Виброзащитные свойства подвесок автотранспортных средств
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автомобильный транспорт
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 384
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9729-0634-5
Артикул: 766471.01.99
Изложены научные принципы повышения виброзащитных свойств подвесок АТС, основанные на граничных амплитудно-частотных характеристиках и методах энергетического анализа. Приведены характеристики и виброзащитные свойства пневмогидравлических рессор, подвесок с гидравлическими, пневматическими и инерционными амортизаторами. Рассмотрены пневмогидравлические рессоры, гидравлические, пневматические и инерционные амортизаторы с улучшенными характеристиками.Для научных и инженерно-технических работников автомобилестроения. Может быть полезно преподавателям, аспирантам и студентам технических вузов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В. В. Новиков, И. М. Рябов, К. В. Чернышов ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОДВЕСОК АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Монография Второе издание, исправленное и дополненное Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021
УДК 629.3.027 ББК 34.448 Н73 Рецензенты: заведующий кафедрой колесных машин МГТУ им. Н. Э. Баумана доктор технических наук, профессор Г. О. Котиев; заведующий кафедрой информатики, теоретической механики и основ научных исследований ВГСХА, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Н. Г. Кузнецов; профессор МУ МВД РФ, доктор технических наук И. Е. Кущев Новиков, В. В. Н73 Виброзащитные свойства подвесок автотранспортных средств : монография / В. В. Новиков, И. М. Рябов, К. В. Чернышов. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. í 384 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0634-5 Изложены научные принципы повышения виброзащитных свойств подвесок АТС, основанные на граничных амплитудно-частотных характеристиках и методах энергетического анализа. Приведены характеристики и виброзащитные свойства пневмогидравлических рессор, подвесок с гидравлическими, пневматическими и инерционными амортизаторами. Рассмотрены пневмогидравлические рессоры, гидравлические, пневматические и инерционные амортизаторы с улучшенными характеристиками. Для научных и инженерно-технических работников автомобилестроения. Может быть полезно преподавателям, аспирантам и студентам технических вузов. УДК 629.3.027 ББК 34.448 ISBN 978-5-9729-0634-5 © Новиков В. В., Рябов И. М., Чернышов К. В., 2021 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 © Волгоградский государственный технический университет, 2021 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 2
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ......................................................................................................... 7 1. АНАЛИЗ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОДВЕСОК АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (АТС) ...................................... 10 1.1. Анализ плавности хода и путей повышения виброзащитных свойств подвесок АТС ...................................................................... 10 1.2. Классификация пневмогидравлических рессор (ПГР) и задачи по их совершенствованию ................................................ 26 1.3. Анализ виброзащитных свойств подвесок АТС с гидравлическими амортизаторами ............................................... 33 1.4. Анализ виброзащитных свойств подвесок АТС с пневматическими амортизаторами ............................................... 37 1.5. Анализ схем инерционных амортизаторов ..................................... 45 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОДВЕСОК АТС ........................ 48 2.1. Задачи теории подрессоривания и параметры плавности хода .......................................................................................... 48 2.2. Оценка виброзащитных свойств и синтез параметров подвесок АТС по граничным амплитудно-частотным характеристикам ....................................................................................... 55 2.2.1. Алгоритм оценки виброзащитных свойств подвесок АТС по граничным амплитудно-частотным характеристикам .................................................................... 55 2.2.2. Анализ виброзащитных свойств подвесок АТС по граничным амплитудно-частотным характеристикам ..................................................................... 61 2.2.3. Синтез параметров подвески АТС по граничным амплитудно-частотным характеристикам ............................ 66 2.3. Энергетический анализ совместной работы упругого и демпфирующего элементов подвески АТС ................................. 70 2.3.1. Сравнение амортизаторов по коэффициенту эффективной работы (КЭР) .................................................. 70 2.3.2. Анализ потоков энергии в цикле колебаний подвески АТС ......................................................................... 79 3
2.3.3. Алгоритм оптимального регулирования амортизатора на основе принципа максимума Л. С. Понтрягина ............. 86 2.4. Потенциальные виброзащитные свойства подвесок АТС при мгновенном регулировании амортизатора по фазе, направлению и частоте ..................................................................... 92 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕССОР (ПГР) ........................... 109 3.1. Характеристики и виброзащитные свойства ПГР без разделителя жидкости и газа (ПГРБ) ....................................... 109 3.1.1. Упругие характеристики ПГРБ .......................................... 110 3.1.2. Демпфирующие характеристики ПГРБ ............................. 115 3.1.3. Трение уплотнений ПГРБ ................................................... 120 3.1.4. Виброзащитные свойства ПГРБ ......................................... 124 3.2. Характеристики и виброзащитные свойства ПГРБ с двумя ступенями жесткости упругой и демпфирующей характеристик (ПГРБ-2С) .............................................................. 