Пневмогидравлический амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам для обеспечения плавности хода транспортных средств (ТС).
Плавность хода ТС обеспечивается подвеской - системой устройств упругого соединения осей колес машин с рамой для поглощения и смягчения ударов и толчков, получаемых колесами и передаваемых кузову при движении по неровной дороге, а также для обеспечения плавности хода и устойчивости ТС (см. Большая политехническая энциклопедия / Рязанцев В.Д. - М.: Мир и образование, 2011). Подвески содержат упругие и демпфирующие элементы. Упругие элементы гасят ударную нагрузку от толчков со стороны неровностей дороги, демпфирующие элементы (амортизаторы) способствуют затуханию колебательного движения после толчков. Совместная работа этих групп элементов обеспечивает плавность хода. Характеристики элементов нормированы согласно ГОСТ 33987-2016. Транспортные средства колесные. Приложение Б). Упругими элементами подвески служат: а) рессоры (рессорная подвеска с креплением в резиновых подушках); б) цилиндрические пружины (пружинная подвеска); в) торсионы (торсионная подвеска, в которой вместо рессоры используются стальные стержни (торсионы), работающие на кручение). Применяют также пневматические подвески, в которых используют сжатый воздух и другие системы. В качестве амортизаторов применяются однотрубные и двухтрубные гидравлические устройства, демпфирование колебаний в которых происходит за счет гидравлического сопротивления подвижного элемента амортизатора. Конструктивно упругие элементы и амортизаторы выполнены, как правило, отдельными узлами и устанавливаются в подвеску параллельно. В последние два десятилетия начали внедряться нерегулируемые и регулируемые пневматические подвески, упругим элементом в которых является пневмобаллон. Иногда пневмобаллон устанавливают в качестве дополнительного упругого элемента параллельно основному пружинному (рессорному, торсионному). Регулировка заключается в изменении клиренса путем поддува воздуха в пневмобаллон и/или упругости элемента за счет подбора давления воздуха с целью получения оптимальной плавности хода для определенных условий (тип ТС, величина нагрузки на оси, характер поверхности дороги, скорость и т.д.). Основной недостаток большинства современных подвесок - сложность конструкции, так как все составляющие элементы выполнены в виде отдельных узлов, для которых требуются свои устройства крепления, место для размещения и связующая рычажная система. Кроме того, подвеска является наиболее часто ремонтируемой конструктивной составляющей ТС. Отсюда низкая надежность, большие издержки эксплуатации. В предлагаемой конструкции предпринята попытка объединить в одном конструктивном элементе подвески все три функции подвески - упругую, демпфирующую и регулирующую. Наибольшее распространение получили гидравлические амортизаторы, в качестве рабочего элемента в них используется жидкость. Конструктивно любой гидравлический амортизатор состоит из заполненного рабочей жидкостью (маслом) цилиндра и помещенного внутрь него поршня. Внутри поршня имеются узкие отверстия, предназначенные для пропускания масла. Поршень перемещается под воздействием штока, закрепленного на кузове автомобиля, а цилиндр амортизатора крепится на подвижной части подвески автомобиля - рычаге или опоре подшипника колеса (см. Принцип работы амортизаторов. Виды амортизаторов - преимущества и недостатки, http://clubrarbo.ru/inter/amortizatora/). Принцип работы гидравлических амортизаторов заключается в демпфировании возникающих колебаний путем прогона масла через клапаны поршня. Механическая энергия колебаний упругих элементов подвески при этом переходит в нагрев рабочей жидкости амортизатора. Наиболее эффективными современными конструкциями автомобильных демпфирующих устройств признаны однотрубные и двухтрубные гидравлические газонаполненные амортизаторы.
2
Известен однотрубный гидравлический газонаполненный амортизатор (ОГГА), содержащий цилиндр с размещенными внутри него гидравлическим и разделительным поршнями. Гидравлический поршень снабжен штоком, а разделительный делит цилиндр на полости, одна из которой заполнена жидкостью, а другая - газом (азот, закачанный под давлением 15-20 кгс/см). Демпфирование ударной сжимающей нагрузки основано на гидравлическом сопротивлении движения поршня в жидкости, а также на сжатии газа (см. Амортизаторы. Конструкция, расчет, испытания. В.Н Добромиров, Е.П. Гусев, М.А. Карунин, В.П. Хавханов. Под общ. ред. В.Н. Добромирова. - М.: МГТУ «МАМИ». - 2006. - с. 13-20).
Недостатком известного амортизатора является невозможность выполнять функцию упругого элемента. Кроме того, данный амортизатор охарактеризован большей по сравнению с двухтрубными амортизаторами стоимостью, так как требуется более высокая точность изготовления элементов, и длиной, а при толстом штоке и больших смещениях поршня в наполненной газом камере сильно повышается давление, что придает избыточную жесткость подвеске и негативно отражается на комфорте водителя и пассажиров.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является однотрубный гидравлический газонаполненный амортизатор, содержащий рабочий цилиндр с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, ограниченными разделительным поршнем. В гидравлической полости размещен гидравлический поршень, снабженный выходящим наружу цилиндра штоком и клапанной системой, обеспечивающей демпфирование ударной сжимающей нагрузки. В месте контакта штока с цилиндром установлена направляющая втулка с уплотняющими элементами. Газовая полость значительно меньше по объему, чем гидравлическая, и предназначена для компенсации объема штока, перемещающего в процессе работы амортизатора. От величины давления закачки газа в полость зависит жесткость амортизатора (см. Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. - М.: Машиностроение, 1986,318 с. С. 29, 30).
