новая папка / Характеристика гидропневматического элемента подвески Устройство пневматической подвески автомобиля

Устройство пневматической подвески автомобиля. Пневматические упругие элементы подвески

В пневматических упругих элементах подвески автомобиля в качестве рабочего тела применяется какой-либо газ, чаще всего воздух. Преимуществом такой подвески является прогрессивность характеристики и обеспечение автоматического регулирования положения кузова автомобиля по высоте. Первые опыты по использованию сжатого воздуха, заключенного в цилиндре, уплотненном рабочим поршнем, не удались. Устройство не имело необходимой герметичности, поршень требовал периодической смазки. В настоящее время применяются исключительно пневмобаллоны в виде мехов или диафрагменные устройства.

В воздушных упругих элементах подвески в качестве рабочего тела используется воздух. Если объем воздуха уменьшится вдвое, то соответственно вдвое увеличится и его давление. Это справедливо во всех случаях, если процесс происходит изотермически, т. е. если температура в начале и в конце процесса сжатия воздуха остается постоянной. Однако в действительности газы при сжатии нагреваются, поэтому давление воздуха растет не линейно, а более интенсивно. Если же помимо всего прочего объем, в котором сжимается воздух, хорошо теплоизолирован, т. е. процесс сжатия близок к адиабатическому, увеличение давления происходит максимально интенсивно. Если же теплоизоляция недостаточна, часть тепла сжимаемого газа рассеивается в окружающее пространство, сжатие происходит по политропе. Этот случай наиболее характерен для реальной эксплуатации автомобилей. Расчетные формулы для определения давления и температуры воздуха в процессе сжатия даны в приложении.

Сжатый воздух чаще всего заключают в резиновые камеры различной формы. На рис. 1 изображено несколько типов таких камер: а — круглый пневмобаллон с двумя гофрами, т. е. гофрированный упругий элемент сильфонного типа; б — пневмобаллон прямоугольного сечения; такая форма очень удобна для размещения на шасси автомобиля; в — диафрагменный упругий элемент; г — комбинированный пневмобаллоно-диафрагменный упругий элемент.

Рис. 1. Несколько типов пневматических элементов подвески автомобиля

а — пневмобаллонный круглый: б — пневмобаллонный овальный; в — диафрагменный; г — комбинированный.

Широко применяются пневмобаллоны с двумя гофрами. Характеристики таких устройств приведены на рис. 2. Для каждой кривой указаны рабочие давления пневмобаллона в среднем (ненагруженном) положении; кривые построены для пневмобаллонов с определенным количеством заключенного в них воздуха либо для пневмобаллонов, имеющих вспомогательный резервуар со сжатым воздухом объемом 5 л (штрихпунктирная линия) или 10 л (штриховая линия). Рабочее давление воздуха в пневмобаллоне обычно равно около 0,6 МПа.

Рис. 2. Характеристика пневмобаллонного элемента подвески

Комбинируя формы кожуха и центрального штока, можно получить необходимые характеристики устройства, что является преимуществом диафрагменных упругих элементов. По мере прилегания диафрагмы к внутренней поверхности кожуха площадь ее рабочей поверхности увеличивается, в результате чего к концу рабочего хода жесткость пружины резко увеличивается. Пример диафрагменного упругого элемента показан на рис. 3.

Рис. 3. Диафрагменный упругий элемент автомобиля Кадиллак

Диафрагменные упругие элементы имеют полость для запаса сжатого воздуха. Характеристика упругого элемента подвески автомобиля Кадиллак (изображенного на предыдущем рисунке) приведена на рис. 4.

Рис. 4. Характеристика упругого элемента

В центральном положении подвеска имеет минимальную жесткость; ближе к концу рабочего хода ее жесткость резко возрастает.

