Статья посвящена описанию преимуществ и недостатков пневматической подвески подвижного состава и доказательству работоспособности предложенного способа повышения надежности пневматической подвески путем повышения ее температуры, за счет установки между полостями резинокордного пневматического баллона и его поршня воздушного демпфера в виде дросселя и обратного клапана, открытого на ходе сжатия.
Ключевые слова: подвижной состав, пневматическая подвеска, надежность, способ, условия эксплуатации.
Анализ развития подвижного состава пассажирского и грузового автомобильного транспорта свидетельствует о росте применения пневматической подвески, поскольку она позволяет решить целый ряд технических проблем, что повышает качество автомобилей. Пневматическая подвеска обеспечивает постоянство уровня пола автомобиля независимо от степени его загруженности, что очень важно для автобусов и пока не достижимо в подвесках с металлическими упругими элементами. Это обеспечивается за счет автоматического изменения давления сжатого воздуха в резинокордном пневматическом баллоне (РПБ) регуляторами положения кузова. Это замечательное свойство пневматической подвески позволило снизить ее жесткость, уменьшить вероятность пробоя подвески груженого автомобиля, повысить плавность движения транспортных средств, улучшить кинематику рулевого привода и повысить устойчивость движения. Поэтому пневматическая подвеска повышает сохранность грузов и комфортность пассажиров при перевозке, снижает нагрузки на многие узлы и детали, что повышает их надежность. Кроме того, пневматическая подвеска дает возможность осуществлять изменение клиренса автомобиля, что повышает его проходимость и облегчает проведение погрузо-разгрузочных работ.
Однако опыт эксплуатации автобусов большого класса в условиях сибирского региона показал, что зимой количество внезапных отказов пневматической подвески резко увеличивается по сравнению с летним периодом, то есть снижается надежность подвески. В тоже время на складах автотранспортных предприятий часто не оказывается запасных РПБ, что приводит к большим простоям автобусов, снижению эффективности их эксплуатации и значительным финансовым потерям.
Вопросами повышения надежности РПБ за счет повышения прочности используемых материалов занимались ведущие институты страны, однако существенно повысить их прочность при низких температурах пока не удалось. В работе [1], показано, что в зимний период на поршне пневматической подвески автобуса намерзает лед, что ускоряет отказ РПБ (рис.1).
Рис. 1. Пневматическая подвеска автобуса со льдом, намерзшим на поршне
Влияние температуры атмосферного воздуха на интенсивность отказов РПБ автобуса KAROSA-C934 выявляет зависимость, приведенная на рисунке 2.
Рис. 2. Зависимость интенсивности отказов РПБ автобуса KAROSA-C934 от температуры атмосферного воздуха [1]
Анализ этой зависимости показывает, что интенсивность отказов РПБ автобуса при понижении температуры атмосферного воздуха прогрессивно растет, начиная с температуры 10 оС, и при температуре — 20 оС она увеличивается в 7 раз.
В работе [1] предлагается повышать надежность пневматической подвески, за счет оптимизации запасов РПБ на складе автотранспортного предприятия. Это позволит уменьшить простои автобусов в ремонте и связанные с ними затраты. Однако такой способ не уменьшает число отказавших резинокордных пневматических баллонов в зимний период, следовательно, есть резерв для дополнительного сокращения затрат путем повышения надежности самих РПБ.
На рисунке 3 приведены результаты наблюдения за изменением среднесуточной температуры атмосферного воздуха в городе в течение года на протяжении 5-ти лет.
Рис. 3. Изменение среднесуточной температуры атмосферного воздуха в городе в течение года в период с 2011 по 2015 гг.
Анализ полученной диаграммы показывает, что сильные морозы (-10…-20 оС), при которых интенсивность отказов РПБ увеличивается в 3…7 раз, держатся около 3-х месяцев. Это достаточный срок, за который выйдет из строя большое число РПБ и автобусам парка потребуется простой в ремонте для замены их РПБ. Стоимость замены РПБ и их цена достаточно велика, что требует больших затрат на эксплуатацию автобусов.
Для сокращения указанных затрат авторами статьи предлагается способ повышения надежности РПБ за счет повышения их температуры. Для этого предлагается установить между полостями РПБ и направляющего поршня воздушный демпфер в виде дросселя и обратного клапана, открытого на ходе сжатия [2–4], для дополнительного гашения колебаний кузова и колес автобуса (рис. 4).
