ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ РЕССОРА ПОДВЕСКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
PNEUMATIC HYDRAULIC SPRING OF VEHICLE SUSPENSION

Изобретение относится к подвескам транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам быстроходных машин высокой проходимости с саморегулируемым гидросопротивлением в зависимости от амплитуды и частоты колебаний.
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, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого в зависимости от амплитуды и направления колебаний. В демпфирующем узле выполнен соединительный канал, в котором с возможностью осевого перемещения установлен плунжер, имеющий дроссельное отверстие, образующее основной дроссельный канал с большим сопротивлением. Соединительный канал имеет два выходящих отверстия в поршневую полость цилиндра и два выходящих отверстия в полость гидроаккумулятора, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением. На концах соединительного канала установлены пружины, обеспечивающие упругое ограничение перемещения плунжера. В этой рессоре за счет свободного хода плунжера обеспечивается уменьшение демпфирования при небольших амплитудах колебаний, в результате чего повышается плавность хода транспортного средства при зарезонансных режимах движения по относительно ровным дорогам [патент РФ №2226156, В60G 11/26, 2004].
Недостатком данной рессоры является сравнительно низкий технический уровень, обусловленный тем, что из-за уменьшения демпфирования на части хода штока подвески снижается эффективность гашения больших 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. Данная рессора имеет ослабленное демпфирование при малых колебаниях и мощное демпфирование при возникновении колебаний с большой амплитудой после входа штока в цилиндр на большую величину [патент РФ №2319620, В60G 11/26, F16F 5/00, 2008].
Недостатком данной рессоры является сохранение ослабленного демпфирования на большей части хода сжатия после полного растяжения подвески, например, после вылета и последующего приземления быстроходной машины высокой проходимости при преодолении сходу препятствий с уступом вниз, когда во время фазы полета машины происходит, отрыв опорных катков от земли и полное растяжение ее подвески. В результате поглощающая способность подвески при последующем после вылета приземлении машины резко падает, что может привести к ее пробою и значительным ускорениям, передаваемым на корпус машины, что ухудшает самочувствие экипажа и может привести к поломках ее узлов и агрегатов.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение демпфирующих свойств пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства на всем ее ходе в течение нескольких периодов колебаний при возникновении больших ходов сжатия и при полном ее растяжении, что приведет к существенному повышению поглощающей способности подвески при движении быстроходных машин высокой проходимости с высокими скоростями по большим неровностям, в том числе при частых вылетах и последующих приземлениях.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневмогидравлической рессоре подвески транспортного средства, содержащей 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 перпендикулярно оси штока и параллельно друг другу выполнены соединительный канал, первое ступенчатое отверстие и второе ступенчатое отверстие, причем соединительный канал сообщен с поршневой полостью через верхнее отверстие, а с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал, поперечный канал, первое ступенчатое отверстие, второе ступенчатое отверстие и дополнительный дроссельный канал, в первом ступенчатом отверстии установлен подпружиненный ступенчатый плунжер максимального хода сжатия, который образует в нем надплунжерную полость, сообщенную с атмосферой, подплунжерную полость и кольцевую плунжерную полость, сообщенную с соединительным каналом и со вторым ступенчатым отверстием через поперечный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера максимального хода сжатия в крайнем верхнем положении, пружина сжатия ступенчатого плунжера максимального хода сжатия установлена в кольцевой плунжерной полости, обратный клапан и дроссель ступенчатого плунжера максимального хода сжатия установлены в большей ступени плунжера и сообщают кольцевую плунжерную полость с подплунжерной полостью, а во втором ступенчатом отверстии установлен подпружиненный ступенчатый плунжер максимального хода отбоя, который образует в нем надплунжерную полость, сообщенную с атмосферой, кольцевую плунжерную полость и подплунжерную полость, сообщенную с кольцевой плунжерной полостью максимального хода сжатия через поперечный канал, а с полостью гидроаккумулятора через дополнительный дроссельный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера максимального хода отбоя в крайнем нижнем положении, пружина сжатия ступенчатого плунжера максимального хода отбоя установлена в кольцевой плунжерной полости, обратный клапан и дроссель ступенчатого плунжера максимального хода отбоя установлены в большей ступени плунжера и сообщают подплунжерную полость с кольцевой плунжерной полостью.
