Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Актуальные вопросы повышения виброзащитных свойств подвесок атс с пневмогидрав лическими рессорами 11
1.1. Анализ плавности хода и виброзащитных свойств подвесок АТС 11
1.2 Основные типы пневмогидравлических рессор и их классификация 16
1.3. Анализ основных направлений повышения виброзащитных свойств подвесок АТС за счет регулирования их демпфирующих характеристик 32
1.4. Теоретические и экспериментальные методы исследования подвесок АТС 43
1.5. Цель и задачи исследования 47
ГЛАВА 2. Разработка конструктивных схем и математических моделей пневмогидравлических подвесок с саморегулируемыми демпферами 48
2.1. Конструктивные схемы ПГР с адаптивными демпферами, обеспечивающими саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний 48
2.2. Математические модели подвесок АТС с саморегулируемыми пневмогидравлическими рессорами 52
2.3 Пространственная математическая модель быстроходной гусеничной машины с пневмогидравлической подвеской 59
2.4. Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. Методика экспериментального исследования виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемым демпфером 68
3.1. Экспериментальная ПГР с саморегулируемым демпфером 68
3.2. Экспериментальная установка для исследования виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемым демпфером 73
3.3. Методика проведения стендовых испытаний пневмогидравлической подвески с саморегулируемым демпфером 80
3.4. Выводы по главе 3 82
ГЛАВА 4. Теоретическое и экспериментальное исследование виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемыми демпферами 83
4.1. Исследование пневмогидравлической подвески с адаптивным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний 83
4.1.1. Экспериментальное исследование ПГР с подвижным плунжером 83
4.1.2. Теоретическое исследование пневмогидравлической подвески с адаптивным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний 87
4.2. Исследование виброзащитных свойств ПГР с адаптивным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре 97
4.3 Исследование демпфирующих свойств ПГР с адаптивными саморегулируемыми демпферами в программном комплексе ФРУНД 103
4.4. Выводы по главе 4 109
ГЛАВА 5. Предложения по модернизации пгр с целью повышения их демпфирующих свойств и снижения внутренних потерь 112
5.1. ПГР подвесок быстроходных гусеничных машин специального назначения 112
5.1.1. ПГР с адаптивными демпферами, саморегулируемыми по амплитуде и направлению колебаний 112
5.1.2. ПГР с адаптивным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре 120
5.2 ПГР подвесок колесных АТС специального назначения 123
5.3. Инженерная методика расчета саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний демпфера 133
5.4. Выводы по главе 5 136
Основные результаты и выводы 137
Список литературы
- Анализ основных направлений повышения виброзащитных свойств подвесок АТС за счет регулирования их демпфирующих характеристик
- Математические модели подвесок АТС с саморегулируемыми пневмогидравлическими рессорами
- Экспериментальная установка для исследования виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемым демпфером
- Теоретическое исследование пневмогидравлической подвески с адаптивным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний
Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Плавность хода и скорость движения автотранспортных средств (АТС) на неровных дорогах в значительной степени определяются виброзащитными свойствами подвески. Качество подвески влияет на долговечность и топливную экономичность машин, сохранность и скорость доставки перевозимых грузов, и, в конечном счете, на эффективность использования автомобильного транспорта. Для техники специального назначения от качества системы подрессоривания в значительной степени зависит усталость экипажа и точность выполнения возложенных на него функций.
В настоящее время в системах подрессоривания АТС все шире применяются пневматические рессоры с гидравлической передачей усилия, которые называют пневмогидравлическими рессорами (ПГР). Они имеют преимущества по сравнению с другими типами подвесок по удельной энергоемкости и габаритам, однако виброзащитные свойства применяемых ПГР не достаточны для дальнейшего увеличения скоростей движения АТС, особенно по разбитым дорогам. В основном это связано с тем, что в них применяются нерегулируемые демпферы в виде дросселей, гидравлическое сопротивление которых зависит только от скорости и направления деформации рессоры. В результате не на всех режимах работы подвески обеспечиваются высокие виброзащитные свойства. Поэтому для улучшения виброзащитных и других свойств ПГР необходим поиск и обоснование новых конструктивных схем ПГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний.
