RU204114U1

RU204114U1 - Pneumohydraulic shock absorber

Info

Publication number: RU204114U1
Application number: RU2020143768U
Authority: RU
Inventors: Валерий Николаевич Артемьев; Сергей Васильевич Репин; Виктор Николаевич Добромиров; Роман Рустамович Букиров; Полина Владимировна Васильева
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-05-07

Abstract

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам для обеспечения плавности хода транспортных средств. Сущность: однотрубный пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, гидравлический поршень, проушины для крепления к автомобилю. Гидравлическая и газовая полости ограничены разделительным поршнем. Гидравлический поршень снабжен выходящим наружу цилиндра штоком и клапанной системой. Амортизатор снабжен цилиндрическим резервуаром, заполненным газом под расчетным давлением. Резервуар установлен на рабочий цилиндр соосно и соединен с ним посредством уплотнительно-направляющей втулки. Причем свободный от поршня конец штока жестко закреплен на крышке резервуара, на которой установлена проушина для крепления к кузову автомобиля. Технический результат - повышение функциональных возможностей амортизатора, а именно придание ему функции упругого элемента подвески при одновременном обеспечении возможности регулировки параметров подвески. 2 ил.The utility model relates to the field of transport engineering, in particular to devices for ensuring the smooth running of vehicles. Essence: a single-tube pneumohydraulic shock absorber contains a working cylinder with hydraulic and gas cavities located inside it, a hydraulic piston, lugs for attaching to a car. The hydraulic and gas cavities are limited by a separating piston. The hydraulic piston is equipped with a rod extending out of the cylinder and a valve system. The shock absorber is equipped with a cylindrical reservoir filled with gas at design pressure. The reservoir is installed on the slave cylinder coaxially and connected to it by means of a sealing guide sleeve. Moreover, the end of the rod free from the piston is rigidly fixed on the reservoir cover, on which an eyelet is installed for attaching to the car body. The technical result is an increase in the functionality of the shock absorber, namely, giving it the function of an elastic suspension element, while ensuring the possibility of adjusting the suspension parameters. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам для обеспечения плавности хода транспортных средств (ТС).The utility model relates to the field of transport engineering, in particular to devices for ensuring the smooth running of vehicles (TC).