Иногда пневматический упругий элемент оснащают системой автоматического регулирования положения кузова автомобиля по высоте. По мере нагружения автомобиля и опускания его относительно исходного, среднего положения в упругий элемент подвески через три регулировочных клапана поступает воздух из ресивера. При разгрузке автомобиля воздух из упругого элемента частично выпускается в атмосферу. Количество воздуха в ресивер постоянно поддерживается компрессором, работающим от двигателя. Для обеспечения необходимой высоты кузова автомобиля достаточно трех регулировочных клапанов: один устанавливают на переднем, два других — на заднем мосту. При установке четырех клапанов возможен случай, когда весь вес автомобиля будет восприниматься только двумя упругими элементами, диагонально расположенными относительно друг друга, а два других останутся ненагруженными.

Схема замкнутого соединения пневматических упругих элементов показана на рис. 5.

Рис. 5. Замкнутая схема соединения пневматических элементов подвески

1 — регулятор давления (10,5 кгс/см²); 2 — выпуск; 3 — подвод; 4 — передний клапан установки положения кузова по высоте; 5 — предохранительный клапан низкого давления; 6 — обратный клапан низкого давления; 7 — фильтр; 8 — компрессор; 9 — обратный клапан высокого давления; 10 — правый задний клапан установки высоты кузова; 11 — баллон сжатого воздуха высокого давления; 12 — баллон сжатого воздуха низкого давления; 13 — обратный клапан низкого давления; 14 — вентиль для подъема автомобиля.

В систему входят два ресивера сжатого воздуха — высокого и низкого давления. Таким образом, система регулирования воздуха автономна и попадание в нее из окружающего воздуха влаги, которая зимой является причиной замерзания вентилей, исключено.

Пневматический упругий элемент не гасит возникающие в подвеске колебания, в связи с чем в подвеску автомобиля приходится включать амортизатор, как правило, телескопический.

Если оба упругих элемента подвески одного моста подсоединены к общему регулировочному клапану, то при прохождении автомобилем поворота воздух свободно перетекает из одного упругого элемента в другой и ничто не препятствует крену автомобиля. Этот нежелательный, а иногда опасный крен можно устранить, установив в воздушной магистрали упругих элементов Р четыре обратных клапана. В этом случае воздух свободно поступает в упругие элементы, но перетекать из одного в другой уже не может. Для того чтобы регулировочный клапан при разгоне и торможении двигателя не срабатывал слишком быстро, его дополнительно оснащают дросселем, который замедляет открытие клапана от 0,5 до 20 с. Время замедления должно быть больше половины периода собственных колебаний автомобиля, чтобы предотвратить галопирование машины. Необходимо предусмотреть и то, чтобы при поднятии колеса, например для замены шины, регулировочный клапан не выпустил воздух из ресивера.

Объем воздушной полости пневматических упругих элементов при регулировании положения кузова по высоте остается постоянным, изменяется только давление, а значит и количество воздуха в нем. В этом случае частота собственных колебаний подвески также остается постоянной. Пневматическую подвеску часто применяют на автобусах (рис. 6); все большее применение она находит и в легковых и грузовых автомобилях.

Рис. 6. Задняя пневматическая подвеска автобуса SM11

Гидропневматическая подвеска автомобиля. Гидропневматические упругие элементы подвески

Продолжение. Первая часть на этой странице>>>

В гидропневматической подвеске в качестве упругого элемента также используется воздух или другой газ. В этом случае газ заключен в резиновом баллоне и его количество остается постоянным. Положение кузова автомобиля по высоте регулируется изменением количества жидкости, которая передает силу давления газов на рабочий поршень гидроцилиндра. Схема гидропневматического упругого элемента приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема гидропневматического элемента подвески

Элемент состоит из плунжера 1, вставленного в металлический цилиндр, и резервуара 2 с жидкостью, в котором находится резиновая камера 3 со сжатым воздухом.