Цель работы: Повышение виброзащитных свойств пневмогидравлических рессор за счет адаптивных демпферов, обеспечивающих саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам.
Задачи исследования:
1. Разработать математические модели ПГР с адаптивными демпферами,
обеспечивающими саморегулирование гидравлического сопротивления в зави
симости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим па
раметрам.
Разработать методику стендовых испытаний ПГР новой структуры.
Разработать экспериментальный образец ПГР с саморегулируемым демпфером.
Провести теоретическое и экспериментальное исследование виброзащитных свойств ПГР с предложенными алгоритмами адаптивного саморегулируемого демпфирования и плавности хода АТС с такими ПГР.
Разработать предложения по модернизации ПГР с целью повышения их демпфирующих свойств и снижения внутренних потерь.
Методы исследования. Поставленная цель достигается использованием методов теоретической механики, в частности теории колебаний, вычислительной математики и программирования, а также проведением стендовых испытаний с помощью современной контрольно-измерительной аппаратуры.
Автор выражает благодарность за научное консультирование к.т.н., доценту кафедры «Автоматические установки» ВолгГТУ Дьякову Алексею Сергеевичу
Объекты исследований. Объектами исследований являлись штатные ПГР быстроходной гусеничной машины специального назначения и выполненные на их базе экспериментальные ПГР с демпферами, обеспечивающими расчетное саморегулирование гидравлического сопротивления в зависимости от режимов колебаний.
Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании повышения виброзащитных свойств пневмогидравлических подвесок АТС за счет применения адаптивных демпферов, обеспечивающих саморегулирование сил неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам. Разработаны:
Оригинальные математические модели пневмогидравлических рессор с адаптивными саморегулируемыми по предложенным алгоритмам демпферами.
Математические модели одноопорной двухмассовой, двухопорной трехмас-совой и многоопорной пространственной колебательных систем с предложенными ПГР, позволяющие выявлять виброзащитные свойства и основные конструктивные параметры адаптивных саморегулируемых демпферов.
Практическая ценность:
Разработанные ПГР с адаптивными демпферами, обеспечивающими саморегулирование сил неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам, позволяют повысить виброзащитные свойства подвески транспортного средства по сравнению с известными ПГР.
Разработанные и запатентованные конструкции ПГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование сил неупругого сопротивления по предложенным алгоритмам, могут быть использованы при модернизации существующих и создании перспективных пневмогидравлических подвесок АТС.
Разработанная методика экспериментального исследования может быть использована для дальнейшего совершенствования пневмогидравлических рессор быстроходных гусеничных машин специального назначения.
Реализация работы. Работа выполнялась по договорам с ПО «БелАЗ» и ОАО «ВМК «ВгТЗ». Имеется акты внедрения и использования результатов работы в ВолгГТУ и на ОАО «ВМК «ВгТЗ».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на междунар. науч.-практ. конф. «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 2002, 2005); «Россия периода реформ» (Волгоград, 2009); междунар. науч.-техн. семинаре «Прогрессивные сборочные процессы в машиностроении» (Волгоград, 2009); на междунар. науч.-техн. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы теории, практики и подготовки кадров», посвящ. 70-летию с начала выпуска танков на Челябинском тракторном заводе (Челябинск, 2011); на науч.-практ. конф. ВолгГТУ (Волгоград, 2005-2012), Ковров (2006); на регион, конф. молод, исследов. Волгоград, обл. (Волгоград, 2002-2008). По теме исследований выигран конкурс грантов для молодых ученых ВолгГТУ - проект «Адаптивная система подрессоривания для наземных транспортных систем» (2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 3 патента на изобретения, 1 патент на полезную модель и 4 статьи в журналах, включенных в Перечень изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 150 наименований, приложений. Работа содержит 170 страниц машинописного текста, включающего 4 таблицы и 63 рисунка.
Основные положения, выносимые на защиту:
Математические модели ИГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование гидравлического сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам.
Методика стендовых испытаний ПГР новой структуры.
Экспериментальный образец ПГР с саморегулируемым демпфером.