Плавность хода ТС 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 ТС (см. Большая политехническая энциклопедия / Рязанцев В.Д. - М.: Мир и образование, 2011). 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. Совместная работа этих групп элементов обеспечивает плавность хода. Характеристики элементов нормированы согласно ГОСТ 33987-2016. Транспортные средства колесные. Приложение Б). Упругими элементами подвески служат: а) рессоры (рессорная подвеска с креплением в резиновых подушках); б) цилиндрические пружины (пружинная подвеска); в) торсионы (торсионная подвеска, в которой вместо рессоры используются стальные стержни (торсионы), работающие на кручение). Применяют также пневматические подвески, в которых используют сжатый воздух и другие системы. В качестве амортизаторов применяются однотрубные и двухтрубные гидравлические устройства, демпфирование колебаний в которых происходит за счет гидравлического сопротивления подвижного элемента амортизатора. Конструктивно упругие элементы и амортизаторы выполнены, как правило, отдельными узлами и устанавливаются в подвеску параллельно. В последние два десятилетия начали внедряться нерегулируемые и регулируемые пневматические подвески, упругим элементом в которых является пневмобаллон. Иногда пневмобаллон устанавливают в качестве дополнительного упругого элемента параллельно основному пружинному (рессорному, торсионному). Регулировка заключается в изменении клиренса путем поддува воздуха в пневмобаллон и/или упругости элемента за счет подбора давления воздуха с целью получения оптимальной плавности хода для определенных условий (тип ТС, величина нагрузки на оси, характер поверхности дороги, скорость и т.д.). Основной недостаток большинства современных подвесок - сложность конструкции, так как все составляющие элементы выполнены в виде отдельных узлов, для которых требуются свои устройства крепления, место для размещения и связующая рычажная система. Кроме того, подвеска является наиболее часто ремонтируемой конструктивной составляющей ТС. Отсюда низкая надежность, большие издержки эксплуатации. В предлагаемой конструкции предпринята попытка объединить в одном конструктивном элементе подвески все три функции подвески - упругую, демпфирующую и регулирующую. Наибольшее распространение получили гидравлические амортизаторы, в качестве рабочего элемента в них используется жидкость. Конструктивно любой гидравлический амортизатор состоит из заполненного рабочей жидкостью (маслом) цилиндра и помещенного внутрь него поршня. Внутри поршня имеются узкие отверстия, предназначенные для пропускания масла. Поршень перемещается под воздействием штока, закрепленного на кузове автомобиля, а цилиндр амортизатора крепится на подвижной части подвески автомобиля - рычаге или опоре подшипника колеса (см. Принцип работы амортизаторов. Виды амортизаторов - преимущества и недостатки, http://clubrarbo.ru/inter/amortizatora/). Принцип работы гидравлических амортизаторов заключается в демпфировании возникающих колебаний путем прогона масла через клапаны поршня. Механическая энергия колебаний упругих элементов подвески при этом переходит в нагрев рабочей жидкости амортизатора. Наиболее эффективными современными конструкциями автомобильных демпфирующих устройств признаны однотрубные и двухтрубные гидравлические газонаполненные амортизаторы.The smooth running of the vehicle is ensured by the suspension - a system of devices for elastic connection of the axles of the wheels of cars with the frame to absorb and soften shocks and shocks received by the wheels and transmitted to the body when driving on an uneven road, as well as to ensure smooth running and stability of the vehicle (see Big Polytechnic Encyclopedia / Ryazantsev V.D. - M .: Peace and Education, 2011). Suspensions contain elastic and damping elements. Elastic elements dampen the shock load from shocks from the side of road irregularities, damping elements (shock absorbers) contribute to the damping of the oscillatory motion after shocks. These groups of elements work together to ensure a smooth ride. The characteristics of the elements are normalized in accordance with GOST 33987-2016. Wheeled vehicles. Appendix B). The elastic elements of the suspension are: a) springs (spring suspension with fastening in rubber cushions); b) coil springs (spring suspension); c) torsion bars (torsion bar suspension, in which instead of a spring, steel rods (torsion bars) are used, working in torsion). Air suspensions are also used, which use compressed air and other systems. One-pipe and two-pipe hydraulic devices are used as shock absorbers, the damping of vibrations in which occurs due to the hydraulic resistance of the moving element of the shock absorber. Structurally, elastic elements and shock absorbers are made, as a rule, in separate units and are installed in the suspension in parallel. In the last two decades, unregulated and adjustable air suspensions have begun to be introduced, in which an air spring is an elastic element. Sometimes the air spring is installed as an additional elastic element parallel to the main spring (spring, torsion). The adjustment consists in changing the clearance by blowing air into the air bellows and / or the elasticity of the element by selecting the air pressure in order to obtain optimal smoothness for certain conditions (vehicle type, axle load, road surface, speed, etc.). The main disadvantage of most modern suspensions is the complexity of the design, since all the constituent elements are made in the form of separate units, which require their own fastening devices, place for placement and a connecting lever system. In addition, the suspension is the most frequently repaired structural component of the vehicle. Hence the low reliability and high operating costs. In the proposed design, an attempt is made to combine in one structural element of the suspension all three functions of the suspension - elastic, damping and regulating. The most widespread are hydraulic shock absorbers, they use liquid as a working element. Structurally, any hydraulic shock absorber consists of a cylinder filled with a working fluid (oil) and a piston placed inside it. There are narrow holes inside the piston to allow oil to pass through. The piston moves under the influence of a rod attached to the car body, and the shock absorber cylinder is attached to the moving part of the car's suspension - a lever or wheel bearing support (see. The principle of operation of shock absorbers. Types of shock absorbers - advantages and disadvantages, http://clubrarbo.ru/inter/ amortizatora /). The principle of operation of hydraulic shock absorbers is to damp the resulting vibrations by pumping oil through the piston valves. In this case, the mechanical energy of vibrations of the elastic elements of the suspension goes into heating the working fluid of the shock absorber. The most effective modern designs of automotive damping devices are single-tube and two-tube hydraulic gas-filled shock absorbers.

Известен однотрубный гидравлический газонаполненный амортизатор (ОГГА), содержащий цилиндр с размещенными внутри него гидравлическим и разделительным поршнями. Гидравлический поршень снабжен штоком, а разделительный делит цилиндр на полости, одна из которой заполнена жидкостью, а другая - газом (азот, закачанный под давлением 15-20 кгс/см²). Демпфирование ударной сжимающей нагрузки основано на гидравлическом сопротивлении движения поршня в жидкости, а также на сжатии газа (см. Амортизаторы. Конструкция, расчет, испытания. В.Н Добромиров, Е.П. Гусев, М.А. Карунин, В.П. Хавханов. Под общ. ред. В.Н. Добромирова. - М.: МГТУ «МАМИ». - 2006. - с. 13-20).Known is a single-tube hydraulic gas-filled shock absorber (OGGA) containing a cylinder with hydraulic and separating pistons placed inside it. The hydraulic piston is equipped with a rod, and the separating cylinder divides the cylinder into cavities, one of which is filled with liquid, and the other with gas (nitrogen injected at a pressure of 15-20 kgf / cm ² ). Damping of a shock compressive load is based on the hydraulic resistance of the piston movement in a liquid, as well as on gas compression (see. Shock absorbers. Design, calculation, testing. V.N. Dobromirov, E.P. Gusev, M.A. Karunin, V.P. Khavkhanov. Under the general editorship of V.N.Dobromirov. - M .: MSTU "MAMI". - 2006. - p. 13-20).

