Амортизационный узел для пневмогидравлической рессоры

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно, к элементам пневмогидравлических рессор.
Известна пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан. Клапан выполнен в виде саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний демпфирующего узла, который включает кольцевой поршень, установленный в цилиндре с возможностью осевого перемещения вдоль штока клапана, один конец которого соединен с опорой, закрепленной на торце цилиндра, а на другом конце установлен ограничитель хода кольцевого поршня, образующего с цилиндром кольцевую полость клапана, сообщенную с гидроаккумулятором через выполненные в опоре отверстия, образующие дополнительный дроссельный канал, и сообщенную с поршневой полостью через основной дроссельный канал, выполненный в кольцевом поршне, и через обратный клапан, установленный с одной из сторон кольцевого поршня. В поршне со штоком выполнено глухое осевое отверстие, в которое в конце хода сжатия рессоры входит ограничитель, образуя внутреннюю полость демпфера максимальных колебаний, сообщенную с поршневой полостью (патент РФ № 2312029, В60G 11/26, F16F 5/00, 2007 г.).
Недостатком данной рессоры является то, что из-за уменьшения демпфирования на части хода штока подвески снижается эффективность гашения резонансных колебаний корпуса транспортного средства и его колес, в результате чего ухудшается плавность хода транспортного средства при движении по разбитым дорогам.
Наиболее близким из известных технических решений является пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства, содержащая цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре поршневую и штоковую полости, и гидроаккумулятор, соединенный с полостью цилиндра через клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени. В корпусе клапана выполнен канал, в котором установлен подпружиненный ступенчатый плунжер, образующий с корпусом клапана надплунжерную полость, подплунжерную полость и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с поршневой полостью и соединенную с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал с большим сопротивлением и дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый большей ступенью плунжера в крайнем верхнем положении, причем в надплунжерной полости установлена пружина, взаимодействующая с меньшей ступенью плунжера, в большей ступени плунжера установлен обратный клапан, соединяющий кольцевую плунжерную полость с подплунжерной полостью, а на нижней части большей ступени плунжера выполнена наружная проточка, соединенная с кольцевой плунжерной полостью через продольный дроссельный паз, выполненный на наружной поверхности большей ступени плунжера, и с подплунжерной полостью через радиальные отверстия и фильтр, установленный в наружной проточке [патент РФ №2319620, В60G 11/26, F16F 5/00, 2008].
Недостатком данной рессоры является невозможность точного регулирования демпфирования в зависимости от амплитуды колебаний. Это связано с тем, что подплунжерная полость через обратный клапан и продольный дроссельный паз на большей ступени плунжера соединена с кольцевой плунжерной полостью, которая сообщена с подпоршневой полостью рессоры. В результате при закрытом дополнительном канале и работе подвески с малыми амплитудами и высокими частотами деформации подвески в указанных полостях на ходе сжатия будет возникать повышенное давление, под действием которого ступенчатый плунжер будет практически постоянно находиться в верхнем положении, перекрывая своей большей ступенью дополнительный дроссельный канал, что приведет к увеличению неупругого сопротивления, следствием чего будет ухудшение плавности хода и чрезмерный нагрев рессоры при движении транспортного средства по относительно ровной дороге с небольшими неровностями. Кроме того, ступенчатый плунжер при перекрытии дополнительного дроссельного канала оказывается нагружен со стороны этого канала односторонней радиальной силой, что может приводить к заметному увеличению осевой силы страгивания плунжера и нарушению его нормальной работы.
В этой связи задачей является создание нового, саморегулируемого в зависимости от степени загрузки автомобиля, амплитуды и частоты колебаний, амортизационного узла для пневмогидравлической рессоры транспортного средства, в котором при закрытом дополнительном дроссельном канале кольцевая плунжерная полость и плунжерная полость большей ступени свободно бы сообщались с полостью гидроаккумулятора.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение плавности хода груженого и порожнего транспортного средства и снижение нагрева рессоры при движении по любым типам дорог.
Указанный технический результат достигается тем, что в амортизационном узле для пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства, содержащем основной дроссельный канал с большим сопротивлением, дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, перекрываемый подпружиненным ступенчатым плунжером, образующим с корпусом амортизационного узла плунжерную полость меньшей ступени плунжера, плунжерную полость большей ступени плунжера и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с поршневой полостью и с полостью гидроаккумулятора рессоры, обратный клапан с дросселем, установленный в большей ступени плунжера и соединяющий кольцевую плунжерную полость с плунжерной полостью большей ступени плунжера, отличающийся тем, что амортизационный узел выполнен в виде саморегулируемого, в зависимости от давления в гидроаккумуляторе рессоры, узла, кольцевая плунжерная полость которого сообщена с поршневой полостью рессоры через левый ряд радиальных отверстий, выполненных в левой части корпуса амортизационного узла и образующих дополнительный дроссельный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера при больших ходах сжатия рессоры, и сообщена с полостью гидроаккумулятора рессоры через правый ряд радиальных отверстий, внутреннюю проточку и коаксиальные отверстия, выполненные в правой части корпуса амортизационного узла, причем одно из коаксиальных отверстий выполнено сквозным и выполняет функции основного дроссельного канала, соединяющего поршневую полость и гидроаккумулятор между собой.
