ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
AUTOMOTIVE PNEUMATIC SUSPENSION

Изобретение относится к области автомобилестроения и может найти применение в системах подрессоривания транспортных средств.
Известны упругие элементы подвесок колесных машин в виде рессор, пружин, торсионов, выполненных из жестких конструкционных материалов [1].
Недостатком данных элементов является необходимость наличия в подвеске демпфирующего устройства для обеспечения плавности хода машины, а также буферов для защиты подвески от пробоя.
Известен пневматический резинокордный упругий элемент подвески в виде замкнутой резинокордной оболочки, заполненной газом (воздухом) под давлением [1].
Недостатком указанного устройства является то, что подвеска транспортного средства требует введения в систему подрессоривания направляющего и демпфирующего устройств для обеспечения гашения возникающих от воздействия дороги колебаний.
Известна пневматическая подвеска с резинокордной оболочкой и регулируемыми демпфирующими свойствами [2].
Недостатком подвески является сложность конструкции, снижающая надежность ее работы.
Известны подвески автомобилей, включающие верхний и нижний элементы, связанные с подрессоренной и неподрессоренной массами транспортного средства соответственно, пружинный упругий элемент и располагаемое внутри пружины демпфирующее устройство в виде амортизатора, заполненного вязкой жидкостью, истекающей через ограниченное сечение [1].
Недостатками подвесок с гидравлическими и пневмогидравлическими амортизаторами являются: высокая материалоемкость, необходимость защиты от пробоя, возможность подтекания гидравлической жидкости при износе деталей амортизатора, а также «аэрация», когда при интенсивной работе воздух, присутствующий в амортизаторе, начинает смешиваться с вязкой жидкостью, образуя пену, что ухудшает демпфирующие свойства.
Данная конструкция принята за прототип.
Целью изобретения является снижение вредного воздействия на окружающую среду от утечек гидравлической жидкости из амортизаторов транспортных средств, снижение материалоемкости и сложности конструкции гидравлических и пневмогидравлических подвесок.
Для достижения поставленной цели решается задача - создание устройства, исключающего возможность утечек гидравлической жидкости в окружающую среду, меньшей материалоемкости путем исключения из устройства пружинного упругого устройства и амортизатора без ухудшения демпфирующих свойств.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 изображен вид устройства сбоку;
- фиг.2 - разрез А - А;
- фиг.3 - перепускной клапан;
- фиг.4 - разрез Б - Б;
- фиг.5 - работа устройства при сжатии;
- фиг.6 - работа устройства при отбое.
Пневматическая подвеска транспортного средства (фиг.1) включает верхний элемент - поршень 1, изготовленный из жесткого конструкционного материала (например, из металла), сопряженный с подрессоренной массой транспортного средства (не показана), нижняя часть которого, концевик 2, имеет гиперболическую поверхность вращения относительно вертикальной оси.
Концевик 2 поршня 1 вводится в нижний элемент - стакан 3 цилиндрической формы, выполненный из жесткого конструкционного материала, сопряженный с неподрессоренной массой транспортного средства (не показана) и имеющий внутренний диаметр, больший чем у поршня 1.
В верхней части стакана 3 располагают мягкую оболочку 4 в виде вытянутого тороида, во внутреннюю незамкнутую полость которой вводится концевик 2 поршня 1. Средняя часть наружной поверхности мягкой оболочки 4 (шириной примерно одна треть по меридиану) прикрепляется к внутренней поверхности стакана 3 в его верхней части (например, методом вулканизации).
В нижней части стакана 3 на внутренней поверхности днища нижней торцовой внешней поверхностью располагается мягкая цилиндрическая оболочка 5. Оболочка 5 снабжена разгружающим кольцом 6 круглого сечения из упругого материала, например капронового каната, имеющего деформативность, меньшую чем материал оболочки. Кольцо 6 имеет диаметр, меньший чем диаметр оболочки 5, зафиксировано по окружности на ее внешней поверхности (например, пришито), образуя гофры и обеспечивая одноосное натяжение ее материала и более высокую жесткость, чем у оболочки 4 в состоянии, когда обе мягкие оболочки напряжены давлением заполняющего их газа. Верхняя наружная торцовая поверхность оболочки 5 прикрепляется к нижней торцовой поверхности концевика 2 поршня 1.