Результаты теоретического и экспериментального исследования виброзащитных свойств ПГР с предложенными алгоритмами адаптивного саморегулируемого демпфирования и плавности хода АТС с такими ПГР.
Предложения по модернизации ПГР с целью повышения их виброзащитных свойств и снижения внутренних потерь.
Анализ основных направлений повышения виброзащитных свойств подвесок АТС за счет регулирования их демпфирующих характеристик
Для снижения данных потерь необходимо правильно подбирать демпфирующую характеристику системы подрессоривания, к которой предъявляются два противоречивых требования:
1) обеспечение нормативной плавности хода в соответствие с допустимым уровнем среднеквадратических ускорений на сиденье водителя во всём спектре частот возмущения;
2) обеспечение безопасности движения путем сохранения стабильного контакта шин с поверхностью дороги [76].
Анализ представленных требований показывает, что для их удовлетворения при различных условиях движения демпфирующая характеристика должна быть регулируемой, что уже было отражено в параграфе 1.1. При отсутствии такого регулирования принимается обычно компромиссное решение между снижением безопасности движения и плавности хода путем оптимизации параметров демпфирующей характеристики на дроссельном и клапанном участках.
Выбору оптимальной характеристики демпфирующего устройства посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов [19, 20, 25, 32, 37, 40, 41, 42, 43, 44, 48, 51, 52, 53, 61, 62, 66, 69, 70, 82, 87, 97, 98, 99, 113, 114, 115, 116, 127, 132, 133, 136, 137, 142, 145, 150 ], однако эту задачу нельзя считать решённой.
В работе [98] Я. М. Певзнер и А. Д. Конев на основании проведенных расчётов установили, что при движении по реальному однородному дорожному профилю величина минимума ускорений, достигаемая подбором коэффициента сопротивления амортизатора, практически не зависит от формы демпфирующей характеристики, т. е. несимметричная нелинейная (из-за работы разгрузочных клапанов) характеристика практически не имеет преимуществ по сравнению с симметричной линейной характеристикой. В то же время при переезде через неровность типа ступени пик ускорений ниже в подвеске с разгрузочными клапанами. Быстрота затухания колебаний после проезда ступеней практически одинакова как при наличии клапанов, так и без них, поскольку они при этом закрыты. Вследствие этого авторы утверждают, что полученные ими результаты облегчили подход к исследованию принципов автоматического регулирования амортизаторов, так как нет необходимости рассматривать варианты характеристик и методы изменения их параметров. Достаточно рассмотреть линейную симметричную характеристику при переменном коэффициенте сопротивления и найти те оптимальные значения, которые обеспечивают получение наилучших оценочных показателей. Реальная характеристика в процессе регулирования должна изменяться так, чтобы иметь средний коэффициент сопротивления, равный полученным оптимальным значениям. Данные выводы авторов, очень важны, однако в работе ничего не говорится о практической реализации данных предложений.
В работе [99] при сравнении линейной симметричной демпфирующей характеристики и нелинейной типа "насыщение", имеющей до открытия разгрузочных клапанов одинаковый с предыдущей коэффициент сопротивления, авторы установили, что при наложении на низкочастотные колебания кузова высокочастотных колебаний колёс такой же амплитуды в нелинейной подвеске происходит систематическое открытие разгрузочных клапанов и ослабление демпфирования низкочастотных колебаний почти в четыре раза. Эти результаты показывают, что обычные амортизаторы не обеспечивают эффективное гашения смешанных (низкочастотных и высокочастотных) колебаний. Поэтому необходим поиск новых конструкций демпфирующих устройств.
В монографии [137] И. Н. Успенский и А. А. Мельников для подвески со статическим регулированием положения кузова рекомендует при движении по ровным дорогам (средняя квадратическая высота неровностей jq 0,5 см) оптимальные значения относительного коэффициента затухания у/= 0,2.. .0,3, а при движении по разбитым дорогам (ач 2,5 см) - у/ = 0,6...0,8, причем большие значения соответствуют меньшим собственным частотам. При движении по дорогам среднего качества сопротивление при малых размахах колебаний подвески (к 2 см) может быть снижено до уровня, соответствующего оптимальному значению при движении по ровным дорогам. Эти результаты получены при предельно допустимых вертикальных среднеквадратических ускорениях az - 2 м/с2, оцениваемых как беспокоящие, при которых усталость наступает через 3.. .4 часа движения.
