RU218675U1 - Пневмогидравлический амортизатор с выносной пневматической камерой - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности, к устройствам для обеспечения плавности хода транспортных средств. Сущность: пневмогидравлический амортизатор состоит из однотрубного пневмогидравлического амортизатора, цилиндрического пневматического резервуара и выносной пневматической камеры. 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 машине. Амортизатор снабжен цилиндрическим резервуаром, заполненным сжатым воздухом под расчетным давлением, установленным на рабочий цилиндр соосно и соединенным с ним посредством уплотнительно-направляющей втулки. Свободный от поршня конец штока жестко закреплен на крышке резервуара, на которой установлена проушина для крепления к кузову автомобиля. В крышке имеется крепление для выносной пневматической камеры, установка выполнятся параллельно цилиндрическому резервуару, камеры связаны между собой каналом, который предусмотрен в крышке. Причем в крышке устанавливается регулировочно-заправочный клапан, подключенный к пневматической системе машины. Вдобавок пневматическая камера дополнительно снабжена предохранительным клапаном. Притом выступающая нижняя часть пневмогидравлического амортизатора защищена от загрязнений кожухом, который устанавливается за счет хомута и гайки. Технический результат – повышение эффективности работы амортизатора за счет повышения его упругих способностей при одновременном обеспечении возможности регулировки параметров подвески. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно, к колесным транспортным средствам, и касается устройств, обеспечивающих плавность хода транспортно-технологических машин (ТТМ).

Новая конструкция амортизатора разрабатывается для его применения в подвеске при эксплуатации ТТМ в тяжелых дорожных условиях (см. патент на RU №2769203, МПК B60G 11/00 (2006.01), опубликовано 29.03.2022), а именно, внегородских условиях: движение по грунтовым дорогам с различным состоянием поверхности, характеризуемым глубокими впадинами и выступами (0,1…0,5 м) с чередованием по длине с интервалом 1…5 м. Движение по такой дороге сопровождается продольно-поперечным колебанием машин с частотой, близкой к собственной частоте колебаний транспортных средств. В результате резко снижается скорость движения машин, повышаются динамические нагрузки. Вертикальный ход подвески приближается к максимальному, наблюдаются частые пробои амортизаторов. Плавность хода ТТМ 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 упругих и демпфирующих элементов обеспечивает плавность хода. В подвесках также применяются дополнительные пневматические элементы, которые позволяют более эффективно гасить ударную нагрузку от толчков со стороны неровностей дороги, при этом обладают адаптивными способностями, в качестве упругого элемента в данном случае выступает пневмобаллон. Адаптивные способности обеспечиваются за счет изменения давления воздуха в пневмобаллоне, при изменении нагрузки плотность воздуха меняется, что позволяет подвеске более плавно отрабатывать неровности дороги. В качестве амортизаторов применяются однотрубные и двухтрубные гидравлические устройства, демпфирование колебаний в которых происходит за счет гидравлического сопротивления подвижного элемента амортизатора. (см. Амортизаторы. Конструкция, расчет, испытания. В.Н Добромиров, Е.П. Гусев, М.А. Карунин, В.П. Хавсанов; Под общ. ред. В.Н. Добромирова. – М.: МГТУ «МАМИ». 2006. – С. 13-19). Конструктивно упругие элементы и амортизаторы устанавливаются в конструкцию подвески, как правило, отдельными узлами. Динамика движения ТТМ, особенно на неровных дорогах, во многом зависит от поглощающих способностей подвески, которая непосредственно влияет на плавность хода, среднюю скорость движения, топливную экономичность и др. эксплуатационные качества ТТМ. Для улучшения этих качеств упругие и демпфирующие характеристики подвески должны изменяться в зависимости от условий движения. Однако на отечественных ТТМ в основном применяются пассивные нерегулируемые устройства демпфирования в связи с простатой конструкции. Но, данные устройства не обеспечивают требуемую упругую и демпфирующую характеристику подвески. Так, в результате применения данных устройств в тяжелых дорожных условиях приводит к ухудшению самочувствия и утомления людей, является причиной профессиональных заболевай у водителей, снижает безопасность дорожного движения, кроме того, при движении по неровным дорогам средняя скорость снижается на 50%, расход топлива повышается до 70%, межремонтный пробег уменьшается до 40%, а потери виброчувствительных грузов (оборудования) достигают 15…30%. Поэтому повышение виброзащитных свойств пассивных подвесок за счет поиска новых структур и принципов саморегулирования их характеристик в зависимости от условий движения ТТМ является актуальной проблемой (см. Виброзащитные свойства подвесок автотранспортных средств: монография / В. В. Новиков, И. М. Рябов, К. В. Чернышов. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва; Вологда: Инфа-Инженерия, 2021. – 384 с.). В предлагаемой конструкции предпринята попытка объединить в одном конструктивном элементе подвески все три функции подвески – упругую, демпфирующую и регулирующую.

