Расчет пневмоподвески автомобиля: как рассчитать пневму — F.A.Q. и статьи – 403 — Доступ запрещён

Худайбердин А.Р., Шишкина А.Ф. Пневматическая подвеска для бюджетного автомобиля

Худайбердин Айрат Рустемович¹, Шишкина Анна Федоровна^2
1Филиал Уфимского государственного авиационного технического университета в г. Стерлитамаке, студент направления «Электроэнергетика и электротехника»
²Филиал Уфимского государственного авиационного технического университета в г. Стерлитамаке, доцент кафедры естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин, кандидат технических наук

Hudayberdin Ayrat Rustemovich¹, Shishkina Anna Fedorovna^2
1Branch Ufa State Aviation Technical University in Sterlitamak, student direction «Power and Electrical Engineering»
²Branch Ufa State Aviation Technical University in Sterlitamak, assistant professor of science and general professional disciplines, Ph.D.

Библиографическая ссылка на статью:
Худайбердин А.Р., Шишкина А.Ф. Пневматическая подвеска для бюджетного автомобиля // Современная техника и технологии. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/04/6423 (дата обращения: 07.02.2019).

В настоящее время популярной становится установка на автомобили пневматической подвески (пневмоподвески), которая позволяет регулировать клиренс. Наибольшее распространение такой вид подвески получил в автомобилях бизнес-класса и больших внедорожниках, например, Audi Q7, Volkswagen Touareg. Ряд производителей автомобилей, например, Bentley, BMW, Ford, Lexus и другие, используют в своих моделях пневмоподвеску не как отдельный вид подвески, а в составе конструкций других подвесок (например, многорычажной).

Перечислим преимущества использования пневмоподвески:

• появляется возможность быстро изменять клиренс автомобиля;
• улучшается сцепление автомобиля с дорогой;
• управление пневмоподвесками (накачка, изменение давления) доступно прямо из салона автомобиля;
• пневмоподвески позволяют максимально использовать грузоподъемность автомобиля и даже допускают небольшой перегруз;
• повышается проходимость автомобиля по бездорожью;
• снижается износ покрышек;
• снижается расход топлива.

Таким образом, благодаря пневматической подвеске можно изменить клиренс автомобиля, повысить его грузоподъемность, улучшить управляемость, и в целом обеспечить комфорт и безопасность.

Как было сказано выше, пневматическая подвеска используется чаще всего на автомобилях бизнес-класса. Цель данной работы состояла в том, чтобы адаптировать пневмоподвеску под использование на бюджетном автомобиле. В качестве опытного образца был выбран Chevrolet Lanos. Для данной модели характерен невысокий клиренс, поэтому при движении по сельской местности и грунтовым дорогам происходит задевание дна автомобиля о неровности проезжей части. Это может привести к значительным повреждениям, дорогому ремонту и возникновению аварийных ситуаций.

При выполнении работ ставились задача сделать недорогую пневмоподвеску своими руками без потери функциональности [1]. За основу была взята схема, приведенная на рис. 1. Помимо выбранной четырехконтурной пневмоподвески сущеествуют также одно- и двухконтурные. Одноконтурная пневмоподвеска позволяет регулировать высоту сразу четырех колес, двухконтурная – отдельно высоту передней и задней оси. Преимущество четырехконтурной подвески заключается в возможности регулировки высоты каждого колеса отдельно.

Рис. 1. Схема четырехконтурной пневмоподвески

Для переделки подвески необходимо было подобрать упругие элементы (пневмоподушки). Подбор пневмоподушки проводится на основе расчета двух основных параметров: диаметра сильфона и величины хода пневмобаллона [2]. Диаметр пневмоподушки определяет величину нагрузки, которую она выдерживает. Максимальную нагрузку, которую способна держать пневмоподушка, можно найти как произведение рабочего давления воздуха на эффективную площадь сильфона:

M = Р_возд·S_э,

где M – нагрузка на пневмоподушку (в килограммах), Р_возд – рабочее давление воздуха в пневмоподушке (в кг/см²), S_э – эффективная площадь сильфона, выраженная в см². Для нашего автомобиля была выбрана пневмоподушка Rubena, рабочее давление воздуха в которой порядка 7 атмосфер.