В монографии [43] под редакцией А. А. Хачатурова показывается, что для получения оптимального с точки зрения плавности хода линейного сопротивления амортизаторов при изменении условий движения требуются непрерывное регулирование относительного коэффициента затухания у/ в пределах 0,25...0,6 - для грузовых автомобилей и 0,15...0,5 - для легковых автомобилей. При этом оптимальный по плавности хода коэффициент сопротивления применительно к сильно изношенным и грунтовым дорогам будет оптимальным и по безопасности движения. На хороших дорогах это совпадение двух требований не соблюдается. Поэтому необходимо либо принимать компромиссное решение и выбирать величину коэффициента сопротивления с учётом степени важности названных параметров, либо изменять структуру подвески, например, применяя динамические гасители колебаний колёс. Следует отметить, что при высоких скоростях движения на хороших дорогах указанные противоречия ослабевают. Кроме того, авторы данной работы отмечают, что вынужденная установка ограничительных клапанов сужает диапазон уровней возмущений, в котором обеспечивается демпфирование, удовлетворительное по плавности хода и безопасности движения. При этом не удаётся, используя лишь одну регулировку амортизатора, выполнить одновременно требования по плавности хода и безопасности движения не только для всех дорожных условий, но даже для одного профиля при различных скоростях движения. В этой же работе делается вывод, что оптимальное демпфирование в подвесках может быть достигнуто при использовании автоматического регулирования сопротивления амортизаторов, в том числе с помощью локационного оборудования для упреждающего определения статистических характеристик микропрофиля дороги перед автомобилем и, в соответствии с этим, перестраивающего алгоритм работы подвески. Однако предложение авторов вряд ли может быть использовано в ближайшем будущем на отечественных автомобилях, так как существенно усложняет подвеску автомобиля, превращая её по существу в систему автоматического регулирования, имеющую высокую стоимость и низкую надёжность.
В работе [42] А. Д. Дербаремдикер отмечает, что применение постоянных характеристик, которые выбраны в результате компромисса при учёте противоречивых требований, является принципиальным недостатком отечественных АТС. В работе приводится оптимальная характеристика гашения колебаний (рис. 1.19), согласно которой для удовлетворения требованиям плавности хода во всем частотном диапазоне сопротивление амортизатора необходимо увеличивать только в зонах резонанса.
Математические модели подвесок АТС с саморегулируемыми пневмогидравлическими рессорами
В системе (2.14) приняты следующие обозначения: х - вектор-столбец координат, определяющих положение центра масс и ориентацию всех тел, входящих в модель АТС. Для пространственного случая размерность вектора каждого тела равна 6, она складывается из 3-х поступательных и 3-х вращательных координат. Поступательные координаты -продольное, поперечное и вертикальное перемещения в неподвижной системе. Вращательные координаты в случае пространственного движения не имеют строгого физического смысла. В уравнения движения они входят в виде проекции угловых ускорений и скоростей корпуса на связанную с ним систему координат; xs - вектор-столбец координат корпуса и неподрессоренных масс, размерность этого вектора определяется количеством неподрессоренных масс в модели; р - вектор реакций в кинематических связях (шарнирах модели); М - матрица инерции тел модели, которая считается диагональной, в предположении, что главные центральные оси инерции близки к естественным осям симметрии АТС; D - матрица коэффициентов уравнений связей модели; Т- символ транспонирования матрицы; h(x, х) - вектор правых частей уравнений связей; /е - вектор сил и моментов податливых связей и нагрузок, действующих на тела модели, в которые не входят силы от подвесок; fs(xs, xs)- вектор упругих и демпфирующих сил подвесок и моментов от них: Л (Xs s) = fsd (Xs Л ) + fsr (Xs Xs )» (2-15) fsd (xs xs) вектор сил, действующих по поступательным степеням свободы; fsr (xs, xs) - вектор моментов, действующих по поворотным степеням свободы. Вектор fsd(xs,xs), действующий по поступательным степеням свободы от упругих и демпфирующих сил подвесок, можно представить в виде где В - матрица перевода проекций сил подвесок из глобальной системы координат элементов подвески в правые части уравнений движения по поступательным степеням свободы отдельных тел; m - число тел, на которые действуют силы подвески (ш-п+ 1), п - число подвесок; Fs - вектор всех сил подвески. Матрица перевода В состоит из подматриц Bt размерностью 6 х (6 х п), і=1,т.В свою очередь подматрица Bt состоит из блоков размерностью 6x6 вида В t = (Вп, By, Bin). Каждый блок Btj представляется в форме вч = (S„ 033ї \Уъъ О33 j где Озз - нулевые матрицы, размерностью 3 х 3, a StJ диагональная матрица, значение диагональных коэффициентов которой равны +1,-1 и 0 в зависимости от последовательности вхождения тела в описание элемента подвески и вида тела, для которого задается Bt (Sy - нулевая матрица, еслиу -ая подвеска не связана с г -ым телом).