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(2006.01), опубликовано 22.11.2019).

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.

Известна конструкция беспружинной пневматически-гидравлической подушка со встроенным амортизатором состоит из внутреннего цилиндра, помещенного во внешний, разделенный перемычками на три гидравлические камеры. В камеры помещены пневматические подушки из эластичного маслостойкого материала, заполненные сжатым газом через заправочные ниппели. Камеры разделены перемычкой с пропускными каналами. Внутренний цилиндр включает две гидравлические компрессионные камеры, в середине которых расположен поршень с уплотнительными манжетами, жестко связанный со штоком. Шток имеет сквозной канал с пропускными отверстиями, оборудованный штокообразным запорно-пропускным регулировочным винтом. Верхняя камера внутреннего цилиндра имеет втулку с манжетой с проходным каналом с клапаном. Верхняя крышка поджимает рабочую втулку скольжения и уплотнительный сальник. При движении штока поршень закачивает жидкость через каналы в пневмогидравлическую камеру. Далее жидкость сжимает подушку и заполняет камеру. При возвратном движении подушки, расширяясь, вытесняют жидкость через канал обратно в камеру. Под давлением поршень двигается в сторону верхней камеры, вытесняя из нее жидкость, при закрытом клапане канала через калиброванный канал промежуточной втулки в верхнее межцилиндровое пространство камеры, сжимая расположенную в ней подушку. Достигается обеспечение компактности подвески (см. патент на RU №2722653, МПК B60R 21/16 (2006.01), опубликовано 02.06.2020).

Недостатком данного технического решения является то, что пневмогидравлическая подушка предназначена для использования в легкой технике, то есть предпочтительно мотоциклы и квадроциклы, так как масляных емкостей компрессионных камер будет недостаточно для работы пневматической подушки на более тяжелом транспорте.

Известна конструкция регулируемого магнитореологического пневматического амортизатора, содержащий заполненный магнитной жидкостью корпус с цилиндрической камерой и компенсационную камеру с разделительным поршнем, размещенные в цилиндрической камере соленоидную катушку, полый шток с поршнем, содержащим сердечник, систему чередующихся полюсов, магнитоизолирующие шайбы с пазами, антифрикционную прокладку, при этом соленоидная катушка установлена на сердечнике, отличающийся тем, что корпус снабжен пневматическим упругим элементом, размещенным в пуансоне, жестко связанным с полым штоком, полый шток содержит не менее двух сердечников, соленоидная катушка содержит не менее трех секций, одна из которых размещена в поршне, а другие размещены в полом штоке на сердечниках (см. патент на RU №2449188, МПК F16F 9/08 (2006.01), опубликовано 27.04.2012).