Для обеспечения эффективной работы подвески производят расчет количества воздуха, его давления и других параметров так же, как и в предыдущем случае. Так как площадь рабочего плунжера постоянна, то характеристика гидропневматического упругого элемента также постоянна и определяется свойствами используемого газа. На рис. 8 приведена характеристика гидропневматического упругого элемента подвески для изотермического процесса (показатель политропы х=1) и для политропного процесса (показатель политропы х=1,35).

Рис. 8. Характеристика гидропневматического элемента подвески при изотермическом (х=1) и политропном сжатии (х=1,35)

Процесс, протекающий в упругом элементе подвески при регулировании положения кузова по высоте с достаточной степенью точности, можно считать изотермическим, так как при загрузке автомобиля газ в упругом элементе подвески сжимается и нагревается. Однако через некоторое время его температура сравнивается с температурой окружающего воздуха. При быстрых изменениях объема газа во время работы подвески процесс протекает по политропе.

В гидропневматических упругих элементах подвески давление газа гораздо выше, чем в пневматических, и достигает 6-10 МПа (60-100 кг/см²). Поэтому такие упругие элементы имеют гораздо меньшие размеры. Плунжерная пара, даже тщательно уплотненная, не может исключить утечек газа, а обеспечить герметичность гидроцилиндра уже не представляет никаких трудностей. Достоинством гидропневматической подвески является то, что масло, находящееся между плунжером и воздушной камерой, осуществляет эффективное гашение вибраций и колебаний кузова автомобиля непосредственно в самом упругом элементе подвески, так что отпадает необходимость в дополнительном гасителе колебаний.

Гидропневматические упругие элементы подвески часто изготовляют с кожухами в виде полусфер, между которыми установлена упругая диафрагма. В верхней части такого элемента подвески находится сжатый воздух, в нижней — масло. Поскольку на диафрагму с обеих сторон действует приблизительно одинаковое давление, она служит только для разделения двух сред, и возникающие в ней механические нагрузки невелики. Если допустить соприкосновение воздуха с маслом, то воздух начнет растворяться в масле, вспенивая его, и эффективность (упругость) подвески ухудшится. Необходимое количество газа закачивается в камеру при изготовлении подвески и лишь иногда приходится его контролировать. На рис. 9 показаны положения диафрагмы при различном нагружении автомобиля: 4 для разгруженного, 3 для частично нагруженного и 2 для полностью нагруженного автомобиля, а также положение 1 при вывешивании моста на упоры.

Рис. 9. Положения диафрагмы при разных нагрузках автомобиля

В случае полной разгрузки упругого элемента подвески, например при ее демонтаже, желательно ограничить деформацию мембраны каким-либо упором в виде пластины с небольшими отверстиями для перетекания масла из одной полости в другую, чтобы она не прорвалась под действием высокого давления газов.

На рис. 10 приведена гидропневматическая подвеска автомобиля Ситроен GS.

Рис. 10. Автомобиль Ситроен GS с гидропневматической подвеской и регулировкой положения кузова по высоте

1 — жидкость; 2 — газ; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — резиновая камера; 6 — рычаг.

Схема гидропневматической подвески автомобиля Ситроен GS дана на рис. 11.

Рис. 11. Схема гидропневматической подвески автомобиля Ситроен GS

Хорошо видны пневматические элементы подвески 9 и 10 сзади и 4 и 6 спереди. Рычажок 13 служит для ручного изменения клиренса автомобиля при переезде через высокие препятствия или для выезда из низкого гаража. Масло под давлением поступает в амортизатор через регулировочные клапаны 8, 12 из масляного аккумулятора 7, постоянно дополняемого насосом 3, приводимым от двигателя. Регулировочные клапаны управляются с помощью специальных торсионов 5 и 11. Масло из резервуара 2 поступает к клапану 1 масляного аккумулятора 7. На автомобиле установлены два регулировочных клапана — на переднем и заднем мостах.

