Про проблеми пневмопідвіски в екстремальних умовах - Бардачок
Наявність пневматичних пружних елементів у підвісці позашляховиків вже нікого не дивує. Що ж до побоювань щодо надійності, то їх спростовує статистика. Але виникає питання: чи може всезнаюча наука помилятися?
Не секрет, що величина дорожнього просвіту та висота кузова над дорогою величезною мірою визначають поведінку автомобіля в різних умовах руху. При цьому вимоги до швидкісних машин та всюдиходів діаметрально протилежні. Ні, звичайно, в історії автомобілебудування не раз траплялися спроби прищепити маститому позашляховику гени породистого спорткара і навпаки. Але найчастіше творці цих «міжвидових» гібридів домагалися лише більш менш вдалого компромісу робочих якостей. Тобто, як будь-який універсальний інструмент, такі машини завжди програвали вузькоспеціалізованим: одним – на асфальті, а іншим – на бездоріжжі. Єдиним вдалим прикладом такого роду виявилися автомобілі з регульованою висотою дорожнього просвіту. Складна конструкція їхньої підвіски дозволила максимально знижувати центр ваги на шосе і збільшувати дорожній просвіт при перетині узбіччя.
Гумовий рукав пневмоелемента у підвісці VW Touareg закритий суцільним гофрованим пластиковим кожухом. Він не тільки захищає вразливу гумову складку від попадання всередину бруду, снігу та сторонніх предметів, а й підвищує стійкість подушки до проколів.
Твердий і міцний пластиковий піддон у нижній частині заднього пневмобаллону Mercedes-Benz ML захищає його від гострого сучка, але при русі в колії набирає всередину багато бруду або снігу.
Конструктори Land Rover захистили пневматичні подушки дуже міцними залізними кожухами. Але тількив верхній частині. Як наслідок, під них набивається чимало бруду. Особливо якщо вона липка. Але, що дивно, за спостереженнями ремонтників, при абсолютно однаковій схемі в «рукави» Discovery 3 потрапляє набагато менше сторонніх включень, ніж у деталі Range Rover
Як працює повітря?
У наші дні найпоширеніший і найпростіший спосіб регулювання просвіту заснований на заміні чотирьох традиційних «фігурантів підвісної справи» (пружин, ресор, торсіонів та полімерно-гумових пружних елементів) п'ятим — «подушками», заповненими повітрям під тиском у кілька атмосфер. Як ви розумієте, регулювання власне дорожнього просвіту можливе лише за наявності повністю незалежної підвіски. Причому відбувається за рахунок зменшення ходу відбою (верхнє положення) або ходу стиснення (нижнє положення). У випадку з цільними балками мостів (як, наприклад, у першого і другого поколінь Range Rover) пневматика може лише регулювати висоту кузова над дорогою і змінювати жорсткість ходової частини, тоді як кліренс «варіюється» лише зовнішнім діаметром шин.
Спочатку в автомобілебудуванні поширення набули пневмоелементи балонного типу (як на міському автобусі ЛіАЗ-677), але пізніше з легкового сегмента їх повністю витіснили «рукавні» елементи. Останні за своєю структурою нагадують діагональну покришку — силовий каркас тут утворений двома шарами кордових ниток, які під точно розрахованим кутом відносно один одного. Принцип роботи рукавного елемента полягає в тому, що при зміні тиску в системі та ході підвіски балон змінює свою висоту, а його частина як би накочується на напрямну. При цьому одна частина "рукави" весь час залишається "підвернутою", інша - "вивернутою", а ще одна виявляється тозовні, то усередині вигину. І ще один момент: у процесі «накочування» змінюється діаметр гумокордного рукава за рахунок повороту шарів корду щодо один одного. Як бачите, все досить складно. Але саме такі особливості роботи дозволяють отримати (за рахунок форми напрямної) необхідний ступінь прогресивності пружної характеристики пневмоелемента у різних зонах ходу підвіски. Що, своєю чергою, необхідне забезпечення високої плавності ходу. Тобто бажано в середній частині ходу мати мінімальне збільшення жорсткості, а в крайніх (особливо на стиску) високу прогресивність. Саме так працюють пружні елементи пневматичних підвісок на всіх сучасних легкових позашляховиках.
Така колія в м'якому та пухнастому снігу на перший погляд не є небезпечною для автомобіля. Але при тривалому русі сніг забивається в складки пневмоелементів, ущільнюється і перетворюється на лід.
