АМОРТИЗАТОР С ПЛАВАЮЩИМ ПОРШНЕМ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к амортизирующим устройствам подвески и может быть использована в передних и задних гидравлических и гидропневматических амортизаторах легковых автомобилей.
Известны конструкции гидравлических амортизаторов, установленных, например, на автомобилях ВА3-2101…2107 (Ершов Б.В, Легковые автомобили ВАЗ. Конструкции и техническое обслуживание / Б.В. Ершов, М.А. Юрченко. - К.: Высшая школа, 1984, с. 149-154). Амортизаторы состоят из рабочего цилиндра и внешнего резервуара для рабочей жидкости. В рабочем цилиндре размещается поршень, закрепленный на штоке с перепускным клапаном и клапаном отдачи. В нижней части рабочего цилиндра установлен корпус с клапаном сжатия и впускным клапаном.
К основным недостаткам этих амортизаторов следует отнести:
-наличие тряски и дискомфорта на грейдерных или покрытых гравием дорогах даже на средних скоростях;
-плохую управляемость на дорогах с высокой частотой колебаний;
-невысокую эксплуатационную надежность из-за возможных ударов буфера о корпус и ударов поршня о клапан сжатия, приводящих к разрушению и выбиванию последнего.
В качестве прототипа выбран амортизатор с дифференцированным усилием растяжения-сжатия (патент России 2178743, B60G 17/08, Бюл. №3, 2002 г.), содержащий рабочий цилиндр и внешний резервуар для рабочей жидкости, рабочий поршень со штоком, перепускным клапаном и клапаном отдачи, клапан сжатия и впускной клапан. В бесштоковой полости рабочего цилиндра на пружине установлен дополнительный поршень, а в штоковой полости рабочего цилиндра расположен с возможностью осевого перемещения демпфирующий поршень отдачи, верхняя часть которого взаимодействует с радиальными калиброванными канавками на поверхности.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эксплуатационную надежность амортизатора, стойкость и комфортность автомобиля при движении в сложных дорожных условиях и на виражах. Однако длина «мягкого хода» амортизатора, которая обеспечивает комфортную езду, является величиной переменной в зависимости от загрузки автомобиля (при большей загрузке - эта длина на сжатие уменьшается, при меньшей загрузке - увеличивается, а на растяжение - в обратной зависимости). Поясняется это тем, что разные по загрузке условия соответствуют разному исходному положению рабочего поршня внутри рабочего цилиндра относительно дополнительного поршня и демпфирующего поршня отдачи.
Целью предлагаемого устройства является повышение стабильности зоны «мягкого хода» амортизатора, комфортности и устойчивости движения автомобиля независимо от загрузки и сложности дорожных условий.
Технический результат достигается за счет того, что амортизатор содержит рабочий цилиндр и внешний резервуар для рабочей жидкости, рабочий поршень со штоком, перепускным клапаном и клапаном отдачи. В штоковой полости с возможностью осевого перемещения относительно штока размещен плавающий поршень. Указанный поршень размещен в нижней части штока между закрепленными на штоке буфером сжатия и буфером отбоя. Длина хода плавающего поршня относительно штока между указанными буферами сжатия и отбоя не превышает 1/4 от длины штока. Между поверхностями штока и осевого отверстия плавающего поршня установлены манжетные уплотнения и в указанном поршне выполнено не менее двух равномерно и диаметрально расположенных сквозных калиброванных отверстий, диаметр центровой окружности которых превышает внешние диаметры буферов сжатия и отбоя.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой конструкции амортизатора, на фиг. 2 - схема работы устройства при экстремальном растяжении, на фиг. 3 - диаграмма изменения усилия сопротивления по длине хода штока амортизатора.
0
0
б
0
б
0
б
Предложенный амортизатор содержит рабочий цилиндр 1 и внешний резервуар 2 для рабочей жидкости. В верхней части рабочего цилиндра 1 установлена направляющая втулка 3. В рабочем цилиндре 1 размещается рабочий поршень 4 со штоком 5, перепускным клапаном 6 и клапаном отдачи 7. В штоковой полости рабочего цилиндра 1 установлен с возможностью осевого перемещения относительно штока 5 плавающий поршень 8. Указанный плавающий поршень 8 размещен в нижней части штока 5 между закрепленными на нем буфером сжатия 9 и буфером отбоя 10 (из капролона или резины). Длина хода (Lx) плавающего поршня 8 относительно штока 5 не превышает 1/4 от длины штока (Lш), то есть Lx≤0,25 Lш. Например, при Lш=240 мм (ВА3-2108, задний), Lx≤0,25⋅240=60 (мм). Между поверхностями штока 5 и осевого отверстия плавающего поршня 8 установлены манжетные уплотнения 11. Манжетные уплотнения 12 установлены между внешней поверхностью плавающего поршня 8 и внутренней поверхностью рабочего цилиндра 1. В плавающем поршне 8 выполнено не менее двух (2…6) равномерно и диаметрально расположенных сквозных калиброванных отверстий (d=1…2 мм). Диаметр оси цилиндров (D) указанных калиброванных отверстий превышает внешние диаметры (D) буферов сжатия и отбоя, то есть D>D (например, D=25 мм, D=22 мм). Такое ограничение призвано исключить возможность полного перекрытия калиброванных отверстий в крайних положениях плавающего поршня 8. В нижней части рабочего цилиндра установлен корпус 14 с клапаном сжатия и впускным клапаном.
