RU2340468C1

RU2340468C1 - Pneumatic suspension

Info

Publication number: RU2340468C1
Application number: RU2007117885/11A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Владимирович Новиков (RU); Вячеслав Владимирович Новиков; Борис Николаевич Фитилев (RU); Борис Николаевич Фитилев; ков Алексей Сергеевич Дь (RU); Алексей Сергеевич Дьяков
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2008-12-10

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: pneumatic suspension comprises rubber-cord casing with cover forming work space, additional capacity located between them and baffle with valve unit. Valve unit includes cylinder installed along suspension axis, radial bypass holes, piston and rod fitted in cover. Valve unit is made in the form of damping unit self-regulating by amplitude and direction of vibrations. In valve unit body the cylinder with piston is installed forming circular cavity together with body. Circular cavity is connected with additional capacity space and with rubber-cord casing space via radial bypass holes closed by flexible elements attached to outer surface of body. Circular cavity is also connected with cylinder space via radial channels made in the centre part of cylinder at distance equal to piston height. Piston is connected with rod made as resilient core and forms together with cylinder the over-piston space communicating with rubber-cord casing space and under-piston space communicating with additional capacity space.

EFFECT: improvement of vehicle soft riding over roads of any types, operation reliability improvement, reduction of energy losses and suspension heating.

2 dwg

Description

Изобретение относится к подрессориванию транспортных средств, в частности к пневматическим подвескам с воздушным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний.The invention relates to the suspension of vehicles, in particular to pneumatic suspensions with an air damper, self-regulating in amplitude and direction of oscillation.

Известен пневматический упругий элемент подвески транспортного средства, содержащий заполненную сжатым газом резинокордную оболочку, цилиндр, установленный в нем поршень, соединенный штоком с одним из оснований резинокордной оболочки, на днище которого посредством шарового шарнира закреплен цилиндр, а в днище и крышке последнего выполнены калиброванные каналы и отверстия, закрытые диафрагмами, предназначенными для впуска воздуха в надпоршневую и подпоршневую полости цилиндра соответственно при ходах сжатия и отдачи. Свободный впуск воздуха в надпоршневую и подпоршневую полости цилиндра способствует увеличению перепада давлений в них соответственно при ходах сжатия и отдачи и общих потерь энергии при работе подвески (а.с. СССР №1010147, F16F 9/04, В60G 11/26, 1983 г.).A pneumatic elastic suspension element of a vehicle is known comprising a rubber-cord shell filled with compressed gas, a cylinder, a piston installed therein, connected by a rod to one of the bases of the rubber-cord shell, on the bottom of which a cylinder is fixed via a ball joint, and calibrated channels are made in the bottom and cover of the latter openings closed by diaphragms intended for air inlet into the supra-piston and sub-piston cavities of the cylinder, respectively, during compression and recoil strokes. The free air inlet in the supra-piston and under-piston cylinder cavities increases the pressure drop in them, respectively, during compression and recoil and total energy losses during suspension operation (AS USSR No. 1010147, F16F 9/04, B60G 11/26, 1983 )

Недостатком данного пневматического упругого элемента подвески транспортного средства является сложность конструкции, что снижает его надежность. Кроме того, постоянное дросселирование воздуха через калиброванные каналы в цилиндре на ходах сжатия и отбоя вызывает быстрый нагрев упругого элемента, увеличивает его жесткость и собственную частоту колебаний, что приводит к уменьшению гасящих свойств на зарезонансных режимах работы, где для повышения виброзащитных свойств подвески ее жесткость и силу демпфирования необходимо уменьшать.The disadvantage of this pneumatic elastic suspension element of the vehicle is the design complexity, which reduces its reliability. In addition, the constant throttling of air through calibrated channels in the cylinder during compression and rebound moves causes the elastic element to quickly heat up, increases its stiffness and natural vibration frequency, which leads to a decrease in the damping properties in the resonance modes of operation, where its stiffness and damping force must be reduced.

