ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА ДЛЯ БЮДЖЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ. Пневмоподвеска своими руками расчет
Худайбердин А.Р., Шишкина А.Ф. Пневматическая подвеска для бюджетного автомобиля
Худайбердин Айрат Рустемович1, Шишкина Анна Федоровна21Филиал 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 Rustemovich2, Shishkina Anna Fedorovna21Branch 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: 07.06.2018).
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:
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.
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
Все статьи автора «Шишкина Анна Федоровна»
technology.snauka.ru
Расчёт подушки. Слива. - F.A.Q. и статьи
Упрощённый расчёт пневматических упругих элементов
Сила упругости/жёсткость упругого элемента
Сила упругости (нагрузка) F пневматического упругого элемента зависит от эффективной площади Аw и избыточного давления в нем PiF = Pi x АwЭффективную площадь можно вычислить, зная эффективный диаметр dw.В упрощенной модели, имеющей жесткие поршень и цилиндр, эффективный диаметр соответствует диаметру поршня. В пневмобаллоие рукавного типа эффективный диаметр измеряется по самой глубокой точке раскатывающейся складки.
Как показывает формула, несущая способность пневмобаллона находится в прямой зависимости от эффективной площади и избыточного давления в нем. В статическом положении (без перемещений кузова) нагрузку (силу упругости пневмобаллона) можно изменять очень просто, варьируя давление в пневмобаллоне.В зависимости от нагрузки при различных величинах давления можно построить соответствующие характеристики упругого элемента (жесткости). При этом характеристика упругого элемента такова, что его жесткость изменяется пропорционально весу кузова, благодаря чему важная для обеспечения комфорта при езде частоте собственных колебаний кузова остаётся постоянной. Пневматическая подвеска настраивается на частоту собственных колебаний кузова 1,1 Гц 
Характеристика пневматического упругого элемента является прогрессивной, что обусловлено принципом его действия (при цилиндрическом поршне).Характеристика (наклон пологий/крутой) определяется объёмом пневмобаллона.
Больший объём даёт пологую кривую (мягкий упругий элемент), а малый объём даёт крутую характеристику (жёсткий упругий элемент).На вид характеристики может повлиять форма поршня.Изменение формы поршня вызывает изменение эффективного диаметра и. тем самым, усилия.
Выводы
Таким образом, для настройки пневмобаллона рукавного типа можно варьировать следующие величины:► величина эффективной площади;► величина объёма;► форма поршня
pnevmopodveska-club.ru
Установка пневмоподвески в ВАЗ 2110 своими руками
От состояния передней и задней подвески зависит плавность и мягкость хода автомобиля ВАЗ. Чтобы выполнить самостоятельный ремонт, необходимо знать основные неисправности – стук, проседания, потеря контроля, а также особенности выполнения замены той или иной детали в подвеске. «Железо», которое имеет задняя подвеска ВАЗ 2110, достаточно надежное, но сегодня существует более эффективные варианты, один из них – это пневмоподвеска, которую можно поставить своими руками. Данная статья затрагивает все вопросы, связанные с ходовой частью автомобиля.
Результат установки пневматической подвески. С ней водитель сможет менять дорожный просвет под свои нужды.
Основные неисправности
Стук является главной проблемой в передней или задней подвески. Стук возникает из-за многих причин, вот некоторые из них:
- Пришли в негодность подушки растяжек.
- Ослабли болты, которые отвечают за крепления стабилизатора к кузову штанги.
- Осадка или поломка пружины.
- Износ резиновых втулок.
Но стук – это не единственный показатель дефектов подвески. Неисправности могут проявляться и во время движения. Чаще всего машину «уводит» в сторону при прямолинейном движении. Причины у такого дефекта следующие:
- Поломка или осадка одного из амортизаторов.
- Деформация рычагов подвески.
- Смещение задней оси автомобиля.