Полости мягких оболочек 4 и 5 соединяются с помощью нескольких каналов - воздуховодов 7 и 8, выполненных в стенках и днище стакана 3 соответственно. Воздуховоды 7 в стенках стакана 3 в местах сопряжения с мягкой оболочкой 4 имеют внутренние штуцеры 9.
Нижние воздуховоды 8 радиально сходятся к центру днища стакана 3 (фиг.2), где располагается цилиндрическая полость 10, на стенках которой выполняется внутренняя резьба. В полость 10 вворачивается нижняя часть перепускного клапана 11.
Перепускной клапан 11 (фиг.3, 4) представляет собой корпус, в котором размещены воздушный клапан 12, клапанная пружина 13 и опорное кольцо 14. Верхняя часть корпуса выполнена в виде головки 15, имеющей форму параллелепипеда с закругленными ребрами и снабженной отверстиями 16 для сообщения с полостью оболочки. Воздушный клапан имеет сквозной осевой канал 17 для постоянного соединения полости оболочки 5 и цилиндрической полости 10 стакана 3.
Для заполнения мягких оболочек 4 и 5 газом (воздухом) в стенке стакана 3 (фиг.1) выполнен канал 18, соединяющий один из воздуховодов 7 с источником сжатого газа (не показан) посредством штуцера с обратным клапаном 19 (например, шарикового типа).
Пневматическая подвеска собирается в состоянии, когда полости мягких оболочек 4 и 5 не заполнены газом (воздухом). К концевику 2 поршня 1 предварительно прикрепляется наружная торцовая поверхность оболочки 5, после чего концевик 2 с оболочкой 5 и перепускным клапаном 11 вводится через внутреннюю полость оболочки 4 во внутреннюю полость стакана 3. Перепускной клапан 11 помещается в полость 10, поршень 1 подается вниз таким образом, чтобы после расплющивания оболочки 5 выполненная на нижней торцевой поверхности концевика 2 выемка 20 (фиг.1) села на головку 15 перепускного клапана 11 (фиг.4). Вращением поршня 1 нижняя часть перепускного клапана 11 через отверстие в нижней части оболочки 5 вворачивается в полость 10 днища стакана 3 с таким усилием, чтобы обеспечить герметичность сопряжения «перепускной клапан 11 - оболочка 5 - днище стакана 3». Поршень 1 поднимается, и выемка 20 концевика 2 выводится из зацепления с головкой 15 перепускного клапана 11.
В полость оболочки 4 газ подается через внешний штуцер 19, канал 18 и внутренний штуцер 9, а в полость оболочки 5 - через воздуховоды 7, 8, полость 10 и канал 17 воздушного клапана 12 перепускного клапана 11. Под давлением заполняющего газа мягкие оболочки 4 и 5 приобретают расчетную форму и жесткость (упругость).
За счет канала 17 в воздушном клапане 12 давление газа в оболочках 4 и 5 выравнивается, поршень 1 во внутренней полости стакана 3 фиксируется в нейтральном положении, и середина оболочки 4 охватывает гиперболическую поверхность концевика 2 в среднем сечении, имеющем минимальный диаметр в горизонтальной плоскости. Нижняя поверхность торца концевика 2 при этом опирается на оболочку 5. Такое положение является нейтральным - положением готовности пневматической подвески к работе.
Работа пневматической подвески транспортного средства осуществляется следующим образом.
При наезде колеса транспортного средства на препятствие в подвеске происходит ход сжатия (фиг.5). Под действием подрессоренной массы поршень 1 двигается вниз, деформирует (уменьшает по высоте) оболочку 5, упругие свойства которой обеспечиваются растягивающими усилиями ее материала, вызванными избыточным давлением заполняющего оболочку газа, тем самым уменьшая ее объем, увеличивая рабочую поверхность и давление газа в ней.