Наиболее близким из известных технических решений является пневматическая подвеска, содержащая резинокордную оболочку с крышкой, образующие рабочую полость, дополнительную емкость и расположенную между ними перегородку с клапанным устройством, которое включает установленный по оси подвески и жестко закрепленный на перегородке цилиндр, радиально расположенные перепускные отверстия, закрепленный в крышке и размещенный в цилиндре шток с установленным подвижно на нем поршнем, перекрывающим перепускные отверстия на ходе отбоя. Клапанное устройство выравнивает давления в рабочей и дополнительных полостях подвески в самом начале хода сжатия, в результате чего обеспечивается постоянство собственной частоты колебаний и уменьшение смещения амортизируемого объекта вниз (а.с. СССР №842295, F16F 9/04, 1981 г.).The closest known technical solutions is a pneumatic suspension containing a rubber-cord shell with a cover, forming a working cavity, an additional tank and a partition located between them with a valve device, which includes a cylinder mounted along the axis of the suspension and rigidly fixed to the partition, radially located bypass holes, fixed in the cap and the rod located in the cylinder with a piston mounted movably on it, overlapping the bypass holes during the rebound. The valve device equalizes the pressure in the working and additional cavities of the suspension at the very beginning of the compression stroke, as a result of which the natural oscillation frequency is constant and the shock absorbing object is shifted down (AS USSR No. 842295, F16F 9/04, 1981).

Данная пневматическая подвеска имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный необходимостью соосного движения крышки и дополнительной емкости, что практически невозможно обеспечить в подвесках современных транспортных средств. Кроме того, конструкция демпфирующего узла в данной рессоре имеет ограниченный ресурс из-за наличия в нем пары трения поршня о шток, а реализуемое рессорой воздушное демпфирование недостаточно эффективно, так как оно осуществляется, во-первых, только на ходе отбоя, а, во-вторых, из-за наличия сдвига фаз абсолютных и относительных колебаний демпфирующая сила подвески на части своего хода может совпадать с направлением движения подрессоренной массы, тогда как эта сила должна всегда быть направлена против этого движения.This air suspension has a relatively low technical level, due to the need for coaxial movement of the cover and additional capacity, which is almost impossible to provide in the suspensions of modern vehicles. In addition, the design of the damping unit in this spring has a limited resource due to the presence of a pair of piston against the rod in it, and the air damping implemented by the spring is not effective enough, since it is, firstly, only during the rebound, and, in- secondly, due to the presence of a phase shift of absolute and relative oscillations, the damping force of the suspension on part of its travel may coincide with the direction of motion of the sprung mass, while this force should always be directed against this movement.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции пневматической подвески с воздушным демпфером, обладающим большей надежностью и образующим новую демпфирующую систему автоматического регулирования своих характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний с помощью клапанного устройства, обеспечивающего разобщение рабочей и дополнительной полостей при смене направления деформации подвески и выравнивание давлений в этих полостях на ходах сжатия и отбоя в момент прохождения подвеской своего статического положения.In this regard, the most important task is to create a new design of an air suspension with an air damper, which has greater reliability and forms a new damping system for automatically controlling its characteristics depending on the amplitude and direction of oscillation using a valve device that provides isolation of the working and additional cavities when changing the direction of suspension deformation and pressure equalization in these cavities on the compression and rebound moves at the moment the suspension passes its static wow position.