Вектор-столбец силовых воздействий Fs от подвески представляется набором векторов-столбцов вида Ч31У , где 031 - нулевой столбец размерностью 3xl,Fj,- вектор-столбец размерностью 3x1 проекции сил в / ой подвеске по осям неподвижной системы координат: Fsi = ҐС л Су, . с , К и Л) Здесь Схі, СУІ, Czi — направляющие косинусы оси упругодемпфирующего элемента подвески; Fsi{Xi Д,)- алгебраическое значение силы в элементе; А, и кt - деформация и скорость деформации г -ого элемента.
Вектор моментов fsr (xs, xs), действующих по вращательным степеням свободы тел модели, можно представить в виде матрицы равны значениям соответствующих координат точки крепления элемента в связанной с телом системе координат; N - может принимать значения + 1,-1 и 0 в зависимости от последовательности описания узлов модели и признака того, действует лиу -ая сила на г -ое тело.
Вектор-столбец силовых воздействий F складывается из следующих s\ F. блоков: Fi(- = F, где Озі нулевая матрица размерностью 3 х 1; Fb sr V3iy Fsbt- компоненты сил от подвесок в системе координат г -ого тела. F = A]F si(hl Д(), где А]- матрица преобразования из неподвижной системы координат в систему координат, связанную с рассматриваемым телом. Матрица преобразования А вычисляется через углы Эйлера ориентации тела: cos в cos у/ - cos # sin у/ sin# А= sin ср sin 0 sin у/ + cos р sin у/ - sin ф sin в sin у/ + cos р cos ц/ -sin cos - cos ф sin в cos у/ + sin ф sin у/ cos ф sin в sin у/ + sin ф cos у/ COS ф COS в где q , в, у/ - корабельные углы Эйлера, углы последовательных поворотов вокруг осей Л;, у, z связанной с телом системы координат.
Углы ориентации определяются при интегрировании кинематических уравнений Эйлера, связывающих проекции угловой скорости тела на подвижную систему координат с углами Эйлера и их производными: ф = (сох cos у/ -со у sin )/cos в в = сох sin у/ + соу COS у/ у/ = {со у sin у - сох cosy/)tgO + coz Сингулярность кинематических уравнений Эйлера в точках в « л: 12 при численном интегрировании преодолевается сдвигом угла в в нулевое значение и соответствующем пересчете матрицы поворота. Такой прием в данном случае возможен, поскольку углы ориентации в явном виде не входят в уравнения движения.
Деформации и скорости деформаций произвольно ориентированных элементов подвесок определяют по абсолютным координатам и скоростям точек, которые связывают рассматриваемый элемент подвески. Относительная деформация равна \ = /г - /0г, где /0/ - длина элемента в исходном состоянии, /; - текущая длина элемента, которую можно выразить через компоненты вектора / 7 9 О /,: /; = JAxl + Д + Azl , а сам вектор записывается как Д, =5", + Axlx -(S2 + А212). Здесь S\ - вектор координат центра масс первого тела; 1\ - вектор координат точки крепления в системе координат тела; А\ -матрица размерностью 3x3 преобразования из подвижной в абсолютную систему координат тела 1; S\, h, А2 - то же для тела 2, на котором расположена 2-ая точка крепления элемента подвески.