Эффективная площадь сильфона рассчитывается через площадь рабочей поверхности пневмоподушки следующим образом:

S_э = S /1.2,

где S 

также выражено в см² и записывается через диаметр как:

S = πD²/4.

Подставив два последних выражения в уравнение для максимальной нагрузки, получим несложную в использовании формулу для расчета диаметра пневмоподушки:

D = 1.2·(М/ Р_возд)^1/2 .

Так как рабочее давление воздуха уже известно, то для расчета диаметра пневмоподушки нужно найти величину максимальной нагрузки M. Для оценки возможной нагрузки на пневмоподушку можно поступить следующим образом: из паспорта транспортного средства выписать разрешенную максимальную массу автомобиля и разделить ее на 4  (по числу колес). Полученное число следует увеличить на 20-25% в связи с тем, что необходимо учесть следующие эксплуатационные особенности:

• динамическая нагрузка во время движения автомобиля всегда повышается;
• в ряде случаев автомобиль может быть перегружен;
• в реальных условиях сложно добиться равномерного распределения нагрузки на все колеса;
• расположение двигателя в передней части автомобиля приводит к повышению нагрузки на передние колеса.

На следующем этапе работы выполнялся расчет величины хода пневмоподушки по формуле:

ΔH = H_max – H_min,

где H_max  – максимальная высота сильфона; 

H_min – высота сильфона в сжатом состоянии. Полученная величина хода должна быть скорректирована таким образом, чтобы быть не меньше хода амортизатора. Тогда ход амортизатора будет использоваться полностью и пневмоподвеска не будет повреждаться при установке машины на домкрат.

После проведенных расчетов необходимо выполнить фланцы для пневмоподушки, для чего была изучена конструкция подвески выбранного автомобиля. Задача состояла в том, чтобы пневмоподушки можно было установить без лишних изменений в конструкции и при необходимости вернуть заводскую подвеску. Кроме того, важно было выбрать удобный способ подвода воздуха в подушку. Чертежи фланцев выполнялись в программе КОМПАС-3D, а затем детали были изготовлены в токарной мастерской.

Для управления готовыми пневмоподушками нужно также выполнить систему управления, в которую входят:

• ресивер – резервуар для сжатого воздуха;
• компрессор для накачки воздуха в ресивер;
• блок клапанов, через которые поступает воздух в подушки;
• пульт управления для управления блоком клапанов.

Для нашей конструкции использовался ресивер на 20 литров. Такого объема достаточно для нескольких подъемов и спусков. Компрессор использовался марки Беркут R20, поскольку он отличается хорошей производительностью. Блок клапанов было решено сделать из клапанов газового оборудования. Так как на выбранный автомобиль устанавливалась четырехконтурная пневмоподвеска, то использовалось 8 клапанов.

 

Рис. 2. Демонстрация функционирования пневмоподвески

В настоящее время разработанная и смонтированная пневмоподвеска установлена на автомобиль и полностью работоспособна (см. рис. 2, а также видеофрагмент по ссылке в конце статьи). Таким образом, результатом работы стала функционирующая пневмоподвеска, успешно адаптированная под использование на бюджетном автомобиле.

Возможности установленной пневмоподвески

Библиографический список

1. Худайбердин А.Р., Шишкина А.Ф. Разработка пневмоподвески для бюджетного автомобиля // Молодежные инновации в машиностроении: тезисы докладов межвузовской студенческой научно-практической конференции (Ишимбай, 13 апреля, 2015 г.). Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2015. – 210 с. – С. 37-38
2. Портал компании “КД-Пневмо” // URL:  www.stavimpnevmo.ru

---

Все статьи автора «Шишкина Анна Федоровна»

18 Пневматическая подвеска автомобиля

Назначение системы питания пневматических подвесок – снабжение упругих элементов воздухом под давлением.