Для доказательства работоспособности данного способа были проведены исследования нагрева РПБ при колебаниях на универсальном динамическом стенде, разработанном в ВолгГТУ совместно с компаниями BISS-ITW (Индия) и ООО “Испытательные стенды” (Россия). Данный стенд позволяет испытывать разные типы подвесок в широком частотном диапазоне кинематического нагружения (рис. 4). С помощью съемки поверхности РПБ тепловизором было выявлено распределение температуры по поверхности РПБ и определены его наиболее теплонагруженные участки.
Рис. 4. (а) Экспериментальная установка РПБ на стенде (1 — гидропульсатор; 2 — датчик силы; 3 — опорная тарелка гидропульсатора; 4 — РПБ; 5 — траверса; 6 — подрессоренная масса; 7 — вертикальные направляющие стенда; 8 — манометр) и (б) экспериментальный РПБ (1 — резинокордная оболочка; 2 — верхняя крышка; 3 — полый поршень; 4 — корпус демпфирующего узла; 5 — надпоршневая полость; 6 — поршневая полость; 7 — дроссель; 8 — обратный клапан; 9 — заправочный штуцер)
На рис. 5 приведены термограммы резинокордного пневматического баллона, полученные тепловизором при испытаниях РПБ на стенде с амплитудой возмущения 50 мм и частотой возмущения 1,0 Гц.
Рис. 5. Термограммы резинокордного пневматического баллона, полученные тепловизором при различном времени испытания на стенде
На рис. 6 показаны графики нагрева РПБ с воздушным демпфером в виде дросселя диаметром 6 мм и обратного клапана, открытого на ходе сжатия. Из графиков видно, что максимальная температура нагрева цилиндрических стенок РПБ 84,6 оС достигается через 69 минут, а деформируемой нижней части РПБ 111…112 оС — через 58 мин.
Рис. 6. Кривые нагрева резинокордного пневматического баллона с дросселем и обратным клапаном в поршне: 1 — нагрев цилиндрических стенок РПБ, 2 — нагрев поворотного пояса РПБ
Из рис. 6 видно, что уже через 15…20 минут вертикальных колебаний температура предложенного РПБ увеличивается на 37…45 оС от начальной температуры, а через час стабилизируется на уровне, который на 40 оС выше начальной температуры РПБ. Это, согласно диаграмме, приведенной на рис. 2, позволяет повысить надежность пневматической подвески в зимний период в несколько раз.
В работе [3] проведено исследование дополнительного к гидравлическому воздушного демпфирования с помощью дросселя с обратным клапаном, установленным на поршне РПБ (рис.7).
Рис. 7. Экспериментальные АЧХ абсолютных колебаний подрессоренной массы М = 1 т на пневмоподвеске: 1 — с гидроамортизатором малой мощности; 2 — с гидроамортизатором большой мощности; 3 — с гидроамортизатором малой мощности и с воздушной демпфирующей системой
В результате экспериментального исследования установлено, что комбинированная воздушно-гидравлическая демпфирующая система по сравнению с одним гидроамортизатором при стендовых испытаниях обеспечивает уменьшение колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс негруженого автобуса ВЗТМ-32731 в диапазоне частот 1,5…7 Гц до 2 раз (кривые 3 и 2 на рис. 7), а при дорожных испытаниях со скоростью 40 км/ч по разбитой бетонной дороге обеспечивает снижение среднеквадратических ускорений кузова в наиболее опасном для здоровья человека диапазоне частот 2….10 Гц на 30…40 %.
Таким образом, проведенные экспериментальные исследования доказали работоспособность предложенного способа повышения надежности резинокордных пневматических баллонов пневматической подвески. Кроме того, предложенный способ позволяет значительно повысить виброзащитные свойства пневматической подвески.
Литература:
- Мальшаков А. В. Методика оценки влияния сезонных условий на надежность пневмоподвески автобусов большого класса: Автореф. дис.... канд. техн. наук. — СПбГАСУ., 2017. — 23 с.
- П. м. 85403 РФ, МПК B 60 G 11/26. Задняя подвеска колёс автомобиля / В. В. Новиков, Ю. Г. Лапынин, И. М. Рябов, А. С. Горобцов, К. В. Чернышов, А. С. Дьяков, С. О. Букаев, А. В. Поздеев, Д. А. Николаев; НОУ СПО «Волгогр. колледж нефти и газа» ОАО «Газпром». — 2009.
- Новиков, В. В. Виброзащитные свойства подвесок автотранспортных средств: монография / В. В. Новиков, И. М. Рябов, К. В. Чернышов; ВолгГТУ. — Волгоград, 2009. — 338 с.
- Экспериментальное исследование пневматической подвески с комбинированным демпфированием / В. В. Новиков, И. М. Рябов, А. В. Поздеев, К. В. Чернышов, Д. А. Чумаков // Грузовик. — 2018. — № 9. — С. 3–7.