Недостатком известного амортизатора является невозможность выполнять функцию упругого элемента. Кроме того, данный амортизатор охарактеризован большей по сравнению с двухтрубными амортизаторами стоимостью, так как требуется более высокая точность изготовления элементов, и длиной, а при толстом штоке и больших смещениях поршня в наполненной газом камере сильно повышается давление, что придает избыточную жесткость подвеске и негативно отражается на комфорте водителя и пассажиров.The disadvantage of the known shock absorber is the impossibility of performing the function of an elastic element. In addition, this shock absorber is characterized by a higher cost compared to two-tube shock absorbers, since a higher precision of manufacturing elements is required, and a length, and with a thick rod and large piston displacements in a gas-filled chamber, the pressure increases greatly, which gives excessive rigidity to the suspension and negatively reflects on the comfort of the driver and passengers.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является однотрубный гидравлический газонаполненный амортизатор, содержащий рабочий цилиндр с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, ограниченными разделительным поршнем. В гидравлической полости размещен гидравлический поршень, снабженный выходящим наружу цилиндра штоком и клапанной системой, обеспечивающей демпфирование ударной сжимающей нагрузки. В месте контакта штока с цилиндром установлена направляющая втулка с уплотняющими элементами. 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 (см. Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колеса. - М.: Машиностроение, 1986,318 с. С. 29, 30).The closest technical solution to the claimed utility model is a single-tube hydraulic gas-filled shock absorber containing a working cylinder with hydraulic and gas cavities located inside it, limited by a separating piston. A hydraulic piston is located in the hydraulic cavity, equipped with a rod extending outward of the cylinder and a valve system that provides damping of the shock compressive load. A guide sleeve with sealing elements is installed at the point of contact between the rod and the cylinder. The gas cavity is much smaller in volume than the hydraulic one, and is designed to compensate for the volume of the rod moving during the operation of the shock absorber. The stiffness of the shock absorber depends on the value of the gas injection pressure into the cavity (see Rimpel J. Vehicle chassis. Shock absorbers, tires and wheels. - M .: Mashinostroenie, 1986, 318 pp. S. 29, 30).

Недостатком данного технического решения является невозможность выполнения функции упругого элемента.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of performing the function of an elastic element.

Сущность технического решения заключается в том, что однотрубный пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр с размещенными внутри него гидравлической и газовой полостями, ограниченными разделительным поршнем, гидравлический поршень, снабженный выходящим наружу цилиндра штоком и клапанной системой, направляющую втулку штока, проушины для крепления к автомобилю. Амортизатор снабжен цилиндрическим резервуаром, заполненным газом под расчетным давлением, установленным на рабочий цилиндр соосно и соединенным с ним посредством уплотнительно-направляющей втулки. Причем свободный от поршня конец штока жестко закреплен на крышке резервуара, на которой установлена проушина для крепления к кузову автомобиля. Однотрубный амортизатор обеспечивает демпфирующую характеристику, а газ в резервуаре - упругую.The essence of the technical solution lies in the fact that a single-tube pneumohydraulic shock absorber contains a working cylinder with hydraulic and gas cavities located inside it, limited by a separating piston, a hydraulic piston equipped with a rod and a valve system extending outward of the cylinder, a rod guide sleeve, lugs for fastening to a car. The shock absorber is equipped with a cylindrical reservoir filled with gas at a design pressure, mounted on the working cylinder coaxially and connected to it by means of a sealing guide sleeve. Moreover, the end of the rod free from the piston is rigidly fixed on the reservoir cover, on which an eyelet is installed for attaching to the car body. The single-tube shock absorber provides a damping characteristic, while the gas in the tank provides elasticity.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемой полезной моделью, заключается в повышении функциональных возможностей амортизатора, а именно, придание ему функции упругого элемента подвески при одновременном обеспечении возможности регулировки параметров подвески.The technical result provided by the claimed utility model consists in increasing the functionality of the shock absorber, namely, giving it the function of an elastic suspension element while providing the ability to adjust the suspension parameters.