Устройство подвесок
Перед тем, как изучить основные неисправности, стоит ознакомиться с устройством. ВАЗ 2110 получил телескопическую независимую подвеску, оснащенную винтовыми пружинами, поперечными нижними рычагами, амортизационными гидравлическими стойками, а также стабилизатором поперечной устойчивости. Основная деталь передней подвески – это амортизатор, устройство которого довольно простое.
Предназначены амортизаторы для гашения подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля, обеспечения «мягкого» хода, надежной устойчивости и управляемости, а также для снижения кренов во время торможения. Эта деталь берет на себя большую часть нагрузки, поэтому и считается самой важной. Устройство амортизатора должно быть всегда в исправном состоянии, ведь от него зависит безопасность водителя, его спутников и сохранность машины.
Установка пневмоподвески
Заменив штатную подвеску на пневматическую, водители получают более комфортно и плавное управление. Но поставить новое «железо» своими руками непросто: автомобилист должен понимать систему амортизации, а также знать, как выполняется ремонт ходовой части в автомобиле ВАЗ 2110.
Пневмоподвеска обладает следующими качествами:
- Управление высотой клиренса. Это главное свойство, из-за которого множество автомобилистов решаются поставить пневматический вариант подвески.
- Отсутствие просадки при любой загрузке автомобиля.
- Сглаживание кузовных колебаниях при прохождении сложных дорожных участков. Штатная подвеска более чувствительна к неровностям.
- Повышение показателя управляемости. За счет регулирования компрессии пневмоподвеска отлично работает как на асфальте, так и на бездорожье.
- Более простой ремонт в случае неисправности.
Необходимые материалы и инструменты
Необходимые детали для установки пневматической подвески.
Итак, мы решили своими руками поставить пневмоподвеску. Для этого нам потребуется комплект для задней или передней части. Помимо набора стоит проверить, есть ли в гараже:
- компрессор, который нужен для нагнетания воздуха в систему;
- ресивер, регулирующий клиренс без работы компрессора;
- крепления и инструменты, с помощью которых выполняется ремонт ходовой части.
Что касается креплений, то их рекомендуется заказать у опытного токаря. Также не рекомендуется нарушать заводские пазы крепления, которые уже присутствуют в ВАЗ 2110. В процессе они подгоняются под новые детали. Соблюдая эти правила, надежность конструкции не пострадает, да и всегда можно произвести ремонт своими руками или установку штатной подвески как спереди, так и сзади автомобиля.
Инструкция по установке
Покупая готовый комплект для установки своими руками, обязательно нужно поинтересоваться у продавца, есть ли инструкция, так как с ней работать будет проще. В любом случае, схема работы везде примерно одинаковая.
Схема пневматической подвески для автомобиля ВАЗ 2110. Устройство может отличаться в зависимости от набора.
- Автомобиль ставится на домкрат. Далее мы демонтируем пружины и колесную пару.
- Следующие действия зависят от типа монтажа: отдельная пневмоподвеска или детали, устанавливаемые прямо в пружину. Второй способ проще, но здесь каждый сам выбирает комплект.
- После выбора необходимо демонтировать стойки.
- Следующий шаг – это подготовка железа для установки элементов крепления. Когда крепежные детали установлены, можно монтировать подушки вместе с клапанами.
- Стойки с пневмоподушками ставятся на штатное место в автомобиле.
- Последний этап – это монтаж датчиков, ресивера, компрессора, магистральной системы подачи воздуха, а также блока управления. Все элементы нужно затягивать крепко, чтобы при эксплуатации не появился стук.
Магистральная система заслуживает особого внимания. Если планируется установка пневматической подвески на обе колесные оси, то лучше взять четырехконтурный вариант вместо двухконтурной. Чем же лучше пневмоподвеска на четыре контура? Дело в том, что она лучше регулирует крены кузова, ведь каждая подушка поддерживает определенное давления. Что касается, ресивера и компрессора, это эти агрегаты лучше всего разместить в багажнике.
Полезное видео по теме
vazremont.com