130 3.2.1. Упругие характеристики ПГРБ-2С .................................... 131 3.2.2. Виброзащитные свойства ПГРБ-2С ................................... 133 3.3. Виброзащитные свойства ПГР при регулировании демпфирования по фазе и частоте с помощью маятника ............ 143 3.4. Виброзащитные свойства ПГР при регулировании демпфирования по амплитуде и направлению за счет свободного хода плунжера ................................................ 156 3.5. Виброзащитные свойства ПГР при регулировании демпфирования по амплитуде и частоте с помощью порогового амортизатора ............................................................... 167 3.6. Стабилизация мощности демпферов ПГР .................................... 172 3.7. Стабилизация упругих характеристик ПГР по температуре ....... 183 4. ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОДВЕСОК С ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ АМОРТИЗАТОРАМИ ......................... 190 4.1. Виброзащитные свойства подвески с гидравлическими амортизаторами разной мощности ................................................ 190 4.2. Виброзащитные свойства подвески с саморегулируемым по амплитуде и направлению гидравлическим амортизатором .................................................................................. 196 4
5. ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОДВЕСОК С ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ АМОРТИЗАТОРАМИ ....................... 202 5.1. Виброзащитные свойства пневматической подвески с воздушным демпфером в виде дросселя и обратного клапана......................................................................... 202 5.2. Виброзащитные свойства пневматической подвески с саморегулируемым по амплитуде и направлению воздушным демпфером .................................................................. 212 5.3. Виброзащитные свойства пневматической подвески при совместной работе воздушного демпфера и гидравлического амортизатора ................................................... 217 6. ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОДВЕСОК С ИНЕРЦИОННЫМИ АМОРТИЗАТОРАМИ ............................... 230 6.1. Виброзащитные свойства подвесок с маховичными инерционными амортизаторами .................................................... 230 6.2. Виброзащитные свойства подвесок с инерционно-фрикционными амортизаторами ........................... 235 6.3. Лабораторные и дорожные испытания инерционно-фрикционного амортизатора .................................... 246 7. ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕССОРЫ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ, ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ИНЕРЦИОННЫЕ АМОРТИЗАТОРЫ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ........................... 251 7.1. ПГРБ с двумя ступенями жесткости упругой и демпфирующей характеристик .................................................... 251 7.2. ПГР со стабилизацией упругих характеристик при нагреве ....... 254 7.3. ПГР с демпферами постоянной мощности ................................... 255 7.4. ПГР с демпфером, саморегулируемым по частоте абсолютных колебаний .................................................................. 259 7.5. ПГР с демпферами, саморегулируемыми по частоте относительных колебаний ........................................... 262 7.6. ПГР с демпферами, саморегулируемыми по амплитуде и направлению относительных колебаний ................................... 273 7.7. Гидравлические амортизаторы, саморегулируемые по частоте, амплитуде и направлению колебаний ........................................... 291 5
7.8. Пневматическая рессора с дросселем и обратным клапаном ..... 301 7.9. Пневматическая рессора с ресивером и двумя воздушными демпферами ..................................................................................... 302 7.10. Пневморессоры с внутренним и внешним воздушными демпфирующими устройствами .................................................. 304 7.11. Пневматические рессоры с регулируемым по амплитуде и направлению воздушным демпфером ...................................... 318 7.12. Пневматическая рессора с встроенным динамическим гасителем ........................................................................................ 322 7.13. Инерционно-фрикционные амортизаторы .................................. 327 7.14. Задняя пневмоподвеска колес автомобиля с комбинированной демпфирующей системой ............................ 342 7.15. Инерционно-гидравлические амортизаторы .............................. 344 Литература ................................................................................................ 358 Приложение А. Допустимые виброускорения, среднегеометрические частоты и спектральные плотности дорожного воздействия ..................................................................... 363 Приложение Б. Расчет надежности модернизированной подвески БелАЗ-548А ..................................................................... 375 Приложение В. Расчет экономической эффективности модернизированной подвески БелАЗ-548А ................. 378 6
ВВЕДЕНИЕ Динамика движения автотранспортных средств (АТС) особенно на неровных дорогах в значительной степени зависит от виброзащитных свойств подвески кузова, которая непосредственно влияет на плавность хода, среднюю скорость движения, топливную экономичность и другие эксплуатационные качества АТС. Для улучшения этих качеств упругие и демпфирующие характеристики подвески должны изменяться в зависимости от условий движения. Однако на отечественных АТС в основном применяются пассивные нерегулируемые подвески. В результате в типичных условиях эксплуатации вибрации АТС существенно превышают санитарно-гигиенические нормы. Это вызывает ухудшение самочувствия и утомление людей, является причиной профессиональных заболеваний водителей, ускоряет износ дорог и снижает безопасность дорожного движения. Кроме того, при движении по неровным дорогам средняя скорость снижается до 50 %, расход топлива повышается до 70 %, межремонтный пробег уменьшается до 40 %, а потери виброчувствительных грузов достигают 15 . . . 30 %. На военной технике недостаточные виброзащитные свойства подвесок снижают боеспособность экипажа и точность стрельбы с ходу. Поэтому повышение виброзащитных свойств пассивных подвесок за счет поиска новых структур и принципов саморегулирования их характеристик в зависимости от условий движения АТС является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное и оборонное значение. С точки зрения классификации пассивные подвески современных АТС можно объединить в три основные группы: металлические упругие элементы с гидроамортизаторами, пневморессоры низкого давления с гидроамортизаторами и пневмогидравлические рессоры (ПГР) высокого давления. Поэтому в монографии рассматриваются все эти группы подвесок, повышение виброзащитных свойств которых предлагается по следующим пяти направлениям. 7