Техническим результатом заявленной пневматической подвески является автоматическое саморегулирование своих характеристик по амплитуде и направлению колебаний, что приводит к улучшению плавности хода транспортного средства по любым типам дорог, повышению надежности работы, снижению потерь энергии и нагрева подвески.The technical result of the claimed air suspension is automatic self-regulation of its characteristics in terms of amplitude and direction of oscillation, which leads to an improvement in the smoothness of the vehicle on any type of road, increased reliability, reduced energy loss and heating of the suspension.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневматической подвеске, содержащей резинокордную оболочку с крышкой, образующие рабочую полость, дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с клапанным устройством, включающим установленный по оси подвески цилиндр, радиальные перепускные отверстия, поршень и закрепленный в крышке шток, клапанное устройство выполнено в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и направлению колебаний, в корпусе которого установлен цилиндр с поршнем, образующий с корпусом кольцевую полость, соединенную с полостью дополнительной емкости и с полостью резинокордной оболочки через радиальные перепускные отверстия, закрытые эластичными элементами, закрепленными на наружной поверхности корпуса, и соединенную с полостью цилиндра через радиальные каналы, выполненные в средней части цилиндра на расстоянии, равном высоте поршня, который соединен со штоком, выполненным в виде упругого стержня, и образует с цилиндром надпоршневую полость, сообщенную с полостью резинокордной оболочки, и подпоршневую полость, сообщенную с полостью дополнительной емкости.The specified technical result is achieved in that in an air suspension containing a rubber-cord casing with a cover, forming a working cavity, an additional tank, a partition located between them with a valve device including a cylinder mounted along the axis of the suspension, radial bypass holes, a piston and a rod fixed in the cover, the valve device is made in the form of a damping unit, self-regulating in amplitude and direction of oscillation, in the housing of which a cylinder with a piston is installed, forming with by an annulus, an annular cavity connected to the cavity of the additional capacity and to the cavity of the rubber-cord shell through radial bypass openings closed by elastic elements fixed to the outer surface of the housing and connected to the cylinder cavity through radial channels made in the middle of the cylinder at a distance equal to the height of the piston, which is connected to the rod, made in the form of an elastic rod, and forms with the cylinder the over-piston cavity in communication with the cavity of the rubber-cord shell, and the under-piston polo It is communicating with the cavity of the additional tank.

Благодаря тому, что клапанное устройство, выполнено в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и направлению колебаний, в корпусе которого установлен цилиндр с поршнем, образующий с корпусом кольцевую полость, соединенную с полостью дополнительной емкости и с полостью резинокордной оболочки через радиальные перепускные отверстия, закрытые эластичными элементами, закрепленными на наружной поверхности корпуса, и соединенную с полостью цилиндра через радиальные каналы, выполненные в средней части цилиндра на расстоянии, равном высоте поршня, который соединен со штоком и образует с цилиндром надпоршневую полость, сообщенную с полостью резинокордной оболочки, и подпоршневую полость, сообщенную с полостью дополнительной емкости, обеспечивается разобщение рабочей и дополнительной полостей при смене направления деформации подвески и выравнивание давлений в указанных полостях на ходах сжатия и отбоя в момент прохождения подвеской своего статического положения. В результате такого алгоритма регулирования характеристик подвески в зависимости от амплитуды и направления колебаний сила демпфирования практически всегда направлена против движения подрессоренной массы, что обеспечивает эффективное гашение ее колебаний и уменьшение потерь энергии и нагрева подвески.Due to the fact that the valve device is made in the form of a damping unit, self-regulating in amplitude and direction of oscillation, in the housing of which a cylinder with a piston is installed, forming an annular cavity with the housing, connected to the cavity of the additional capacity and to the cavity of the rubber-cord shell through radial bypass openings closed elastic elements attached to the outer surface of the housing, and connected to the cylinder cavity through radial channels made in the middle of the cylinder at a distance, equal to the height of the piston, which is connected to the rod and forms a supra-piston cavity in communication with the cavity of the rubber-cord shell, and a sub-piston cavity in communication with the cavity of the additional capacity, separation of the working and additional cavities when changing the direction of suspension deformation and pressure equalization in these cavities on the strokes compression and rebound at the moment the suspension passes through its static position. As a result of such an algorithm for regulating the characteristics of the suspension depending on the amplitude and direction of vibration, the damping force is almost always directed against the movement of the sprung mass, which ensures the effective damping of its vibrations and the reduction of energy losses and heating of the suspension.