Полезная модель поясняется чертежами, где:The utility model is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 схематично изображен общий вид амортизатора при полностью выдвинутом резервуаре;- in Fig. 1 schematically shows a general view of the shock absorber with the reservoir fully extended;

- на фиг. 2 - амортизатор в положении статической деформации под действием нагрузки снаряженного состояния (для случая легкового автомобиля) или груженого состояния (для случая грузового автомобиля).- in Fig. 2 - shock absorber in the position of static deformation under the action of the loaded state load (for the case of a car) or the loaded state (for the case of a truck).

Пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр 1 с направляющей хромированной и шлифованной наружной поверхностью и резервуар 2, соосно соединенные между собой посредством уплотнительно-направляющей втулки 3 с металлофторопластовым подшипником скольжения и уплотняющей манжетой (на фиг. не показаны), которая закреплена через резьбовое соединение на резервуара 2, гидравлический 4 и разделительный 5 поршни, направляющую втулку 6, установленную через резьбовое соединение на внутренней поверхности цилиндра 1. Цилиндр 1 и резервуар 2 снабжены крышками 7 и 8 соответственно с закрепленными на них проушинами 9 и 10 соответственно. Шток 11 гидравлического поршня 4 жестко закреплен на крышке 7 с внутренней стороны резервуара 2, проходит через втулку 6 и жестко связан с поршнем 4 со стопорным кольцом 12. Проушина 10 соединена с рычажной системой подвески колеса (на фиг. не показана), а проушина 9 - с кузовом автомобиля (на фиг. не показан). Внутренняя полость В резервуара 2 заполнена азотом под расчетным давлением и снабжена ниппелем 13 для заправки газом и регулировки давления азота в полости В. Цилиндр 1 содержит три полости, две жидкостные - Б и Г, включающие амортизационную жидкость и разделенные поршнем 4, и газовую А, заполненную азотом под расчетным давлением и отделенную от полости Б поршнем 5. Полость А снабжена ниппелем (на фиг. не показан) для закачки в нее азота (фиг. 1). Величина давления азота в полостях А и В обеспечивает требуемую упругую характеристику амортизатора. Поршень 4 снабжен дросселирующими каналами и клапанами (на фиг. не показаны), служащими для перетекания амортизаторной жидкости между полостями Б и Г и обеспечивающими за счет своего сопротивления требуемую гидравлическую характеристику амортизатора. Втулка 6 со стороны поршня 4 снабжена резиновой амортизирующей прокладкой, которая в случае пробоя амортизатора на ходе отбоя входит в контакт со стопорным кольцом 12, смягчая ударную нагрузку на амортизатор и машину.The pneumohydraulic shock absorber contains a working cylinder 1 with a chrome-plated and polished outer surface and a reservoir 2, coaxially connected to each other by means of a sealing-guide sleeve 3 with a metal-fluoroplastic sliding bearing and a sealing collar (not shown in the figure), which is fixed through a threaded connection on the reservoir 2 , hydraulic 4 and separating 5 pistons, guide sleeve 6 installed through a threaded connection on the inner surface of cylinder 1. Cylinder 1 and reservoir 2 are equipped with covers 7 and 8, respectively, with lugs 9 and 10 attached to them, respectively. The rod 11 of the hydraulic piston 4 is rigidly fixed to the cover 7 from the inner side of the reservoir 2, passes through the bushing 6 and is rigidly connected to the piston 4 with a retaining ring 12. The eyelet 10 is connected to the wheel suspension arm system (not shown in the figure), and the eyelet 9 - with a car body (not shown in the figure). The inner cavity C of reservoir 2 is filled with nitrogen at the design pressure and is equipped with a nipple 13 for filling with gas and adjusting the nitrogen pressure in cavity B. Cylinder 1 contains three cavities, two liquid ones - B and D, including a shock-absorbing liquid and separated by a piston 4, and gas A, filled with nitrogen under the design pressure and separated from cavity B by piston 5. Cavity A is equipped with a nipple (not shown in the figure) for pumping nitrogen into it (Fig. 1). The value of nitrogen pressure in cavities A and B provides the required elastic characteristics of the shock absorber. The piston 4 is equipped with throttling channels and valves (not shown in the figure), which serve to flow the shock absorber fluid between cavities B and D and provide the required hydraulic characteristics of the shock absorber due to its resistance. The bushing 6 on the side of the piston 4 is equipped with a rubber shock-absorbing gasket, which, in the event of a shock absorber breakdown during rebound, comes into contact with the retaining ring 12, softening the shock load on the shock absorber and the machine.