CS197609B1

CS197609B1 - Hydropneumatic swinging unit

Info

Publication number: CS197609B1
Application number: CS115774A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Krnavek
Original assignee: Frantisek Krnavek
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1974-02-18
Publication date: 1980-05-30

Description

Vynález se týká hydropneumatické pružící jednotky, například pro odpružení terénních motorových vozidel.The invention relates to a hydropneumatic suspension unit, for example for suspension of off-road motor vehicles.

V současné době se používá k odpružení jednostopých a dvoustopých motorových vozidel nejčastěji různých kombinací ocelových, pneumatických a pryžových pružin, doplněných hydraulickými, nebo plynovými tlumiči kmitů různého provedení. Tyto pružiny a tlumiče kmitů jsou montovány mezi odpružené části a kola vozidel buď přímo, nebo pomocí pák, to jest kyvných ramen nebo vidlic.At present it is used for suspension of single-track and two-track motor vehicles most often different combinations of steel, pneumatic and rubber springs, supplemented by hydraulic or gas vibration dampers of various designs. These springs and shock absorbers are mounted between the suspension parts and vehicle wheels either directly or by means of levers, i.e. swing arms or forks.

Nevýhodou ocelových pružin je přímková silová charakteristika a obtížná výroba pružin progresivních.The disadvantages of steel springs are linear force characteristics and difficult production of progressive springs.

Nevýhodou pryžových pružin je malá pevnost pryže a z toho plynoucí rozměrnost pryžových bloků.The disadvantage of rubber springs is the low strength of the rubber and the resulting dimensionality of the rubber blocks.

Společnou nevýhodou výše uvedených ocelových a pryžových pružin je značná hmotnost a zejména není možné měnit jednoduchým a rychlým způsobem charakter pružení mezi jízdou, tím méně při jízdě.A common disadvantage of the above-mentioned steel and rubber springs is the considerable weight and, in particular, it is not possible to change the nature of the suspension between the journeys in a simple and fast manner, even less when driving.

Nevýhodou hydraulických a plynových tlumičů, které jsou v případě použití ocelových vinutých pružin nejčastěji používány a jsou často montovány dovnitř těchto pružin, je nedostatečný odvod vzniklého tepla, které má za následek poruchy těsnících prvků a tím i úplnou ztrátu funkce tlumiče kmitů, eventuelně se sníží hodnota útlumu tlumiče kmitů.The disadvantage of hydraulic and gas dampers, which are most often used in the case of steel coil springs and are often mounted inside these springs, is the insufficient heat dissipation, which results in failure of the sealing elements and thus a complete loss of the function of the vibration damper. attenuation attenuator.

Dále jsou používány pneumatické pružící jednotky, kde akumulace energie rázů i přeměna energie rázů v teplo je prováděna pomocí stlačování a škrcení plynu.Furthermore, pneumatic spring units are used where the accumulation of shock energy and the conversion of shock energy into heat is accomplished by compressing and throttling the gas.

Nevýhodou těchto jednotek je, že spolehlivost těsnění je nízká, neboť není možno těsnicí a vodící plochy mazat trvalou náplní maziva a že je nutno plynovou náplň soustavně doplňovat, což je složité a nespolehlivé.The disadvantage of these units is that the reliability of the seals is low because the sealing and guide surfaces cannot be lubricated with a permanent lubricant charge and that the gas charge needs to be continuously replenished, which is complex and unreliable.

V současné době se také používají systémy hydropneumatického pružení s pružnými membránami oddělujícími náplň plynu a kapaliny.At present, hydropneumatic suspension systems with flexible membranes separating the gas and liquid fill are also used.

Nevýhodou těchto systémů je, že pro velký pružící a tlumící výkoh, který je požadován u terénních motorových vozidel, jsou velmi rozměrné a nákladné. Nevýhodou je i malá spolehlivost pryžových membrán.The disadvantage of these systems is that they are very large and expensive for the large suspension and damping required for off-road vehicles. Another disadvantage is the low reliability of rubber membranes.

