Огляд та принцип дії пневматичних підвісок вантажних автомобілів
 |
| Рисунок 4.1 Принципова схема пневматичної підвіски з гумокордними пружними елементами та автоматичним регулюванням положення кузова: 1 – пружний елемент; 2 - вісь автомобіля; 3 - рама автомобіля; 4 - додатковий повітряний резервуар; 5 - повітропровід; 6 - регулятор положення кузова; 7 - компресор; 8 - резервуар. |
Характеристика підвіски впливає на безліч експлуатаційних якостей автомобіля: плавність ходу, комфортабельність, стійкість руху, довговічність як самої машини, так і цілого ряду її вузлів та деталей. У важких дорожніх умовах саме можливості підвіски, а зовсім не потужність двигуна, визначають середні та максимальні швидкості руху.
Досвід експлуатації вантажних автомобілів показує, що на нерівних дорогах середня швидкість руху знижується на 35-40%, витрата палива збільшується на 50-70%, міжремонтний пробіг зменшується на 35-40%. У цьому продуктивність автотранспорту знижується на 32-36%, а вартість перевезень зростає на 50-60%. До цього слід додати втрати, зумовлені перевитратою металу, палива, гуми та додатковими витратами робочої сили. Для зменшення цих втрат можна або покращувати дороги, що дорого, або вдосконалювати підвіски автомобіля, що ще дорожче, але у перерахунку на тисячі автомобілів виявляється дешевшим.
Все ж таки і дороги з рівною поверхнею пред'являють до підвіски дуже жорсткі вимоги. Адже швидкості постійно зростають, а вимоги до керованості та стійкості автомобілів і особливо автопоїздів посилюються.
Аналіз конструкцій автомобілів показує, що ваговий коефіцієнт використання автомобіля, який визначається ставленням корисного навантаження до власної ваги, безперервно збільшується. Прагнення до мінімального власноговаги, збільшення вагового коефіцієнта використання автомобіля і максимальної комфортності призводить до того, що підвіски зі сталевими ресорами вже не завжди здатні вписуватися в вимоги, що пред'являються до них. У багатьох випадках підвіска має забезпечувати:
- максимальну плавність ходу за відсутності значних взаємних зсувів підресорених та безпружинних частин автомобіля;
- мінімальний просвіт між кузовом (шасі) та осями;
- сталість висоти підніжки або рівня підлоги під час зміни навантаження.
При лінійних характеристиках традиційних пружних елементів не вдається домогтися прийнятної частоти власних коливань, що дорівнює 90-120 хв -1 , що змушує конструкторів звертатися до пружних елементів з нелінійною, прогресивною характеристикою: пневматичним або гідропневматичним, що володіє цілим рядом.
 |
По-перше, ці пружні елементи мають велику енергоємність в основному робочому діапазоні і при великих прогинах, а значить забезпечують зниження амплітуди коливань, зменшення кількості енергії, що поглинається амортизаторами, спрощують регулювання. При цьому у підвісках зі сталевими пружними елементами прогресивна характеристика досягається лише за рахунок сильного ускладнення конструкції.
Друга перевага — легкість автоматичного регулювання жорсткості та динамічного ходу підвіски відповідно до умов навантаження, що дозволяє отримати більшу плавність ходу та покращити інші експлуатаційні якості.
При однакових розмірах пружного елемента підвіска дозволяє мати високий рівень уніфікації для автомобілів різноївантажопідйомності із значною різницею у величині підресорених мас. Це третя гідність.
По-четверте, пневмоелементи мають надзвичайно високу довговічність, недосяжну для сталевих пружних елементів. Наприклад, балони автобусів GMC виходжують до 1 млн км.
Постійне положення кузова полегшує забезпечення правильної кінематики підвіски та рульового приводу, знижується центр ваги автомобіля та, отже, підвищується його стійкість. За будь-якого навантаження забезпечується належне положення фар, що підвищує безпеку руху в нічний час. Це – п'ять.
По-шосте, для покращення стійкості автомобіля при гальмуванні на пневмопідвіску часто покладається ще одна функція: точно регулювати гальмівні зусилля на колесах залежно від зміни навантажень на них. Практично пневмопідвіска робить це більш точно, ніж механічні системи регулювання гальмівного тиску і не має нестачі електронних систем, що допускають збої в роботі в умовах підвищеної вологості. І, нарешті, завдяки їй збільшується термін служби автомобіля загалом.
 |
Підсумок виходить досить простим: з огляду на те, що вартість виготовлення пневмопідвісок майже зрівнялася з вартістю ресорних підвісок, застосування перших дозволяє отримати великий техніко-економічний ефект.
Розрізняють два типи пневматичних пружних елементів:
-зі змінною ефективною площею, яка залежить від переміщення опорних фланців елемента (зазвичай гумокордні);
-поршневого типу, у яких у процесі деформації ефективна площа залишається постійною.
