Загальні положення та вказівки до виконання роботи

Підвіска сучасного (вантажного) автомобіля складається з трьох основних вузлів:

1. Пружні елементи, сприймаючі динамічні навантаження між кузовом або рамою автомобіля і дорожнім полотном.

2. Елементи, що гасять коливання підвіски.

3. Вузол, що відповідає за стабілізацію автомобіля щодо площини дороги.

На даний момент на грузовиках використовуються різноманітні конс­трукції підвіски автомобіля і інженерні рішення пружних елементів. В першу чергу, це самі покришки автомобіля, які ефективно поглинають дрібні нерів­ності дорожнього полотна. Чим більше колесо і менше тиск в ньому, тим бі­льшу перешкоду автомобіль долає без великої дії навантаження на раму. Ти­хохідні колісні трактори і спецтехніка у вигляді пружного елемента задоволь­няються тільки повітрям в покришках.

Другими по віку і частоті вживання на сучасній техніці пружними елемен­тами є ресори. Вони бувають різної конструкції, мають різну технологію ви­готовлення, але саме вони найбільш масово застосовуються на сучасних ван­тажівках, і їх можна зустріти як на магістральних тягачах, так і на будівельній техніці, міських машинах. Якщо раніше на грузовики встановлю­вали товсті пакети коротколистових ресор, то на сучасних машинах кількість ресор зна­чно зменшили, аж до однієї на деяких моделях, а довжину збіль­шили, що по­ліпшило плавність ходу і знизило вагу конструкції.

При лінійних характеристиках традиційних пружних елементів не вдається досягти прийнятної частоти власних коливань, рівної 90-120 хв^-1, що вимушує конструкторів звертатися до пружних елементів з нелінійною, прогресивною характеристикою: пневматичними або гідропневматичними, що володіють цілим рядом переваг.

По-перше, пружні елементи мають велику енергоємність в основному робо­чому діапазоні і при великих деформаціях, а тому, забезпечують зни­ження амплітуди коливань, зменшення кількості енергії, поглинальної амор­тизаці­ями, спрощують регулювання. При цьому в підвісках із сталевими пру­жними елементами прогресивна характеристика досягається тільки за раху­нок ускладнення конструкції.

Друга перевага - легкість автоматичного регулювання жорсткості і дина­мічного ходу підвіски відповідно до умов навантаження, що дозволяє отри­мати велику плавність ходу і поліпшити інші експлуатаційні якості.

При однакових розмірах пружного елемента підвіска дозволяє мати висо­кий ступінь уніфікації для автомобілів різної вантажопідйомності із значною різницею у величині підресорених мас- це третя властивість.

По-четверте, пневмоелементи мають високу довговічність, недосяжну для сталевих пружних елементів. Наприклад, пневмобалони авто­бусів GMC виходжують до 1 млн. км.

Постійне положення кузова полегшує забезпечення правильної кінематики підвіски і рульового приводу, знижується центр ваги автомобіля отже, підви­щується його стійкість. При будь-якому навантаженні забезпечується нале­жне положення фар, що підвищує безпеку руху в нічний час. Це - п'ять.

По-шосте, для поліпшення 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 володіє недоліком електронних систем, що допускають збої в роботі в умовах підвищеної вологості. І, нарешті, завдяки їй збільшу­ється термін служби автомобіля в цілому.

Підсумок виходить достатньо простим: враховуючи, що вартість виготов­лення пневмопідвісок майже порівнялася з вартістю ресорних підвісок, вжи­вання перших дозволяє отримати великий техніко-економічний ефект.

Розрізняють два типи пневматичних пружних елементів:

- із змінною ефективною площею, залежною від переміщення опорних флан­ців елемента (звичайно гумово-кордні);

- поршневого типу, у яких в процесі деформації ефективна площа залиша­ється постійною.

Найбільше розповсюдження отримали гумово-кордові подвійні пневмобал­лони. Такий балон встановлюється між опорними фланцями (пластинами) підвіски і 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 стисненні, сприяє підвищенню несучої здатності і зносостійкості ба­лона.

а) б)

Рис.1 Будова елементів пневматичної підвіски (пневмобалонів): а)-простий пневмобалон; 1-болт кріплення пневмобалона; 2-штуцер підводу повітря; 3-верня кришка; 4-гумово-кордна оболонка; 5-гумовий відбійник; 6-кріплення відбійника; 7-нижня основа пневмобалона; б)- подвійний пневмобалон; 1- штуцер підводу повітря; 2-кріплення до рами; 3- верхня кришка; 4- гумово-кордна оболонка; 5- обмежувальне кільце; 6- нижня основа пневмобалону.