V současné době jsou též známé hydropneumatické pružící jednotky používané u motorových vozidel a zejména u letadel k odpružení letadla při startu a přistávání, které sestávají z pístového pneumatického zařízení pro akumulaci energie rázů a pístového hydraulického zařízení pro přeměnu energie rázů v teplo.Also known at present are hydropneumatic suspension units used in motor vehicles and in particular aircraft for takeoff and landing aircraft, which consist of a piston pneumatic shock energy storage device and a piston hydraulic device for converting shock energy into heat.

Nevýhodou těchto jednotek je, že zdvihový objem hydraulického tlumiče je malý, neboť je tvořen mezikružím daným průměrem hlavního pístu a průměrem pístnice, který je značný, neboť slouží k vedení pístu, a nebo je zdvihový objem tlumiče malý proto, že provedení jednotky je víceplášťové a tím 1 průměr pístu tlumiče malý. Malý zdvihový objem tlumiče způsobuje obtíže při dimenzování průtočných průřezů pro kapalinu, zejména při požadavku na proměnný útlum v průběhu zdvihu u terénních motorových vozidel.The disadvantage of these units is that the stroke volume of the hydraulic damper is small because it consists of a circular ring given by the diameter of the main piston and the piston rod diameter, which is considerable because it serves to guide the piston, or the stroke volume of the damper is small because the unit is multi-shell and thus 1 the diameter of the damper piston is small. The small stroke volume of the damper causes difficulties in dimensioning the flow cross-sections for the liquid, in particular when requiring variable attenuation during stroke for off-road motor vehicles.

Další nevýhodou těchto jednotek je, že na těsnění hlavního pístu působí značné tlaky a tím je spolehlivost a životnost snížena.A further disadvantage of these units is that the main piston seals are subject to considerable pressures, thereby reducing reliability and durability.

Uvedené nevýhody znemožňují jejich použití na terénních motorových vozidlech.These disadvantages prevent their use on off-road motor vehicles.

Uvedené nevýhody stávajících pružících jednotek odstraňuje hydropneumatická pružící jednotka, zejména pro použití u terénních motorových vozidel, sestávající z pneumatického válce a pístu, jež jsou součástmi zařízení pro akumulaci energie rázů a z pístu tlumiče, který je součástí zařízení, v němž se pomocí škrcení průtoku kapaliny v kalibrovaném otvoru mění energie rázů v teplo. Podstatou vynálezu je, že pneumatický válec a píst jsou tvořený trubkami, vně uzavřenými víky, přičemž pneumatický válec je opatřen těsněním a píst je na straně protilehlé víku opatřen hydraulickým ventilem, kterým prochází, pístnice tlumiče, na jedné straně spojená s víkem pneumatického válce a na druhé straně s. pístem tlumiče, pro který je uvnitř pístu vytvořeh vývrt, kde je plyn s přetlakem i při plně vysunuté hydropneumatické pružící jednotce, oddělený od vnějšího prostředí ventilem, přičemž pneumatický válec je naplněn kapalinou a propojen s prostorem pod pístem tlumiče hydraulickým ventilem a s prostorem nad pístem tlumiče vrtáním v pístniči tlumiče.These disadvantages of existing suspension units are overcome by a hydropneumatic suspension unit, especially for use in off-road motor vehicles, consisting of a pneumatic cylinder and a piston which are part of a shock energy storage device and a shock absorber piston which is part of a device in which a calibrated hole converts shock energy into heat. It is an object of the present invention that the pneumatic cylinder and the piston are formed by tubes outside the lids, the pneumatic cylinder having a seal and the piston on the side opposite the lid having a hydraulic valve through which the damper piston passes. a damper piston for which a bore is formed inside the piston, wherein the overpressure gas, even with the hydropneumatic spring unit fully extended, is separated from the outside by a valve, the pneumatic cylinder being filled with liquid and connected to the space below the damper piston by a hydraulic valve; space above the damper piston by drilling in the damper piston.

Alternativně 'je prostor ve vývrtu pístu propojen s regulačním zařízením a toto se zásobníkem plynu.Alternatively, the space in the bore of the piston is connected to the control device and this to the gas reservoir.

