Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
Е.Б. Сарач, А.А. Ципилев
Основы расчетов 
пневмогидравлических систем подрессоривания 
Конспект лекций 

УДК 629.3.027.3
ББК 39.336
	
С20
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/175/book1581.html
Факультет «Специальное машиностроение»
Кафедра «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве конспекта лекций
Рецензент О.И. Мисеюк
Сарач, Е. Б. 
С20	
	
Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания: конспект лекций / Е. Б. Сарач, А. А. Ципилев. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. — 112, [2] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4601-8 
Рассмотрены вопросы разработки пневмогидравлических систем 
подрессоривания транспортных средств. Приведены примеры конструкций пневмогидравлических устройств, их подробная классификация. Представлены типовые кинематические схемы и методики их 
расчета, методики аналитического определения характеристик пневмогидравлических рессор, основы проектного и поверочного расчетов 
демпфирующих характеристик пневмогидравлических устройств на 
теплонагруженность. Затронуты теоретические вопросы функционирования систем подрессоривания. 
Для студентов, обучающихся по специальностям 190110, 23.05.02 
«Транспортные средства специального назначения», 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» и изучающих дисциплины «Методы расчета и проектирования военных гусеничных машин. 
Часть 1» и «Методы расчета и проектирования военных гусеничных 
машин. Курсовой проект».
УДК 629.3.027.3
ББК 39.336
ISBN 978-5-7038-4601-8
©	 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
©	 Оформление. Издательство 
	
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

ПРЕДИСЛОВИЕ
Основой подготовки специалистов по специальностям 190110, 
23.05.02 «Транспортные средства специального назначения», 23.05.01 
«Наземные транспортно-технологические средства» является комплекс дисциплин под общим названием «Методы расчета и проектирования военных гусеничных машин». 
Комплекс состоит из трех частей. Первая часть включает три дисциплины: «Теоретические основы анализа и синтеза сложных планетарных механизмов», «Основы расчетов пневмогидравлических 
систем подрессоривания» и «Основы расчетов деталей и узлов с использованием CAE/CAD Ansys». Вторая часть комплекса представлена пятью дисциплинами: «Теоретические основы анализа и синтеза 
сложных планетарных механизмов», «Теория моторно-трансмиссионных установок транспортных средств», «Основы расчетов механических систем с использованием MATLAB/Simulink», «Основы расчетов 
корпусов транспортных машин и несущих систем мобильных роботов», «Основы расчетов на прочность при напряжениях, переменных 
во времени». Третья часть комплекса состоит из двух дисциплин: 
«Проектирование машин на воздушной подушке» и «Моделирование 
узлов и деталей конструкций в среде Siemens NX».
Предлагаемый конспект лекций посвящен одной из дисциплин 
первой части комплекса дисциплин, а именно курсу «Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания».
Цель преподавания дисциплины состоит в содействии формированию знаний, умений и навыков, позволяющих выпускнику успешно 
трудиться в области разработки, внедрения и сопровождения новых 
конструкций специальных гусеничных машин и мобильных роботов в 
различных сферах: машиностроении, приборостроении, на транспорте, в сельском хозяйстве, в науке, образовании. 
Обстоятельное освоение дисциплины позволит выпускнику получить универсальные и предметно-специализированные компетенции, способствующие его социальной мобильности и устойчивости 
на рынке труда. 
3

Представленные в конспекте лекций методики расчета пневмогидравлической системы подрессоривания (ПГСП) транспортных 
машин могут быть использованы при проектировании системы подрессоривания (СП), в полной мере отвечающих современным требованиям к обеспечению плавности хода быстроходных транспортных 
средств. Примеры конструкций позволяют читателю оценить типовые 
конструктивные решения, хорошо зарекомендовавшие себя в процессе эксплуатации колесных и гусеничных машин различной массы. 
Изложенные в конспекте лекций методы следует применять при 
выполнении работ, связанных с проектированием ПГСП, не только в 
рамках курсового и дипломного проектирования, но и при разработке 
реальных транспортных машин.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
ВГМ	
— военная гусеничная машина 
ПГА	
— пневмогидравлический амортизатор
ПГР	
— пневмогидравлическая рессора
ПГСП	— пневмогидравлическая система подрессоривания
ПГУ	
— пневмогидравлическое устройство
СП	
— система подрессоривания 
СРПК	— система регулировки положения корпуса