Недостатками данного технического решения являются: пневматический упругий элемент, выполненный из резины или резинокордного материала, который быстро изнашивается от пыли и песка, несмотря на наличие пуансона, так как нижняя часть пуансона открыта, в результате эксплуатации в тяжелых дорожных условиях грязь и песок попадают между пневматическим элементом и корпуса с магнитореологической жидкостью (демпфирующего элемента амортизатора), что приводит к повреждениям поверхностей деталей; применение магнитореологического масла, имеющего требуемый (достаточно широкий) температурный диапазон работы и повышенную абразивность, в результате чего может привести к осаждению частиц в камере цилиндра, что со временем ухудшит характеристики амортизатора; из-за применения магнитореологического масла и пневмобаллона повышается сложность в обслуживании и его стоимость.

Известна конструкция регулируемого гидропневматического амортизатора, содержащий рабочий цилиндр, закрепленный в несущей трубе кронштейна, содержащего выносную компенсационную камеру и механизм регулирования сил демпфирования на ходе сжатия, гидравлическую часть, отделяемую от газовой части разделительным поршнем, размещенный в цилиндре шток с двойным рабочим поршнем, отличающийся тем, что наружный поршень, подвижно закрепленный на штоке, выполняет направляющую и силовую функции, т.е. восприятие боковых нагрузок при движении, а внутренний поршень с клапанной системой, неподвижно закрепленный на штоке и перемещаемый после поворота штока внутри наружного поршня, обеспечивает регулирование сил гидродемпфирования на ходе растяжения. Отличающийся тем, что посредством резьбовой пары цилиндр имеет возможность регулировки габаритного размера по длине (см. патент на RU №90513, МПК F16F 9/096 (2006.01), опубликовано 24.06.2009).

Недостатком данного технического решения является невозможность регулирования давления упругого элемента в зависимости от изменяющихся дорожных условий, также для выполнения регулировки сил демпфирования на ходе растяжения осуществляется при освобожденном верхнем креплении амортизатора или снятом с транспортного средства, что крайне неудобно при эксплуатации машины в тяжелых дорожных условиях.

В качестве прототипа был взят однотрубный пневмогидравлический амортизатор, содержащий 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 (см. патент на RU №204114, МПК F16F 9/06 (2006.01), опубликовано 07.05.2021).

Недостатками данного технического решения являются: пневматический резервуар, выступающий в качестве упругого элемента недостаточного для его применения в тяжелых дорожных условиях, так как наблюдаются большие динамические нагрузки с большим чередованием этих нагрузок по силе, в результате чего наблюдается повышенная жесткость в конце хода подвески, а отсюда и возникают пробои подвески; применение азота в качестве газовой пружины в адаптивной системе подкачки требует установки дополнительного оборудования, что усложняет конструкцию подвески; нижний цилиндр подвергается постоянному контакту с окружающей средой (грязь, песок, пыль, химические реагенты) приводит к появлению ржавчины, изнашиванию поверхности цилиндра и, как следствие, к его заклиниванию; также при движении в тяжелых дорожных условиях большая часть нагрузки приходится на грязесъемное кольцо, в результате оно быстро выходит из стоя и приводит к сложности обслуживания и уменьшения межремонтного пробега машины.

Задачами заявляемой полезной модели являются устранение указанных выше недостатков, а именно: обеспечить требуемую упругую характеристику в конце хода подвески для тяжелых дорожных условий для устранения пробоев подвески; повысить демпфирующие способности подвески; увеличить срок службы нижнего цилиндра и грязесъемного кольца, тем самым повысив надежность амортизатора и увеличив межремонтный пробег машины; обеспечить максимально возможные ходы амортизатора для эксплуатации его в тяжелых дорожных условиях; обеспечить возможностью регулировки в зависимости от дорожных условий.