Движение поршня будет осуществляться до тех пор, пока внешнее воздействие не уравновесится: во-первых, давлением газа на площадь рабочей поверхности оболочки 5; во-вторых, силами давления внешней поверхностью незамкнутой внутренней полости оболочки 4 на боковую поверхность расширяющейся верхней половины концевика 2, вызванной ходом и деформацией (уменьшением объема и изменением формы - увеличением поверхности) с повышением давления газа в оболочке 4.
При небольшом ходе и малых виброускорениях поршня 1, когда вызванного вертикальной деформацией оболочки 5 избыточного давления газа в ней недостаточно для сжатия пружины 13 воздушного клапана 12 перепускного клапана 11 (клапан 12 остается в своем седле), газ через канал 17 и окна 16 поступает в цилиндрическую полость 10 стакана 3, откуда по воздуховодам 8, 7 и внутренним штуцерам 9 - в полость оболочки 4. Избыточное давление газа в оболочке 4 и соответственно ее жесткость увеличиваются, препятствуя ходу поршня 1.
При большом ходе и виброускорении поршня 1 под действием давления газа в оболочке 5 на клапан 12 его пружина 13 сжимается, клапан открывается, и газ дополнительно через канал 17 и открывшийся воздушный клапан 12 поступает в полость 10 и далее по воздуховодам 7 и 8 - в полость оболочки 4. Чем больше ход поршня и виброускорение, тем больше открывается клапан 12, тем быстрее в оболочке 4 растет давление газа, затрудняя вертикальное перемещение поршня 1. Таким образом, подвеска работает в активном режиме.
При ходе отбоя (фиг.6) поршень 1 движется вверх, оболочка 4 работает аналогично ходу сжатия, но деформация оболочки 4 происходит диаметрально противоположно, поскольку во внешнюю полость оболочки 4 снизу внедряется нижняя половина концевика 2. Объем оболочки 6 увеличивается, клапан 12 закрывается (если он был открыт), и газ из оболочки 4 через штуцеры 9, воздуховоды 7, 8, полость 10, канал 17 и окна 16 поступает в оболочку 5, которая при ходе отбоя работает как сильфон, обеспечивая демпфирование.
Калибровка канала 18, упругие свойства пружины 13, клапана 12 и заданное первоначальное избыточное давление газа в оболочках 4 и 5 обеспечивают расчетные демпфирующие свойства подвески.
При резком нарастании скорости сжатия (удар колеса транспортного средства о препятствие), когда воздух не успевает выйти из полости оболочки 5, под воздействием избыточного давления воздуха материал оболочки 5 растягивается в пределах своего модуля деформации, и предлагаемое устройство работает как подпружиненная пневматическая рессора повышенной жесткости. При этом защита от пробоя подвески обеспечивается прочностью материала оболочки 5 и разгружающего кольца 6, обеспечивающего одноосное напряжение материала оболочки.
Пневматическая подвеска может работать в автоматическом режиме, если снабдить ее источником сжатого газа (например, компрессором и ресивером) и электронным управлением, например датчиком виброускорения и электронным блоком, управляющим подачей или выпуском газа из подвески через штуцер 19, в зависимости от величины виброускорения, вызванного дорожными условиями движения.
Предлагаемая подвеска не требует гидравлической жидкости, поэтому экологически безопасна, а демпфирующие свойства в ней не ухудшаются при любом режиме работы. Одноосное напряжение материала резинокордной оболочки, обеспечиваемое разгружающим кольцом (кольцами), позволяет использовать в конструкции мягких оболочек материалы невысокой материалоемкости и прочности, а подвеска транспортного средства с таким модулем не требует буферов.
Использованные источники
1. Проектирование полноприводных колесных машин. Т. 2: Учеб. для вузов / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов и др. // Под общ. ред. А.А.Полунгяна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000, - 640 с.
2. Пат. РФ №2340468, МПК B60G 11/26, F16F 5/22. Пневматическая подвеска / В.В. Новиков, Б.И. Фитилев, А.С. Дьяков (РФ). - №2007117885/11. Заяв. 14.05.2007. Опубл. 10.12.2008. Бюл. №34. Приоритет 14.05.2007, - 2 ил.