматического упругого элемента является повышение плавности хода транспортного средства.
Заданный технический результат достигается тем, что пневматический упругий элемент содержит верхний и нижний обратные клапаны, резинокордную оболочку, соединенную с корпусом и крышкой, и разделен на верхнюю и нижнюю полости направляющим элементом, выполненным в виде упругого шарнира, в осевом отверстии которого с возможностью осевого перемещения установлен соединенный с крышкой шток, на концах и в средней части которого выполнены отверстия, причем шток выполнен полым, отверстия в нем выполнены попарно симметрично относительно его оси в виде узких поперечных щелей с большим проходным сечением, а верхний и нижний обратные клапаны выполнены в виде упругих разрезных колец, установленных внутри штока с возможностью перекрытия верхних и нижних поперечных щелей на концах штока.
Выполнение штока полым обеспечивает движение воздуха внутри штока практически без сопротивления, что повышает эффективность воздушного демпфирования, а значит и плавность хода транспортного средства.
Выполнение отверстий на концах и в средней части полого штока попарно симметрично относительно его оси в виде узких поперечных щелей с большим проходным сечением уменьшает сопротивление при течении воздуха через них, тем самым повышая эффективность воздушного демпфирования и плавность хода транспортного средства.
Выполнение верхнего и нижнего обратных клапанов в виде упругих разрезных колец, установленных внутри полого штока с возможностью перекрытия верхних и нижних поперечных щелей на его концах, практически не уменьшает внутреннее проходное сечение полого штока, что повышает эффективность воздушного демпфирования, надежность работы обратных клапанов и плавность хода транспортного средства.
На фиг.1 изображен предлагаемый пневматический упругий элемент, продольный разрез, на фиг. 2 - сечение по А-А, а на фиг. 3 - упругая характеристика (рабочая диаграмма) заявляемой конструкции пневматического упругого элемента.
Пневматический упругий элемент содержит резинокордную оболочку 1, соединенную с корпусом 2 и крышкой 3 и разделенную направляющим элементом, выполненным в виде упругого шарнира 4, на верхнюю 5 и нижнюю 6 полости, заправленные воздухом. С крышкой 3 соединен полый шток 7 с упором 8. Полый шток 7 установлен с возможностью осевого перемещения в осевом отверстии упругого шарнира 4, выполненного в виде сайлент-блока.
На концах штока 7 попарно симметрично относительно его оси выполнены узкие верхние 9 и нижние 10 поперечные щели, соединяющие верхнюю полость 5 и нижнюю полость 6 полостью полого штока 7 через верхний и нижний обратные клапаны, установленные внутри полого штока 7. Верхний и нижний обратные клапаны выполнены в виде упругих разрезных колец 11 и 12 соответственно, каждое из которых в средней своей части посредством заклепок 13 и 14 соответственно соединено с полым штоком 7 и своими концами перекрывает верхние 9 и нижние 10 поперечные щели, соответственно.
В средней части полого штока 7 попарно симметрично относительно его оси выполнены узкие верхние 15 и нижние 16 поперечные щели с большим проходным сечением, которые расположены, соответственно, сверху и снизу упругого шарнира 4 при среднем статическом положении пневматического упругого элемента.
Снизу крышки 3 закреплен резиновый буфер 17 максимального хода сжатия.
Предлагаемый пневматический упругий элемент работает следующим образом.
На ходе сжатия пневматического упругого элемента от статического положения резинокордная оболочки 1 сжимается, давление в верхней полости 5 увеличивается, что приводит к отжатию обоих концов упругого разрезного кольца 11 от внутренней цилиндрической поверхности полого штока 7, т.е. к открытию верхних поперечных щелей 9 верхним обратным клапаном. Воздух из верхней полости 5 свободно перетекает в нижнюю полость 6 через верхние поперечные щели 9, отжатое упругое разрезное кольцо 11, полость полого штока 7 и средние нижние поперечные щели 16, что обеспечивает мягкую упругую характеристику (кривая I).
На последующем ходе отбоя давление в полости 5 уменьшается, что приводит к прижатию обоих концов упругого разрезного кольца 11 к внутренней цилиндрической поверхности полого штока 7, т.е. к закрытию верхних поперечных щелей 9 верхним обратным клапаном. При этом средние верхние поперечные щели 15 перекрываются упругим шарниром 4. В результате верхняя 5 и нижняя 6 полости разобщаются, давление в нижней полости 6 остается постоянным и высоким, а давление в верхней полости 5 резко уменьшается, что обеспечивает жесткую упругую характеристику (кривая II).
При достижении статического положения воздух из нижней полости 6 свободно поступает в верхнюю полость 5 до выравнивания давлений через средние нижние поперечные щели 16 и нижние поперечные щели 10, нижний обратный клапан, полость полого штока 7 и средние верхние поперечные щели 15.
При дальнейшем ходе отбоя пневматического упругого элемента от статического положения верхняя 5 и нижняя 6 полости продолжают свободно сообщаться через нижние поперечные щели 10, нижний обратный клапан, полость полого штока 7  и средние верхние поперечные щели 15, что обеспечивает мягкую упругую характеристику (кривая III).
При последующем ходе сжатия давление в полости 5 увеличивается, что приводит к открытию верхнего обратного клапана, упругое разрезное кольцо 11 которого закреплено в полом штоке 7 с помощью заклепки 13. При этом нижние поперечные щели 10 перекрываются концами упругого разрезного кольца 12, закрепленного в полом штоке 7 с помощью заклепки 14. В результате верхняя 5 и нижняя 6 полости разобщаются, давление в нижней полости 6 остается постоянным и низким, а давление в верхней полости 5 резко увеличивается, что обеспечивает жесткую упругую характеристику (кривая IV).
При достижении статического положения воздух из верхней полости 5 свободно поступает в нижнюю полость 6 до выравнивания давлений через средние верхние поперечные щели 15 и верхние поперечные щели 9, верхний обратный клапан, полость полого штока 7 и средние нижние поперечные щели 16.
В результате упругая характеристика пневматического упругого элемента приобретает вид «бабочки».
В конце ходов сжатия и отбоя верхние 9 и нижние 10 поперечные щели полого штока 7, закрепленного на крышке 3, перекрываются сайлент-блоком упругого шарнира 4 направляющего элемента, что разобщает верхнюю 5 и нижнюю 6 полости, увеличивая жесткость упругой характеристики (штриховые линии на фиг. 3). При этом в конце хода сжатия буфер 17 взаимодействует с сайлент-блоком упругого шарнира 4, а в конце хода отбоя упор 8 взаимодействует с сайлент-блоком упругого шарнира 4, что дополнительно увеличивает жесткость упругой характеристики. В результате происходит упругое ограничение максимальных ходов сжатия и отбоя и снижается вероятность пробоя подвески транспортного средства. Наличие сайлент-блока упругого шарнира 4 обеспечивает возможность небольших поперечных и угловых перемещений полого штока 7 относительно корпуса 2, что дополнительно повышает виброзащитные свойства подвески транспортного средства.
В зависимости от требуемых ходов применяется односекционная или двухсекционная резинокордная оболочка баллонного типа, возможно также применение резинокордной оболочки рукавного типа.
Таким образом, то, что шток выполнен полым, отверстия в нем выполнены попарно симметрично относительно его оси в виде узких поперечных щелей с большим проходным сечением, а верхний и нижний обратные клапаны выполнены в виде упругих разрезных колец, установленных внутри штока с возможностью перекрытия верхних и нижних поперечных щелей на концах штока, повышает эффективность воздушного демпфирования, надежность работы обратных клапанов и плавность хода транспортного средства.