Отличием заявляемого изобретения является то, что в корпусе клапана перпендикулярно оси штока и параллельно друг другу выполнены соединительный канал, первое ступенчатое отверстие и второе ступенчатое отверстие, причем соединительный канал сообщен с поршневой полостью через верхнее отверстие, а с полостью гидроаккумулятора через основной дроссельный канал, поперечный канал, первое ступенчатое отверстие, второе ступенчатое отверстие и дополнительный дроссельный канал, в первом ступенчатом отверстии установлен подпружиненный ступенчатый плунжер максимального хода сжатия, который образует в нем кольцевую плунжерную полость, сообщенную с соединительным каналом и со вторым ступенчатым отверстием через поперечный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера максимального хода сжатия в крайнем верхнем положении, а во втором ступенчатом отверстии установлен подпружиненный ступенчатый плунжер максимального хода отбоя, который образует в нем подплунжерную полость, сообщенную с кольцевой плунжерной полостью максимального хода сжатия через поперечный канал, а с полостью гидроаккумулятора через дополнительный дроссельный канал, перекрываемый большей ступенью плунжера максимального хода отбоя в крайнем нижнем положении. В результате этого клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, выполняет функции демпферов максимальных ходов сжатия и отбоя, обеспечивая увеличение демпфирования в течение нескольких периодов колебаний при больших ходах сжатия и при полном растяжении рессоры, что необходимо для повышения поглощающей способности подвески быстроходных машин высокой проходимости при их движении с высокими скоростями по большим неровностям, в том числе при частых вылетах и последующих приземлениях.
На фиг. 1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства (продольный разрез); на фиг. 2 - дополнительный разрез А-А корпуса клапана рессоры.
Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства содержит цилиндр 1 и гидроаккумулятор 2, установленные в корпус клапана 3 рессоры параллельно друг другу. В цилиндре 1 установлен поршень 4 со штоком 5, образующие в цилиндре 1 поршневую 6 и штоковую 7 полости. В гидроаккумуляторе 2 установлен плавающий поршень 8, разделяющий его на гидравлическую 9 и пневматическую 10 полости. Поршневая 6 и гидравлическая 9 полости заполнены жидкостью, а пневматическая полость 10 заправлена газом под давлением.
В корпусе клапана 3 перпендикулярно оси штока 5 и параллельно друг другу выполнены соединительный канал 11, первое ступенчатое отверстие 12 и второе ступенчатое отверстие 13. Соединительный канал 11 сообщен с поршневой полостью 6 через верхнее отверстие 14, а с гидравлической полостью 9 через первое нижнее отверстие 15, поперечный канал 16, первое ступенчатое отверстие 12, второе ступенчатое отверстие 13 и второе нижнее отверстие 17.
Первое нижнее отверстие 15 образует основной дроссельный канал 15, имеющий большое гидравлическое сопротивление, а второе нижнее отверстие 17 образует дополнительный дроссельный канал 17, имеющий малое гидравлическое сопротивление.