Довговічність балонів визначається не тільки їх власною конструкцією і якістю поліамідних матеріалів і гуми, але також і конструкцією направляю­чого апарату підвіски. Його кінематика повинна бути такою, щоб балони пра­цювали тільки на стиснення. Число шарів корду (звичайно це нейлон і кап­рон) рівно двом - чотирьом. Внутрішній шар гуми повинен бути не тільки по­вітронепроникним, але і маслостійким. Зовнішній шар повинен чинити опір дії проміння сонця, озону, бензину - для нього застосовують неопрен. Таким чином пневмобалон складається з декількох шарів прогумованої кордової тканини (каркас) з внутрішнім герметизуючим і зовнішнім захисними ша­рами.

Рис.2 Зовнішній вигляд пневмобалонів.

Пневматичний пружний елемент доцільно застосовувати в двох випад­ках: коли підресорена маса при завантаженні автомобіля міняється в широких межах (задні підвіски вантажних автомобілів, у тому числі сідельних магіст­ральних тягачів, автобусів, причепів), або коли до плавності ходу пред'явля­ються особливі вимоги, для виконання яких необхідне регулювання характе­ристики підвісок. В цьому випадку паралельно пневмобалонам часто встано­влюють додаткові пневморезервуари, забезпечуючі більш пологу характерис­тику пружного елемента.

На графіку приведені характеристики різних пневмоелементів. У міру стиснення простого балона росте не тільки тиск повітря в ньому, але і його ефективна площа, тому жорсткість підвіски збільшується (крива 1). При дода­ткових резервуарах підвіска на двохсекційних балонах забезпечує частоту ко­ливань підресорених мас не більше 80 хв^-1(крива 2). Трьохсекційні балони до­зволяють понизити цю частоту ще на 10-15%.

Прагнення зменшити габарити пружного елемента, власну частоту коливань і місткість додаткових резервуарів привело до розвитку конструкцій з пнев­моелементами рукавного і діафрагменного типу (крива 3).

Загальним недоліком пневматичних пружних елементів балонного і рукав­ного типів є необхідність включення в конструкцію підвіски спеціальних, як правило, громіздких, обмежувачів ходу стиснення і відбою, а також при­строю, що гасить вертикальні коливання.

Останнім часом пневмопідвіска в комбінації з системою електронного контролю за рівнем підлоги вантажної платформи (ELC) допомагає водію і вантажникам при навантажувально-розвантажувальних роботах. Вона дозво­ляє підвести перед тривісного грузовика на 220 мм. або опустити на 80 мм. Пневмобалони задньої осі здатні підняти кузов над звичайним рівнем щодо дороги на 134 мм і опустити його на 100 мм.

Подібне «горизонтування автомобіля», керо­ване з виносного пульта, вирішує проблему сумі­щення висот полів вантажної платформи і складу, до­зволяючи візкам, автокарам і навантажувачам безперешкодно в'їжджати прямо в кузов грузовика

Рис.5 Схема розміщення пневмобалонів в сучасному автомобілі.

Заводська ціна грузовика з пневмопідвіскою вище, ніж машини з ресо­рною, але заміна подушки в процесі експлуатації дешевше, ніж цілої ресори. Магіс­тральні тягачі частіше за все комплектуються пневмобалонами. Мінус такої підвіски в тому, що вона вимагає додаткових повітряних кранів і трубок і більш могутнього повітряного компресора. Ця система боїться вологи і доро­жнього бруду, тому на будівельній та сільськогосподарській техніці час­тіше застосовують ресорну підвіску.

Пневмобалони не мають жорсткого зв'язку з рамою грузовика, і щоб міст не зміщувався , в конструкції підвіски автомобіля застосовують по­довжню і по­перечну реактивну тягу. Це теж ускладнює і здорожує конструк­цію.

Рис.6 Конструкція чотирьохбалонної задньої пневматичної підвіски.

1- поздовжня реактивна тяга; 2-передній пневмобалон; 3-поперечна (V-поді­бна) реактивна тяга; 4- амортизатор; 5- шарнір кріплення поперечної тяги; 6- гальмівний пневмоциліндр з енергоакумулятором; 7- задній пневмобалон;8- стійка стабілізатора поперечної стійкості; 9-шарнір стабілізатора;10-стабіліза­тор поперечної стійкості; 11- пластикова втулка .

У разі вживання чотирьохбалонної схеми підвіски моста окрім двох (як пра­вило) подовжньої реактивної тяги (1,рис.6) потрібна установка поперечної (частіше V-подібної) тяги 3. Якщо виробник встановлює на мосту дві пнев­моподушки, то в конструкції підвіски застосовують напівресори (правильно називати реакти­вну тягу). Жорсткість конструкції збільшується, тоді попере­чна тяга ставиться одна або взагалі обходяться без неї. Саме сайлент-блоки і втулки реактивної тяги вимагають уваги і періодичного ремонту і заміни. По нормальних Євро­пейських дорогах ресурс тяг 250-350 тис. км. В наших умо­вах їх ресурс не більш ніж на 200 тис. км. Якщо пропустити момент заміни реакти­вної тяги, то збільшується ймовірність поломки хрестовин карданних валів. В та­кому стані момент сили не співпадає з віссю автопоїзда через розбиті втулки, і підвищується ймовірність заносу автомобіля.

