Гидропневматическая подвеска колеса транспортного средства

Полезная модель относится к транспортным средствам, в частности к гидропневматической подвеске колеса.
Известна гидропневматическая подвеска колеса транспортного средства (патент RU 146626, дата публикации 20.10.2014, B60G 17/00), содержащая дифференциальный гидравлический цилиндр, пневмогидравлические аккумуляторы, пропорциональный четырехлинейный электрогидравлический распределитель, электронное вычислительное устройство, другие гидравлические, электрические и электрогидравлические устройства.
Такая подвеска позволяет изменять, в автоматическом режиме работы, клиренс подрессоренной массы без изменения ее собственной частоты колебаний, собственную частоту колебаний подрессоренной массы без изменения ее клиренса; изменять оба параметра одновременно или поддерживать их установленные параметры.
Однако недостатками этой подвески являются значительные утечки рабочей жидкости через отрицательные перекрытия золотниковой пары четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя при отсутствии сигналов управления клиренсом и собственной частотой неподрессоренной массы, а также использование трехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя, т.е. дроссельного регулирования потока рабочей жидкости в контуре регулирования давления на входе четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя. Второе обстоятельство определяет постоянство давления на входе трехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя и приводит к потерям мощности свойственным дроссельному регулированию. Кроме того, дроссельное регулирование предполагает наличие централизованного источника питания (см., например, Б.Н. Белоусов, С.Д. Попов, «Колесные транспортные средства особо большой грузоподъемности», Москва, Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006; стр. 583, Рис. 13.58), связанного с несколькими потребителями, следовательно, гидравлических линий большой протяженности, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям. Все перечисленные обстоятельства увеличивают энергетические затраты необходимые для работы подвески.
Данное решение принято за прототип.
Известны также автономные электрогидравлические следящие приводы (см. патенты RU №2378539 С1, дата публикации 10.01.2010, RU №2529965 С1, дата публикации 11.08.2014.), содержащие нерегулируемый нереверсивный насос, гидравлический бак, электродвигатель с регулируемой скоростью вращения выходного вала, блок управления электродвигателем, трехпозиционный электрогидравлический распределитель, датчик обратной связи, электрические цепи, преобразующие разность между сигналом на входе системы и сигналом обратной связи в сигнал управления скоростью вращения выходного вала электродвигателя и сигналы управления положением трехлинейного трехпозиционного электрогидравлического распределителя. Некоторые существенные признаки, рассмотренные в упоминаемых автономных электрогидравлических следящих приводах, используются в предлагаемом решении.
Предложенное решение позволяет устранить описанные выше недостатки прототипа и обеспечить достижение технического результата, заключающегося в уменьшении энергетических затрат на управление параметрами гидропневматической подвески транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что гидравлический вход четырехлинейного пропорционального электрогидравлического распределителя, через гидравлический замок, управляющая полость которого соединена с выходом трехлинейного двухпозиционного электрогидравлического распределителя, подключен к выходу трехлинейного трехпозиционного электрогидравлического распределителя с пружинным центрированием, гидравлический вход которого подключен к выходу нерегулируемого нереверсивного насоса, вал которого соединен механически с выходным валом электродвигателя с регулируемой скоростью вращения выходного вала; при этом линия слива трехлинейного трехпозиционного электрогидравлического распределителя с пружинным центрированием соединена с гидравлическим баком, к которому подключена линия всасывания нерегулируемого нереверсивного насоса; один из входов и один из выходов электронного вычислительного устройства подключены, соответственно, к выходу и входу блока управления электродвигателем с регулируемой скоростью вращения выходного вала, который соединен электрически с электродвигателем с регулируемой скоростью вращения выходного вала, а два других выхода электронного вычислительного устройства соединены, соответственно, с электрическими входами трехлинейного трехпозиционного электрогидравлического распределителя с пружинным центрированием.
Сущность полезной модели подвески поясняется прилагаемым к описанию чертежом.