Alternativně je mezi pístem a pneumatickým válcem zamontována přídavná pružina.Alternatively, an additional spring is mounted between the piston and the pneumatic cylinder.

Hlavní výhodou hydraulické pružící jednotky podle vynálezu, oproti známému stavu techniky, je velká spolehlivost a životnost i v nejtěžším provozu dosažená tím, že uspořádání pneumatického válce a pístu podle vynálezu zajišťuje účinné mazání těsnících a vodících ploch a· dále, že vysoké pracovní tlaky nepůsobí na těsněn; v plné výši, a že vedení pístu v pneumatickém válci je dokonalé.The main advantage of the hydraulic spring unit according to the invention, compared to the prior art, is the high reliability and durability even in the most difficult operation achieved by the arrangement of the pneumatic cylinder and piston according to the invention ensuring effective lubrication of the sealing and guide surfaces. sealed; in full, and that the piston guidance in the pneumatic cylinder is perfect.

Další výhodou je příznivá charakteristika pružení dosažená tím, že je umožněna konstrukce jednoduchého tlumiče kmitů s proměnnou charakteristikou útlumu, danou Zvoleným programem, jehož stabilita funkce je značná, neboť je lí dispozici velké množství kapaliny a velký po vrch pneumatického válce a pístu zajišťuje dobrý odvod tepla a dále, že se příznivě projevuje proměnné zahlcení pístu tlumiče kapalinou, což vytváří příznivou frekvenční závislost.Another advantage is the favorable spring characteristic achieved by enabling the design of a simple vibration damper with variable attenuation characteristics given by the selected program, whose stability of function is considerable because of the large amount of liquid available and the large top of the pneumatic cylinder and piston ensuring good heat dissipation and further that the variable flooding of the damper piston by the liquid is beneficial, thereby creating a favorable frequency dependence.

Ostatní známé funkční výhody pneumatického pružení jsou v plném rozsahu zachovány, včetně množství dosáhnout změny charakteru pružení mezi jízdou a při'jízdě jednoduchým a rychlým způsobem.Other known functional benefits of air suspension are fully maintained, including the amount to achieve a change in the nature of the suspension between driving and driving in a simple and fast manner.

Výhodou je také malá hmotnost, jednoduchost konstrukce a nízké výrobní náklady.The advantage is also low weight, simplicity of construction and low production costs.

Výhodou provedení hydropneumatické pružící jednotky podle vynálezu v alternativě s přídavnou pružinou je malé předpětí jednotky, které zajišťuje měkké dosednutí terénního motorového vozidla po terénních skocích, nebo ztrátě styku kola vozidla s terénem.An advantage of the embodiment of the hydropneumatic suspension unit according to the invention in an alternative with an auxiliary spring is the low preload of the unit, which ensures a soft contact of the off-road motor vehicle after off-road jumps, or loss of contact between the vehicle wheel and terrain.

Na přiloženém výkrese je v příkladném provedení schematicky znázorněna hydropneumatická pružící jednotka podle vynálezu, vhodná pro odpružení zadního kola terénního motocyklu.In the accompanying drawing, an exemplary embodiment schematically illustrates a hydropneumatic suspension unit according to the invention, suitable for the rear wheel suspension of an off-road motorcycle.

