Пневмогидравлический амортизатор

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а точнее к устройствам для обеспечения плавности хода транспортных средств (ТС).
Плавность хода 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 транспортных средств. 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. Конструктивно упругие элементы и амортизаторы выполнены, как правило, отдельными узлами и устанавливаются в подвеску параллельно (см. Большая политехническая энциклопедия / Рязанцев В.Д. - М.: Мир и образование, 2011, https://polytechnic_dictionary.academic.ru).
В последние два десятилетия подвески стали снабжать дополнительным упругим элементом (пневмобаллоном), обеспечивающим возможность регулировки жесткости подвески и клиренса. Подвески с пневмобаллоном исключают возможность пробоя амортизатора на ходе сжатия, но имеют сложную конструкцию, так как все составляющие элементы выполнены в виде отдельных узлов, для которых требуются свои устройства крепления, место для размещения и связующая рычажная система (см. https://techautoport.ru/hodovaya-chast/podveska/pnevmaticheskaya-podveska.html).
Известен двухтрубный гидропневматический амортизатор, способный выполнять все три функции подвески - упругую, демпфирующую и регулирующую и содержащий две пары внешних и внутренних соосных цилиндров с крышками, способных взаимно перемещаться в осевом направлении под действием внешней нагрузки. Во внутреннем нижнем цилиндре установлен с возможностью перемещения поршень, разделяющий пневматическую и гидравлическую зоны амортизатора. Роль упругого элемента выполняет сжимаемый в процессе работы амортизатора газ, а демпфирующую функции выполняет клапанный гидравлический блок, установленный неподвижно в нижней части нижнего внутреннего цилиндра и создающий сопротивление перетеканию гидравлической жидкости между внешним и внутренними цилиндрами. Амортизатор снабжен ниппелями для заправки амортизатора жидкостью и газом, установленными в крышке верхней пары цилиндров. Регулировка амортизатора возможна подключением к внешнему источнику сжатого газа через ниппель (см. патент РФ№194004, F16F 9/06).
Недостатком данного технического решения является возможность пробоя амортизатора на ходе отбоя, так как расширяющийся внутри газовой полости газ отбрасывает колесо от кузова автомобиля. Кроме того, известное устройство обусловлено сложностью конструкции, вызванной необходимостью уплотнения большого количества сопрягаемых поверхностей.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является однотрубный гидравлический газонаполненный амортизатор, содержащий рабочий цилиндр с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, разделенными плавающим разделительным поршнем. В гидравлической полости помещен гидравлический поршень, снабженный штоком, выходящим наружу цилиндра, и клапанной системой, обеспечивающей демпфирование ударной сжимающей нагрузки. 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. В месте контакта штока с цилиндром установлена направляющая втулка с уплотняющими элементами. В качестве упругого элемента подвески параллельно амортизатору устанавливают пружину (рессора, торсион) (см. Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. - М.: Машиностроение. - 1986. - С. 29-30).
Недостатком данного устройства является невозможности гасить ударную нагрузку на подвеску. Кроме того, существует возможность пробоя амортизатора на ходах сжатия и отбоя.
Техническая проблема известных технических решений заключается в возможности пробоя амортизатора на ходе отбоя при движении по неровной дороге, вследствие чего возникают большие динамической нагрузки на подвеску и передаются на кузов автомобиля.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр с гидравлическим поршнем и с разделительным поршнем, разделяющим полость цилиндра на гидравлическую и газовую, проушины для крепления к автомобилю. Гидравлический поршень снабжен клапанной системой и выходящим наружу цилиндра штоком. Рабочий цилиндр установлен соосно внутри внешнего цилиндрического резервуара с возможностью перемещения внутри резервуара, заполненного газом так, что с обеих сторон рабочего цилиндра в резервуаре образованы газовые полости. Рабочий цилиндр снабжен жестко связанным с ним штоком, на свободном конце которого, выходящего за пределы внешнего цилиндрического резервуара, установлена проушина для крепления к рычажной системе подвески колеса автомобиля. На свободном конце штока гидравлического поршня, установленным с возможностью перемещения рабочего цилиндра относительного него и жестко закрепленного на внешнем цилиндрическом резервуаре, установлена проушина для крепления к кузову автомобиля. Газовые полости внешнего цилиндрического резервуара снабжены предохранительными клапанами, связанными между собой трубопроводом.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в снижении динамической нагрузки на подвеску автомобиля, тем самым, исключая возможность пробоя амортизатора на ходе отбоя.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображен общий вид амортизатора.