Огорнути неосяжне
Але, як відомо, недоліки - це пряме продовження переваг. Чим тонша конструкція гумокордного елемента, тим краще з погляду його роботи, оскільки менше різниця робочих діаметрів зовнішнього і внутрішнього шарів корда. Але разом з тим зменшується проміжний пружний шар гуми, за рахунок якого і забезпечується поворот шарів корду відносно один одного. Отже, зростають напруги, підвищуються вимоги до матеріалів, зокрема до стабільності їх характеристик у різних умовах. Зокрема, за екстремальних температур. Тут і кореняться всі проблеми, які потім посилюються (або послаблюються) конкретною конструкцією пневмоелемента і особливостями його установки на автомобіль.
Теоретично створити пружний елемент, що зберігає свої властивості в діапазоні температур від -80 до +80 ° С (а більше на ційпланеті і не потрібно), за нинішніх часів не складає труднощів. Існують матеріали (наприклад, на основі кремнійорганічних сполук), що витримують і не такий діапазон. Ось тільки застосовуються вони переважно у космічних розробках. І не тому, що секретні, а тому що дуже дорогі. Дорогі навіть для покупців Range Rover, Hummer чи Mercedes-Benz. А тепер повернемося до згаданої на початку статистики. Достеменно відомо, що переважна більшість оснащених пневмопідвіскою позашляховиків у космос не полетить. Та що там позаземний простір, ці розкішні «всюдиходи» навряд чи колись вирушать підкорювати антарктичні льоди або дослідити жерла вулканів, що тільки-но вивергалися. Навпаки, основна маса повнопривідних автомобілів зі збільшеним кліренсом існуватиме у відносно тепличних умовах сучасних мегаполісів. Ну і навіщо, питається, у цьому випадку, не звертаючи уваги на витрати, будувати «міжпланетний корабель»? Адже принцип економічної доцільності (уніфікації) ще ніхто не скасовував. Наприклад, на тому ж Mercedes-Benz ML встановлені пневмоелементи фірми ATE, які конструктивно, ні технологічно не відрізняються від тих, що масово використовуються в підвісках кабін вантажівок і системах підресорування сидінь тракторів. Тобто деталі, які досвідом багаторічної експлуатації довели свою надійність.
На розправленому пневмоелементі видно, що дірка протерлася в навантаженій ділянці оболонки - у місці її звуження (під час вертикального ходу колеса воно потрапляло то на зовнішню, то на внутрішню частину складки)
Сліди бруду на робочій поверхні показують… По-перше, наскільки «складається» гумовий пружний елемент у процесі роботи, а по-друге, абразив досить легкопотрапляє в зону поверхонь, що труться, і частина його там на якийсь час затримується
При екстремальних мінусових температурах, а простіше кажучи, нижче за сорок, гумокордна оболонка втрачає свою еластичність. Щоб продовжити їй життя, краще перевести підвіску в спортивний режим і тим самим зменшити її хід.
Шлейфи піску і дрібного каміння, що летять з-під коліс, теж дуже небезпечні для пневматики. З часом вони можуть протерти навіть захищені пневмо елементи. І саме тому при активній та частій позашляховій їзді важливо регулярно стежити за їх станом
Випробування холодом
Але повернемось із космосу на землю. У середньостатистичних умовах достатньо температурного діапазону плюс - мінус 40. А в цих межах широкодоступних, недорогих та водночас якісних матеріалів вистачає. Що ж до поїздки в Тикси, то тут ми з «комфортного» (для матеріалів пневмоелементів) температурного діапазону трохи виїхали. Не випадково перші проблеми з балонами почалися після ночівлі в лісотундрі при -47°С. При цьому зруйнувалися лише задні пневмоелементи, що зазнали більшого охолодження порівняно з передніми. Справа в тому, що передні подушки, розташовані в нішах бризковиків, вночі підігрівалися теплом працюючого мотора, та й вдень вони знаходилися в кращих умовах у зв'язку з тим, що направляючою у них служив корпус амортизатора. Що, по-перше, забезпечувало співвісність елемента у всіх фазах ходу підвіски, а по-друге, не давало обмерзати (корпус у процесі роботи трохи нагрівався). А ось заднім подушкам було справді несолодко. Ніякого зовнішнього підігріву у них не було, а пластикові напрямні під час руху по сніговій колії миттєво покривалися кіркою льоду. Через це радіус вигину пневматичного.елемента зменшувався, помітно підвищуючи напруги у його робочій зоні (особливо у піднятому положенні кузова). Додатково погіршувала ситуацію деяка конструктивна неспіввісність установки пневмоелемента, що викликала перекіс під час підвіски. Тим не менш, як показують досвід і статистика, у звичайних умовах експлуатації ці особливості не викликають жодних фатальних наслідків. Та й подушки, встановлені нами замість тих, що вийшли з ладу і не потрапили в такі сильні морози, справно ходять до цього дня.