Компрессор автомобиля должен обеспечить воздухом тормозную систему, пневматическую подвеску и ряд вспомогательных систем.

Расчеты потребления воздуха пневматической подвеской проводим для изотермического процесса сжатия и расширения воздуха.

Потребление воздуха подвеской складывается из потребления:

— при изменении статической нагрузки;

— потребление воздуха при движении автобуса;

— компенсация утечек воздуха;

— компенсация изменения объёма воздуха вследствие изменения его температуры

Количество воздуха V_с, которое должен подать компрессор из атмосферы (давление 0,1 МПа) при изменении статической нагрузки, определяется формулой:

(1)

где V_з, V_n — объемы упругих элементов, резервуаров упругих элементов и трубопроводов соответственно задней и передней подвесок. У автобуса ЛАЗ V_з =44 л, V_n = 22 л:

∆р_з, ∆р_р — изменение давления соответственно в задней и передней подвесках при изменении статической нагрузки.

Также в передних упругих элементах автобуса ЛАЗ при изменении нагрузки давление растет с 0,265 до 0,31 МПа, а в задней – с 0,14 до 0,43 МПа,

Максимальное потребление воздуха имеет место при полной нагрузке автобуса.

Если вход и выход пассажиров происходит одновременно, то нагрузка изменяется меньше. Это уменьшение можно оценить коэффициентом неравномерности. Тогда потребление воздуха из-за изменения нагрузок

, (2)

где η_с = 0,1 — коэффициент сменности;

η_р = 0,5 — коэффициент неравномерности при регуляторах с гидравлическим замедлителем;

t = 1,5 — интервал остановок автобуса.

Производительность компрессора, необходимая для обеспечения работы пневматической подвески, определяется по следующей формуле:

, (3)

где V₀=V_p+V_н– потребление воздуха подвеской при эксплуатации, являющейся суммой потребления при движении V_p и потребления при изменении нагрузок V_н;

V_p – потребление воздуха вследствие работы регулятора равное примерно половине V_н;

η_з — коэффициент запаса, учитывающий, что компрессор должен быть загружен на 20-35%. При пневматическом приводе тормозов принимается η_з = 3. При наличии регулятора положения кузова с гидравлическим замедлителем

η_з = 2,3.

Для определения производительности компрессора V_к ,обеспечивающего работу всех агрегатов автобуса, к величине V _пн следует добавить расход воздуха на тормозную систему, вспомогательное оборудование и утечку воздуха.

(4)

где k_з — коэффициент запаса.

Действительная производительность компрессора автобуса ЛАЗ при противодавлении от 0,7 до 0,43 МПа составляет 150 л/мин.

Объём ресиверов пневматической подвески выбирается из соображения обеспечения долговечности компрессора.

(5)

где ∆р = 0,05…0,15 колебание давления в ресивере, зависящее от типа регулятора давления. В расчётах принимают ∆р =0,1 МПа;

z — максимально допустимое число включений компрессора в час. Для автобусов z = 15.

Количество ресиверов и объём каждого из них выбирают согласно правилам Котлонадзора. Объём одного ресивера не должен превышать 25 л.

Ресиверы пневматической системы должны обеспечить наполнение воздухом упругих элементов при изменении статической нагрузки.

Количество воздуха, отдаваемого ресиверами в пневматические упругие элементы, зависит от ряда параметров системы.

В случае, когда максимальное давление воздуха в упругих элементах меньше давления, устанавливаемого межбалонным редуктором (р_меж > р_max), вначале воздух подаётся из всех ресиверов, и в упругие элементы будет подано количество воздуха (приведенное к давлению 0,1 МПа)

(6)

где объём ресиверов пнневмосистемы;

р_рес — давление в ресиверах.

