книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

Усилия, действующие на нижние штанги, определяются фор­ мулой

тормозных сил нормальные реакции однаковы: Z2 = Z3. При передаче тяговой силы вторая ось (ведущая) воспринимает большую нагрузку. Это целесообразно с точки зрения увели­ чения сцепного веса.

§ 60. АМОРТИЗАТОРЫ

На автомобилях применяются гидравлические амортизаторы двустороннего действия: рычажные и телескопические.

Рычажные амортизаторы работают при давлениях 10—20 МПа (100—200 кгс/см2). Они имеют малые поверхности охлаждения и малые объемы рабочей жидкости по сравнению с телескопичес­ кими. Поэтому их энергоемкость при утечках падает более резко, а температура нагрева выше.

Телескопические амортизаторы более легкие, имеют развитую поверхность охлаждения, работают при меньших давлениях (2,5—5 МПа, или 25—50 кгс/см2), более технологичны в произ­ водстве. В силу этих преимуществ они получили широкое распро­ странение как на отечественных, так и на зарубежных автомоби­ лях. Основные параметры и размеры телескопических амортиза­ торов стандартизованы (ГОСТ 11728—66).

Примеры установки амортизаторов в подвеске показаны на рис. X III.3, XIII.4, XIII.9 и X III.12. Наклонная установка приме­ няется в основном по компоновочным соображениям. Допускается

На рис. XIII. 14 показана типовая конструкция телескопичес­ кого амортизатора, предназначенного для грузовых автомоби­ лей. Долговечность амортизатора в большой мере зависит от уплот­ нения штока. Оно осуществляется сальником 4 из маслотепло-

330

0W

Рис. XIII. 14. Телескопический амортизатор

морозостойкой резины средней твердости. Сальник установлен в обойме и поджимается конической пружиной. Рабочая поверх­ ность сальника имеет ряд кольцевых гребешков, в пазах которых при' ходе отбоя собирается жидкость; при обратном ходе она возвращается в резервуар 3. Поэтому амортизатор не может ра­ ботать в перевернутом положении.

Поверхность штока закаливают токами высокой частоты и по­ крывают слоем хрома до 0,02 мм. В других конструкциях поверх­ ность штока шлифуется и обкатывается роликами, что дает чи­ стоту поверхности ѴЮ—Ѵ П .

Впоршне выполнены осевые отверстия для прохода жидкости, расположенные по двум концентрическим окружностям. Внеш­ ние отверстия перекрыты сверху тарелкой перепускного клапана 5,

авнутренние снизу — клапаном отбоя 6.

Внижней части рабочего цилиндра запрессован узел клапана сжатия 7 и всасывающий клапан 8. При ходе сжатия поршень движется вниз и вытесняет жидкость из полости 1 в резервуар. При малых скоростях сжатия жидкость проходит через дрос­ сельные щели клапана сжатия, а при больших скоростях давление на клапан возрастает и он открывается, что ограничивает темп нарастания сопротивления. Заполнение объема, высвобождаю­

щегося над поршнем, происходит через перепускной клапан, который открывается при малом перепаде давлений. При ходе от­ боя жидкость из полости 2 перетекает через дроссельные щели клапана отбоя. ,^При высоких скоростях открывается клапай, II жидкость перетекает через клапан. Недостаток жидкости под поршнем компенсируется поступлением ее из резервуара через всасывающий клапан 8.

Для сопряжения поршня с цилиндром применяются легко­ ходовые и широкоходовые посадки 2а и 3-го классов точности. Зазор в сопряжении гарантирует отсутствие задиров и заклинива­ ний при возможных перекосах вследствие продольно-поперечного изгиба цилиндра и штока. В некоторых конструкциях уплотне­ ние поршня осуществляется чугунными или круглыми резино­ выми кольцами. Уплотнительные кольца обеспечивают сохране­ ние энергоемкости амортизатора при нагреве.

Для заправки амортизаторов применяют веретенное масло АУ,

не должна быть излишне большой во избежание поломки амортизатора. При вязкости 2 ■ІО3 сСт амортизатор блоки­ руется.