Лекция 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. 
КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ. 
ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ 
Система подрессоривания (СП), или подвеска, — это комплекс 
узлов и агрегатов, соединяющих корпус машины с опорными катками, предназначенный для снижения амплитуд колебаний корпуса, 
динамических нагрузок, передающихся на корпус машины со стороны грунта, и обеспечения равномерного распределения их на опорные элементы при движении. Система подрессоривания состоит из 
упругого и демпфирующего элементов, а также систем, регулирующих положение корпуса машины. Совершенство СП определяет 
точность ведения огня, среднюю скорость движения машины, долговечность сборочных единиц и систем, а также утомляемость и общее 
самочувствие экипажа.
Многообразие СП, различающихся как кинематикой, так и характером рабочих тел, обусловлено длительной историей развития 
транспортных систем. В настоящее время в связи с появлением новой 
техники и технологий подвески быстроходных гусеничных машин 
обеспечивают плавность хода, невозможную для машин полувековой 
давности. 
В подавляющем большинстве современных быстроходных гусеничных машин, в частности, военных гусеничных машин (ВГМ), в 
качестве упругих элементов используются торсионные валы — длинные упругие валы, работающие на кручение. Встречаются также пружинные подвески с цилиндрическими пружинами, как, например, 
на танке «Меркава» (Израиль). В качестве демпферов используются 
амортизаторы жидкостного трения, однако могут быть применены 
и системы, в основе которых лежит сухое трение, как, например, на 
танке «Леопард» (Г
ермания).
Особый интерес представляют пневмогидравлические системы 
подрессоривания (ПГСП). В таких СП роль упругого элемента вы5

полняет находящийся под давлением газ, а демпфирование осуществляется путем прокачивания через дросселирующую систему жидкости, связывающей поршень гидроцилиндра и поршень-разделитель 
пневмокамеры. 
Классификация систем подрессоривания
Современные транспортные машины могут быть оснащены двумя типами СП: пассивными и активными. Пассивной принято называть СП, управление которой конструктивно не предусмотрено. 
Активной — СП, позволяющую менять в режиме реального времени 
клиренс, а также упругую и (или) демпфирующую характеристики. 
К активным обычно относят СП с системой регулировки положения 
корпуса (СРПК), адаптивные СП и чисто активные СП.
Система регулировки положения корпуса позволяет изменять положение корпуса в пространстве. Под изменением положения корпуса подразумевают изменение клиренса, выставку заданного крена 
или дифферента корпуса, регулировку положения узлов подвески для 
проведения сервисных операций и т. п. 
Адаптивные СП позволяют в зависимости от условий движения 
изменять упругую и демпфирующую характеристики. Так, при движении машины по неровностям, вызывающим высокочастотные 
возмущения на корпусе, жесткость упругого элемента увеличивают, 
а сопротивление демпфера, напротив, снижают либо отключают 
демпфирование полностью. При движении машины в «резонансном» 
режиме жесткость упругого элемента подвески снижают, а демпфирование увеличивают. Использование адаптивных СП позволяет повысить плавность хода и среднюю скорость движения машины.
Активные СП дают возможность в реальном времени компенсировать колебания корпуса в процессе движения машины по неровностям. Управление СП в реальном времени требует значительных 
затрат энергии, зачастую существенно больших потребной для движения мощности. Серийных машин с активной СП в настоящее время 
нет, а под активными СП, как правило, подразумевают адаптивные 
СП и СП с СРПК.
6

Классификация пневмогидравлических устройств
Пневмогидравлические устройства (ПГУ) можно разделить на две 
категории: пневмогидравлические амортизаторы (ПГА) и пневмогидравлические рессоры (ПГР). В литературе иногда встречается иное наименование устройств: ПГА называют также амортизатором с газовым 
подпором, а ПГР — гидропневматической рессорой. Различие в наименовании обусловлено терминологией существующих научных школ.
В зависимости от конструктивного исполнения выделяют восемь 
категорий ПГР:
1)  по кинематике — ПГР прямого и обратного хода;
2)  по числу ступеней давления — однокамерные, двухкамерные и 
многокамерные ПГР;
3)  по числу вложенных поршней — однопоршневые и двухпоршневые ПГР;
4)  по виду поршня-разделителя — с металлическими поршнями-разделителями и разделителями диафрагменного типа;
5)  по наличию противодавления — с противодавлением и без 
него;
6)  по способу крепления на корпусе машины — ПГР с неподвижным корпусом и ПГР с подвижным корпусом;
7)  по наличию системы охлаждения — с принудительным охлаждением и без него;
8)  по способу установки — устанавливаемые внутрь корпуса машины и снаружи корпуса машины.
В зависимости от конструкции ПГА подразделяют на три категории:
1)  по кинематике; 
2)  по способу установки;
3)  по наличию системы охлаждения.
Каждое устройство одновременно относится к нескольким категориям. Так, ПГР гусеничной машины ГМ-352 является ПГР прямого 
хода, однокамерной, однопоршневой, без противодавления, с поршнем-разделителем диафрагменного типа, с неподвижным корпусом, 
без принудительной системы охлаждения, устанавливаемой снаружи 
корпуса машины. 
Опытная ПГР
, устанавливаемая на танке Т-64, является ПГР обратного хода, двухкамерной, однопоршневой, без противодавления, 
с  подвижным корпусом и принудительной системой охлаждения, 
монтируемой внутри корпуса машины. 
7