Гидропневматическая подвеска колеса транспортного средства содержит: электродвигатель с регулируемой скоростью вращения выходного вала 1, нерегулируемый нереверсивный насос 2, обратный клапан 3, гидравлический фильтр 4, гидравлический бак 5, гидравлический компенсатор 7, предохранительные клапаны 6, 8; блок управления электродвигателем с регулируемой скоростью вращения выходного вала 9, сумматор 10, электронное вычислительное устройство 11, электрический усилитель мощности 12; трехлинейный трехпозиционный электрогидравлический распределитель с пружинным центрированием 13, четырехлинейный пропорциональный электрогидравлический распределитель 14; пневмогидравлические аккумуляторы 15, 16 и 17; датчики давления с электрическим выходом 18, 20, 22; датчики температуры с электрическим выходом 19, 21; регулируемые гидравлические дроссели 23 и 24; трехлинейные двухпозиционные электрогидравлические распределители 25 и 27, односторонние гидравлические замки 26, 28 и 29; корпус 30 и поршень со штоком 31 гидравлического дифференциального цилиндра 32, подрессоренную массу 33, неподрессоренную массу 34, колесо 35, датчик перемещения 36, гидравлическую линию нагнетания 38, гидравлическую линию слива 42; межблочные гидравлические линии 37, 39, 40, 41, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68.
Подвеска колеса 35 работает следующим образом.
пит
эд
бу эд
упр кл
упр сч
В исходном положении на электродвигатель 1 через блок управления электродвигателем 9 поступает электрическое питание U; электродвигатель 1 вращается с минимальным числом оборотов, гарантирующим надежную работу электродвигателя 1 и надежную работу насоса. С выхода «вых.2» блока управления электродвигателем 9 на вход «вх.9» электронного вычислительного устройства 11 поступает сигнал U разрешающий работу системы. На входы электронного вычислительного устройства 11 «вх.2», «вх.4», «вх.5», «вх.6», «вх.7» и «вх.8» поступают сигналы с датчиков 36, 20, 19, 22, 21 и 18, соответственно. Величина клиренса соответствует величине сигнала U, поступающего на вход «вх. 1» электронного вычислительного устройства 11 и на вход «вх. 1» сумматора 10; золотник электрогидравлического распределителя 14 находится в среднем положении. В пневмогидравлическом аккумуляторе 15 установлено давление, равное сумме давлений в поршневой и штоковой полостях дифференциального гидравлического цилиндра 32 и обеспечивающее собственную частоту колебаний подрессоренной массы 33, соответствующую величине сигнала U, поступающего на вход «вх.3» электронного вычислительного устройства 11, а также обеспечивающее равенство суммарного усилия на корпусе 30 гидравлического цилиндра 32 нагрузке, пропорциональной величине подрессоренной массы 33. На выходах электронного вычислительного устройства 11 «вых.1», «вых.2», «вых.3», «вых.4» управляющие сигналы отсутствуют. Гидравлический распределитель 27 находится в положении «пол.1»; управляющие полости гидравлических замков 28 и 29 соединены через гидравлические линии 56, 57 и 55, через гидравлический распределитель 27, через гидравлические линии 51, 49, 47 и 45 с линией слива 42 и, через предохранительный клапан 6, поддерживающий заданное давление в линии слива, с гидравлическим баком 5; гидравлические замки 28 и 29 закрыты; гидравлические линии 61 и 63, 62 и 64 разъединены; гидравлический распределитель 25 находится в положении «пол.1»; управляющая полость гидравлического замка 26 соединена через гидравлическую линию 54, через гидравлический распределитель 25, через гидравлические линии 48, 47 и 45 с линией слива 42; гидравлический замок 26 закрыт. Гидравлические линии 59 и 60 разъединены, рабочая жидкость на вход гидравлического распределителя 14 не поступает. Электрогидравлический распределитель 13 находится в среднем положении; линия нагнетания через гидравлические линии 40 и 58, через электрогидравлический распределитель 13, через гидравлические линии 46 и 45 соединена с линией слива 42.