Выполнение поставленных задач достигаются тем, 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 машине. Амортизатор снабжен цилиндрическим резервуаром, заполненным воздухом под расчетным давлением, установленным на рабочий цилиндр соосно и соединенным с ним посредством уплотнительно-направляющей втулки. Свободный от поршня конец штока жестко закреплен на крышке резервуара, на которой установлена проушина для крепления к кузову машины, а к самому резервуару с воздухом подключена дополнительная выносная пневматическая камера, закрепленной на крышке пневматического резервуара (параллельно), в крышке имеется канал, соединяющий цилиндрический резервуар с воздухом с выносной пневматической камерой. Причем в нижней части выносной пневматической камеры имеется предохранительный клапан, а в крышке резервуара имеется регулировочный клапан. Притом нижняя часть амортизатора имеет защитный кожух, соединённый к нижнему цилиндру при помощи хомута, а к верхней части за счет уплотнительно-направляющей втулкой и зажимного кольца. Однотрубный амортизатор обеспечивает демпфирующую характеристику, а воздух в резервуаре и в выносной пневматической камере – упругую.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично представлена конструкция заявляемого пневмогидравлического амортизатора в положении статической деформации под действием нагрузки груженого состояния ТТМ.

Пневмогидравлический амортизатор содержит нижний 3 и верхний 4 цилиндры, соединенные уплотнительной направляющей втулкой 6, закрепленной через резьбовое соединение на нижней части цилиндра 4, гидравлический 7 и пневматический 8 поршни, направляющую (разделительная) втулку 9, закрепленную через резьбовое соединение на внутренней поверхности цилиндра 3 в его верхней части, в нижней части закреплена проушина 12, для крепления амортизатора к оси машины, верхнюю крышку 11 с закрепленной на ней проушиной 13, для крепления к кузову машины, шток 15, жестко закрепленный на крышке 11 с внутренней стороны, проходящий через втулку 9 и жестко связанный с поршнем 7 и стопорным кольцом 14. К верхней крышке 11 параллельно с цилиндром 4 закреплена при помощи резьбового соединения дополнительная пневматическая камера 5, в самой крышке 11 имеется канал, соединяющий камеру Д и Г, данные камеры заполнены сжатым воздухом под заданным давлением, сверху крышки 11 соосно с дополнительной пневматической камерой 5 установлен регулировочно-заправочный клапан 2, который соединён с пневматической системой машины, в нижней части дополнительной пневматической камеры установлен предохранительный клапан 1, при помощи нижней крышки камеры 17 посредством резьбового соединения. Нижний цилиндр 1 имеет три полости: две жидкостные полости Б и В, содержащие амортизирующую жидкость и разделенные поршнем 7, и газовую полость А, заполненную азотом под заданным давлением и отделенную от полости Б поршнем 8. Сам цилиндр 3 у основания имеет специальную проточку для укладки защитного кожуха 19, его фиксация у основания происходит за счет хомута 18, а фиксация верхней части защитного кожуха происходит за счет укладки в специальную проточку уплотнительно-направляющей втулки 6, имеющую резьбу, и зажимается за счет зажимной гайки (на схеме не показана) при помощи резьбового соединения. Поршень 7 снабжен дроссельными каналами и клапанами (на схеме не показаны), служащими для перетекания амортизирующей жидкости между полостями Б и В и обеспечения за счет их сопротивления требуемых гидравлических характеристик амортизатора. Втулка 9 со стороны поршня 7 снабжена резиновой амортизирующей прокладкой 10, которая при отбое амортизатора контактирует со стопорным кольцом 14, смягчая тем самым ударную нагрузку на амортизатор и машину.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой в подвеску амортизатор полость А заполняется азотом под заданным давлением, опускается разделительный поршень 8, полость Б заправляется амортизационной жидкостью, опускается рабочий поршень 7 со штоком 15, в полость В заливается оставшаяся часть амортизационной жидкости и закрывается втулкой 9. При этом давление заполнения рассчитывается по величине статической деформации амортизатора (при снаряженном весе), когда поршень 7 расположен примерно на одинаковом расстоянии от втулки 9 и поршня 8. Это условие обеспечит требуемые упругие характеристики амортизатора. Затем собранный нижний цилиндр 3 монтируют совместно с газовым резервуаром 4 и выносной пневматической камерой 5, камеры Д и Г заполняют сжатым воздухом через регулировочно-заправочный клапан 2 под расчетным давлением закачки. Давление закачки рассчитывают по величине статической деформации амортизатора при снаряженной машине, при которой поршень 7 будет находиться примерно на равном расстоянии от втулки 9 и поршня 8. 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. При движении машины удар от неровностей дороги гасится в основном за счет упругости сжатого азота в камерах Д и Г при движении цилиндра 3 вверх относительно цилиндра 4 и частично за счет сжатия азота в полости А. Объем полости А уменьшается во время такта сжатия за счет вытеснения жидкости штоком 15, движущимся вниз относительно цилиндра 3, так как движение поршня 8 компенсирует вытеснение жидкости штоком. Гашение амплитуды колебаний после удара (т.е. демпфирование колебаний) происходит за счет гидравлического сопротивления поршня 7, вызванного протеканием амортизационной жидкости через каналы и клапаны поршня 7. С целью обеспечения оптимальной плавности хода машины в зависимости от грузоподъемности и неровности дороги, а также предохранения амортизатора от перегрузок, дополнительная пневматическая камера 5 имеет предохранительный клапан 1, настроенный на расчетное усилие срабатывания в случае повышенного давления в системе. После того, как амортизатор вернулся в исходное состояние, для восстановления требуемого давления в крышке 11 установлен регулировочный клапан 2, который подключен к пневматической системе машины (на схеме не показан), обеспечивая тем самым требуемое (настроенное) давление в камере Д и Г. Конструкция предохранительного 1 и регулировочно-заправочного клапана 2, а также их сочетание в работе позволяет автоматически поддерживать необходимое давление в системе, обеспечивая требуемую упругую характеристику в различных режимах работы амортизатора. Кожух 19 позволяет во время движения машины в тяжелых дорожных условиях защитить цилиндр 3 от попадания песка и грязи, продлив его срок службы, и снять повышенную нагрузку с грязесъемного кольца 16. Применение крепления кожуха 19 при помощи хомута 18 и верхней гайки (на схеме не показана), устанавливающейся в направляющую втулку 6, значительно упрощает сборку и обслуживание амортизатора в случае необходимости замены кожуха 19.

Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет обеспечить амортизатору наличие требуемой упругой характеристики в конце хода подвески при эксплуатации машины в тяжелых дорожных условиях, обеспечивая при этом надежность в эксплуатации и удобство обслуживания/сборки амортизатора. Кроме того, упрощается конструкция подвески путем исключения пружинного упругого элемента, обеспечивается регулировка параметров подвески в соответствии с типом транспортного средства и дорожными условиями.

Claims (4)

1. Пневмогидравлический амортизатор, содержащий 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, цилиндрический резервуар, заполненный воздухом под расчетным давлением, установленным на рабочий цилиндр соосно и соединенным с ним посредством уплотнительно-направляющей втулки, свободный от поршня конец штока жестко закреплен на крышке резервуара, на которой установлена проушина для крепления к кузову машины, отличающийся тем, что дополнительно снабжен выносной пневматической камерой, параллельно цилиндрическому резервуару, которая соединена основным цилиндрическим резервуаром за счет верхней крышки, имеющей канал, соединяющий дополнительную выносную камеру с основной пневматической камерой амортизатора.

2. Пневмогидравлический амортизатор по п. 1, отличающийся тем, что выносная пневматическая камера в нижней части снабжена предохранительным клапаном, установленным в нижней крышке выносной пневматической камеры с помощью резьбового соединения.

3. Пневмогидравлический амортизатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что верхняя крышка амортизатора дополнительно имеет регулировочно-заправочный пневматический клапан.

4. Пневмогидравлический амортизатор по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что нижний цилиндр у основания имеет специальную проточку для укладки защитного кожуха, его фиксация у основания происходит за счет хомута, а фиксация верхней части защитного кожуха происходит за счет укладки в специальную проточку уплотнительно-направляющей втулки, имеющую резьбу, и зажимается за счет зажимной гайки при помощи резьбового соединения.

Images