Hydropneumatická pružící jednotka sestává z pneumatického válce 12 a pístu 1, jež společně s náplní plynu 19 tvoří zařízení pro akumulaci energie rázů. Píst-1 je opatřen na vnějším povrchu vrstvou tvrdého chrómu a víko v horní části tohoto pístu 1 přechází v závěsné oko, v němž je pryžový blok 2. V horní sešikmené části pístu 1 je otvor se závitem, ve kterém je zašroubován ventil 3. Uvnitř pístu 1 je vývrt pro pracovní zdvih pístu 4 tlumiče, který je součástí zařízení pro přeměnu energie rázů v teplo. Píst 4 tlumiče je upevněn na pístniči 5 tlumiče s radiální vůlí. Vývrt v pístu 1 je opatřen osazením, v němž je umístěno sedlo 6 a víko 7, dále pružný element 8 a narážka 9. Mezi sedlem 6 a víkem 7 je člunek 10, který má možnost podélného posuvu. Sedlo 6, člunek 10 a víko 7 tvoří hydraulický ventil 11. Pneumatický válec 12 je v horní části osazen a zde jsou umístěna dvě těsnění 13 s převáděcím kroužkem 14. Nad těsněním 13 je v přechodce 15 zaklesnut stěrači kroužek 16. Ve víku pneumatického válce 12 je zašroubováno a utěsněno spodní oko 17 opatřené pryžovým blokem 2. Z vnitřního prostoru pneumatického válce 12 je do spodního oka 17 zašroubována pístnice 5 tlumiče, opatřená rotační tvarovou plochou tvořící program útlumu. Na válcovou část spodního oka 17 s náběhovým kuželem lícuje otvor v sedle 8 s minimální vůlí. Prostor v pneumatickém válci 12 je zcela naplněn kapalinou 18 a prostor ve vývrtu pístu 1 je naplněn plynem 19 s přetlakem (při plně. vysunuté hydropneumatické plní-, cí jednotce). Prostor ve vývrtu pístu 1 s náplní plynu 19 je v alternativním provedení spojen potrubím 20 s regulačním zařízením 21 a toto se zásobníkem plynu 22. Podle další alternativy je mezi dnem pístu 1 a pístnicí 5 tlumiče vložena přídavná pružina 23.The hydropneumatic spring unit consists of a pneumatic cylinder 12 and a piston 1, which together with the gas charge 19 form a shock energy storage device. The piston-1 is provided with a layer of hard chrome on the outer surface and the lid at the top of the piston 1 becomes a suspension eye in which the rubber block 2 is located. The piston 1 is a bore for the working stroke of the damper piston 4, which is part of the device for converting the impact energy into heat. The damper piston 4 is mounted on the damper piston 5 with radial clearance. The bore in the piston 1 is provided with a shoulder in which the seat 6 and the cover 7, the resilient element 8 and the stop 9 are located. Between the seat 6 and the cover 7 is a shuttle 10 which has the possibility of longitudinal displacement. The seat 6, the shuttle 10 and the lid 7 form a hydraulic valve 11. The pneumatic cylinder 12 is fitted in the upper part and there are two seals 13 with a transfer ring 14. Above the seal 13, a wiper ring 16 is snapped in the adapter 15. The lower eye 17 provided with the rubber block 2 is screwed and sealed. From the inner space of the pneumatic cylinder 12, the damper piston rod 5, provided with a rotational shape forming the attenuation program, is screwed into the lower eye 17. The hole in the seat 8 is flush against the cylindrical part of the lower eye 17 with the tapered cone with minimal clearance. The space in the pneumatic cylinder 12 is completely filled with liquid 18 and the space in the bore of the piston 1 is filled with gas 19 with a positive pressure (with the hydropneumatic filling unit fully extended). In the alternative, the space in the bore of the gas filling piston 1 is connected via a line 20 to the regulating device 21 and this to the gas reservoir 22. According to another alternative, an additional spring 23 is inserted between the bottom of the piston 1 and the damper piston.

Při stlačování hydropneumatické pružící jednotky vnější silou, se vytlačuje kapalina 18 s prostoru pneumatického válce 12 pístem 1, větším dílem pod píst 4 tlumiče hydraulickým ventilem 11 a částečně nad píst 4 tlumiče vrtáním v pístniči 5 tlumiče. Stlačováním pružící jednotky dochází k zmenšování vnitřního objemu pro kapalinu 18 a plynu 19, což má za následek vzrůst tlaku v kapalině 18 a plynu 19 a tento tlak působí na plochu pístu 1. V konečné fázi stlačování nabíhá kužel a válcová část spodního oka 17 do otvoru šedla 6 a tím je škrcen únik kapaliny 18 z prostoru pneumatického válce 12, což zamezuje dorazu kovových částí při extrémním zatížení.When compressing the hydropneumatic spring unit by external force, the fluid 18 is forced out of the space of the pneumatic cylinder 12 by the piston 1, largely below the damper piston 4 by the hydraulic valve 11 and partly above the damper piston 4 by drilling in the damper piston 5. Compression of the spring unit reduces the internal volume for liquid 18 and gas 19, resulting in an increase in pressure in liquid 18 and gas 19 and this pressure acts on the surface of piston 1. In the final compression phase, the cone and cylindrical portion of lower eye 17 Thus, the leakage of liquid 18 from the space of the pneumatic cylinder 12 is throttled, which prevents metal parts from arriving at extreme loads.