упр кл
упр сч
В случае необходимости изменения клиренса, или собственной частоты подрессоренной массы 33, или того и другого одновременно на входах подвески изменяются значения сигналов: U (сигнала пропорционального величине клиренса подрессоренной массы 33), поступающего на вход «вх.1» электронного вычислительного устройства 11 и на вход «вх. 1» сумматора 10 и U (сигнала пропорционального величине задаваемой собственной частоты колебаний подрессоренной массы 33), поступающего на вход «вх.3» электронного вычислительного устройства 11.
упр кл
oc
дд пп
дд
пш
дав
упр
кл
oc
дд
пп
дд
пш
дав
пер1
пер2
Электронное вычислительное устройство 11 вычисляет разности сигналов U и U, суммы сигналов U и U (сигналы пропорциональные давлениям в поршневой и штоковой полостях дифференциального цилиндра 32) и U (величина давления в пневматической части аккумулятора 15). Если значение хотя бы одной разности (U - U) и (Ц + U - U) выходит за пределы установленные допусками, то с выходов «вых.1» и «вых.2» электронного вычислительного устройства 11 на обмотки электрогидравлических распределителей 25 и 27 поступают команды управления U, и U.
Электрогидравлические распределители 25 и 27 из положения «пол.1» переходят в положение «пол.2», соединяя гидравлическую линию 54 через гидравлические линии 52 и 39 с линией нагнетания 38, и соединяя гидравлическую линию 55 через гидравлические линии 53 и 39 с линией нагнетания 39. Через гидравлическую линию 54 давление подводится к управляющей полости гидравлического замка 26, через гидравлические линии 55, 56 и 57 давление подводится к управляющим полостям гидравлических замков 28 и 29. Гидравлический замок 26 открывается, соединяя вход электрогидравлического распределителя 14 через гидравлическую линию 60 с гидравлической линией 59; гидравлические замки 28 и 29 открываются, соединяя гидравлический выход «вых.1» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 61, 63 и 65, дроссель 23 и гидравлическую линию 67 с поршневой полостью гидравлического цилиндра 32; а гидравлический выход «вых.2» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 62, 64 и 66, дроссель 24 и гидравлическую линию 68 - со штоковой полостью гидравлического цилиндра 32.
обм1
обм2
упр кл
ос
упр кл
oc
Производится выставка заданного значения клиренса подрессоренной массы 33. Для этого электронным вычислительным устройством 11 вырабатываются сигналы U и U, поступающие с выходов «вых.3» и «вых.4» электронного вычислительного устройства И на обмотки электрогидравлического распределителя 13; золотник электрогидравлического распределителя 13 смещается вправо; гидравлический выход электрогидравлического распределителя 13 соединяется через гидравлические линии 40 и 58 с линией нагнетания 38, рабочая жидкость начинает поступать в гидравлическую линию 59 и гидравлический аккумулятор 15; сигнал (U - U) с выхода сумматора 10 поступает, через усилитель мощности 12, в обмотку электрогидравлического усилителя 14; золотник электрогидравлического распределителя 14 смещается на величину, пропорциональную величине сигнала (U - U).
Если эта величина больше нуля, то гидравлическая линия 61 через гидравлическую линию 60, через гидравлический замок 26 соединяется с гидравлической линией 59, давление в которой определяется давлением в гидравлическом аккумуляторе 15, а гидравлическая линия 62 - с гидравлической линией 50, соединенной через гидравлические линии 49, 47 и 45 с линией слива 42. Корпус 30 гидравлического цилиндра 32 и подрессоренная масса 33 начинают перемещаться относительно поршня 31 гидравлического цилиндра 32 и неподрессоренной массы 34, клиренс подрессоренной массы 33 увеличивается.
