RU2089406C1

RU2089406C1 - Pneumohydraulic spring

Info

Publication number: RU2089406C1
Authority: RU
Inventors: И.М. Рябов; В.В. Новиков
Original assignee: Волгоградский Политехнический Институт
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: rod space 9 of second rod 4 communicates with space 6 of first rod 2 through central hole 10 in piston 5 and it is connected by tubes 12 and 13 with ring spring-loaded space 11 between walls of first and second rods 2 and 4, respectively, which are connected, in their turn, through channels 17 and 18 made in first rod 2 with ring spring-loaded space 16 between walls of cylinder 1 and first rod 2. Check valves 15 and 20 and throttles 14 and 19 of damping hydraulic systems are installed in tubes 12 and 13 and channels 17 and 18. Spring-loaded ring floating pistons 22 and 24 with holes 23 and 25 are installed in upper parts of space 7 of cylinder 1 and space 6 of first rod 2. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневмогидравлическим рессорам. The invention relates to the suspension of vehicles, in particular to pneumohydraulic springs.

Известен пневмогидравлический упругий элемент подвески колес транспортного средства, содержащий основной цилиндр, поршень с полым штоком, дополнительный цилиндр, соединенный телескопически с основным цилиндром, и регулируемый упор, установленный на свободном конце полого штока. В полом штоке расположена камера противодавления с плавающим поршнем, которая сообщена через канал, выполненный в полом штоке, с кольцевой полостью основного цилиндра. В упругом элементе, предназначенном для постоянной нагрузки, дополнительный цилиндр и регулируемый упор служат для увеличения жесткости упругой характеристики в конце хода сжатия, что повышает энергоемкость подвески и снижает вероятность пробоев. Known pneumohydraulic elastic element of the suspension of the wheels of the vehicle, containing the main cylinder, a piston with a hollow rod, an additional cylinder telescopically connected to the main cylinder, and an adjustable stop mounted on the free end of the hollow rod. In the hollow rod there is a counter-pressure chamber with a floating piston, which is communicated through a channel made in the hollow rod with an annular cavity of the main cylinder. In an elastic element designed for constant load, an additional cylinder and an adjustable stop serve to increase the rigidity of the elastic characteristic at the end of the compression stroke, which increases the energy consumption of the suspension and reduces the likelihood of breakdowns.

Недостатком этого упругого элемента является возможность его работы только при постоянной нагрузке, поскольку при значительном увеличении нагрузки работает только дополнительный цилиндр, ход которого ограничен, и жесткость упругой характеристики при этом сравнительно высока, что ухудшает плавность хода автомобиля. The disadvantage of this elastic element is the possibility of its operation only at constant load, since with a significant increase in load only an additional cylinder works, the stroke of which is limited, and the stiffness of the elastic characteristic is relatively high, which affects the smoothness of the car.

Наиболее близкой к заявленному решению является пневмогидравлическая рессора, содержащая основной цилиндр, в котором установлен первый полый шток с полостью для размещения второго полого штока, жестко связанного с третьем полым штоком. Третий полый шток имеет поршень, установленный в цилиндре, выполненном в первом полом штоке и сообщающемся с полостью третьего полого штока, в котором размещен плунжер с переключающим клапаном. Эта рессора имеет две демпфирующие системы: пневматическую при работе первого штока и гидравлическую при работе второго штока. Closest to the claimed solution is an air-hydraulic spring containing a main cylinder in which a first hollow rod with a cavity is installed to accommodate a second hollow rod rigidly connected to the third hollow rod. The third hollow rod has a piston mounted in a cylinder made in the first hollow rod and communicating with the cavity of the third hollow rod, in which the plunger with a switching valve is located. This spring has two damping systems: pneumatic during the operation of the first rod and hydraulic during the operation of the second rod.