Слід зазначити, що сучасні виробники вантажної техніки широко засто­сову­ють комбіновану підвіску, що складається з ресор і пневмоелементів.

Для того, щоб гасити розгойдування грузовика в конструкції автомобіля за­стосовуються амортизатори. Вони можуть бути як односторонньої, так і дво­сторонньої дії. На даний момент амортизатори, як правило, гідравлічні. На європейських автобанах і в європейському кліматі ресурс амортизаторів 300-400 тис. км. На наших дорогах навантаження на підвіску зростає у декі­лька разів. Українські умови знижують ресурс амортизаторів до 10 тис. км: вони течуть, розбиваються гумові втулки або відриваються «вуха» кріплення.

Гідропневматичні стійки є свого роду активними амортизаціями, ефективно сприймаючі підвищені навантаження і гасячи коливання великої амплітуди. Вони можуть змінювати свою жорсткість і інші характеристики залежно від умов експлуатації. Застосовуються вони, як правило, на грузовиках з ресор­ною підвіскою. Такі машини з такою підвіскою витримують стрибки з трамп­ліну і польоти на декілька десятків метрів без наслідків для грузовика. Росій­ський КамАЗ-4911 продемонстрував можливості такої підвіски на всіля­ких ралі-рейдах і демонстраціях військової техніки.

Третій, обов'язковий елемент підвіски, про який необхідно сказати, - це стабі­лізатори подовжньої і поперечної стійкості (стабілізатори крену) (10 рис.6). Головна їх задача - вирівняти автомобіль щодо площини дороги при крені останнього і забезпечити максимально щільний контакт колеса з доро­гою. Якщо раніше стабілізатори ставили на ресорні грузовики тільки на пе­редній міст, то через зростання швидкостей і навантаження наступним кро­ком стало повсюдне їх вживання на привідних мостах. Слабкою ланкою ста­білізаторів є пластикові втулки, які вимагають періодичної заміни і відходу. В українських умовах вони не виходжують більше 200 тис. км. Можна обійтися і без них, але, як показує досвід, у такому разі підвищеному зносу схильна реактивна тяга, пальці ресор і далі за списком.

Якщо років п'ять тому на мостах з пневмопідвіскою стабілізатори попе­речної стійкості встановлювалися в обов'язковому порядку, то упровадження елект­роніки в сучасних автомобілях дозволило відмовитися від залізних конс­трукцій стабілізаторів. Тепер електроніка стежить за цим і, переганяючи пові­тря в пневмобалонах різних сторін, вирівнює крен автомобіля. Ті ж функції виконують і гідро­пневматичні стійки нового покоління.

Між іншим.

1. При справній реактивній тязі і правильній геометрії осей напівпричепа ав­топотяг витрачає приблизно 30 л палива на 100 км.

2. Якщо всі осі напівпричепа паралельні щодо один одного, але зміщені щодо напряму рухи на 10 мм, то витрата палива автопоїзда складає 31,3 л на 100 км.

3. При зношених втулках реактивної тяги і ресор і при пошкодженні підвіски, осі напівпричепа не паралельні один одному і різнонаправлені щодо напряму руху витрата палива автопоїзда складає 35,6 л на 100 км.

Отже, витрата збільшилася на 19% порівняно з першим випадком при справ­ній підвісці. За підрахунками фахівців в другому випадку перевитрата палива од­ним автопотягом в рік (при річному пробігу 150 тис. км) складає 1800 л. Ви­трати на покришки в рік збільшуються на 700 євро. В третьому випадку пере­ витрата палива складає 8500 л в рік. За рік експлуатації напівпричіп «з'їдає» два комплекти покришок.

Системи, що зустрічаються в даний час на грузовиках, умовно можна розділити на три основні типи за способом управління: повністю електронна (Mercedes, MAN, Renault, DAF, Scania), електромеханічна (Volvo, Scania) і підвіска з механічним управлінням (старі моделі тягачів і підвіска причепів).

По інженерному задуму (цей прин­цип діє практично на всіх гру­зови­ках) пові­тря в пневмопідвіску по­чинає надходитити після запов­нення контурів робочої і стоянкової гальмівних систем. В системі пові­тряної підвіски обов'язково прису­тні два перепускні клапани. Пер­ший клапан, без зворотного потоку, відкриває шлях повітря до поду­шок, досягши тиску в системі бли­зько 8 атмо­сфер, другий, із зворот­ним потоком, пропускає повітря від подушок в ресивер пневмопідвіски досягши тиску 10 атмосфер (пові­тря спочатку потрапляє без­посере­дньо в пневмобалони, а тільки по­тім в ресивер) і після заповнення ре­сивера дає можливість користу­ватися цим запасом у зворотний бік.