Экспериментальная установка для исследования виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемым демпфером
Конструктивная схема экспериментальной ПГР с саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний демпфером приведена на рис. 3.1.
Пневмогидравлическая рессора содержит цилиндр 1, в котором установлен поршень 2 со штоком 3, образующие в цилиндре 1 поршневую 4 и штоковую 5 полости, и смонтированный в дополнительном цилиндре гидроаккумулятор 6, соединенный с поршневой полостью 4 через головку 7. В гидроаккумуляторе 6 установлен плавающий поршень 8, образующий в нем гидравлическую 9 и пневматическую 10 полости. Поршневая полость 4 и гидравлическая полость 9 заполнены жидкостью, а пневматическая полость 10 - газом. Штоковая полость 5 может заполняться жидкостью от гидравлической системы машины для подъема колеса, ё
Демпфирующий узел выполнен саморегулируемым в зависимости от амплитуды и направления колебаний и в зависимости от изменения статического давления в рессоре. Он состоит из плунжера 11, который установлен с возможностью осевого перемещения в корпусе 19 и образует надплунжерную 13 и под плунжерную 14 полости, сообщенные между собой через дроссельное отверстие 15 в плунжере 11, образующее основной дроссельный канал с большим сопротивлением, обеспечивающий жесткую демпфирующую характеристику рессоры при крайних положениях плунжера 11 в корпусе клапана 19, что необходимо для эффективного гашения колебаний с большой амплитудой. Соединительный канал 12 имеет выходящее отверстие 16 в полость 14, а клапан 19 имеет выходящее отверстие 18 в полость 13. образующие дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, обеспечивающий мягкую демпфирующую характеристику рессоры при движении плунжера 11 между его крайними положениями в корпусе клапана 19 независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения колебаний с малой амплитудой и при совпадении направлений движения корпуса и катка.
На ходе сжатия рессоры шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из поршневой полости 4 перетекает в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 6 через клапан 19, что вызывает перемещение плавающего поршня 8 и сжатие газа в пневматической полости 10. На ходе отбоя, т.е. когда шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в полости 4 уменьшается, и под действием перепада давлений плавающий поршень 8 перемещается в обратном направлении, газ в полости 10 расширяется, а жидкость из полости 9 перетекает в полость 4 через клапан 19. При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы клапана 19.
При работе рессоры с большими амплитудами в начале каждого цикла колебаний под действием перепада давлений между полостями 4 и 9 плунжер 11 свободно перемещается в корпусе клапана 19 вниз или вверх до упора. При этом перепад давлений между полостями 4 и 9 создается только на выходящих отверстиях 16 и 18, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, так как плунжер 11 движется практически вместе с жидкостью, а перетекание жидкости через дроссельное отверстие 15 плунжера 11 незначительно. После остановки плунжера 11 в крайних положениях перепад давлений между полостями 4 и 9 создается на дроссельном отверстии 15, образующем основной дроссельный канал с большим сопротивлением. В результате рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, поскольку время работы рессоры с мягкой характеристикой незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость ее деформации, а значит и сила демпфирования мала. Тем самым обеспечивается высокая эффективность гашения колебаний большой амплитуды, которые имеют место в основном в зоне низкочастотного резонанса корпуса.
При работе рессоры с малой амплитудой плунжер 11 практически не доходит до упора, и рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения зарезонансных колебаний корпуса при любой степени загрузки АТС.
Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по амплитуде колебаний.
При случайных колебаниях рессоры с различными амплитудами и частотами, например, при больших низкочастотных колебаниях корпуса и малых высокочастотных колебаниях катка, возможно совпадение направлений движения корпуса и катка. При этом на ходе сжатия или отбоя рессоры под действием низкочастотного движения кузова вниз или вверх плунжер 11 в основном находится, соответственно, внизу или вверху, обеспечивая жесткую демпфирующую характеристику, необходимую для эффективного гашения колебаний корпуса. При резком изменении направления деформации рессоры в результате попадания катка, например, в ямку или наезде на бугор, плунжер 11 практически мгновенно перемещается, соответственно, вверх или вниз, обеспечивая на величине этих перемещений мягкую демпфирующую характеристику, необходимую для уменьшения воздействия дороги на увеличение колебаний корпуса при совпадении направлений движений корпуса и катка в вертикальном плоскости. Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по направлению колебаний.