Změna strmosti průběhu přírůstku odporu proti stlačování hydropneumatické pružící jednotky se dosáhne při všech alternativách změnou množství kapaliny 18, přičemž hladina kapaliny 18 nesmí poklesnout pod spodní hranu pístu 4 tlumiče, při plně vysunutém pístu 1 a nejvyšší hladina kapaliny 18 smí dosáhnout nejvýše víka pístu 1, při plně zasunutém pístu 1. Mezi jízdou se menší tuhosti pružení dosáhne snížením tlaku plynu 19 v prostoru vývrtu pístu 1 pomocí ventilu 3, vypuštěním části plynu 19 do atmosféry.The change in the steepness of the increment of the compression resistance of the hydropneumatic spring unit is achieved in all alternatives by varying the amount of fluid 18, the fluid level 18 not to fall below the lower edge of the damper piston 4, with the piston 1 fully extended, Between the run, less spring stiffness is achieved by reducing the pressure of the gas 19 in the bore area of the piston 1 by means of the valve 3, by discharging a portion of the gas 19 into the atmosphere.

Větší tuhosti pružení mezi jízdou se dosáhne .zvýšením tlaku plynu 19 v prostoru vývrtu pístu 1 dohuštěním, například z tlakové nádoby pomocí ventilu 3.Greater spring stiffness between the journeys is achieved by increasing the pressure of gas 19 in the bore area of the piston 1 by inflating, for example from a pressure vessel by means of a valve 3.

Za jízdy je možno zvýšit tuhost pružení v alternativním provedení tím, že se přestaví seřízení regulačního zařízení 21 tak, že se’zvýší tlak plynu 19 v prostoru vývrtu pístu 1 dohuštěním se zásobníku 22 plynu. Měkčího pružení se do.sáhne přestavením seřízení regulačního zařízení opačným směrem, přičemž se část plynu Í9 vypustí do atmosféry. Regulační zařízení 21 je u této alternativy umístěno v dosahu řidiče na potrubí 20. K získání přehledu o funkci pružení může být regulační zařízení 21 opatřeno uka-. zatelem pohyblivým vůči stupnici s údaji o hodnotách pružení. Je-li použitým plynem 19 vzduch, je regulační zařízení 21 napojeno na tlakovzdušnou soustavu vozidla bez vlastního zásobníku plynu. Na regulační zařízení 21 a zásobník 22 plynu, podle alternativního provedení, může být připojeno více vlastních propojených hydropneumatických pružících jednotek.While driving, it is possible to increase the spring stiffness in an alternative embodiment by adjusting the adjustment of the regulating device 21 so as to increase the gas pressure 19 in the bore area of the piston 1 by inflating it with the gas reservoir 22. A softer spring is achieved by adjusting the adjustment of the control device in the opposite direction, leaving part of the gas 19 into the atmosphere. In this alternative, the control device 21 is located within the reach of the driver on the pipe 20. In order to gain an overview of the springing function, the control device 21 can be provided with a stop. movable with respect to the scale with data on the spring values. If the gas 19 used is air, the regulating device 21 is connected to the vehicle's air system without its own gas reservoir. A plurality of interconnected hydropneumatic spring units may be connected to the control device 21 and the gas reservoir 22, according to an alternative embodiment.