Найбільшого поширення набули гумокордні подвійні пневмобалони.Такий балон встановлюється між опорними фланцями (пластинами) підвіски та кріпиться до них за допомогою гвинтів, при цьому буртики оболонки затискаються між фланцями, герметизуючи внутрішню порожнину. Кільце обмежує радіальне розширення, забезпечує правильне складання оболонок при стисканні, сприяє підвищенню несучої здатності та зносостійкості балона.
Власна частота коливань зі збільшенням статичного навантаження дещо зменшується, тим повільніше, що вищий тиск газу, тому плавність ходу порожнього і наповненого людьми автобуса може бути однаковою.
 |
Довговічність балонів визначається не тільки їхньою власною конструкцією та якістю поліамідних матеріалів та гуми, але також і конструкцією направляючого апарату підвіски. Його кінематика має бути такою, щоб балони працювали лише на стиск. Число шарів корду (зазвичай це нейлон і капрон) дорівнює двом - чотирьом. Внутрішній шар гуми має бути не тільки повітронепроникним, а й маслостійким. Зовнішній шар повинен чинити опір впливу променів сонця, озону, бензину - для нього застосовують неопрен. Таким чином, пневмобалон складається з декількох шарів прогумованої кордної тканини (каркас) з внутрішнім герметизуючим і зовнішнім захисним шарами.
Пневматичний пружний елемент доцільно застосовувати у двох випадках: коли підресорена маса при завантаженні автомобіля змінюється в широких межах (задні підвіски вантажних автомобілів, у тому числі сідельних магістральних тягачів, автобусів, причепів), або коли до плавності ходу пред'являються особливі вимоги,виконання яких необхідне регулювання характеристики підвісок. У цьому випадку паралельно пневмобалон часто встановлюють додаткові пневморезервуари, що забезпечують більш пологу характеристику пружного елемента.
На графіці (рис.4.4.) наведено характеристики різних пневмоелементів. У міру стиснення простого балона зростає не тільки тиск повітря в ньому, але і його ефективна площа, тому жорсткість підвіски збільшується (крива 1). Трисекційні балони дозволяють зменшити цю частоту ще на 10-15%.
 |
| Малюнок 4.5 Пневмоелемент рукавного типу |
Прагнення зменшити габарити пружного елемента, власну частоту коливань та ємність додаткових резервуарів призвело до розвитку конструкцій із пневмоелементами рукавного та діафрагмового типу (крива 3).
Рукавні пружні елементи, подібно до балонів, встановлюють між опорними фланцями (пластинами) і кріплять до них болтами. Характеристика рукавних елементів у порівнянні з характеристиками балонів, особливо в районі великих деформацій, більш полога. Однак із збільшенням деформації через малий вихідний обсяг жорсткість елемента інтенсивно зростає. Для зниження жорсткості рукавні елементи можна також постачати додатковими резервуарами.
 |
Мала різниця між площею поперечного перерізу оболонки та ефективною площею дозволять створювати рукавні пневмоелементи великої вантажопідйомності відносно малими в порівнянні з балонами поперечними розмірами. По масі рукавніелементи також менші за балони. Основним їх недоліком є менша довговічність, що обумовлено вигином і перекочуванням гумово-кордової оболонки при деформації, а також їх висока чутливість до зсувів у поперечній площині та перекосів поршня.
Загальним недоліком пневматичних пружних елементів балонного та рукавного типів є необхідність включення в конструкцію підвіски спеціальних, як правило, громіздких, обмежувачів ходу стиснення та відбою, а також пристрої, що гасить вертикальні коливання.
Останнім часом пневмопідвіска в комбінації із системою електронного контролю за рівнем підлоги вантажної платформи (ELC) допомагає водію та вантажникам при вантажно-розвантажувальних роботах. Вона дозволяє
 |
підняти передок тривісної вантажівки на 220 або опустити на 80 мм. Пневмобалони задньої осі здатні підняти кузов над звичайним рівнем відносно дороги на 134 мм і опустити його на 100. в кузові вантажівки.
Пневмопідвіски також прижилися на задніх осях сідельних магістральних тягачів. Забезпечуючи підйом та опускання задньої частини рами зі зчіпним пристроєм, вони полегшують процеси зчеплення-розчіплення.
Пневмопідвіски широко застосовуються на міських і міжміських автобусах, причому спереду пневмоелементи є складовою як залежних, і незалежних по кінематиці підвісок.
Жаль, що в нашій країні намітилося відставання у створенні сучасних конструкцій пневмопідвісок, і це ще більшеприкро у зв'язку з тим, що у 50-х роках радянські дослідники були лідерами вивчення особливостей роботи пневмоелементів, а перший міський автобус з ними, ЛіАЗ-677, отримав «путівку в життя» ще понад 40 років тому.