Благодаря тому, что амортизационный узел включает в себя ступенчатый плунжер, который, в зависимости от давления в рессоре и гидроаккумуляторе, закрывает (или открывает) левый ряд радиальных отверстий, тем самым, создавая нужную жесткость (мягкость) демпфирующей характеристики, что приведет к повышению плавности хода транспортного средства. Также, за счёт перемещения ступенчатого плунжера, в амортизационном узле распределяется давление, возникающее на ходе сжатия пружины, что снижает нагрев подвески.
На фиг. 1 изображен вариант размещения амортизационного узла в пневмогидравлической рессоре, на фиг. 2 - амортизационный узел в продольном разрезе. На фиг. 3 - упругая характеристика; на кривой 1 - изменение давление в газовой полости гидроаккумулятора, на кривой 2 - то же полости цилиндра противодавления, на кривой 3 - упругая характеристика. А на фиг. 4 - демпфирующие характеристики рессоры, на кривой 1 - жесткая демпфирующая характеристика, на кривой 2 - мягкая.
Амортизационный узел для пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства, содержащей основной гидроцилиндр 1, в котором установлен цилиндр противодавления, выполненный в виде поршня 2 с полым штоком 3, образующие в основном гидроцилиндре 1 поршневую полость 4 и штоковую полость 5, сообщенную с полостью 6 цилиндра противодавления через соединительную трубку 7, и гидроаккумулятор 8, выполненный в виде полого шара с разделительной мембраной 9, разделяющей полость шара на гидравлическую полость 10 и газовую полость 11. Гидроаккумулятор 8 подсоединен сбоку к верхней крышке 12 основного гидроцилиндра 1 через хвостовик 13, в котором установлен амортизационный узел, соединяющий поршневую полость 4 и гидравлическую полость 10 между собой.
Амортизационный узел выполнен в виде саморегулируемого в зависимости от давления в гидроаккумуляторе 8 демпфирующего узла, корпус которого состоит из левой 14 и правой 15 частей, соединенных между собой. В левой части корпуса 14 выполнено ступенчатое осевое отверстие 16, в котором установлен подпружиненный ступенчатый плунжер 17, образующий с правой частью корпуса 15 правую плунжерную полость 18, а с левой частью корпуса 14 левую плунжерную полость 19 и кольцевую плунжерную полость 20. Кольцевая плунжерная полость 20 сообщена с поршневой полостью 4 через левый ряд радиальных отверстий 21, выполненных в левой части корпуса 14 и образующих дополнительный дроссельный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера 17 при больших ходах сжатия рессоры, и сообщена с гидравлической полостью 10 гидроаккумулятора 8 через правый ряд радиальных отверстий 22, внутреннюю проточку 23 и коаксиальные отверстия 24, выполненные в правой части корпуса 15, причем одно из коаксиальных отверстий выполнено сквозным и выполняет функции основного дроссельного канала 25, соединяющего поршневую полость 4 и гидроаккумулятор 8 между собой.
В кольцевой плунжерной полости 20 установлена пружина 26, поджимающая ступенчатый плунжер 17 влево до упора в крышку 27 левой части корпуса 14. Левая плунжерная полость 19 сообщена с кольцевой плунжерной полостью 20 через обратный клапан 28, установленный в большей ступени плунжера 17, осевое и радиальные отверстия 29, выполненные в плунжере 17, и фильтр 30, установленный в проточке, выполненной напротив радиальных отверстий 29 ступенчатого плунжера 17. Обратный клапан 28 выполнен в виде подпружиненной плоской тарелки с осевым дроссельным отверстием 31, выполняющим роль дросселя-замедлителя перемещения ступенчатого плунжера 17 справа налево под действием пружины 26.
Поршневая полость 4, штоковая полость 5, нижняя часть полости 6 цилиндра противодавления и гидравлическая полость 10 заполнены жидкостью, а верхняя часть полости 6 и пневматическая полость 11 - газом. Правая плунжерная полость 18 заполнена воздухом под атмосферным давлением.
Усилие предварительного поджатия пружины 26 выбрано таким, чтобы удерживать ступенчатый плунжер 17 от перемещения вправо в крайнем левом положении при давлении в рессоре, не превышающем 15…20 % от статического давления в газовой полости 11 гидроаккумулятора 8, в результате чего левый ряд радиальных отверстий 21 остается открытым и имеет место мягкая демпфирующая характеристика рессоры при малых деформациях подвески. При большем давлении, возникающем при больших ходах сжатия рессоры, большая ступень плунжера 17 перекрывает левый ряд радиальных отверстий 21, в результате чего жесткость демпфирующей характеристики рессоры ступенчато повышается.
Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.