Недостатком данной рессоры является сложность ее конструкции и сравнительно слабое пневматическое демпфирование колебаний груженого транспортного средства при работе первого штока в основном цилиндре. Кроме этого, упругая характеристика этой рессоры имеет вертикальный участок вследствие разницы площадей поперечных сечений штоков первой и второй ступеней нагружения, что при больших колебаниях будет вызывать удары и резкое увеличение ускорений негруженого автомобиля. И еще одним недостатком этой рессоры является неиспользование внутреннего объема второго штока для заполнения рабочей средой, что при ограниченных габаритных не позволяет получить требуемую мягкость упругой характеристики в зонах статического положения штоков. В результате этого плавность хода автомобиля с этими рессорами будет недостаточной. The disadvantage of this spring is the complexity of its design and the relatively weak pneumatic damping of vibrations of a loaded vehicle during operation of the first rod in the main cylinder. In addition, the elastic characteristic of this spring has a vertical section due to the difference in the cross-sectional areas of the rods of the first and second loading stages, which with large fluctuations will cause shocks and a sharp increase in accelerations of an unloaded car. And another drawback of this spring is the non-use of the internal volume of the second rod to fill the working medium, which, with limited overall dimensions, does not allow to obtain the required softness of the elastic characteristic in the areas of the static position of the rods. As a result, the smoothness of the car with these springs will be insufficient.

Целью изобретения является повышение эффективности гашения колебаний путем снижения жесткости упругой характеристики. The aim of the invention is to increase the damping efficiency by reducing the stiffness of the elastic characteristics.

Сущность изобретения заключается в том, что штоковая полость второго штока через центральное отверстие в поршне сообщена с полостью первого штока и сообщена трубками с кольцевой подпоршневой полостью между стенками первого и второго штоков, которая каналами, выполненными в первом штоке, сообщена с кольцевой подпоршневой полостью между стенками цилиндра и первого штока, причем площади поперечных сечений обеих кольцевых подпоршневых полостей выполнены равными между собой, а дросселирующие приспособления и обратные клапаны установлены в указанных трубках и каналах. Кроме того, в верхних частях полости цилиндра и полости первого штока установлены подпружиненные кольцевые плавающие поршни, выполненные с отверстиями, и уплотнительные прокладки, закрепленные на торцевых поверхностях поршней первого и второго штоков для перекрытия отверстий плавающих поршней в конце хода сжатия. The essence of the invention lies in the fact that the rod cavity of the second rod through the Central hole in the piston communicates with the cavity of the first rod and is connected by tubes with an annular piston cavity between the walls of the first and second rods, which channels, made in the first rod, communicate with the annular piston cavity between the walls the cylinder and the first rod, and the cross-sectional areas of both annular piston cavities are made equal to each other, and throttling devices and check valves are installed in the specified tubes and channels. In addition, in the upper parts of the cylinder cavity and the cavity of the first rod, spring-loaded ring floating pistons made with holes and sealing gaskets are mounted on the end surfaces of the pistons of the first and second rods to overlap the holes of the floating pistons at the end of the compression stroke.

На фиг. 1 изображена предлагаемая пневмогидравлическая рессора при ненагруженом транспортном средстве, продольный разрез; на фиг. 2 ее характеристика. In FIG. 1 shows the proposed pneumohydraulic spring with an unloaded vehicle, a longitudinal section; in FIG. 2 its characteristic.

Пневмогидравлическая рессора содержит цилиндр 1, размещенный в нем первый полый шток 2 с поршнем 3, размещенный в полости первого штока 2 второй полый шток 4 с поршнем 5. Штоковая полость 6 первого штока 2 сообщена с полостью 7 цилиндра 1 через направляющую трубку 8, установленную в центральном отверстии поршня 3 и в полости 6. Штоковая полость 9 второго штока 4 сообщена с полостью 6 через центральное отверстие 10 в поршне 5 и связана с кольцевой подпоршневой полостью 11 между стенками первого 2 и второго 4 штоков через трубки 12 и 13, в одной из которых установлен дроссель 14, а в другой обратный клапан 15. Кольцевая подпоршневая полость 11 связана с кольцевой полостью 16 между стенками цилиндра 1 и первого штока 2 посредством каналов 17 и 18 в стенках первого штока 2, в одном из которых установлен дроссель 19, а в другом обратный клапан 20. The pneumatic-hydraulic spring contains a cylinder 1, a first hollow rod 2 with a piston 3 located therein, a second hollow rod 4 with a piston 5 located in the cavity of the first rod 2, the rod cavity 6 of the first rod 2 is in communication with the cavity 7 of the cylinder 1 through a guide tube 8 installed in the Central hole of the piston 3 and in the cavity 6. The rod cavity 9 of the second rod 4 communicates with the cavity 6 through the Central hole 10 in the piston 5 and is connected with the annular piston cavity 11 between the walls of the first 2 and second 4 rods through tubes 12 and 13, in one of which mouth The throttle 14 is installed, and the check valve 15 in the other. The annular piston cavity 11 is connected to the annular cavity 16 between the walls of the cylinder 1 and the first rod 2 through channels 17 and 18 in the walls of the first rod 2, in one of which the throttle 19 is installed, and in the other check valve 20.