Při vysouvání pístu 1 hydropneumatické pružící jednotky vlivem tlaku v kapalině 18 a plynu 19, proudí kapalina 18 z prostoru pod pístem 4 tlumiče kalibrovaným průřezem mezi otvorem v člunku 10 a vhodně tvarovanou rotační plochou pístnice 5 tlumiče, do prostoru pneumatického válce 12 při uzavřeném hydraulickém ventilu 11. Škrcený průtok proudu kapaliny 18 způsobuje žádoucí útlum. Do prostoru pneumatického válce 12 je kapalina 18 doplňována částečně i vrtanou pístnicí 5 tlumiče z prostoru nad pístem 4 tlumiče. Vysouváním pístu 1 hydropneumatické pružící jednotky se zvětšuje objem pro kapalinu 18 a plyn 19, což má za následek pokles tlaku působícího na plochu pístu 1. Při plném vysunutí pístu 1 dosedá píst 4 tlumiče přes narážku 9 na pružný element 8.When the piston 1 of the hydropneumatic spring unit is extended due to the pressure in the fluid 18 and the gas 19, the fluid 18 flows from the space below the damper piston 4 through a calibrated cross section between the hole in the shuttle 10 and the suitably shaped rotating surface of the damper piston 5. The throttled flow of the fluid stream 18 causes the desired attenuation. In the space of the pneumatic cylinder 12, the liquid 18 is also partially filled with the borehole piston rod 5 from the space above the damper piston 4. Extending the piston 1 of the hydropneumatic spring unit increases the volume for liquid 18 and gas 19, resulting in a drop in pressure on the surface of piston 1. When the piston 1 is fully extended, the damper piston 4 abuts against the spring 9 against the spring element 8.

Zvyšováním frekvence rázů se postupně provzdušňuje kapalina 18 pod pístem 4 tlumiče a tím se samočinně snižuje intenzita útlumu a naopak.By increasing the frequency of the impacts, the liquid 18 under the damper piston 4 is gradually aerated, thereby reducing the attenuation intensity automatically and vice versa.

K dosažení optimálního charakteru pružení je .alternativně možno použít přídavné pružiny 23, která umožňuje snížení předpětí hydropneumatické pružící jednotky při zachování plně schopnosti absorbovat dynamické účinky z jízdy vozidla.Alternatively, additional springs 23 may be used to achieve optimum springing characteristics, which allows the preload of the hydropneumatic spring unit to be reduced while maintaining the full ability to absorb dynamic effects from the vehicle.

Hydropneumatické pružící jednotky podle vynálezu je možno použít pro jednostopá i dvoustopá vozidla různého druhu, zejména však pro speciální závodní, terénní a soutěžní motocykly a automobily. Provedení hydropneumatické pružící jednotky podle vynálezu v alternativě s přídavnou pružinou je vhodné zejména u předního pérování výkonného terénního motocyklu, kde dochází k častému odlehčování předního kola vlivem akcelerace.The hydropneumatic suspension units according to the invention can be used for both two-wheeled and two-wheeled vehicles of various types, in particular for special racing, off-road and competitive motorcycles and automobiles. The embodiment of the hydropneumatic suspension unit according to the invention in an alternative with an auxiliary spring is particularly suitable for the front suspension of a high-performance off-road motorcycle, where the front wheel is often relieved by acceleration.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. Hydropneumatic suspension unit, in particular for use in off-road motor vehicles, consisting of a pneumatic cylinder and a piston forming part of a shock energy storage device and of a damper piston forming part of a device in which energy is changed by throttling the fluid flow in a calibrated bore to the heat, characterized in that the pneumatic cylinder (12) and the piston (11) are formed by tubes outside the closed lids, the pneumatic cylinder (12) being provided with a seal (13) and the piston (1) provided with a hydraulic side a valve (11) through which the damper piston (5) passes on one side connected to the pneumatic cylinder cover (12] and on the other side with the damper piston (4) for which a bore is formed inside the piston (11) where gas (19) with overpressure even with fully extended hydropneumatic spring unit, separated from outside by valve (3), pneumatic the cylinder (12) is filled with liquid (18) and connected to the space below the damper piston (4) by a hydraulic valve (11) and to the space above the damper piston (4) by drilling in the damper piston rods (5).

Hydropneumatic spring unit according to claim 1, characterized in that the space in the bore of the piston (11) is connected to a control device (21) connected to the gas reservoir (22).

Hydropneumatic spring unit according to Claims 1 and 2, characterized in that an additional spring (23) is mounted between the piston (11) and the pneumatic cylinder (12).