Воздух с давлением, меньшим р_меж, выходит только из ресиверов, расположенных за межбалонным редуктором. Межбалонный редуктор рекомендуется ставить между первым и вторым (от компрессора) ресиверами. Поэтому при расчёте объём первого ресивера не учитывается, и тогда

(7)

1 – упругий элемент; 2 – резервуар упругого элемента; 3 – водомаслоотделитель; 2 – регулятор давления; 5 — противозамораживатель; 6 – обратный клапан; 7,10 – воздушный фильтр; 8 – ресивер тормозной системы; 9 – глушитель шума регулятора на выходе воздуха в атмосферу; 11 – передний регулятор положения кузова; 12 – ресивер пневмоподвески; 13 – межбалонный редуктор; 14 – задний регулятор положения кузова; 15 – резервуар заднего упругого элемента

Рисунок 1 – Схема питания пневматической подвески ЛАЗ

На автобусе ЛАЗ-695 установлены три ресивера по 23 л. Максимальное давление в ресиверах принимается р_рес = 0,68 МПа. Давление перепуска межбалонного редуктора р_меж= 0,45 МПа. Максимальное давление в передних упругих элементах р_max = 0,5 МПа. Одна треть из V′ входит в передние упругие элементы, где p_n = p_max=0,5 МПа и имеется один регулятор положения кузова; две трети попадут в задние упругие элементы, где р_з= р_max= 0,38МПа. В заднюю подвеску продолжает подаваться воздух до давления р_рес = 0,45 МПа из всех ресиверов, т.е.

, (8)

а далее воздух подаётся (до достижения максимального давления в задней подвеске) только из второго и третьего ресиверов, т.е.

. (9)

Всего в заднюю подвеску может быть подан объём воздуха

. (10)

Приведенный расчёт расхода воздуха из ресиверов имеет ряд неточностей. Загрузка передней и задней подвесок принята одновременной и мгновенной, а в действительности на автобусе загружается в первую очередь задняя подвеска. Не учитывается осадка упругих элементов при увеличении нагрузки (и в связи с этим изменение давления), а также сопротивление перетеканию воздуха обратных клапанов, фильтров и т.д.

Рекомендуемая литература

1. Певзнер, Я.Н., Краснов, К.А. Пневматические и гидропневматические подвески / Я.Н. Певзнер, К.А. Горелик.- М.: Машгиз.-1963, 315 с.

2. Успенский, И.Н., Мельников, А.А. Проектирование подвески автомобиля /И.Н. Успенский, А.А. Мельников. — М.: Машиностроение. — 1976, 168с.

3. Мельников, А.А Некоторые вопросы проектирования и исследования подвески автомобиля /А.А. Мельников.- Горький. — 1973, 80с.

Расчет упругой характеристики пневматической подвески с цилиндрическим поршнем в упругом элементе.

Расчет упругой характеристики пневмоэлемента и пневмоподвески производится в следующей последовательности:

1) Рассчитывается диаметр поршня:

где  – диаметр элемента, м;  – наружный диаметр, м.

Диаметр поршня равен:

2) Рассчитывается объем  в статическом положении:

где  – ход сжатия подвески, м;  – ход отбоя подвески, м.

3) Рассчитывается эффективная площадь :

(6.3)

4) Рассчитывается текущее значение объема:

(6.4)

где  – изменение объема при движении поршня, ;

 – при ходе отбоя;  – при ходе сжатия.

Рассчитаем параметры пневмоэлемента в крайнем положении сжатия в груженом состоянии:

Изменение объема при движении поршня определяется по формуле:

где  – произвольный ход, м.

5) Определяется сила, действующая на элемент в статическом положении:

(6.6)

где  – сила, действующая на подвеску в статическом положении, Н;  – передаточное число подвески.

6) Определяется давление в пневмоэлементе в статич. состоянии:

где  – атмосферное давление, МПа.

7) Определяется текущее значение давления:

где  – показатель политропы ( ).

8) Определяется текущее значение силы, действующей на элемент:

(6.9)

9) Определяется текущая деформация подвески:

(6.10)

где  – деформация элемента, м.

10) Определяется текущее значение силы, действующей на подвеску:

(6.11)

Результаты заносим в таблицы 6.1 и 6.2.Основные параметры пневмоэл-та в груженном состоянии:

Таблица 6.1 – Расчет упругой характеристики пневмоэлемента и пневмоподвески в груженом состоянии.