Соединение между собой полостей 6 и 7, заправленных газом, с полостью 9, заправленной жидкостью и газом, обеспечивает максимальное использование внутреннего объема рессоры, что уменьшает жесткость ее упругой характеристики. А соединение полости 9 с кольцевыми подпоршневыми полостями 11 и 16, заполненными жидкостью, обеспечивает гидравлическое демпфирование при работе обоих штоков. The connection between the cavities 6 and 7, filled with gas, with the cavity 9, filled with liquid and gas, ensures maximum use of the internal volume of the spring, which reduces the stiffness of its elastic characteristics. And the connection of the cavity 9 with the annular piston cavities 11 and 16 filled with liquid provides hydraulic damping during the operation of both rods.

Площади поперечных сечений кольцевых подпоршневых полостей 11 и 16 равны между собой, что при равенстве ходов первого и второго штоков требует одинакового количества жидкости для обеспечения гашения колебаний и негруженого автомобиля. The cross-sectional areas of the annular piston cavities 11 and 16 are equal to each other, which, when the strokes of the first and second rods are equal, requires the same amount of liquid to ensure damping of the vibrations and the unloaded car.

В верхней части полости 7 по оси рессоры установлены направляющий стержень 21, жестко связанный с цилиндром 1, и подпружиненный кольцевой плавающий поршень 22 с отверстиями 23. Аналогичный подпружиненный кольцевой плавающий поршень 24 с отверстиями 25 установлен в верхней части полости 6 первого штока 2. В конце ходов сжатия первого 2 и второго 4 штоков отверстия 23 и 25 плавающих поршней 22 и 24 перекрываются уплотнительными прокладками 26 и 27, закрепленными на верхних торцах поршней 3 и 5. Это приводит к образованию замкнутых полостей 28 и 29 и увеличению жесткости упругой характеристики в конце ходов сжатия. In the upper part of the cavity 7 along the spring axis there is a guide rod 21, rigidly connected to the cylinder 1, and a spring-loaded ring floating piston 22 with holes 23. A similar spring-loaded ring floating piston 24 with holes 25 is installed in the upper part of the cavity 6 of the first rod 2. At the end the compression strokes of the first 2 and second 4 rods, the openings 23 and 25 of the floating pistons 22 and 24 are blocked by sealing gaskets 26 and 27, mounted on the upper ends of the pistons 3 and 5. This leads to the formation of closed cavities 28 and 29 and increase the rigidity of the elastic characteristics at the end of the compression stroke.

В кольцевых подпоршневых полостях 11 и 16 установлены упругие кольцевые ограничители ходов отбоя 30 и 31 штоков 2 и 4. А для ограничения ходов сжатия второго штока 4 служит расположенный на его нижнем конце упругий упор 32. In the annular piston cavities 11 and 16, elastic annular limiters of rebound paths 30 and 31 of rods 2 and 4 are installed. And to limit the compression strokes of the second rod 4, an elastic stop 32 located at its lower end is used.

Первый 2 и второй 4 штоки уплотняются резиновыми кольцами 33 и 34, а их поршни 3 и 5 фторопластовыми кольцами 35 и 36. The first 2 and second 4 rods are sealed with rubber rings 33 and 34, and their pistons 3 and 5 with fluoroplastic rings 35 and 36.

