Комбинированные демпфирующие системы в подвесках автотранспортных средств

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КОМБИНИРОВАННЫЕ ДЕМПФИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ 
В ПОДВЕСКАХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 

УДК 629.113 
ББК 39.33-04 
К63 
 
 
Авторы: 
Новиков В. В., Чернышов К. В., Поздеев А. В., Чумаков Д. А.  
 
Рецензенты: 
каф. «Эксплуатация и технический сервис машин в АПК» ВолгГАУ,  
зав. каф. д-р техн. наук, доц. Д. С. Гапич; 
проф. каф. «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные 
роботы» МГТУ им. Н. Э. Баумана д-р техн. наук, доц. Е. Б. Сарач; 
проф. каф. «Основы теории механики и автоматического 
управления» ОмГТУ д-р техн. наук, проф. С. А. Корнеев 
 
 
 
 
 
 
 
 
К63   
Комбинированные демпфирующие системы в подвесках автотранспортных средств : монография / [Новиков В. В. и др.]. - Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 180 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1620-7 
 
Излагается новый подход к проектированию пневматических систем подрессоривания автотранспортных средств (АТС), заключающийся в применении одновременно 
двух, трех или четырех демпфирующих устройств разных типов (инерционно-фрикционных амортизаторов, динамических гасителей, воздушных демпферов и гидравлических амортизаторов), образующих комбинированные демпфирующие системы, обеспечивающие при рациональных сочетаниях демпфирующих устройств повышение виброзащитных свойств подвески и плавности хода АТС во всем частотном диапазоне транспортной вибрации. 
Для научных и инженерно-технических работников автомобиле- и тракторостроения, а также для преподавателей, аспирантов и студентов машиностроительных вузов. 
 
УДК 629.113 
ББК 39.33-04 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1620-7 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
‹ Волгоградский государственный технический университет, 2024 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ..................................................................................... 6 
 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 7 
 
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОДВЕСОК 
АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (АТС) С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ 
ДЕМПФИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ......................................................................... 9 
1.1. Анализ плавности хода и путей повышения виброзащитных свойств  
подвесок АТС .......................................................................................................... 9 
1.2. Классификация подвесок и комбинированных демпфирующих систем 
..... 15 
1.3. Виброзащитные свойства подвески  
с гидравлическими амортизаторами (ГА) .......................................................... 18  
1.4. Виброзащитные свойства подвески с динамическими  
гасителями (ДГ) колебаний колес ....................................................................... 20 
1.5. Виброзащитные свойства пневматической подвески  
с воздушными демпферами (ВД) 
......................................................................... 24 
1.6. Виброзащитные свойства подвески с инерционными  
и инерционно-фрикционными амортизаторами (ИФА) 
.................................... 27  
1.7. Виброзащитные свойства пневмоподвески с различным сочетанием  
демпфирующих устройств разных типов ........................................................... 32 
1.7.1. Виброзащитные свойства пневмоподвески  
при совместной работе ВД и ГА 
...................................................................... 32 
1.7.2. Виброзащитные свойства подвески  
при совместной работе ИФА и ГА .................................................................. 36 
Выводы по главе 
.................................................................................................... 39 
 
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПНЕВМОПОДВЕСОК АТС  
С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДЕМПФИРУЮЩИМИ СИСТЕМАМИ (КДС) ..... 40 
2.1. Математическая модель одноопорной пнeвмопoдвeски 
с реечным ИФA, ДГ, сухим и вязким трением .................................................. 41  
2.2. Математическая модель одноопорной пневмоподвески  
с маховичным гасителем, сухим и вязким трением .......................................... 42 
2.3. Математическая модель одноопорной двухкамерной пневмоподвески  
с ВД, сухим и вязким трением ............................................................................. 46 
2.4. Математическая модель четырехопорной пневмоподвески  
с маховичным гасителем, сухим и вязким трением .......................................... 53 
2.5. Алгоритм выбора КДС из амортизаторов разных типов ........................... 67 
Выводы по главе 
.................................................................................................... 69  
 
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 
ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПОДВЕСКИ С КДС .......................................................... 71  
3.1. Экспериментальная модульная установка пневмоподвески с КДС ......... 71  
3.2. Контрольно-измерительная аппаратура стенда-гидропульсатора 
............ 75  
3.3. Методики стендовых испытаний отдельных узлов  
пневмоподвески с КДС 
......................................................................................... 76 
3 