Схема роботи рукавного пневматичного пружного елемента показує, як лід, що намерзає на поверхні направляючої лід, до всього іншого (у твердому стані вода прекрасний різальний матеріал) зменшує і радіус вигину гумокордної оболонки.
Інші небезпеки
Треба сказати, що низькі температури – не єдиний бич пневматичних підвісок. Перегрів для них не менш згубний. До речі, у цьому випадку можна зібрати навіть більше статистики. Адже в спекотних країнах машини з «надувною» підвіскою зустрічаються набагато частіше, ніж у заполярних районах Якутії. Так от, згідно з цими передні подушки на пустельних дорогах Аравійського півострова, Північної Африки, Австралії та інших подібних регіонів, навпаки, руйнуються частіше задніх. Причому, незалежно від моделі автомобіля. У цих регіонах відзначають ще одне слабке місце гумових «рукавів». Точніше, те саме місце — згин, а ось причина інша. На бездоріжжя під складку потрапляють піщинки, бруд і дрібне каміння, що протирають зовнішній захисний шар подушки, причому з високою температурою це ніяк не пов'язано (подібне іноді трапляється в ході позашляхових експедицій у різних місцях планети). Ймовірно, саме з цієї причини для свого навколосвітнього проекту Touareg Expedition 360Спеціалісти Volkswagen вибрали машини на пружинах. І це при тому, що вони мають свідомо гіршу разову геометричну прохідність у порівнянні з «пневматичними»!
У сучасних пневмопідвісок є ще одне слабке місце, а саме датчики і «мозки», які теж можуть почати вередувати. Так, при тривалому русі в глибокому снігу часто обмерзають передні датчики рівня кузова. Електроніка підвіски сприймає це як несправність і перетворюється на захисний режим, перестаючи реагувати команди підняти чи опустити кузов. З подібними "фокусами" зіткнулися, наприклад, учасники зимової експедиції навколо Байкалу (Land Rover Discovery 3). Втім, ця проблема якраз із розряду легкоусувних — щоб усе знову запрацювало як слід, достатньо очистити датчик від льоду і знову завести двигун.
З урахуванням людської психології
Таким чином, ми змушені констатувати, що проблема з надійністю роботи пневмопідвіски в екстремальних умовах таки існує. Але при цьому жоден з автовиробників, у гамі яких є моделі з пневмопідвіскою, не дає жодних офіційних обмежень на регіони та умови їх застосування. Існують лише загальні рекомендації: під час позашляхових експедицій та в інших важких умовах експлуатації регулярно оглядати стан підвіски, а одразу після повернення відвідати сервісну станцію для профілактичної діагностики. Такий підхід цілком зрозумілий і виправданий (принаймні сьогодні). Адже змінити за гарантією «подушки» кільком шукачам пригод у результаті обходиться дешевше, ніж сіяти в широких купівельних масах недовіру до своєї продукції. Просто в даному випадку враховуються особливості людської психології, згідно з якою у головах значної кількостіпокупців повнопривідної техніки іноді виникає думка: «А раптом я теж коли-небудь поїду на край світу?» То навіщо давати привід для сумнівів? Тим більше, в середньостатистичних умовах жодних передумов для виникнення «пневматичних» проблем немає.
Задня пневматична підвіска Mercedes-Benz ML є дуже ремонтопридатною. Для заміни подушки достатньо зняти колесо, відкрутити пневмо шланг і зняти елемент із засувок. На льоду моря Лаптєвих це було величезним плюсом. З системами інших марок довелося б поратися набагато довше
Якщо взимку після подолання кучугур або колії раптом перестав працювати регулятор висоти підвіски, то причина швидше за все криється в обмерзлому датчику рівня кузова.