Недостатком данного технического решения является невозможность выполнения функции упругого элемента.
Сущность технического решения заключается в том, что однотрубный пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, ограниченными разделительным поршнем, гидравлический поршень, снабженный выходящим наружу цилиндра штоком и клапанной системой, направляющую втулку штока, проушины для крепления к автомобилю. Амортизатор снабжен цилиндрическим резервуаром, заполненным газом под расчетным давлением, установленным на рабочий цилиндр соосно и соединенным с ним посредством уплотнительно-направляющей втулки. Причем свободный от поршня конец штока жестко закреплен на крышке резервуара, на которой установлена проушина для крепления к кузову автомобиля. Однотрубный амортизатор обеспечивает демпфирующую характеристику, а газ в резервуаре - упругую.
Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении функциональных возможностей амортизатора, а именно, придание ему функции упругого элемента подвески при одновременном обеспечении возможности регулировки параметров подвески.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично изображен общий вид амортизатора при полностью выдвинутом резервуаре;
- на фиг. 2 - амортизатор в положении статической деформации под действием нагрузки снаряженного состояния (для случая легкового автомобиля) или груженого состояния (для случая грузового автомобиля).
Пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр 1 с направляющей хромированной и шлифованной наружной поверхностью и резервуар 2, соосно соединенные между собой посредством уплотнительно-направляющей втулки 3 с металлофторопластовым подшипником скольжения и уплотняющей манжетой (на фиг. не показаны), которая закреплена через резьбовое соединение на резервуара 2, гидравлический 4 и разделительный 5 поршни, направляющую втулку 6, установленную через резьбовое соединение на внутренней поверхности цилиндра 1. Цилиндр 1 и резервуар 2 снабжены крышками 7 и 8 соответственно с закрепленными на них проушинами 9 и 10 соответственно. Шток 11 гидравлического поршня 4 жестко закреплен на крышке 7 с внутренней стороны резервуара 2, проходит через втулку 6 и жестко связан с поршнем 4 со стопорным кольцом 12. Проушина 10 соединена с рычажной системой подвески колеса (на фиг. не показана), а проушина 9 - с кузовом автомобиля (на фиг. не показан). Внутренняя полость В резервуара 2 заполнена азотом под расчетным давлением и снабжена ниппелем 13 для заправки газом и регулировки давления азота в полости В. Цилиндр 1 содержит три полости, две жидкостные - Б и Г, включающие амортизационную жидкость и разделенные поршнем 4, и газовую А, заполненную азотом под расчетным давлением и отделенную от полости Б поршнем 5. Полость А снабжена ниппелем (на фиг. не показан) для закачки в нее азота (фиг. 1). Величина давления азота в полостях А и В обеспечивает требуемую упругую характеристику амортизатора. Поршень 4 снабжен дросселирующими каналами и клапанами (на фиг. не показаны), служащими для перетекания амортизаторной жидкости между полостями Б и Г и обеспечивающими за счет своего сопротивления требуемую гидравлическую характеристику амортизатора. Втулка 6 со стороны поршня 4 снабжена резиновой амортизирующей прокладкой, которая в случае пробоя амортизатора на ходе отбоя входит в контакт со стопорным кольцом 12, смягчая ударную нагрузку на амортизатор и машину.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Перед установкой на автомобиль собирают однотрубный газонаполненный амортизатор с соответствующими транспортному средству характеристиками. Затем собранный амортизатор монтируют совместно с газовым резервуаром 2 и полость В заполняют азотом через ниппель 13 под расчетным давлением закачки. Давление закачки рассчитывают по величине статической деформации амортизатора при снаряженном автомобиле, при которой поршень 4 будет находиться примерно на равном расстоянии от втулки 6 и поршня 5. Выполнение данного условия обеспечивает требуемую упругую характеристику амортизатора (см. Исследование упругой характеристики нового пневмогидравлического амортизатора / Репин С.В., Добромиров В.Н., Орлов Д.С. // Вестник гражданских инженеров, 2019, 5(76). - СПб.: СПбГАСУ. - С. 260-269). Далее амортизатор устанавливают в подвеску автомобиля (фиг. 2). При движении автомобиля ударная нагрузка от неровностей дороги гасится в основном за счет упругости сжимаемого азота в полости В при перемещении цилиндра 1 вверх по отношению к резервуару 2 и частично за счет сжатия азота в полости А. Уменьшение объема полости А происходит на ходе сжатия за счет вытеснения жидкости двигающимся вниз штоком 11 по отношению к цилиндру 1, так как движение поршня 5 компенсирует вытеснение жидкости штоком 11. Гашение амплитуды колебательного движения после ударной нагрузки, то есть демпфирование колебаний, происходит за счет гидравлического сопротивления поршня 4 обусловленного перетеканием жидкости через каналы и клапаны поршня 4. Возможно подключение полости В через ниппель 13 к системе управления пневматической подвеской с целью регулировки клиренса и получения оптимальной плавности хода автомобиля в зависимости от полезной нагрузки и параметров неровностей дороги.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет обеспечить амортизатору наличие упругой характеристики. Кроме того, упрощается конструкция подвески путем исключения пружинного упругого элемента, обеспечивается регулировка параметров подвески в соответствии с типом транспортного средства и дорожными условиями.