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Перед установкой на автомобиль собирают однотрубный газонаполненный амортизатор с соответствующими транспортному средству характеристиками. Затем собранный амортизатор монтируют совместно с газовым резервуаром 2 и полость В заполняют азотом через ниппель 13 под расчетным давлением закачки. Давление закачки рассчитывают по величине статической деформации амортизатора при снаряженном автомобиле, при которой поршень 4 будет находиться примерно на равном расстоянии от втулки 6 и поршня 5. Выполнение данного условия обеспечивает требуемую упругую характеристику амортизатора (см. Исследование упругой характеристики нового пневмогидравлического амортизатора / Репин С.В., Добромиров В.Н., Орлов Д.С. // Вестник гражданских инженеров, 2019, 5(76). - СПб.: СПбГАСУ. - С. 260-269). Далее амортизатор устанавливают в подвеску автомобиля (фиг. 2). При движении автомобиля ударная нагрузка от неровностей дороги гасится в основном за счет упругости сжимаемого азота в полости В при перемещении цилиндра 1 вверх по отношению к резервуару 2 и частично за счет сжатия азота в полости А. Уменьшение объема полости А происходит на ходе сжатия за счет вытеснения жидкости двигающимся вниз штоком 11 по отношению к цилиндру 1, так как движение поршня 5 компенсирует вытеснение жидкости штоком 11. Гашение амплитуды колебательного движения после ударной нагрузки, то есть демпфирование колебаний, происходит за счет гидравлического сопротивления поршня 4 обусловленного перетеканием жидкости через каналы и клапаны поршня 4. Возможно подключение полости В через ниппель 13 к системе управления пневматической подвеской с целью регулировки клиренса и получения оптимальной плавности хода автомобиля в зависимости от полезной нагрузки и параметров неровностей дороги.Before installation on a car, a single-tube gas-filled shock absorber is assembled with characteristics corresponding to the vehicle. Then the assembled shock absorber is mounted together with the gas reservoir 2 and the cavity B is filled with nitrogen through the nipple 13 under the design injection pressure. The injection pressure is calculated from the magnitude of the static deformation of the shock absorber when the vehicle is running, at which the piston 4 will be approximately at the same distance from the sleeve 6 and the piston 5. Fulfillment of this condition provides the required elastic characteristic of the shock absorber (see Study of the elastic characteristics of a new pneumohydraulic shock absorber / Repin S. V., Dobromirov V.N., Orlov D.S. // Bulletin of civil engineers, 2019, 5 (76). - SPb .: SPbGASU. - pp. 260-269). Next, the shock absorber is installed in the car suspension (Fig. 2). When the car is moving, the shock load from road irregularities is absorbed mainly due to the elasticity of compressible nitrogen in cavity B when cylinder 1 moves upward relative to reservoir 2 and partially due to compression of nitrogen in cavity A. A decrease in the volume of cavity A occurs during compression due to displacement liquid by the rod 11 moving downward with respect to the cylinder 1, since the movement of the piston 5 compensates for the displacement of the liquid by the rod 11. The damping of the amplitude of the oscillatory motion after the shock load, that is, the damping of oscillations, occurs due to the hydraulic resistance of the piston 4 due to the fluid flow through the channels and valves of the piston 4. It is possible to connect cavity B through nipple 13 to the air suspension control system in order to adjust the ground clearance and obtain optimal smoothness of the vehicle, depending on the payload and the parameters of the unevenness of the road.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет обеспечить амортизатору наличие упругой характеристики. Кроме того, упрощается конструкция подвески путем исключения пружинного упругого элемента, обеспечивается регулировка параметров подвески в соответствии с типом транспортного средства и дорожными условиями.Thus, the claimed utility model makes it possible to provide the shock absorber with elastic characteristics. In addition, the suspension structure is simplified by eliminating the spring elastic element, and the suspension parameters are adjusted in accordance with the type of vehicle and road conditions.

Claims

A single-tube pneumohydraulic shock absorber containing a working cylinder with hydraulic and gas cavities located inside it, limited by a separating piston, a hydraulic piston equipped with a rod and a valve system extending outward of the cylinder, a rod guide sleeve, lugs for attachment to a car, characterized in that it is additionally equipped with a cylindrical reservoir filled with gas at design pressure, mounted on the working cylinder coaxially and connected to it by means of a sealing-guide sleeve, and the end of the rod free from the piston is rigidly fixed to the reservoir cover, on which an eyelet is installed for attaching to the car body.