Основные параметры пневмоэлемента в снаряжённом состоянии:

Таблица 6.2 – Расчет упругой характеристики пневмоэлемента и пневмоподвески в снаряженном состоянии.

Графики упругой характеристики пневмоэлемента и пневмоподвески в груж. и снаряж. состояниях представлены на рис. 6.1 и 6.2.

Правила №13 ЕЭК ООН. Требования в отношении торможения.

В целях проверки транспортного средства на соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН №13 и связанных с ним национальных регламентирующих

документов для обоих мостов строятся кривые реализуемого сцепления k_ji как функция относительного замедления Z. Для их построения необходимо воспользоваться следующими формулами:

Z=0,1…0,8

G_i^ст – нормальные реакции дороги на мост в статических условиях

1) Независимо от категории, транспортное средство должно удовлетворять соотношению:

где коэффициент сцепления m изменяется в пределах от 0,2 до 0,8.

2) Для всех возможных весовых состояний автомобиля кривая реализуемого сцепления k_j1(Z)передними колёсами должна располагаться над кривой k_j2(Z) в установленном диапазоне Z.

ПРОВЕРКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИЛ

 

Класс	Основные требования	Альтернативные требования
М1 N1 (до 2000 кг)	0,15… 0,80	Допускается превышение кривой kj2(Z) для задней оси на участке 0,30…0,45 при условии, что она не выходит более чем на 0,05 за пределы прямой m=Z.
N1	0,15… 0,50	Условие может считаться выполненным, если: — для Z в диапазоне 0,15…0,30 кривые kji(Z) расположены между прямыми j= Z± 0,08. При этом kj2(Z) может пересекать прямую m= Z — 0,08; — для Z в диапазоне 0,3…0,5 Z³m — 0,08. — для Z в диапазоне 0,5…0,61 Z³ 0,5m + 0,21
Осталь-ные классы	0,15… 0,30	Условие может считаться выполненным, если: — для Z в диапазоне 0,15…0,30 кривые kji(Z) расположены между прямыми m = Z ± 0,08; — для Z ³ 0,3 Z³ 0,3 + 0,74 (m — 0,38)

 

Задняя пневмоподвеска автомобиля КамАЗ 5315 | Автомобили и автомобильное хозяйство (Автосервис)

Модернизация задней подвески автомобиля КамАЗ 5315
Чертеж и расчет пневмоподвески автомобиля КАМАЗ. Внедрение пневматических баллонов вместо обычных рессор на задней оси автомобиля КАМАЗ двухосного. ВУЗ: МАДИ. Предмет: Автомобили. 4 курс.

Характеристика подвески влияет на множество эксплуатационных качеств автомобиля: плавность хода, комфортабельность, устойчивость движения, долговечность, как самой машины, так и целого ряда ее узлов и деталей. В тяжелых дорожных условиях именно возможности подвески, а вовсе не мощность двигателя, определяют средние и максимальные скорости движения.
Опыт эксплуатации грузовых автомобилей показывает, что на неровных дорогах средняя скорость движения падает на 35 – 40%, расход топлива увеличивается на 50 — 70%, межремонтный пробег уменьшается на 35 — 40%. При этом производительность автотранспорта снижается на 32 — 36%, а стоимость перевозок возрастает на 50 — 60%. К этому следует добавить потери, обусловленные перерасходом металла, топлива, резины и добавочными затратами рабочей силы. Для уменьшения этих потерь можно или улучшать дороги, что дорого, или совершенствовать подвески автомобиля, что еще дороже, но в пересчете на тысячи автомобилей оказывается дешевле.
В результате проведённой модернизации будет обеспечена плавность хода автомобиля, а также улучшены эксплуатационные свойства автомобиля КамАЗ 5315 в целом.

Пневмобалон задней подвески автомобиля КамАЗ 5115
Задняя пневмоподвеска автомобиля КамАЗ 5315

Состав: Расчет, Пневмобалон (ВО), Задняя пневмоподвеска (ВО)

Софт: Компас v12