упр
кл
oc
Если величина сигнала (U - U) меньше нуля, то гидравлическая линия 61 соединяется с гидравлической линией 50, а гидравлическая линия 62 - с гидравлической линией 60, соединенной через гидравлический замок 26 с гидравлической линией 59. Корпус 30 гидравлического цилиндра 32 и подрессоренная масса 33 начинают перемещаться относительно поршня 31 гидравлического цилиндра 32 и неподрессоренной массы 34, клиренс подрессоренной массы 33 уменьшается.
ДТ ПП
ДД ПП
ДТ ПШ
ДД ПШ
упр
сч
дав
ос
дав
ос
упр
эд
обм1
обм2
Для выставления собственной частоты колебаний подрессоренной массы 33 электронное вычислительное устройство 11 обрабатывает сигналы U, U, U, U с датчиков 19, 20, 21, 22 и сигнал управления U; результатом обработки является величина Uдав, пропорциональная величине давления на входе электрогидравлического распределителя 14, обеспечивающей заданную собственную частоту подрессоренной массы 33. Полученный сигнал U и сигнал U', поступающий на вход «вх.8» электронного вычислительного устройства 11 с выхода датчика давления 18, поступают на реализованные в электронном вычислительном устройстве 11 электрические цепи, преобразующие разность между сигналом на входе системы (U) и сигналом обратной связи (U') в сигнал управления скоростью вращения выходного вала электродвигателя 1 (U), поступающий с выхода «вых. 5» электронного вычислительного устройства 11 на вход «вх.2» блока управления электродвигателем 9, и сигналы управления положением трехлинейного трехпозиционного электрогидравлического распределителя 13 (U и U), поступающие на обмотки электрогидравлического распределителя 13 с выходов «вых.3» и «вых.4» электронного вычислительного устройства 11.
дав
ос
Если величина (U - U') больше величины допуска, гидравлический выход электрогидравлического распределителя 13 соединяется через гидравлические линии 40 и 58 с линией нагнетания 38, рабочая жидкость начинает поступать в гидравлический аккумулятор 15.
ДД ПП
ДД ПШ
ДД ПП
ДД ПШ
дав
В электронном вычислительном устройстве 11 вычисляется сумма величин U и U по сигналам, поступающим на его входы «вх.4» и «вх.6» с выходов датчиков давления 20 и 22. Если разность между суммой (U+ U) и сформированным электронным вычислительным устройством 11 сигналом U выходит за пределы установленные допуском, рабочая жидкость с гидравлического выхода «вых.1» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 61 и 63 поступает в аккумулятор 16 и, через гидравлическую линию 65, регулируемый дроссель 24 и гидравлическую линию 67, - в поршневую полость гидравлического цилиндра 32. Рабочая жидкость с гидравлического выхода «вых.2» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 62 и 64 поступает в аккумулятор 17 и, через гидравлическую линию 66, регулируемый дроссель 24 и гидравлическую линию 68, - в штоковую полость гидравлического цилиндра 32.
ДД ПП
ЦД ПШ
дав
пер 1
пер
2
Давления в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра 32 увеличиваются, соответственно увеличивается сумма сигналов, поступающих с выходов датчиков давления 20 и 22 (U+ U) на входы «вх.4» и «вх.6» электронного вычислительного устройства 11, и, когда разница между величиной сформированного электронным вычислительным устройством 11 сигнала U и этой суммой входит в пределы установленные допуском, на выходе «вых. 1» электронного вычислительного устройства 11 обнуляются команды управления U и U; электрогидравлические распределители 25 и 27 из положения «пол.2», переходят в положение «пол.1», соединяя управляющую полость гидравлического замка 26 через гидравлическую линию 54, электрогидравлический распределитель 25, через гидравлические линии 48, 47 и 45 с линией слива 42; и соединяя управляющие полости гидравлических замков 28 и 29 через гидравлические линии 57, 56 и 55, через электрогидравлический распределитель 27, через гидравлические линии 51, 49, 47 и 45 с линией слива 42. Гидравлический замок 26 закрывается, разобщая вход электрогидравлического распределителя 14 через гидравлическую линию 60 с гидравлической линией 59; гидравлические замки 28 и 29 закрываются, разобщая гидравлический выход «вых.1» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 61, 63 и 65, дроссель 23 и гидравлическую линию 67 с поршневой полостью гидравлического цилиндра 32; а гидравлический выход «вых.2» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 62, 64 и 66, дроссель 24 и гидравлическую линию 68 - со штоковой полостью гидравлического цилиндра 32.