В связи с тем, что в процессе работы гидропневматического элемента подвески количество газов в нем не изменяется, а изменяется лишь его объем, частота собственных колебаний подвески автомобиля в зависимости от нагрузки будет постоянна. В отличие от нерегулируемых упругих элементов с линейной характеристикой жесткость гидропневматической подвески при полной загрузке автомобиля выше, чем у незагруженного автомобиля.

Диафрагменная гидропневматическая подвеска, например, Гидрагаз, устанавливаемая на автомобиле Остин-Аллегро, отличается от других вариантов подобных подвесок тем, что в них, как и в пневматических подвесках, давление жидкости передается на автомобильное колесо не с помощью плунжера, а через диафрагму. Необходимые характеристики гидропневматических элементов подвески достигаются приданием специальной формы корпусу и стержню, огибаемым диафрагмой. Это устраняет недостаток обычных гидропневматических подвесок, который заключается в том, что с ростом нагрузки частота собственных колебаний подвески увеличивается. Большая площадь мембраны позволяет снизить рабочее давление жидкости; это способствует более благоприятному режиму нагружения мембраны.

Устройство упругого элемента подвески Гидрагаз показано на рис. 12.

Рис. 12. Элемент подвески Гидрагаз в разрезе

Интересно конструктивно решен резиновый клапан 1 гасителя колебаний, который работает надежно, бесшумно и долговечно. Рабочий газ (азот) заключен в верхней части корпуса амортизатора 2 и отделен от жидкости диафрагмой. Жидкость в верхней части камеры 3 передает давление от верхней диафрагмы на нижнюю, опирающуюся на фигурный палец С, соединенный с неподрессоренной частью моста автомобиля. Патрубок 4 служит для соединения нескольких упругих элементов подвески в единую гидросистему. Упомянутый выше клапан 1 гасителя колебаний, показанный в правой части рисунка в разобранном виде, состоит из нескольких частей. Тарелка 5 клапана для сжатия упругого элемента опирается на резиновую вставку 6, закрывающую выступами 7 два противоположных круглых отверстия 8 и длинные овальные отверстия 9 в перегородке между обеими половинами камеры 3. Разгрузка подвески происходит с помощью резиновой нижней вставки 10, ориентированной под углом 90° относительно верхней вставки 6 и открывающей клапан при перемещении пальца С вниз. Вставка 10 опирается на чашку 11.

Оба клапана работают в одном направлении и имеют прогрессивную характеристику. При повышении давления жидкости в упругом элементе подвески оно через отверстия передается вставке, которая приподнимается и пропускает жидкость из нижней камеры в верхнюю. Увеличенное количество жидкости в верхней камере 3 через диафрагму сжимает азот в газовой камере 2; жесткость подвески увеличивается. При разгрузке колеса отверстия клапана закрываются, и жидкость перетекает обратно в нижнюю камеру через другой, разгрузочный клапан, работающий точно по такому же принципу, но в обратном направлении. Маленькие круглые отверстия работают при низких давлениях; представляя малое сопротивление для перетекающей жидкости, они увеличивают чувствительность подвески к малым неровностям дороги.

При езде по очень неровной дороге начинают работать большие овальные отверстия, причем их проходное сечение прогрессивно изменяется при большем или меньшем отклонении резиновой вставки в зависимости от величины перепада давления в обеих камерах.

Упругий элемент такого типа не регулирует высоту кузова автомобиля, но зато отпадает необходимость в насосе с приводом от двигателя, в резервуаре с жидкостью под давлением, в системе трубопроводов и регулировочных клапанов. Такая подвеска дешевле, надежнее и долговечнее.

Самоустанавливающиеся гидропневматические подвески конструктивно более просты; для них не нужны резервуар масла под давлением, насос, приводимый от двигателя автомобиля, и трубопроводы. Каждый амортизатор с упругим элементом оснащен собственным насосом, приводимым за счет перемещений моста; насосы нагнетают масло, необходимое для поддержания постоянства положения кузова автомобиля по высоте, и одновременно выполняют функции регулировочного клапана. Такой амортизатор может быть установлен на автомобиль как самостоятельное устройство или в сочетании с другим каким-нибудь нерегулируемым упругим элементом подвески, например, цилиндрической пружиной.

