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 подрессори-

вания: 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. 

Представленные в конспекте лекций методики расчета пневмогидравлической 
системы подрессоривания (ПГСП) транспортных 
машин могут быть использованы при проектировании системы под-
рессоривания (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» (Германия).
Особый интерес представляют пневмогидравлические системы 
подрессоривания (ПГСП). В таких СП роль упругого элемента вы-

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.

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 газо вым 
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 двухпорш-
невые 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. 

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 тепло-
нагруженность 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 теплона-
груженность ПГР при высокочастотном возмущении дала толчок для 
развития фрактальных двухуровневых ПГР. 

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).

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 

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