Предлагаемая пневмогидравлическая рессора работает следующим образом. The proposed air-hydraulic spring operates as follows.

При негруженом транспортном средстве первый шток 2 с поршнем 3 полностью выдвинут из цилиндра 1, а работает второй полый шток 4 с поршнем 5, перемещаясь в штоковой полости 6. Уплотнение штока 4 и поршня 5 обеспечивают резиновое 34 и фторопластовое 36 кольца. На ходе сжатия полый шток 4 выдвигается в шток 2, сжимая газ в полостях 6, 7, 9, 28 и 29, поскольку они сообщены между собой посредством направляющей трубки 8 поршня 3, центрального отверстия 10 в поршне 5 и отверстий 23 и 25 в подпружиненных кольцевых плавающих поршнях 22 и 24. При этом под действием перепада давлений жидкость из полости 9 перетекает в кольцевую подпоршневую полость 11 по трубкам 12 и 13, поскольку обратный клапан 15 в этом случае открыт. На ходе отбоя второй шток 4 выходит из первого штока 2, уменьшая давление газа в полостях рессоры. При этом поршень 5 вытесняет жидкость из кольцевой подпоршневой полости 11 в штоковую полость 9 только по трубке 12 через дроссель 14, поскольку обратный клапан 15 в трубке 13 закрыт, что обеспечивает демпфирование колебаний негруженого транспортного средства. When the vehicle is unloaded, the first rod 2 with the piston 3 is fully extended from the cylinder 1, and the second hollow rod 4 with the piston 5 is working, moving in the rod cavity 6. The seal of the rod 4 and piston 5 provide a rubber 34 and fluoroplastic 36 rings. During compression, the hollow rod 4 extends into the rod 2, compressing the gas in the cavities 6, 7, 9, 28 and 29, since they are communicated with each other through the guide tube 8 of the piston 3, the central hole 10 in the piston 5 and the holes 23 and 25 in the spring-loaded annular floating pistons 22 and 24. In this case, under the influence of a differential pressure, fluid from the cavity 9 flows into the annular piston cavity 11 through the tubes 12 and 13, since the check valve 15 is open in this case. During the rebound, the second rod 4 leaves the first rod 2, reducing the gas pressure in the cavities of the spring. In this case, the piston 5 displaces the liquid from the annular piston cavity 11 into the rod cavity 9 only through the tube 12 through the throttle 14, since the check valve 15 in the tube 13 is closed, which ensures damping of vibrations of an unloaded vehicle.

При больших относительных деформациях рессоры на ходе сжатия уплотнительная прокладка 27 на верхнем торце поршня 5 перекрывает отверстия 25 в подпружиненном кольцевом плавающем поршне 24. Совместное движение вверх штока 4 с поршнем 5 и подпружиненного кольцевого плавающего поршня 24 вызывает резкое повышение давления в полости 29, что обеспечивает увеличение жесткости упругой характеристики в конце хода сжатия при работе второго штока 4 (фиг. 2). With large relative deformations of the spring during compression, the gasket 27 on the upper end of the piston 5 overlaps the holes 25 in the spring-loaded ring floating piston 24. The joint upward movement of the rod 4 with the piston 5 and the spring-loaded ring floating piston 24 causes a sharp increase in pressure in the cavity 29, which ensures an increase in the stiffness of the elastic characteristic at the end of the compression stroke during operation of the second rod 4 (Fig. 2).