Штоковая полость 5 цилиндра 1 может быть использована для отвода утечек жидкости, просочившейся через уплотнение поршня 2 в гидросистему транспортного средства или подачи жидкости для подъема корпуса.
Экспериментальная подвеска (рис. 3.2) создана на базе серийной пневмо-гидравлической рессоры подвески быстроходной гусеничной машины специального назначения. В ПГР установлен демпфирующий узел, внутри которого имеется подвижный плунжер с осевым дроссельным отверстием (рис. 3.3). Данный узел устанавливался вместо демпфера серийной ПГР.
Параметры демпфирующего узла: длина корпуса - 80 мм; наружный диаметр корпуса - 42 мм; внутренний диаметр корпуса - 37 мм, длина плунжера - 58 мм; диаметр дроссельного отверстия в плунжере - 4 мм; свободный ход плунжера - 22 мм, приведенный к ходу штока рессоры, - 12 мм.
Для экспериментального исследования виброзащитных свойств предлагаемой пневмогидравлическои рессоры использовался динамический стенд (рис. 3.4) для испытания пневматических шин и упругих элементов транспортных средств [80, 89] кафедры «Автоматические установки» ВолгГТУ.
Данный стенд внедрён в учебный процесс и включённый в состав испытательной лаборатории ВолгГТУ, аккредитованной Госстандартом РФ. Стенд позволяет проводить испытания на свободные затухающие колебания методом сбрасывания и подтягивания, на вынужденные колебания при гармоническом кинематическом воздействии с различной амплитудой, определять статические и динамические характеристики подвески.
Теоретическое исследование пневмогидравлической подвески с адаптивным демпфером, саморегулируемым по амплитуде и направлению колебаний
Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по направлению колебаний.
В случае возникновения больших перепадов давлений между полостями 4 и 9 на ходе сжатия дополнительно сжимается пружина 20, а на ходе отбоя пружина 21, и плунжер 11 открывает, соответственно, перекрытое выходящее отверстие 18 или 17. Таким образом, обеспечивается ограничение силы демпфирования при больших скоростях деформации рессоры.
Предлагаемая ПГР имеет простую и надежную конструкцию и обеспечивает повышение плавности хода вследствие саморегулирования гидравлических характеристик в зависимости от амплитуды и направления колебаний независимо от статического положения поршня в рессоре. ПРГ по патенту РФ №2212344 (рис. 5.2). Данная пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства работает следующим образом.
На ходе сжатия рессоры шток 3 с поршнем 2 входит в цилиндр 1, жидкость из поршневой полости 4 перетекает в гидравлическую полость 9 гидроаккумулятора 6 через клапан 7, что вызывает перемещение плавающего поршня 8 и сжатие газа в пневматической полости 10. На ходе отбоя, т.е. когда шток 3 с поршнем 2 выходит из цилиндра 1, давление в полости 4 уменьшается, и под действием перепада давлений плавающий поршень 8 перемещается в обратном направлении, газ в полости 10 расширяется, а жидкость из полости 9 перетекает в полость 4 через клапан 7. При этом в зависимости от режимов колебаний рессоры возможны следующие режимы работы клапана 7.