На ходе сжатия рессоры шток 3 с поршнем 2 входит в основной гидроцилиндр 1, жидкость из поршневой полости 4 перетекает в гидравлическую полость 10 гидроаккумулятора 8, подсоединенного к верхней крышке 12 основного гидроцилиндра 1 через хвостовик 13, в котором установлены правая 15 и левая 14 части корпуса саморегулируемого демпфирующего узла. При этом жидкость течет через основной дроссельный канал 25, а также через радиальные отверстия 21, кольцевую плунжерную полость 20, радиальные отверстия 22, проточку 23 и коаксиальные отверстия 24, что вызывает сжатие газа в полости 11. При этом объем штоковой полости 5 увеличивается и жидкость под действием давления газа в цилиндре противодавления поступает из полости 6 в штоковую полость 5 по соединительной трубке 7, что приводит к уменьшению давления в полостях 5 и 6.
На ходе отбоя рессоры, т.е. когда шток 3 с поршнем 2 выходит из основного гидроцилиндра 1, жидкость из гидравлической полости 10 под действием давления в газовой полости 11 поступает в поршневую полость 4 через основной дроссельный канал 25, а также через коаксиальные отверстия 24, проточку 23, радиальные отверстия 22, кольцевую плунжерную полость 20 и радиальные отверстия 21, что вызывает расширение газа в полости 11. При этом объем штоковой полости 5 уменьшается и жидкость из нее вытесняется поршнем 2 в полость 6 по соединительной трубке 7, сжимая газ в верхней части полости 6.
В результате совместного действия давлений в полостях 4 и 5 формируется S-образная упругая характеристика рессоры, обеспечивающая повышение устойчивости транспортного средства и уменьшение нагрузки на элементы подвески в конце хода отбоя.
При этом в зависимости от режимов колебаний и степени загрузки транспортного средства возможны следующие режимы работы демпфирующего узла и рессоры в целом.
При работе рессоры подвески с небольшими амплитудами колебаний, т.е. когда давление в гидравлической 10 и газовой 11 полостях гидроаккумулятора 8, разделенного мембраной 9, не превышает 15-20 % от статического давления в рессоре при груженом транспортном средстве, ступенчатый плунжер 17, установленный в осевом отверстии 16 левой части корпуса 14, остается в крайнем левом положении и под действием пружины 26 прижимается к крышке 27. В результате жидкость между полостями 10 и 4 перетекает через основной дроссельный канал 25, а также через коаксиальные отверстия 24, проточку 23, радиальные отверстия 22, кольцевую плунжерную полость 20 и радиальные отверстия 21, образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, что обеспечивает мягкую демпфирующую характеристику, необходимую для эффективного гашения высокочастотных колебаний подвески с небольшой амплитудой и уменьшения нагрева рессоры при движении как порожнего, так и груженого транспортного средства по относительно ровным дорогам.
При работе рессоры с большими амплитудами колебаний на ходе сжатия давление в полостях 11 и 10 увеличивается. Вследствие этого увеличивается давление и в кольцевой плунжерной полости 20. При превышении давления в кольцевой плунжерной полости 20 более чем на 15-20 % от статического давления в рессоре, происходит перемещение ступенчатого плунжера 17 вправо до упора его большей ступени в кольцевой уступ левой части корпуса 14 и перекрытие большей ступенью плунжера 17 левого ряда радиальных отверстий 21, что означает перекрытие дополнительного дроссельного канала. При перемещении плунжера 17 вправо объем в правой плунжерной полости 18 уменьшается, а объем в левой плунжерной полости 19 увеличивается. Жидкость из кольцевой плунжерной полости 20 поступает в левую плунжерную полость 19 через отверстия 29 в плунжере 17 и обратный клапан 28. При этом жидкость между полостями 4 и 10 перетекает только через основной дроссельный канал 25 с большим сопротивлением. В результате жесткость демпфирующей характеристики резко повышается, что необходимо для эффективного гашения низкочастотных и высокочастотных резонансных колебаний подвески с большой амплитудой при движении как порожнего, так и груженого транспортного средства по разбитым дорогам.
При уменьшении амплитуды колебаний подвески давление в полости 10 и кольцевой плунжерной полости 20 также уменьшается, вследствие чего ступенчатый плунжер 17 под действием пружины 26 начинает медленно перемещаться влево, вытесняя жидкость из левой плунжерной полости 19 в кольцевую полость 20 через дроссельное отверстие 31 в тарелке обратного клапана 28, осевое и радиальные отверстия 29 в плунжере 17 и фильтр 30. Время этого перемещения зависит от сопротивления дросселя-замедлителя и рассчитывается таким образом, чтобы радиальные отверстия 21 не открывались бы ранее, чем через 1...2 периода собственных колебаний подвески, что необходимо для эффективного гашения колебаний корпуса транспортного средства как при движении по большим периодически расположенным неровностям, так и при преодолении одиночных неровностей дороги.
Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства обеспечивает автоматическое саморегулирование гидравлического сопротивления в зависимости от изменения давления в гидроаккумуляторе и амплитуды колебаний, что повышает плавность хода как порожнего, так и груженого транспортного средства при его движении по любым типам дорог и уменьшает нагрев подвески.