Пневматическая подвеска для бюджетного автомобиля

Худайбердин Айрат Рустемович Шишкина Анна Федоровна.

Аннотация

В статье описан процесс разработки и изготовления пневматической подвески, адаптированной под бюджетный автомобиль. Рассматриваются преимущества использования пневмоподвески, подробно описывается расчет элементов устройства.

Ключевые слова: клиренс, пневматическая подвеска, пневмоподушка, сильфон пневматический подвеска автомобиль четырехконтурный 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 однои 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 = рD²/4.

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

D = 1.2· (М/ Р_возд)^½ .

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:

ДH = 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.

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