Смесь турбинного и трансформаторного масел может приме­ няться при высоких и умеренных температурах. Притемпера­ туре —40° С ее вязкость возрастает более 20 ІО3 сСт. Масляная смесь АМГ-10 может применяться при температурах д о —60°С, но при высоких температурах ее вязкость недостаточная.

332

Основными оценочными параметрами амортизатора являются; коэффициент апериодичности в подвеске при колебаниях ав­

томобиля фа; максимальные усилия при сжатии и отбое;

критические скорости движения поршня, при которых откры­ ваются клапаны;

энергоемкость и степень ее уменьшения при нагреве.

Эти параметры определяются по характеристике (рис. XIII. 15,а) и рабочей диаграмме амортизатора (рис. X III.15, б).

Характеристика выражает зависимость силы сопротивления от скорости поршня. Обычно эта зависимость нелинейная, но может быть аппроксимирована двумя прямыми: начальным и кла­ панным участком. N

На начальном участке сила сопротивления выражается фор­ мулой

где ѵп — скорость псфшня; kH— коэффициент сопротивления на начальном участке до открытия клапана; т — показатель сте­ пени.

Величина коэффициента сопротивления и показатель степени т зависят от длины калиброванных отверстий и формы клапанов. Обычно 1 =sc т 3. У большинства амортизаторов в пределах наиболее часто встречающихся скоростей перемещения сила со­ противления пропорциональна квадрату скорости {т = 2).

Различают коэффициент сопротивления при сжатии /енс и при отбое /гн 0. У несимметричных амортизаторов kHC=fkH,0<

333

Сопротивление сжатия часто принимается меньшим (£„.с = =0,2 &н 0), чтобы при наезде колеса на неровность и быстром сжа­ тии амортизатора через него на раму не передавалось большое усңлие. Основное количество энергии поглощается на ходе отбоя.

Завышенное сопротивление отбоя может привести к отрыву колеса от дороги при высокочастотном резонансе. При больших скоростях это опасно. Поэтому на легковых автомобилях сопро­ тивления сжатия и отбоя значительно меньше различаются, их иногда делают одинаковыми.

На клапанном участке

где Ѵп — критическая скорость поршня, соответствующая откры­ тию клапана; Р'н — сопротивление, соответствующее началу от­ крытия клапана; £к — коэффициент сопротивления на клапанном участке.

Коэффициенты сопротивления определяются тангенсами углов наклона характеристик.

Амортизатор с линейной характеристикой рассеивает мощность

( т = 1).

При нелинейной характеристике рассеиваемая мощность оп­ ределяется площадью по кривой характеристики. Приравнивая мощность, рассеиваемую при сжатии Nc, мощности условного амортизатора с линейной характеристикой, можно найти среднее значение сопротивления хода сжатия

N2

Эквивалентный коэффициент сопротивления амортизатора оп­ ределяется как средний для ходов сжатия и отбоя.

Характеристика амортизатора, приведенная к колесу, зависит от кинематики направляющего устройства и угла наклона амор­ тизатора. Коэффициент сопротивления, приведенный к колесу, определяется формулой

k n = кэ i2 cos2 у,

где і — передаточное число установки амортизатора в подвеске; у — угол наклона амортизатора.

334

глбщаемую амортизатором за полный цикл, а также раздельно за ход сжатия и отбоя. Диаграмма снимается экспериментально при определенной частоте и ходе поршня и выражает зависи­ мость силы сопротивления от хода поршня Sn. Амортизатор дол­ жен быть заправлен установленным заводом количеством жи­ дкости. При недостатке жидкости его энергоемкость падает, и площадь рабочей диаграммы уменьшатся. Увеличенное коли­ чество жидкости может привести к выходу из строя уплотнений.

При эмульсировании рабочей жидкости воздухом она приоб­ ретает упругие свойства и характеристика амортизатора полу­ чается петлеобразной (на рис. XIII. 15, а показана штриховой ли­ нией)- При работе амортизатора на эмульсированной жидкости нарушается масляная пленка в трущихся парах и амортизатор быстрее изнашивается.