При работе рессоры с большими амплитудами в начале каждого цикла колебаний под действием перепада давлений между полостями 4 и 9 плунжер 11 свободно перемещается в соединительном канале 12 корпуса клапана 7 вниз или вверх до упора в торцы нижнего или верхнего ступенчатых поршней 19 или 18. При этом перепад давлений между полостями 4 и 9 создается только на верхнем и нижнем выходящих отверстиях 16 и 17, образующих дополнительный дроссельный канал с малым сопротивлением, так как плунжер 11 движется практически вместе с жидкостью, а перетекание жидкости через дроссельное отверстие 15 плунжера 11 незначительно. При упоре плунжера 11 в один из ступенчатых поршней 18 или 19 он перекрывает, соответственно, верхнее или нижнее выходящее отверстие 16 или 17. После остановки плунжера 11 в крайних положениях перепад давлений между полостями 4 и 9 создается на дроссельном отверстии 15, образующем основной дроссельный канал с большим сопротивлением. В результате рессора имеет жесткую демпфирующую характеристику, поскольку время работы рессоры с мягкой характеристикой незначительно и приходится на начало деформации рессоры, когда скорость ее деформации, а значит и сила демпфирования мала. Тем самым обеспечивается высокая эффективность гашения колебаний большой амплитуды, которые имеют место в основном в зоне низкочастотного резонанса кузова.
При работе рессоры с малой амплитудой плунжер 11 практически не доходит до упора в ступенчатые поршни 18 и 19, и рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику независимо от статического положения поршня 2 в цилиндре 1, что необходимо для эффективного гашения зарезонансных колебаний кузова при любой степени загрузки автомобиля.
Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по амплитуде колебаний.
При случайных колебаниях рессоры с различными амплитудами и частотами, например, при больших низкочастотных колебаниях кузова и малых высокочастотных колебаниях колеса, возможно совпадение направлений движения кузова и колеса. При этом на ходе сжатия или отбоя рессоры под действием низкочастотного движения кузова вниз или вверх плунжер 11 в основном находится, соответственно, внизу или вверху, обеспечивая жесткую демпфирующую характеристику, необходимую для эффективного гашения колебаний кузова. При резком изменении направления деформации рессоры в результате попадания колеса, например, в ямку или наезде на бугор, плунжер 11 практически мгновенно перемещается, соответственно, вверх или вниз, обеспечивая на величине этих перемещений мягкую демпфирующую характеристику, необходимую для уменьшения воздействия дороги на увеличение колебаний кузова при совпадении направлений движений кузова и колеса в вертикальном плоскости. Таким образом, обеспечивается саморегулирование гидравлического сопротивления рессоры по направлению колебаний.
В случае возникновения больших перепадов давлений между полостями 4 и 9 на ходе сжатия плунжер 11 перемещает ступенчатый поршень 19 вниз, а на ходе отбоя - ступенчатый поршень 18 вверх, открывая нижнее или верхнее выходящее отверстие 17 или 16, соответственно. При этом на ходе сжатия жидкость из полости 4 перетекает в полость 9 через верхнее выходящее отверстие 16, отверстие 27, внутреннюю верхнюю полость 22, дроссельное отверстие 26, надплунжерную полость 13 и через нижнее выходящее отверстие 17, а также через дроссельное отверстие 15, дроссельное отверстие 28, внутреннюю ниж 117 нюю полость 23 и отверстие 29. На ходе отбоя жидкость из полости 9 перетекает в полость 4 через нижнее выходящее отверстие 17, отверстие 29, внутреннюю нижнюю полость 23, дроссельное отверстие 28, подплунжерную полость 14 и через верхнее выходящее отверстие 16 , а также через дроссельное отверстие 15, дроссельное отверстие 26, внутреннюю верхнюю полость 22 и отверстие 27. Величина максимальной силы демпфирования на ходе сжатия пропорциональна давлению в гидравлической полости 9 гидроаккумулятора 6, а на ходе отбоя - давлению в поршневой полости 4 цилиндра 1, т. е. зависит от степени деформации рессоры вследствие изменения нагрузки или колебаний с большими амплитудами. Кроме того, величины максимальных сил демпфирования на ходе сжатия и отбоя также зависят от величины площадей поперечного сечения кольцевой полости 20 и 21, сообщенных с наружной атмосферой отверстиями 24 и 25, поэтому для получения несимметричной демпфирующей характеристики необходимо применять ступенчатые поршни с разными диаметрами больших ступеней. Таким образом, при больших скоростях деформации рессоры обеспечивается ограничение демпфирующей силы пропорционально изменению статического давления в рессоре вследствие изменения подрессоренной массы.