На рис. 13 показаны шесть основных узлов гидропневматической подвески.

Рис. 13. Шесть основных узлов гидропневматической подвески

Упругий элемент 1 имеет регулировочный клапан 2, установленный в магистрали гидравлического аккумулятора 3 давления, обслуживаемого насосом 4. Кроме того, в гидросистему подвески входит бачок 5 для запаса масла. Гаситель колебаний 6 может быть самостоятельным узлом или встроенным непосредственно в упругий элемент подвески. Все перечисленные узлы в том или ином виде входят в состав любой самоустанавливающейся подвески.

Рис. 14. Амортизатор автомобиля Татра 603

1 — цилиндр; 2 — плунжер; 3, 4 — сальники высокого давления; 5 — сальник низкого давления; 6 — перепускное отверстие под вставкой; 7, 8 — цилиндрические резиновые диафрагмы; 9 — наружный поршень; 10 — отверстия во вставке 7; 11 — клапан гасителя колебаний; 15 — емкость с запасом масла; 18 — плунжер регулировочного насоса; 19, 20 — регулировочные каналы; 21 — впускной клапан; 22 — выпускной клапан; 23 — пробка дли закачивания газа; 24 — пробка для залива масла; 25 — резиновый упор.

Самоустанавливающаяся подвеска (рис. 14) имеет регулировочный насос, плунжер 18 которого перемещается при работе подвески и перекачивает масло из резервуара 15 по каналу 19 внутрь цилиндра регулировочного насоса. При нагружении автомобиля плунжер 18 перемещается вверх, внутрь цилиндра, и перекрывает выходное отверстие 19. При этом в процессе возвратно-поступательных перемещений плунжера масло всасывается через впускной клапан 21 и выпускной 22 в полость рабочего цилиндра над поршнем 2. Перекачивание масла продолжается до тех пор, пока поршень 2, механически связанный с плунжером 18, не выйдет из цилиндра и не поднимет кузов автомобиля до исходного среднего положения. При этом плунжер 18 открывает отверстие 19 в стенке цилиндра, в результате чего регулировочный насос прекращает работать и подъем автомобиля прекращается.

При разгрузке автомобиля плунжеры 18 и 2 перемещаются вниз до уровня, при котором открывается отверстие 20, и масло под давлением из полости над плунжером 2 будет выходить через цилиндр регулировочного насоса и канал 19 обратно в бачок запасного масла 15 до тех пор, пока плунжер 18 не перекроет сливное отверстие 20. При этом кузов автомобиля опустится до среднего положения. В диапазоне хода плунжеров между отверстиями 19 и 20 роль упругого элемента выполняет нерегулируемая пружина.

Плавное подрессоривание автомобиля обеспечивается сжатым воздухом, заключенным между юбкой 9 и цилиндрической диафрагмой 8. Масло из рабочего гидроцилиндра поступает под эту диафрагму через отверстия 6 в верхней части цилиндра 1 и отверстия 10 в стакане 7. Гашение колебаний кузова обеспечивается с помощью клапанов 11, регулирующих поступление масла в пространство под плунжером 2. Плунжер внизу уплотнен сальниками высокого давления 3 и 4, а пространство под сальниками соединено каналом 13 с масляным бачком 15 для слива масла (другой сальник низкого давления 5 плунжера и является уплотнением для низкого давления масла в сливном масляном бачке).

Резиновый упор 25 обеспечивает колебания плунжера и работу насоса и в случае полного вытекания масла из рабочего цилиндра после длительной стоянки автомобиля.

http://avtomotoklyb.ru/ustroistvo-pnevmaticheskoi-podveski-uprugie-elementy-2.html