Вследствие выполнения штока в виде упругого стержня обеспечивается работа подвески при возможных перекосах и смещении крышки относительно дополнительной емкости, что упрощает конструкцию подвески и повышает ее надежность.Due to the implementation of the rod in the form of an elastic rod, the suspension is provided with possible distortions and displacement of the cover relative to the additional capacity, which simplifies the design of the suspension and increases its reliability.

На фиг.1 изображена предлагаемая пневматическая подвеска, продольный разрез; на фиг.2 - ее рабочая диаграмма.Figure 1 shows the proposed air suspension, a longitudinal section; figure 2 is its working diagram.

Пневматическая подвеска содержит резинокордную оболочку 1 с крышкой 2, дополнительную емкость 3 и расположенную между ними перегородку 4. Резинокордная оболочка 1, крышка 2 и перегородка 4 образуют рабочую полость 5, которая периодически сообщается с внутренней полостью 6 дополнительной емкости 3 через клапанное устройство, выполненное в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по амплитуде и направлению колебаний. Корпус 7 демпфирующего узла жестко установлен на перегородке 4. В корпусе 7 установлен цилиндр 8, образующий с корпусом 7 кольцевую полость 9, соединенную с внутренней полостью 6 и с рабочей полостью 5 через радиальные перепускные отверстия 10 и 11, выполненные в нижней и верхней частях корпуса 7 и закрытые эластичными элементами 12 и 13, закрепленными на наружной поверхности корпуса 7. В цилиндре 8 установлен поршень 14, выполненный из фторопласта - 4 и соединенный с крышкой 2 посредством упругого стержня 15. Кольцевая полость 9 соединена с полостью цилиндра 8 через радиальные каналы 16 и 17, выполненные в средней части цилиндра 8 на расстоянии, равном высоте поршня 14, который образует с цилиндром 8 надпоршневую полость 18, сообщенную с рабочей полостью 5, и подпоршневую полость 19, сообщенную с внутренней полостью 6.The air suspension comprises a rubber-cord shell 1 with a cover 2, an additional container 3 and a partition 4 located between them. The rubber-cord shell 1, a cover 2 and a partition 4 form a working cavity 5, which periodically communicates with the internal cavity 6 of the additional container 3 through a valve device made in as a damping unit, self-regulating in amplitude and direction of oscillation. The housing 7 of the damping assembly is rigidly mounted on the partition 4. In the housing 7, a cylinder 8 is installed, forming with the housing 7 an annular cavity 9 connected to the internal cavity 6 and with the working cavity 5 through radial bypass holes 10 and 11, made in the lower and upper parts of the housing 7 and closed by elastic elements 12 and 13, mounted on the outer surface of the housing 7. In the cylinder 8 there is a piston 14 made of fluoroplastic - 4 and connected to the cover 2 by means of an elastic rod 15. The annular cavity 9 is connected to the cylinder cavity ndra 8 via radial passages 16 and 17 formed in the middle portion of the cylinder 8 at a distance equal to the height of the piston 14, which forms the cylinder 8 above the piston cavity 18, communicating with the working chamber 5 and subpiston chamber 19 communicating with an internal cavity 6.

На перегородке 4 закреплен резиновый буфер хода сжатия 20, под которым в дополнительной емкости 3 установлено ребро жесткости в виде цилиндра 21 с радиальными отверстиями.A rubber buffer of the compression stroke 20 is fixed on the partition 4, under which a stiffener in the form of a cylinder 21 with radial holes is installed in the additional tank 3.

Предлагаемая пневматическая подвеска работает следующим образом.The proposed air suspension works as follows.

В статическом положении поршень 14, соединенный с крышкой 2 упругим стержнем 15, находится в средней части цилиндра 8 между его радиальными каналами 16 и 17, что соответствует точке 1 упругой характеристики на рабочей диаграмме подвески (фиг.2).In the static position, the piston 14, connected to the cover 2 by an elastic rod 15, is located in the middle of the cylinder 8 between its radial channels 16 and 17, which corresponds to point 1 of the elastic characteristic in the operating diagram of the suspension (figure 2).

