ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА
PNEUMATIC SUSPENSION

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к амортизационным устройствам для гашения вертикальных колебаний транспортных средств.
Известно устройство для осуществления гашения вертикальных колебаний транспортных средств, описанное в а.с. №261926, М. кл. B60G 11/26, содержащее резинокордную оболочку с крышкой, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с калиброванными отверстиями и клапанное устройство в виде свободно висящей на перегородке диафрагмы, перекрывающей перепускные отверстия на ходе отбоя.
К основным недостаткам устройства относится то, что при вынужденных колебаниях амортизированного объекта с большими амплитудами происходит смещение его среднего положения вниз относительно исходного вследствие постоянного аккумулирования энергии сжатого газа в дополнительной емкости в начале каждого хода сжатия, что приводит к уменьшению динамического хода подвески и снижению эффективности гашения колебаний.
Известно устройство пневматической подвески, описанное в патенте РФ №2304523, М. кл. B60G 15/12, F16F 9/05 (прототип), содержащее установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент, выполненный в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости, при этом штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой, а вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой, причем шток поршня укреплен в крышке основного упругого элемента.
Основным недостатком данного устройства является инерционность процессов создания упругой противодействующей силы дополнительного упругого элемента, что приводит к тому, что непосредственно после смены режима работы подвески упругая сила основного упругого элемента не скомпенсирована за счет упругой силы дополнительного упругого элемента. Это снижает эффективность гашения колебаний объекта, особенно при большом амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих свойств пневматической подвески во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.
Поставленная задача достигается тем, что пневматическая подвеска, содержащая установленный между подрессоренной и неподрессоренной массами основной упругий элемент и соосно установленный внутри него дополнительный упругий элемент, выполненный в виде полого плунжера, который разделен поршнем на две полости, при этом штоковая полость плунжера соединена воздушным каналом через электропневмоклапан, управляемый с помощью датчика скорости и первого коммутирующего устройства, для подвода массы газа в начале каждого хода отбоя - с ресивером, а для отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия - с атмосферой, а вторая полость плунжера через отверстие в днище внутреннего плунжера также соединена с атмосферой, причем шток поршня укреплен в крышке основного упругого элемента, согласно изобретению на днище плунжера установлено электромагнитное устройство, управляемое с помощью датчика скорости и второго коммутирующего устройства, причем поршень служит якорем электромагнитного устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена предложенная пневматическая подвеска.
Пневматическая подвеска содержит резинокордную оболочку 1, расположенную в стакане 2 с крышкой 3, и внутренний полый плунжер 4, которые образуют полость «А» переменного объема. При этом внутренний полый плунжер 4 выполнен в виде цилиндра и разделен поршнем 5 на две полости «В» и «С». Шток 6 поршня 5 жестко закреплен на крышке 3 упругого элемента.
Штоковая полость «В» через радиальные 7 и осевые 8 каналы штока 6, через гибкий трубопровод 9 и электропневмоклапан (ЭПК) 10 соединяется или с ресивером 11 транспортного средства, или с атмосферой.
Полость «С» постоянно сообщается через отверстие 12 в днище внутреннего плунжера 4 с атмосферой, при этом никакого сопротивления при протекании воздуха из полости «С» в атмосферу или обратно не создается.
Для подвода массы газа из ресивера 11 в полость «В» в начале каждого хода отбоя и отвода этой массы газа в начале каждого хода сжатия в атмосферу предназначен ЭПК 10.
Управление ЭПК 10 производится датчиком относительной скорости 13 внешнего стакана 2 и внутреннего плунжера 4, выход которого соединен с первым коммутирующим устройством 14 в цепи питания ЭПК 10.
Электромагнитное устройство содержит магнитопровод 15 с размещенными на нем обмотками 16, подключаемыми к источнику питания с помощью второго коммутирующего устройства 17, управляемого датчиком относительной скорости 13, при этом якорем электромагнитного устройства является поршень 5 плунжера 4. Поршень 5 имеет наконечник 18, ограничивающий перемещение поршня внутри плунжера 4.