В первом ступенчатом отверстии 12 установлен подпружиненный ступенчатый плунжер 18 максимального хода сжатия, образующий в нем надплунжерную полость 19, сообщенную с атмосферой, подплунжерную полость 20 и кольцевую плунжерную полость 21, сообщенную с соединительным каналом 11 и со вторым ступенчатым отверстием 13 через поперечный канал 16, перекрываемый большей ступенью плунжера 18 в крайнем верхнем положении. Надплунжерная полость 19 отделена от кольцевой плунжерной полости 21 уплотнением 22, установленным в проточке, выполненной в меньшей ступени отверстия 12 и уплотняющим меньшую ступень плунжера 18. Пружина сжатия 23 ступенчатого плунжера 18 установлена в кольцевой плунжерной полости 21. В большей ступени плунжера 18 установлен обратный клапан 24, выполненный в виде подпружиненной клапанной тарелки с осевым дроссельным отверстием 25, сообщающим кольцевую плунжерную полость 21 с подплунжерной полостью 20. Дроссельное отверстие 25 имеет большое гидравлическое сопротивление, необходимое для уменьшения скорости перемещения ступенчатого плунжера 18 вниз под действием пружины сжатия 23 и открытия поперечного канала 16.
Во втором ступенчатом отверстии 13 установлен подпружиненный ступенчатый плунжер 26 максимального хода отбоя, образующий надплунжерную полость 27, сообщенную с атмосферой, кольцевую плунжерную полость 28 и подплунжерную полость 29, сообщенную с кольцевой плунжерной полостью 21 через поперечный канал 16, а с гидравлической полостью 9 через дополнительный дроссельный канал 17, перекрываемый большей ступенью плунжера 26 в крайнем нижнем положении. Надплунжерная полость 27 отделена от кольцевой плунжерной полости 28 уплотнением 30, установленным в проточке, выполненной в меньшей ступени отверстия 13 и уплотняющим меньшую ступень плунжера 26. Пружина сжатия 31 ступенчатого плунжера 26 установлена в кольцевой плунжерной полости 28. В большей ступени плунжера 26 установлен обратный клапан 32, выполненный в виде подпружиненной клапанной тарелки с осевым дроссельным отверстием 33, сообщающим подплунжерную полость 29 с кольцевой плунжерной полостью 28. Дроссельное отверстие 33 имеет большое гидравлическое сопротивление, необходимое для уменьшения скорости перемещения ступенчатого плунжера 26 вверх под действием давления в подплунжерной полости 29 и открытия дополнительного дроссельного канала 17.
Предлагаемая пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом. При этом в зависимости от режимов колебаний возможны следующие режимы работы рессоры.
При работе рессоры с небольшими амплитудами демпферы максимальных ходов сжатия и отбоя, установленные в корпусе клапана 3, остаются открытыми и не создают мощного гидравлического сопротивления. При этом ступенчатый плунжер 18 максимального хода сжатия под действием пружины сжатия 23 находится в крайнем нижнем положении ступенчатого отверстия 12, а ступенчатый плунжер 26 максимального хода отбоя находится в крайнем верхнем положении ступенчатого отверстия 13 под действием давления в подплунжерной полости 29. В результате на ходе сжатия рессоры шток 5 с поршнем 4 входит в цилиндр 1, жидкость из поршневой полости 6 перетекает в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 2 через верхнее отверстие 14, продольный канал 11, основной дроссельный канал 15, поперечный канал 16 и дополнительный дроссельный канал 17, что вызывает перемещение плавающего поршня 8 вправо и сжатие газа в пневматической полости 10 гидроаккумулятора 2. На ходе отбоя рессоры шток 5 с поршнем 4 выходит из цилиндра 1, давление в поршневой полости 6 уменьшается и под действием давления газа в пневматической полости 10 плавающий поршень 8 перемещается влево, вытесняя жидкость из гидравлической полости 9 в поршневую полость 6 через основной дроссельный канал 15, дополнительный дроссельный канал 17, поперечный канал 16, продольный канал 11 и верхнее отверстие 14. При течении жидкости через дополнительный дроссельный канал 17 демпфирующая характеристика рессоры имеет малую жесткость, что необходимо для эффективного гашения небольших колебаний кузова и колес при движении транспортного средства по относительно ровным дорогам с небольшой высотой неровностей.