В підвісці з електромеханіч­ним або просто механічним управ­лінням повітря спочатку потрапляє на вхід клапана рівня рами(6 рис.7). Цей прилад розташо­ваний на рамі і шарнірно за допомогою регульованої тяги 10 сполучений з мостом автомобіля 2. Він служить для автоматичного регулю­вання підвіски в транспортному положенні, а складніший варіант виконує та­кож функцію ав­томатичного обмеження висоти підвіски при максимальному підйомі. Зале­жно від положення рами щодо моста клапан може відкрити шлях повітря до подушок 1 , перекрити повітря, або з'єднати пневмобалони з атмосферою і випустити частину повітря. На задній осі можуть встановлюва­тися два кла­пани, у такому разі права і ліва сторона регулюються окремо. Прикладом ви­користання клапана такої конструкції служить пневмоподвеска з механічним управлінням Scania.

Між клапаном і безпосередньо пневмоподуш­ками встановлюється кран ручного регулювання рі­вня. Він може бути механічним, з важелем переми­кання, або електропневматичним з пультом управління в кабіні. Цей прилад має три положення: транспортне (при якому пневмоподушки сполучені без­посередньо з клапаном рівня підлоги), підйом кузова (при якому пневмопо­душки з'єднуються з повітряним ресивером) і опускання кузова (при якому повітря з подушок виходить в атмосферу). Рукоятка механічного крана має проміжне положення - СТОП, в якому перекриваються виходи з пневмобалонів. Функції підйому, опускання і транспортного положення здій­снюються комбінацією з двох електромагнітних клапанів. В початковому по­ложенні без подачі напруги на соленоїди повітря вільно проходить від кла­пана рівня рами до пневмоподушок. При включенні режиму ручного регулю­вання від пульта управління йдуть команди на підйом (під напругою два со­леноїди) або опускання (один соленоїд). Для обмеження максимальної висоти підйому на рамі встановлюється індуктивний датчик. За наявності пневмопідвіски на передній осі, нею управляє окремий електропневматичний кран.

Також великого поширення набула підвіска автомобіля з колісною фо­рмулою 6х2. Конструкція ускладнюється наявністю додаткового моста-ліни­вця. Цей міст може знаходитися як позаду привідного моста, так і попереду нього. В справному стані тиск повітря в пневморукавах провідного і підтри­муючого мостів одинакове. Це дозволяє рівномірно розподілити наванта­ження по осях і вписатися в законодавчі норми. Для зменшення опору ко­чення і зниження зносу шин підтримуючий міст часто роблять підйомним. Функціонально це виконується таким чином. Електромагнітний клапан, вста­новлений в пневмомагістралі, перекриває подачу повітря в подушки і випус­кає що знаходиться в них повітря в атмосферу. Одночасно подається повітря в подушку підйому моста. Для компенсації просідання підвіски за рахунок збільшення навантаження на ведучу вісь в роботу вступають пневмоциліндри клапанів рівня підлоги. Подовжуючи тягу, що сполучає клапан з провідним мостом, вони дозволяють зберегти підвісці транспортне положення. Наван­таження на вісь легко визначити по величині тиску в пневмоподушках. По конструкторських задумках будь-яка система повинна автоматично розпізна­вати перевантаження провідного моста і реагувати на неї. З цією метою в пневмопідвісці 6х2 обов'язково встановлюють датчик перевантаження, який в даному випадку є звичайним контактом. Якщо при підйомі візка досягається максимальне навантаження на ведучу вісь, спрацьовує датчик тиску і через декілька секунд (в системі працює реле часу для фільтрації короткочасних навантажень) міст автоматично опуститься. На навантаженому автомобілі підйом візка функціонує тільки в режимі збільшення тягового зусилля. Міст підіймається на декілька секунд і автоматично опускається. Функцію збіль­шення тягового зусилля можна розписати докладніше. Залежно від законода­вчих норм в частині обмеження осьових навантажень існують різні варіанти спеціальних виконань. Наприклад, в деяких спрощених варіантах міст не під­водиться, а для збільшення тягового зусилля просто випускається повітря з подушок. Або ще один варіант - повітря з подушок не випускається, а просто перекривається одночасно з подачею повітря в пневмоподушку підйому мо­ста. Міст підіймається до тих пір, поки протитиск не стане дуже сильним. Збільшення навантаження на провідних колесах забезпечено, і в наявності явна економія повітря і енергії компресора.