На ходе сжатия подвески дополнительная емкость 3 перемещается вверх, крышка 2 с поршнем 14 - вниз, а нижняя часть резинокордной оболочки 1 перекатывается по наружной поверхности дополнительной емкости 3, на перегородке 4 которой установлен корпус 7 демпфирующего узла. При этом давление в рабочей полости 5 увеличивается, вследствие чего эластичный элемент 13 прижимается к наружной поверхности корпуса 7 и закрывает перепускные отверстия 11, а воздух из рабочей полости 5 практически без сопротивления перетекает во внутреннюю полость 6 через надпоршневую полость 18, радиальные каналы 16, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 10, отжимая от наружной стенки корпуса 7 эластичный элемент 12. В результате происходит практически одновременное повышение давлений в рабочей 5 и внутренней 6 полостях, что обеспечивает на участке I мягкую упругую характеристику (фиг.2).During compression of the suspension, the additional container 3 moves up, the cover 2 with the piston 14 - down, and the lower part of the rubber-cord shell 1 rolls along the outer surface of the additional container 3, on the partition 4 of which the housing 7 of the damping assembly is mounted. In this case, the pressure in the working cavity 5 increases, as a result of which the elastic element 13 is pressed against the outer surface of the housing 7 and closes the bypass holes 11, and air from the working cavity 5 flows almost without resistance into the internal cavity 6 through the over-piston cavity 18, radial channels 16, annular the cavity 9 and the bypass holes 10, squeezing the elastic element 12 from the outer wall of the housing 7. As a result, there is an almost simultaneous increase in pressure in the working 5 and internal 6 cavities, which ensures I site at the soft elastic characteristics (Figure 2).

При последующем ходе растяжения дополнительная емкость 3 движется вниз, а крышка 2 с поршнем 14 - вверх. При этом давление в рабочей полости 5 уменьшается, вследствие чего эластичный элемент 12 прижимается к наружной стенке корпуса 7 и закрывает перепускные отверстия 10, разобщая полости 6 и 5. В результате происходит резкое падение давления в рабочей полости 5, что обеспечивает на участке II жесткую упругую характеристику (фиг.2).In the subsequent course of stretching, the additional container 3 moves down, and the cover 2 with the piston 14 - up. In this case, the pressure in the working cavity 5 decreases, as a result of which the elastic element 12 is pressed against the outer wall of the housing 7 and closes the bypass holes 10, separating the cavities 6 and 5. As a result, there is a sharp drop in pressure in the working cavity 5, which ensures rigid elastic in section II characteristic (figure 2).

В среднем положении поршень 14 открывает радиальные каналы 17 и воздух из внутренней полости 6 практически без сопротивления перетекает в рабочую полость 5 через подпоршневую полость 19, радиальные каналы 17, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 11, отжимая эластичный элемент 13 от наружной поверхности корпуса 7. В результате происходит практически мгновенное выравнивание давлений в рабочей 5 и внутренней 6 полостях (точка 1 на фиг.2).In the middle position, the piston 14 opens the radial channels 17 and the air from the inner cavity 6 flows almost without resistance into the working cavity 5 through the piston cavity 19, the radial channels 17, the annular cavity 9 and the bypass holes 11, squeezing the elastic element 13 from the outer surface of the housing 7. The result is almost instantaneous pressure equalization in the working 5 and internal 6 cavities (point 1 in figure 2).

При дальнейшем растяжении подвески воздух из внутренней полости 6 практически свободно перетекает в рабочую полость 5 через подпоршневую полость 19, радиальные каналы 17, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 11, отжимая от наружной стенки корпуса 7 эластичный элемент 13. В результате происходит практически одновременное понижение давлений в рабочей 5 и внутренней 6 полостях, что обеспечивает на участке III мягкую упругую характеристику (фиг.2).With further tension of the suspension, air from the inner cavity 6 flows almost freely into the working cavity 5 through the piston cavity 19, radial channels 17, the annular cavity 9 and the bypass holes 11, squeezing the elastic element 13 from the outer wall of the housing 7. As a result, the pressure decreases almost simultaneously in the working 5 and internal 6 cavities, which provides in section III a soft elastic characteristic (figure 2).

