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 = Рвозд·Sэ,
где M – нагрузка на пневмоподушку (в килограммах), Рвозд – рабочее давление воздуха в пневмоподушке (в кг/см2), Sэ – 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:
Sэ = 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/ Рвозд)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 = Hmax – Hmin,
где Hmax – максимальная высота сильфона; Hmin – 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
- 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
- Портал компании “КД-Пневмо” // URL: www.stavimpnevmo.ru