Детали амортизаторов работают при неустановившихся ре­ жимах переменных напряжений. Часть спектра амплитуд на­ пряжений превышает предел выносливости. Наиболее нагружен­ ными являются детали клапанов, которые имеют ограниченную долговечность, и манжетные уплотнения.

При стендовых испытаниях амортизаторы выдерживают до

пути трения манжеты по штоку 500—600 км. В эксплуатацион­ ных условиях манжеты подвергаются воздействию горячей ра­ бочей жидкости и срок их службы составляет обычно 2Ö— 30 тыс. км. Материалом для манжет служит маслотепломорозостойкая резиновая смесь ИРП-1100, сохраняющая эластичность д о — 30°С.

Разборные амортизаторы ремонтируются путем замены из­ ношенных деталей (манжеты, детали клапанов, втулки). Замена амортизаторной жидкости производится через 25—30 тыс. км.

§ 61. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОДВЕСКИ

Регулирование подвески состоит в изменении ее характеристик и параметров в зависимости от нагрузки в кузове или дорожных условий.

В подвесках с металлическими упругими элементами регулиро­ вание ввиду сложности его осуществления не применяется. При пневматических и гидропневматических упругих элементах при­ меняют регуляторы положения кузова и регуляторы жесткости

335

подвески. Достоинства пневматических подвесок наиболее полно проявляются при применении систем регулирования.

Р е г у л и р о в а н и е п о л о ж е н и я к у з о в а при­ меняется для стабилизации расстояния от кузова до полотна дороги при любых статических нагрузках. Это важно для авто­ бусов с точки зрения удобства посадки пассажиров.

На рис. XIII. 16 показана приципиальная схема регулирования положения кузова на гидропневматической рессоре. Корпус ре-

Рис. X III.16. Схема регулирования положения кузова

гулятора 4 установлен на раме 10, а его золотник 7 при помощи рычага 1 и упругой тяги 12 связан с осью колеса И. При увели­ чении нагрузки возрастает давление и уменьшается объем газа в гидрогіневматнческой рессоре 8. Соответственно уменьшается расстояние между .осью колеса и рамой (кузовом). Золотник ре­ гулятора перемещается вниз и осуществляется подвод масла от насоса 9 к гидропневматической рессоре до тех пор, пока не вос­ становится прежнее положение, кузова, на которое настроен регулятор. При уменьшении нагрузки золотник перемещается вверх, масло из гидропневматической рессоры отводится в бак, и кузов опускается.

Стабилизация положения кузова обеспечивает постоянство динамического хода подвески, что улучшает плавность хода.

При постоянной нагрузке положение кузова можно регули­ ровать принудительно поворотом рукоятки 2 вокруг ее оси. По­

336

вороту по часовой стрелке соответствует перемещение золотника вниз. Кузов поднимается в верхнее положение, увеличивается дорожный просвет и динамический ход подвески. Принудительное увеличение динамического хода подвески на автомобилях-само­ свалах предотвращает ее пробой во.время погрузки при падении крупных масс груза. На внедорожных автомобилях высокой проходимости применение регулятора положения кузова позво­ ляет изменять дорожный просвет. На длительных стоянках и при перевозках автомобиля другими видами транспорта рукоятка поворачивается против часовой стрелки, масло отводится в бак, кузов опускается в нижнее положение и подвеска выключается.

Чтобы регулятор не реагировал на динамические изменения прогиба при колебаниях автомобиля, в его корпусе выполнены две полости, заполненные маслом и закрытые резиновыми диа­ фрагмами 3 и 6. Обе полости сообщаются между собой калибро­ ванным каналом 5 и образуют гидравлический замедлитель (демпфер).

При статическом изменении нагрузки золотник перемещается медленно и масло, вытесняемое из одной полости, перетекает без значительного сопротивления в другую через калиброванный канал. Время срабатывания регулятора возрастает незначительно. При динамических изменениях нагрузки масло создает значи­ тельное сопротивление быстрым перемещениям золотника и он сохраняет среднее положение за счет упругих деформаций тяги.