дав
ос
Если величина (U - U') меньше величины допуска, гидравлический выход электрогидравлического распределителя 13 соединяется через гидравлические линии 43, 44 и 58 с линией слива 42, рабочая жидкость начинает поступать из гидравлического аккумулятора 16 в линию слива 42.
ДД ПП
ДД ПШ
дав
Если сумма (U+ U) больше сформированного электронным вычислительным устройством 11 сигнала U на величину установленного допуска, рабочая жидкость из полостей гидравлического цилиндра 32 и пневмогидравлических аккумуляторов 16 и 17 через отрицательные перекрытия золотниковой пары электрогидравлического распределителя 14, начинает поступать в гидравлический бак 5.
ДД ПП
ДД ПШ
дав
ДД ПП
ДД ПШ
дав
пер 1
пер 2
Давления в поршневой и штоковой полостях гидравлического цилиндра 32 уменьшаются, соответственно уменьшается сумма сигналов, поступающих с выходов датчиков давления 20 и 22 (U+ U) на входы «вх.4» и «вх.6» электронного вычислительного устройства 11, и, когда разница между величиной сформированного электронным вычислительным устройством 11 сигнала U и этой суммой (U+ U - U) входит в пределы установленные допуском, на выходе «вых.1» электронного вычислительного устройства 11 обнуляются команды управления U и U; электрогидравлические распределители 25 и 27 из положения «пол.2» переходят в положение «пол.1», соединяя управляющую полость гидравлического замка 26 через гидравлическую линию 54, электрогидравлический распределитель 25, через гидравлические линии 48, 47 и 45 с линией слива 42; и соединяя управляющие полости гидравлических замков 28 и 29 через гидравлические линии 57, 56 и 55, через электрогидравлический распределитель 27, через гидравлические линии 51, 49, 47 и 45 с линией слива 42. Гидравлический замок 26 закрывается, разобщая вход электрогидравлического распределителя 14 через гидравлическую линию 60 с гидравлической линией 59; гидравлические замки 28 и 29 закрываются, разобщая гидравлический выход «вых.1» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 61, 63 и 65, дроссель 23 и гидравлическую линию 67 с поршневой полостью гидравлического цилиндра 32; а гидравлический выход «вых.2» электрогидравлического распределителя 14 через гидравлические линии 62, 64 и 66, дроссель 24 и гидравлическую линию 68 - со штоковой полостью гидравлического цилиндра 32.
В обоих рассмотренных случаях установленные на входе электрогидравлического распределителя 15 и, соответственно, в полостях гидравлического цилиндра давления обеспечивают заданную собственную частоту колебаний подрессоренной массы 33, при этом суммарное усилие, действующее на корпус 30 гидравлического цилиндра 32, остается неизменным.
пер1
пер2
упр
кл
ос
ДД ПП
ДД ПШ
ДАВ
Команды U и U на выходах «вых.2» и «вых.1» электронного вычислительного устройства 11 обнуляются только тогда, когда и значение (U - U), и значение (U+ U - U) входят в пределы установленные допусками.
В случае необходимости дальнейших изменений клиренса неподрессоренной массы 33 или выставлений собственной частоты работа подвески происходит в соответствии с описанной выше последовательностью работы подвески.