Носов Н.А. - Расчёт и конструирование гусеничных машин (1066314), страница 95
Текст из файла (страница 95)
ПОДВЕСКИ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ И ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ УПРУГИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Стремление повысить энергоемкость систем подрессоривания и получить подвески с нелинейной характеристикой привело к развитию работ н исследований в области создания рессор, в которых в качестве упругого элемента используются жидкости и газ. Общие свойства и классификация Рессоры этой группы можно классифицировать следующим образом. Пневматические рессоры (ПР), где в качестве упругого элемента используется воздух, могут быть: а) репино-кордного типа; они нашли распространение в автомобилестроении, для гусеничных машин они мало пригодны из-за О Рис. Х!1.!3. Принципиальные схемы иеметаллинеских рессор больших габаритов и неудобства их компоновки в ходовых системах; б) телескопического типа с металлическим рабочим цилиндром и поршнем.
Эти рессоры выполняются как чисто пневматическими, т. е. наполняемыми одним воздухом, так и с жидкостью, передающей давление от поршня воздуху (рис. ХП,13, а). Сжимается здесь только воздух, жидкость (давление в камере не превосходит 20 — 30 МПа) практически не сжимается. Из числа неметаллических такие рессоры нашли преимущественное распространение на тяжелых автомобилях и гусеничных машинах. Они имеют следующие преимущества перед чисто пневматическими рессорами: наличие жидкости позволяет легче решить вопрос об уплотнении 476 воздуха в паре цилиндр — поршень и на выходе штока, резко снизить в них трение, повысить их износостойкость. Наличие жидкости в ПР позволяет при незначительном усложнении конструкции совместить рессору с амортизатором в одном элементе (рис. Х11.13, а).
Гидравлические рессоры (ГР), в которых сжатию при большом давлении (до 300 МПа) подвергается жидкость (рис. ХП.13, б), могут обеспечить ббльшую энергоемкость, чем пневматические рессоры, однако имеют больший вес. Главным их недостатком являются большие трудности в создании надежно „д Рис. Х11.14. Характеристики рессор работающих уплотнений как в паре цилиндр — поршень, так и на выходе штока из цилиндра. Утечки жидкости в такой рессоре неизбежны вследствие высокого давления, для поддержания стабильности характеристики рессоры и клиренса необходима система автоматической подкачки жидкости, усложняющая конструкцию.
Гидравлические подвески в силу указанных недостатков не получили широкого распространения. Пневматические и гидравлические рессоры имеют нелинейные характеристики Р = ~р (7) (кривые а — б — в соответственно на рис. ХП.14, а и б). Здесь Р— усилие, деформирующее рессору; 7" — деформация рессоры.
Пневмогидравлические рессоры (ПГР) характеризуются тем, что в них последовательно илн параллельно сжимаются как воздух, так и жидкость (рис. ХП,13, в). Обычно также в одной конструкции совмещаются и рессора, и амортизатор. ПГР работает следующим образом. При прямом ходе поршня жидкость перетекает через клапаны амортизатора и калиброванные 477 отверстия и давит на поршень-разделитель, который сжимает воздух в воздушной камере. При этом жидкость из камеры высокого давления свободно перетекает через отверстие в штоке, и ее давление соответствует давлению воздуха.
В этом случае работает только воздушная рессора (рис. ХП.!4, в, пологий участок характеристики а — б). После того, как при дальнейшем движении основного поршня будет перекрыто отверстие в штоке жидкость в камере высокого давления будет сжиматься, включится в работу и гидравлическая рессора, жесткость подвески резко возрастет (участок характеристики б — г).
При достижении максимально допустимого давления в гидравлической рессоре срабатывает редукцнонный клапан, сжатие жидкости прекратится, характеристика рессоры (участок г — д) пойдет эквидистантно характеристике пневматической рессоры (участок б — в), сжатие воздуха в которой будет продолжаться параллельно с работой гидравлической рессоры.
Плунжерная пара гидравлической рессоры здесь не уплотняется, так как перетекание жидкости из камеры высокого (до 300 МПа) в камеру низкого (до 20 — 30 МПа) давления не считается недопустимым. Наружное уплотнение штока здесь предназначено для уплотнений лишь этих давлений. В этом основное, и очень важное, преимущество ПГР перед ГР.
Протечки жидкости через зазор в плунжерной паре зависят от скорости поршня. Характеристика на участке г — д соответствует большой скорости поршня, когда протечки практически отсутствуют, сжимается весь объем жидкости в гидравлической рессоре и жесткость ее будет максимальной. При меньших скоростях поршня протечки увеличиваются, жесткость ГР уменьшается, характеристики ее проходят положе (кривые б — г', б — г" и т. д.). Это свойство характеристики ПГР хорошо согласуется с требованиями плавности хода: чем больше относительная скорость поршня, тем, следовательно, больше кинетическая энергия колебаний корпуса, тем большей энергоемкостью должна обладать подвеска. И, наоборот, при малых угловых скоростях колебаний корпуса для уменьшения ускорений, передаваемых на корпус, желательно иметь меньшую жесткость подвески.