При работе рессоры с большими амплитудами на ходе сжатия давление в подплунжерной полости 20 максимального хода сжатия увеличивается на столько, что ступенчатый плунжер 18 перемещается вверх до упора его большей ступени в уступ ступенчатого отверстия 12, дополнительно сжимая пружину 23 и перекрывая поперечный канал 16. При этом жидкость из поперечного канала 16 и кольцевой плунжерной полости 21 поступает в подплунжерную полость 20 через обратный клапан 25, установленный в большей ступени плунжера 18. В результате на ходе сжатия и отбоя жидкость из поршневой полости 6 перетекает в гидравлическую полость 9 и обратно через верхнее отверстие 14, продольный канал 11 и основной дроссельный канал 15, обеспечивающий большую жесткость демпфирующей характеристики, что необходимо для эффективного гашения больших колебаний кузова и колес при движении транспортного средства по разбитым дорогам и местности.
При уменьшении амплитуды колебаний подвески давление в подплунжерной полости 20 также уменьшается и ступенчатый плунжер 18 максимального хода сжатия под действием пружины 23 начинает перемещаться вниз, вытесняя жидкость из подплунжерной полости 20 в кольцевую плунжерную полость 21 через дроссель 25 обратного клапана 24, постепенно открывая поперечный канал 16. Время этого перемещения зависит от сопротивления дросселя 25 и рассчитывается таким образом, чтобы поперечный канал 16 не открывался бы ранее, чем через 1,5…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.
При полном растяжении рессоры давление в подплунжерной полости 29 максимального хода отбоя уменьшается настолько, что ступенчатый плунжер 26 под действием пружины сжатия 31 перемещается вниз до упора, перекрывая свой большей ступенью дополнительный дроссельный канал 17. При этом жидкость из подплунжерной полости 29 поступает в кольцевую плунжерную полость 28 через обратный клапан 32, установленный в большей ступени плунжера 26. В результате на ходе сжатия и отбоя жидкость из поршневой полости 6 перетекает в гидравлическую полость 9 и обратно через верхнее отверстие 14, продольный канал 11 и основной дроссельный канал 15, обеспечивающий большую жесткость демпфирующей характеристики, что необходимо для эффективного гашения подвеской энергии удара и колебаний машины после ее вылета и последующего приземления. После преодоления машиной трамплина и уменьшения амплитуды колебаний подвески давление в подплунжерной полости 29 увеличивается, под действием которого ступенчатый плунжер 26 начинает перемещаться вверх, сжимая пружину 31 и вытесняя жидкость из кольцевой плунжерной полости 28 в подплунжерную полость 29 через дроссель 33 обратного клапана 32, постепенно открывая дополнительный дроссельный канал 17. Время этого перемещения зависит от сопротивления дросселя 33 и рассчитывается таким образом, чтобы дополнительный дроссельный канал 17 не открывался бы ранее, чем через 1,5…2 периода собственных колебаний подвески, что необходимо для эффективного гашения колебаний корпуса транспортного средства после преодоления трамплина с вылетом машины и ее приземления.
Таким образом клапан, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени, выполняет функции демпферов максимальных ходов сжатия и отбоя, обеспечивая увеличение демпфирования в течение нескольких периодов колебаний при больших ходах сжатия и при полном растяжении рессоры.
Штоковая полость 7 может быть подключена к гидросистеме транспортного средства для отвода утечек через уплотнение поршня 4 или для подачи жидкости с целью подъема колеса. Надплунжерные полости 19 и 27 могут быть подсоединены к гидросистеме транспортного средства для отвода утечек жидкости через уплотнения 22 и 30 ступенчатых плунжеров 21 и 26.
Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение демпфирующих свойств пневмогидравлической рессоры подвески транспортного средства на всем ее ходе в течение нескольких периодов колебаний при возникновении больших ходов сжатия и при полном ее растяжении, что приведет к существенному повышению поглощающей способности подвески при движении быстроходных машин высокой проходимости с высокими скоростями по большим неровностям, в том числе при частых вылетах и последующих приземлениях.