При последующем ходе сжатия дополнительная емкость 3 движется вверх, а крышка 2 с поршнем 14 - вниз. При этом давление в рабочей полости 5 увеличивается, вследствие чего эластичный элемент 13 прижимается к наружной стенке корпуса 7 и закрывает перепускные отверстия 11, разобщая полости 6 и 5. В результате происходит резкое увеличение давления в рабочей полости 5, что обеспечивает на участке IV жесткую упругую характеристику (фиг.2).In the subsequent compression stroke, the additional container 3 moves up, and the cover 2 with the piston 14 - down. The pressure in the working cavity 5 increases, as a result of which the elastic element 13 is pressed against the outer wall of the housing 7 and closes the bypass holes 11, separating the cavities 6 and 5. As a result, there is a sharp increase in pressure in the working cavity 5, which provides a rigid elastic characteristic (figure 2).

В среднем положении поршень 14 открывает радиальные каналы 16 и воздух из рабочей полости 5 практически без сопротивления перетекает во внутреннюю полость 6 через надпоршневую полость 18, радиальные каналы 16, кольцевую полость 9 и перепускные отверстия 10, отжимая эластичный элемент 12 от наружной поверхности корпуса 7. В результате происходит практически мгновенное выравнивание давлений в рабочей 5 и внутренней 6 полостях (точка 1 на фиг.2).In the middle position, the piston 14 opens the radial channels 16 and air from the working cavity 5 flows almost without resistance into the internal cavity 6 through the over-piston cavity 18, the radial channels 16, the annular cavity 9 and the bypass holes 10, squeezing the elastic element 12 from the outer surface of the housing 7. The result is almost instantaneous pressure equalization in the working 5 and internal 6 cavities (point 1 in figure 2).

В конце хода сжатия резиновый буфер 20, взаимодействуя с крышкой 2, деформируется, что предотвращает жесткий удар. При этом основная нагрузка приходиться на ребро жесткости 21, что предотвращает прогиб перегородки 4.At the end of the compression stroke, the rubber buffer 20, interacting with the cover 2, is deformed, which prevents a hard blow. In this case, the main load falls on the stiffener 21, which prevents the deflection of the partition 4.

Предлагаемая пневматическая подвеска обеспечивает саморегулирование своих характеристик по амплитуде и направлению колебаний, что приводит к улучшению плавности хода транспортного средства по любым типам дорог, повышению надежности работы, снижению потерь энергии и нагрева подвески.The proposed air suspension provides self-regulation of its characteristics in terms of amplitude and direction of oscillation, which leads to an improvement in the smoothness of the vehicle on any type of road, increased reliability, reduced energy loss and heating of the suspension.

Claims

An air suspension containing a rubber-cord casing with a cover, forming a working cavity, an additional tank, a partition located between them with a valve device, including a cylinder mounted along the axis of the suspension, radial bypass holes, a piston and a rod fixed in the cover, characterized in that the valve device is made in in the form of a damping unit, self-regulating in amplitude and direction of oscillation, in the housing of which a cylinder with a piston is installed, forming an annular cavity with the housing, connected with the cavity of the additional capacity and with the cavity of the rubber-cord shell through the radial bypass holes closed by elastic elements fixed on the outer surface of the housing, and connected to the cylinder cavity through radial channels made in the middle of the cylinder at a distance equal to the height of the piston that is connected to the rod made in the form of an elastic rod, and forms with the cylinder an over-piston cavity communicated with the cavity of the rubber-cord membrane, and a under-piston cavity communicated with the cavity capacity.