При нагружении транспортного средства второй шток 4 полностью вдвигается в первый шток 2 до взаимодействия с упругим упором 32, который частично вдвигает в цилиндр 1 первый шток 2 с поршнем 3. Уплотнение штока 2 и поршня 3 обеспечивает резиновое 33 и фторопластовое 35 кольца. На ходе сжатия шток 2 вдвигается в цилиндр 1, сжимая газ в полостях 7, 9, 28, поскольку они сообщены между собой посредством направляющей трубки 8 поршня 3, центрального отверстия 10 в поршне 5 и отверстий 23 в подпружиненном кольцевом плавающем поршне 22. При этом под действием перепада давлений жидкость из кольцевой подпоршневой полости 11 перетекает по каналам 17 и 18 штока 2 в кольцевую подпоршневую полость 16, поскольку обратный клапан 20 в этом случае открыт. На ходе отбоя первый шток 2 выдвигается из цилиндра 1, уменьшая давление газа в полостях рессоры. При этом поршень 3 вытесняет жидкость из кольцевой подпоршневой полости 16 в кольцевую подпоршневую полость 11 только по каналу 17 через дроссель 19, поскольку обратный клапан 20 в канале 18 закрыт, что обеспечивает демпфирование колебаний груженого транспортного средства. When loading the vehicle, the second rod 4 completely slides into the first rod 2 until it interacts with an elastic stop 32, which partially pushes the first rod 2 with the piston 3 into the cylinder 1. The seal of the rod 2 and piston 3 provides a rubber 33 and fluoroplastic 35 ring. During compression, the rod 2 moves into the cylinder 1, compressing the gas in the cavities 7, 9, 28, since they are interconnected by means of the guide tube 8 of the piston 3, the central hole 10 in the piston 5 and the holes 23 in the spring-loaded ring floating piston 22. In this case under the influence of pressure drop, liquid from the annular piston cavity 11 flows through the channels 17 and 18 of the rod 2 into the annular piston cavity 16, since the check valve 20 is open in this case. During the rebound, the first rod 2 extends from the cylinder 1, reducing the gas pressure in the cavities of the spring. In this case, the piston 3 displaces the liquid from the annular piston cavity 16 into the annular piston cavity 11 only through the channel 17 through the throttle 19, since the check valve 20 in the channel 18 is closed, which ensures damping of vibrations of a loaded vehicle.

При больших относительных деформациях рессоры на ходе сжатия уплотнительная прокладка 26 на верхнем торце поршня 3 перекрывает отверстия 23 подпружиненного плавающего поршня 22. Совместное движение вверх штока 2 с поршнем 3 и подпружиненного плавающего поршня 22 по направляющему стержню 21 вызывает резкое повышение давления в полости 28, что обеспечивает увеличение жесткости упругой характеристики в конце хода сжатия при работе первого штока 2 (фиг. 2). With large relative deformations of the spring during compression, the gasket 26 at the upper end of the piston 3 overlaps the openings 23 of the spring-loaded floating piston 22. Together, the upward movement of the rod 2 with the piston 3 and the spring-loaded floating piston 22 along the guide rod 21 causes a sharp increase in pressure in the cavity 28, which provides an increase in the rigidity of the elastic characteristics at the end of the compression stroke during operation of the first rod 2 (Fig. 2).

В конце ходов отбоя первого 2 и второго 4 штоков происходит деформация упругих кольцевых ограничителей 30 и 31, обеспечивающих смягчение ударов и увеличение жесткости упругой характеристики. At the end of the rebound strokes of the first 2 and second 4 rods, the deformation of the elastic ring limiters 30 and 31 occurs, providing softening of impacts and an increase in the stiffness of the elastic characteristic.

Claims

1. Pneumohydraulic spring containing a cylinder, a hollow rod placed therein with a piston made with a central hole, the rod cavity of which is in communication with a piston cavity of the cylinder, a second hollow rod with a piston placed in the cavity of the first rod, throttling devices and check valves, characterized in that the rod cavity of the second rod through the central hole in the piston communicates with the cavity of the first rod and is connected by tubes with an annular piston cavity between the walls of the first and second rods, which Single channels made in the first rod, communicates with subpiston annular space between the cylinder walls and the first rod, wherein the cross-sectional areas of both the subpiston annular cavities made equal to each other, and the throttling devices and check valves installed in these tubes and channels.

2. The spring according to claim 1, characterized in that in the upper parts of the cylinder cavity and the cavity of the first rod there are spring-loaded annular floating pistons made with holes and gaskets mounted on the end surfaces of the pistons of the first and second rods to close the floating pistons at the end compression stroke.