Гашение вертикальных колебаний амортизируемого объекта с помощью предложенного устройства осуществляется следующим образом.
В статическом положении пневматической подвески сила тяжести подрессоренной массы уравновешивается только за счет избыточного давления в полости «А», т.е.:
M·g=P10·S1,
где М - масса амортизируемого объекта;
Р10 - давление в полости «А» в статическом положении пневматической подвески;
S1 - эффективная площадь пневматической подвески;
g - ускорение свободного падения тела.
На ходе сжатия пневматической подвески давление газа в полости «А» возрастает, а в полости «В» за счет ЭПК 10 остается равным атмосферному, т.е. упругая сила:
упр
P=P1·S1.
В начале хода отбоя от датчика относительной скорости 13 подается сигнал на первое коммутирующее устройство 14, которое соединяет ЭПК 10 с источником питания, и ЭПК 10, включаясь, сообщает полость «В» через каналы 7 и 8 в штоке 6 и трубопровод 9 с ресивером 11, также подается сигнал на второе коммутирующее устройство 17, управляющее электромагнитным устройством.
В начальный период хода отбоя благодаря инерционности процессов распространения волны воздуха по трубопроводу и заполнения штоковой полости «В» дополнительного упругого элемента в дополнительном упругом элементе 4 масса газа только начинает увеличиваться, поэтому создается небольшая упругая сила, которая слабо противодействует значительной упругой силе основного упругого пневматического элемента. В этот период по сигналу датчика относительной скорости 13 подключается обмотка 16 электромагнитного устройства к источнику питания, создается электромагнитная сила F(z), зависящая от вертикального перемещения z (промежутка между якорем - поршнем 5 и магнитопроводом 15) и притягивающая якорь 5 к магнитопроводу 15, воздействуя на амортизируемый объект, уменьшает восстанавливающую силу основного пневматического упругого элемента. При этом в начальный период хода отбоя электромагнитная сила F(z):
P2·S2<<F(z)≤P1·S1,
где Р2 - текущее давление в полости «В»;
S2 - эффективная площадь дополнительного упругого элемента.
При этом упругая сила подвески:
упр
P≈P1·S1-F(z).
При выходе наконечника 18 поршня 5 из зоны обмоток 16 значение электромагнитной силы резко снижается по экспоненциальному закону и обмотки 16 обесточиваются. При этом уже осуществлен подвод значительной массы газа в полость «В» под давлением Р2 (Р2≤Р1) и на дальнейшем периоде хода отбоя дополнительный упругий элемент оказывает существенное противодействие основному упругому элементу и приводит к резкому уменьшению упругой силы пневматической подвески на величину P2·S2, т.е.:
упр
P=P1·S1-P2·S2.
Таким образом, давление Р2 противодействует давлению Р1. В начале очередного хода сжатия ЭПК 10 обесточивается и полость «В» через ЭПК 10 сообщается с атмосферой, что приводит к восстановлению упругой силы пневматической подвески. Уменьшение упругой силы пневматической подвески в начале каждого хода отбоя за счет подвода дополнительной энергии в штоковую полость цилиндра в противофазе движению объекта и быстрое восстановление ее в начале каждого хода сжатия приводит к интенсивному демпфированию вертикальных колебаний. Предлагаемая пневматическая подвеска обеспечивает широкое регулирование упругодемпфирующей характеристики за счет уменьшения или увеличения подводимого давления Р2 в штоковую полость «В» от автономного источника энергии в противофазе движению объекта.
Таким образом, за счет создания дополнительно кратковременно электромагнитной силы уменьшают упругую силу пневматической подвески в начальный период каждого хода отбоя до тех пор, пока за счет подвода массы газа из автономного источника дополнительной энергии в полость дополнительного упругого элемента он не станет оказывать существенное противодействие основному упругому элементу. В начале каждого хода сжатия происходит быстрое восстановление упругой силы основного упругого элемента. Все это приводит к интенсивному демпфированию вертикальных колебаний амортизируемого объекта во всем амплитудно-частотном диапазоне внешнего воздействия.