Пневмогидравлический амортизатор содержит внешний
цилиндрический резервуар 1, заполненный газом под давлением и расположенный внутри него рабочий цилиндр 2, заполненный жидкостью. Рабочий цилиндр 2 установлен с возможностью перемещения внутри резервуара 1. Поверхность контакта внешней стенки цилиндра 2 с внутренней стенкой резервуара 1 уплотнена резиновыми манжетами 3. Цилиндр 2 разделяет резервуар 1 на две газовые полости: верхнюю Г1 и нижнюю ГЗ. Внутри цилиндра 2 установлен гидравлический поршень 4, жестко связанный со штоком 5, снабженным на другом своем конце проушиной 6 для связи с кузовом автомобиля. Шток 5 жестко связан с резервуаром 1. Места жесткой связи условно изображены на чертеже крестиками. Цилиндр 2 жестко связан с нижним штоком 7, на другом конце которого установлена проушина 8 для связи с рычажной системой колеса. Шток 5 установлен с возможностью свободного перемещения по отношению к цилиндру 2 и в месте контакта с ним установлена уплотнительно-направляющая втулка 9. Шток 7 установлен с возможностью свободного перемещения по отношению к цилиндру 1 и в месте контакта с ним установлена уплотнительно-направляющая втулка 10. Рабочий цилиндр 2 представляет собой типичный гидравлический газонаполненный амортизатор (Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. - М: Машиностроение. - 1986. - С. 29-30) с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, ограниченными разделительным поршнем И. Гидравлический поршень 4, снабженный выходящим наружу цилиндра штоком 5 и клапанной системой 12, разделяет гидравлическую полость на верхнюю Ж1 и нижнюю Ж2 части. Поршень 11 выполняет роль компенсационного устройства для компенсации изменения объема жидкости в полостях Ж1 и Ж2 при перемещении штока 5 внутри цилиндра 2. Газовая полость Г2 представляет собой, таким образом, компенсационную газовую камеру. Поршни 4 и 11 установлены подвижно внутри цилиндра 2 и снабжены уплотнительными манжетами 13 и 14 соответственно для исключения перетекания жидкости и газа по внешнему боковому контуру поршней 4 и 11. Клапанная система 12 поршня 4 позволяет перетекать жидкости между полостями Ж1 и Ж2 с определенным сопротивлением, определяемым скоростью перемещения поршня 4 по отношению к цилиндру 2, что обеспечивает требуемую демпфирующую характеристику амортизатора. Газовые полости Г1 и Г3 снабжены ниппелями 15 и 16 соответственно для закачки в эти полости сжатого воздуха. Газовые полости Г1 и Г3 снабжены также предохранительными клапанами 17 и 18 соответственно, связанными между собой трубопроводом 19. Давление газа в полостях Г1 и Г3 обеспечивает требуемую упругую характеристику амортизатора.
Наличие нижней газовой полости Г3 исключает пробой амортизатора на ходе отбоя за счет сжатия газа в замкнутом пространстве, а наличие дополнительного штока 7, соединенного с нижним торцом цилиндрического газового резервуара 1 посредством уплотнительно-направляющей втулки 10, позволяет перемещаться рабочему цилиндру 2 внутри наружного резервуара 1. Тот факт, что газовые полости Г1 и Г3, расположенные снизу и сверху рабочего цилиндра 2 снабжены предохранительными клапанами 17 и 18 и связаны между собой трубопроводом 19, обеспечивает снижение динамической нагрузки на подвеску при максимальных значениях ходов сжатия и отбоя за счет перепускания газа между полостями при достижении определенной величины максимального давления газа. При этом давления срабатывания клапанов выбирается таковым, чтобы исключить пробой амортизатора на ходах сжатия и отбоя. Снабжение нижней газовой полости Г3 наружного резервуара 1 ниппелем 16 для закачки газа, собственно, как и верхней Г1, позволяет закачивать газ в полости после установки амортизатора на автомобиль, что облегчает монтаж, а также закачивать газ под давлением, обеспечивающим наиболее эффективный режим работы подвески в зависимости от массы автомобиля. Также наличие ниппелей 15 и 16 на газовых полостях обеспечивает возможность регулирования жесткости подвески за счет связи с внешним (по отношению к амортизатору) источником сжатого воздуха.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Перед установкой на автомобиль амортизатор заправляется жидкостью и газом. Причем давление заправки газа выбирается в соответствии с требуемыми параметрами упругой характеристики. Давление закачки рассчитывают по величине статической деформации амортизатора при снаряженном автомобиле, при которой объем полостей Г1 и Г3 будет примерно одинаковым, также, как и объем полостей Ж1 и Ж2. Для облегчения монтажа заправка газом полостей Г1 и Г3 может производиться и после установки амортизатора на автомобиль. При движении автомобиля ударная нагрузка от неровностей дороги гасится в основном за счет упругости сжимаемого газа в полости Г1 при перемещении рабочего цилиндра 2 вверх по отношению к резервуару 1 и частично за счет сжатия газа в полости Г3. Гашение амплитуды колебательного движения после ударной нагрузки, то есть демпфирование колебаний, происходит за счет гидравлического сопротивления поршня 4, обусловленного перетеканием жидкости через каналы его клапанной системы 12. При попадании колеса в относительно глубокую яму на неровной дороге (0,2…0,3 м) или наезде колеса на препятствие (бордюр), происходит сильное сжатие газа в полости Г1 (ход сжатия) с последующим резким выталкиванием цилиндра 2 вниз по отношению к резервуару 1 (ход отбоя). Именно на ходе отбоя происходит пробой амортизатора в типовых конструкциях, так как расширяющийся внутри газовой полости газ отбрасывает колесо от кузова автомобиля. В предлагаемой же конструкции на ходе отбоя происходит сжатие газа в полости Г3, что снижает скорость отбрасывания колеса и полностью исключает пробой амортизатора. Однако, сильное сжатие газа в полостях Г1 на максимальном ходе сжатия и Г3 на максимальном ходе отбоя вызывает высокие динамические нагрузки на автомобиль, хотя более низкие, чем при пробое амортизатора. Максимальное давление газа ограничивается настройкой предохранительных клапанов 17 и 18, позволяющих газу перетекать между полостями Г1 и Г3 по трубопроводу 19. При этом давление срабатывания клапанов 17 и 18 должно исключать пробой амортизатора.
Таким образом, использование предложенного технического решения позволяет снизить динамическую нагрузку на подвеску автомобиля и исключить возможность пробоя амортизатора на ходе отбоя.