При обратном ходе основного поршня редукционный клапан закрывается, закрываются и клапаны амортизатора. Сжатый в пневматической камере воздух через поршень-разделитель вытесняет жидкость через калиброванные отверстия в камеру низкого давления, теряя при этом значительную энергию. В камеру высокого давления, объем которой увеличивается, жидкость при этом перетекает только через зазор в плунжерной паре, создающий большое сопротивление. Потери энергии в гидравлической рессоре при этом также весьма значительны. Характеристика обратного хода ПГР проходит ниже характеристики прямого хода, образуя петлю гистерезиса, соответствующую энергии, поглощаемой в ПГР. 478 Для получения малой жесткости подвески при сравнительно малых значениях статического хода в пневматической рессоре осуществляется ее предварительное поджатне (величнна Π— а на характеристике), соответствующее обычно давлению в воздушной камере 10 МПа при 7" = О.
Таким образом, пневмогидравлическая рессора объединяет в себе достоинства ПР и ГР и свободна от их недостатков. Характеристика ее близка к оптимальной: подвеска обладает весьма малой жесткостью в районе статического хода катка и большой энергоемкостью за счет использования гидравлической рессоры. Характеристика пневматической (рис. ХП.13, г) или гидравлической (рис. ХП.13, д) рессоры может быть улучшена за счет применения в рессоре двух камер. Первоначально воздух (или жидкость) сжимается одновременно в обеих камерах, при дальнейшем движении поршня один из объемов отсекается и жидкость продолжает сжиматься только во втором объеме, что приводит к повышению жесткости рессоры при динамическом ходе (участок б — с характеристик ПР и ГР на рис, ХП.14, а, б).
Итак, ПГР и ПР обладают следующими преимуществами, открывающими перспективу их использования: а) имеют более благоприятные характеристики; б) дают возможность сочетания рессоры с амортизатором в одной конструкции, что позволяет упростить компоновку ходовой части, снизить ее вес; в) позволяют фактически установить амортизаторы на всех опорных катках, не увеличивая веса подвески; г) подвеска выносится из корпуса машины, что в ряде случаев представляет большое компоновочное преимущество; д) открывают широкие возможности регулирования через подвеску: клиренса машины (в зависимости от условий движения и величины перевозимого груза); дифферента корпуса и распределения нагрузок на опорные катки (формы эпюры нормальных давлений на грунт); жесткости и'энергоемкости подвески и т.
д.; е) дают более широкие возможности унификации: при одинаковых размерах рессоры изменением давления воздуха в ней можно получить различную грузоподъемность, т. е. возможность применения на машинах с различной нагрузкой на опорный каток. Основные соотношения параметров рессор Пневматические рессоры. Давление воздуха в цилиндре и занимаемый им при этом объем связан между собой уравнением политропного сжатия (ХП.б2) откуда может быть найдено давление в пневматической рессоре при любом ходе поршня (Хп.бз) 479 Здесь Рв — давление воздУха в статическом положении подвески; 1~,„ — объем под поршнем в статическом положении; г' — объем под поршнем в рассматриваемом случае; и — показатель поли- тропы. Статическая нагрузка на рессору Р, = р, Р„ где Р, — площадь поршня воздушной рессоры. Текущее значение нагрузки Р = РР,.
Если обозначить деформацию рессоры (ход поршня в воздушной рессоре) через Г, то жесткость. рессоры ЫР в Р пр Р вороп пв' в= вв = взв= и+1 ' вв где р, и г', — соответственно давление и объем в конце сжатия. Имея в виду, что: 81 получим РРп Ррп 2 П4р = У Жесткость рессоры при статической нагрузке Р,р,„,п Р п ( — ) +1' (Х П.64) гДе 1', — хоД поРшнЯ, соответствУюЩий Гп; Гп — ~„„+ Г", = Рв~ в запас хода поршня от )г, до $' = О.
Из полученных выражений следует, что уменьшение жесткостн— рессоры можно достичь, во-первых, увеличением объема воздушной камеры рессоры, что, однако, невыгодно конструктивно, так как при этом увеличиваются габариты и вес рессоры; во-вторых, уменьшением площади поршня Р„поскольку при большой величине Р, при одинаковом перемещении ЛГ будет больше величина Л К Это означает, что при заданной статической нагрузке Р должно пропорционально возрасти давление р, .
Применяя малые величины Р, и большие давления, можно получать малую жесткость рессоры и при ограниченных объемах воздушной камеры. Величина показателя полнтропы зависит, как известно, от характера теплообмена с окружающей средой узла, в котором тепло генерируется. Если сжатие газа происходит медленно (статическое приложение нагрузки), процесс можно считать изотермическим, т. е. п = 1. При динамическом приложении нагрузки, которое может иметь место при колебаниях, показатель политропы возрастает, так как тепло не успевает рассеиваться и температура газа растет. Для двухатомных газов, в том числе и для воздуха, максимальное значение и, соответствующее адиабатному процессу, равно 1,4. Для реальных условий работы 480 где )Ро — первоначальный объем жидкости в рессоре; Лр — изменение давления; ЛУ вЂ” изменение первоначального с(бъема, вызванное изменением давления Лр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