Первое направление заключается в разработке ПГР, обеспечивающих саморегулирование жесткости упругой и демпфирующей характеристик в зависимости от нагрузки и режимов колебаний, а также высокую их стабильность по утечкам рабочей среды и при изменении температуры. Второе, третье и четвертое направления связаны с разработкой новых структур, соответственно, гидравлических, пневматических и инерционных амортизаторов, обеспечивающих существенное повышение виброзащитных свойств подвесок и снижение потерь энергии при движении АТС по любых типам дорог. Пятое направление состоит в определении оптимальных параметров комбинированных демпфирующих систем, в частности, при совместной работе обычных гидравлических и воздушных или инерционных амортизаторов. В монографии изложены теоретические основы создания подвесок с новыми структурами и характеристиками, обеспечивающими высокие свойства виброзащиты АТС, увеличение средних скоростей их движения по различным типам дорог и снижение потерь энергии в подвесках. Эти основы базируются на граничных амплитудно-частотных характеристиках и методах энергетического анализа. Они определяют дальнейшее развитие теории подрессоривания и новые пути создания автоматически регулируемых подвесок. Теоретические основы создания подвесок включают следующие новые принципы и методы: 1) методики оценки виброзащитных свойств и синтеза основных параметров подвесок АТС по граничным амплитудно-частотным характеристикам для различных условий движения и допустимых норм вибронагруженности; 2) теоретическое обоснование на основе методов энергетического анализа и принципа максимума Л. С. Понтрягина существования в цикле колебаний зон неэффективной работы амортизатора и алгоритмов его оптимального регулирования, исключающих или уменьшающих эти зоны; 3) математические модели саморегулируемых подвесок новых структур и инженерные методики их расчета на базе системно созданного множества оригинальных технических решений, а также пространственные модели плавности хода различных АТС с этими подвесками. 8
На базе данных принципов и методов: 1) выявлены причины низких виброзащитных свойств подвесок современных АТС на неровных дорогах и определены новые направления их совершенствования, в том числе за счет изменения структуры и характеристик ПГР, гидравлических, пневматических и инерционных амортизаторов; 2) определены условия эксплуатации АТС, обеспечивающие соблюдение санитарно-гигиенических норм, а также соответствующие этим нормам значения основных параметров подвески с нерегулируемым и регулируемым демпфированием; 3) дана оценка энергетической эффективности различных амортизаторов и разработаны алгоритмы их оптимального регулирования, исключающие или уменьшающие зоны неэффективной работы в цикле колебаний; 4) уточнены методики расчета характеристик и виброзащитных свойств ПГР без разделителя на стадии проектирования и изменения в процессе эксплуатации, а также разработаны ПГР с новыми структурами и стабильными характеристиками, обеспечивающими существенное улучшение динамики движения колесных и гусеничных машин специального назначения; 5) предложены новые структуры гидравлических, пневматических и инерционных амортизаторов, обеспечивающих повышение виброзащитных свойств и уменьшение потерь энергии в подвесках АТС различного назначения. Авторы выражают признательность А. С. Горобцову за помощь в решении задач с помощью программного комплекса ФРУНД, а также Т. А. Славской и Н. Н. Кондратьевой за консультации по оформлению заявок на изобретения. 9
Глава I АНАЛИЗ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОДВЕСОК АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (АТС) 1.1. Анализ плавности хода и путей повышения виброзащитных свойств подвесок АТС Плавность хода, безопасность движения, топливная экономичность и другие эксплуатационные качества АТС во многом определяются виброзащитными свойствами подвески кузова, поскольку она является наиболее эффективным гасящим звеном между возбудителем колебаний со стороны дороги и подрессоренной массой. Несовершенство характеристик подвески снижает производительность и срок службы АТС, повышает их эксплуатационные расходы, ухудшает самочувствие людей и сохранность грузов, ускоряет износ и без того некачественных дорог. Например, из опыта эксплуатации АТС известно, что на дорогах с неровной поверхностью средняя скорость движения уменьшается на 40 . . . 50 %, а производительность снижается на 35 …40 %. Это в основном связано с тем, что вибрации подрессоренной части машины вызывают утомление водителей, создавая для них дискомфортные, а иногда и небезопасные условия, в результате чего водители уменьшают скорость движения. Тем не менее, как показывают проведенные испытания зарубежных и отечественных грузовых и легковых автомобилей, даже снижение скорости все равно не решает проблемы соблюдения допустимых норм вибронагруженности в соответствии с международным стандартом ISO 2631-74 или ГОСТ 12.1.012-2004. На рис. 1.1 показаны графики вертикальных средних квадратических ускорений в третьоктавных полосах частот на сиденьях грузовых и легковых автомобилей в зависимости от значений среднегеометрической частоты в третьоктавной полосе (третьоктавные амплитудные спектры 10