Рассмотренная система регулирования не оказывает воздей­ ствия на жесткость упругого элемента. При изменении нагрузки объем газа и приведенная высота газового столба изменяются. Изменяются жесткость подвески [формула X III.13] и частота.

Р е г у л и р о в а н и е ж е с т к о с т и п о д в е с к и имеет цель стабилизировать собственную частоту колебаний при

.любой нагрузке (изохронная подвеска).

На рис. XIII. 17 показана принципиальная схема регулирова­ ния жесткости подвески с резино-кордными пневматическими бал­ лонами 7. Золотниковый клапан 5 регулятора посредством ку­ лачка с рычагом 4 и упругой тяги 2 связан с рычагом 1 подвески. При увеличении нагрузки объем и высота h 0 упругих элементов уменьшаются. Золотник, перемещаясь влево, подключает баллоны к компрессору. Уменьшение нагрузки приводит к перемещению золотника вправо, в результате чего часть воздуха выпускается в атмосферу. Таким образом при любой нагрузке обеспечивается постоянство высоты h0 и объема газа за счет изменения его массы.

Пренебрегая влиянием формы баллона на его жесткость, на основании формулы (XIII. 12) можно определить пределы измене­ ния собственной частоты колебаний при таком способе регули­ рования:

(XIII.19)

337

где со,, и р о — частота колебаний и давление газа при начальной нагрузке; сох и р х — то же при новом значении нагрузки.

Если давление р х и р 0 значительно выше атмосферного, можно

частота колебаний с увеличением статической нагрузки возрас­ тает приблизительно по параболическому закону

кой подвески автобуса ЛАЗ. Направляющим устройством под­ вески служат две продольные штанги 9 и У-образный‘верхний рычаг 4. Двухсекционные пневмобаллоны 10, установленные на балке 11, снабжены дополнительными резервуарами 1 и 3 и обес­ печивают собственную частоту колебаний в пределах 80— 75 кол/мин. Система питания воздухом открытая. При увеличении нагрузки воздух из ресивера 5 через водомаслоотделитель 6 поступает к регулятору 8 и затем в баллоны. При уменьшении нагрузки воздух из баллонов через регуляторы выпускается в атмосферу. Система регулирования поддерживает постоянный уровень кузова и стабильную частоту колебаний в диапазоне нагрузок от минимальной до соответствующей полной загрузки

338

автобуса. Для сокращения расхода воздуха регулятор также снабжается инерционным замедлителем, который увеличивает его время срабатывания, У городских автобусов время статического выравнивания обычно составляет 7— 15 с. Расход воздуха при этом в пределах (8ч-12) 10~3 кг/с.

Подвески с устройством для принудительного регулирования положения кузова применяются на грузовых автомобилях, ра­ ботающих со сменными кузовами (см. гл. XVII).

Регулирование амортизаторов имеет цель приспособить их характеристику к переменным условиям эксплуатации.

Рис. XIII. 18. Задняя подвеска автобуса:

1 п 3 — дополнительные резервуары; 2 — телескопические амортизаторы; 4 — верхний рычаг; 5 —. ресивер; 6 — водомаслоотдслнтель; 7 и 12 — трубопроводы; 8— регулятор; 9 — нижние штанги; 10 — пневмобаллоны; 11 — балка

\

Силу сопротивления амортизатора можно регулировать пу­ тем изменения проходных сечений клапанов и натяга их пружин. При увеличении нагрузки на автомобиль сопротивление должно увеличиваться так, чтобы коэффициент апериодичности фа [фор­ мула (XIII. 18)] оставался в требуемых пределах.

Необходимо регулировать сопротивление и в зависимости от дорожных условий. При движении автомобиля по неровностям малых размеров (высокочастотный резонанс) сопротивление дол­ жно уменьшаться. При большой длине неровностей, когда амплитуды перемещений колес относительно кузова возрастают (низкочастотный резонанс), сопротивление должно увеличиваться, чтобы исключить пробои.

Регулирование амортизатора на автомобиле в процессе эксплу­ атации мало эффективно, так как условия эксплуатации изменя­ ются слишком часто. Амортизаторы с устройствами для изменения

339