Пневмогидравлическая рессора боевой машины десанта БМД-1,2
является однопоршневой, однокамерной, без противодавления, с 
подвижным корпусом, без принудительной системы охлаждения, 
устанавливаемой внутри корпуса машины. 
Опытная ПГР
, применяемая на гусеничной машине ГМ-569 
(ГМ-5955), представляет собой ПГР прямого хода, однокамерную, 
двухпоршневую, без противодавления, с подвижным корпусом, 
с  принудительной системой охлаждения, устанавливаемую внутрь 
корпуса машины.
Преимущества и недостатки пневмогидравлических рессор
К преимуществам ПГР можно отнести следующие свойства:
•  прогрессивная упругая характеристика, обеспечивающая высокие показатели удельной потенциальной энергии. В ряде случаев 
можно добиться практически идеальной формы упругой характеристики с точки зрения жесткости подвески для различного диапазона 
ходов катка;
•  компактность конструкции в сравнении с конструкциями подвесок других типов;
•  легкость установки СРПК, перехода от пассивной СП к адаптивной и активной; 
•  возможность размещения СП в забронированном объеме.
Недостатками ПГР являются:
•  температурная нестабильность характеристик и высокая теплонагруженность устройства;
•  сложность конструкции, высокие требования к технологиям 
производства;
•  необходимость обслуживания.
Известные недостатки ПГР привели к созданию ПГСП, тем или 
иным образом позволяющих нивелировать влияние этих недостатков. Так, температурная нестабильность характеристик обусловила 
появление СП с принудительным охлаждением, ПГР с двумя ступенями давления и ПГР с вложенным поршнем, а также СП с СРПК. 
Необходимость получить ненулевой допускаемый статический ход 
на машинах, масса которых может изменяться в широких пределах, 
привела к созданию рессор с противодавлением. Высокая теплонагруженность ПГР при высокочастотном возмущении дала толчок для 
развития фрактальных двухуровневых ПГР
. 
8

Схемы конструкций
пневмогидравлических рессор
Рассмотрим схемы конструкций основных типов ПГР
.
1. Однопоршневая ПГР прямого хода (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема однопоршневой однокамерной ПГР прямого хода:
1 — пневмоцилиндр; 2 — поршень-разделитель; 3 — газовая полость пневмоцилиндра; 
4 — заправочный клапан; 5 — штоковая полость гидроцилиндра; 6 — гидроцилиндр; 
7 — поршень со штоком; 8 — поршневая полость гидроцилиндра; 9 — дросселирующая 
система; хшт — направление перемещения штока; Pшт — направление действия силы
2. Однопоршневая рессора обратного хода (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Схема однопоршневой однокамерной ПГР обратного хода
(обозначения — см. рис. 1.1 )
Следует отметить, что ПГР любой конструкции может быть как 
прямого, так и обратного хода. В связи с этим для простоты изложения материала будем рассматривать далее только схемы ПГР прямого 
хода.
3. Двухпоршневая ПГР (с вложенными поршнями) (рис. 1.3).
9

Рис. 1.3. Схема двухпоршневой ПГР прямого хода:
поз. 1–7 — см. рис. 1.1; 8 — большой поршень; 9 — поршневая полость гидроцилиндра; 
10 — дросселирующая система 
4. Двухкамерная ПГР (рис. 1.4). 
Рис. 1.4. Схема двухкамерной ПГР прямого хода:
1, 8 — заправочный клапан; 2, 7 — газовая полость; 3, 6 — поршень-разделитель; 
4  — дросселирующая система; 5 — пневмоцилиндры; 9 — штоковая полость гидроцилиндра; 10 — гидроцилиндр; 11 — поршень со штоком; 12 — поршневая полость 
гидроцилиндра 
5. ПГР с противодавлением (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Схема ПГР прямого хода с противодавлением:
поз. 1–5 — см. рис. 1.1; 6 — поршень со штоком; 7 — дросселирующая система 
 
противодавления; 8 — пневмоцилиндр противодавления; 9 — гидроцилиндр; 
10 — поршень-разделитель; 11 — газовая полость; 12 — заправочный клапан; 
 
13 — дросселирующая система 
10