0
0
0
Д1
Дn
Д1
Дn
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При движении автомобиля по нормальной дороге без дефектов покрытия и виражей рабочий поршень 4 со штоком 5 совершают незначительные колебательные движения в средней зоне рабочего цилиндра 1, что соответствует «мягкому ходу» амортизатора и обеспечивает комфортную езду. При этом плавающий поршень 8 занимает промежуточное положение между буферами сжатия 9 и отбоя 10, не взаимодействуя с ними и свободно перемещаясь по штоку 5. При изменении условий, например, на грейдерной или покрытой гравием дороге при резком ходе сжатия плавающий поршень 8, перемещаясь относительно штока 5, входит во взаимодействие с буфером сжатия 9, продолжает двигаться вместе со штоком 5 вниз со значительным замедлением. Так как плавающий поршень 8 прекращает двигаться относительно штока 5, рабочая жидкость перетекает через перепускной клапан 6 рабочего поршня 4 в зону Lx (фиг. 1), затем - через калиброванные отверстия d плавающего поршня - в верхнюю часть штоковой полости. Ход штока 5 вниз замедляется (на фиг. 3 - зона всплеска на правой нижней части диаграммы) до полной остановки. Тем самым предотвращаются возможные провалы и удары подвески. При ходе отбоя рабочий поршень 4 поднимается вверх и при колебаниях в пределах зоны Lx обеспечивает комфортную езду за счет «мягкого хода» (на фиг. 3 - зона Lx на левой части диаграммы). При экстремальном растяжении штока 5 (в случае провала колеса в глубокую выбоину на дороге) плавающий поршень 8 достигает буфера отбоя 10 (фиг. 2), продолжая двигаться вверх вместе со штоком 5 и рабочим поршнем 4. В этом случае рабочая жидкость из штоковой полости перетекает через калиброванные отверстия d плавающего поршня 8 к рабочему поршню 4 и через клапан отдачи 7 - в бесштоковую полость. Таким образом, рабочая жидкость, преодолевая сопротивление при перетекании через калиброванные отверстия d, замедляет ход штока 5 (увеличивая сопротивление усилию растяжения) вверх до полной его остановки (на фиг. 3 - зона всплеска на левой верхней части диаграммы). При этом общая длина хода штока 5 при растяжении в зависимости от дорожных условий меняется в пределах от (Lx+L) до (Lx+L), где L, …, L - диапазон длины хода с дифференцированным усилием при экстремальном растяжении штока 5 и работе плавающего поршня 8. Предотвращаются возможные удары поршней и подвески.
0
При повороте автомобиля на виражах правый и левый амортизаторы работают по-разному. При крутом правом повороте плавающий поршень 8 левого амортизатора взаимодействует с буфером сжатия 9, увеличивается сопротивление его усилию сжатия, а одновременно с этим плавающий поршень 8 правого амортизатора взаимодействует с буфером отбоя 10, увеличивается сопротивление его усилию растяжения. Таким образом, уменьшается крен автомобиля при вхождении в поворот. Величина усилия сопротивления для экстремальных условий определяется параметрами и количеством калиброванных отверстий d (чем меньше количество и диаметр отверстий, тем больше усилие сопротивления).
Предложенное устройство легко встраивается в известные конструкции гидравлических и гидропневматических амортизаторов отечественных и зарубежных автомобилей, не меняя их габаритов, не требуя существенных доработок базовых элементов. Надежность амортизаторов существенно возрастает за счет упрощения конструкции и исключения пробоев рабочего поршня на дорогах с неровным покрытием как при экстремальном растяжении, так и при экстремальном сжатии. Зона «мягкого хода» практически постоянна (Lx) и не зависит от первоначального положения поршня при различной загрузке автомобиля.
Улучшается управляемость автомобиля и комфортность езды в сложных дорожных условиях и на виражах.