3.4. Методика стендовых испытаний пневмоподвески с КДС  
на свободные колебания ....................................................................................... 82 
3.5. Методика стендовых испытаний пневмоподвески с КДС  
на вынужденные колебания ................................................................................. 84 
3.6. Методика термографических испытаний пневмоподвески с КДС ........... 85 
Выводы по главе 
.................................................................................................... 87  
 
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ 
ПОДВЕСКИ С КДС .................................................................................................. 88 
4.1. Стендовые испытания отдельных узлов КДС 
............................................. 88 
4.2. Экспериментальное исследование одноопорной пневмоподвески  
с КДС на свободные колебания ........................................................................... 88  
4.3. Теоретическое и экспериментальное исследование одноопорной  
пневмоподвески с КДС на вынужденные колебания ........................................ 92  
4.4. Теоретическое и экспериментальное исследование одноопорной  
пневмоподвески с ВД, сухим и вязким трением 
.............................................. 104  
4.5. Теоретическое исследование четырехопорной пневмоподвески  
с КДС при имитации движения АТС по дороге со случайным профилем ... 107  
4.6. Результаты термографических испытаний пневмоподвески с ВД ......... 109 
Выводы по главе 
.................................................................................................. 114  
 
ГЛАВА 5. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ВИБРОЗАЩИТНЫХ 
СВОЙСТВ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПОДВЕСОК С КДС ...................................  116 
5.1. Задняя пневмоподвеска колес автомобиля с КДС 
.................................... 116  
5.2. Инерционно-фрикционный амортизатор с планетарным редуктором  
и кривошипно-шатунным приводом ................................................................  118 
5.3. Инерционно-фрикционный амортизатор с планетарным редуктором  
и клиноременной передачей 
............................................................................... 119 
5.4. Пневматическая рессора с динамическим гасителем  
и подпружиненным фрикционом ...................................................................... 121 
5.5. Пневматическая рессора с динамическим гасителем  
и саморегулируемым фрикционом 
.................................................................... 123  
5.6. Пневматическая рессора с упругой характеристикой  
в виде «бабочки» ................................................................................................. 124  
5.7. Пневматическая рессора с внутренним и внешним демпфирующими 
устройствами (ДУ) на ходе отбоя 
...................................................................... 126 
5.8. Пневматическая рессора с внутренним и внешним ДУ  
на ходах сжатия и отбоя ..................................................................................... 128  
 
ГЛАВА 6. ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДЕМПФИРУЮЩИХ 
УСТРОЙСТВ РАЗНЫХ ТИПОВ ........................................................................... 132 
6.1. Расчет граничных упругих характеристик пневморессор (ПР)  
с внутренним и внешним дросселированием воздуха .................................... 132  
6.1.1. Методика расчета упругих характеристик ПР с внутренним  
и внешним дросселированием воздуха на ходе отбоя ................................ 132 
4 

6.1.2. Методика расчета упругих характеристик ПР с внутренним  
и внешним дросселированием воздуха на ходах сжатия и отбоя .............. 137 
6.2. Расчет основных параметров инерционно-фрикционных  
амортизаторов 
...................................................................................................... 143 
6.3. Расчет основных параметров пружинного динамического гасителя  
с трением .............................................................................................................. 146  
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 151 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
....................................................................................... 153  
 
Приложение А. Программа расчета одноопорной пнeвмoпoдвeски  
с КДС в SIMULINK 
................................................................................................. 164 
 
Приложение Б. Устройство сервогидравлического испытательного комплекса 
..... 
165 
 
Приложение В. Расчёт технико-экономической эффективности  
пневматической подвески с КДС для грузового автомобиля КамАЗ-4308 ...... 170 
 
 
 
5 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 
 
АТС - автомобильное транспортное средство; 
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика; 
ВД - воздушный демпфер; 
ВДС - воздушная демпфирующая система; 
ВЧР - высокочастотный резонанс; 
ГА - гидравлический амортизатор; 
ГП - гидропульсатор; 
ДГ - динамический гаситель; 
ДО - демпфируемый объект; 
ДОК - дроссель с обратным клапаном; 
ДС - демпфирующая система; 
ДУ - демпфирующее устройство; 
ИФА - инерционно-фрикционный амортизатор; 
КДС - комбинированная демпфирующая система; 
КПД - коэффициент полезного действия; 
МГ - маховичный гаситель; 
НПМ - неподрессоренная масса (колесо); 
НЧР - низкочастотный резонанс; 
ОК - обратный клапан; 
ПА - пневматический амортизатор; 
ПЗП - планетарно-зубчатая передача; 
ПМ - подрессоренная масса (кузов); 
ПП - пневматическая подвеска; 
ПР - пневматическая рессора; 
РКО - резинокордная оболочка; 
РП - реечная передача; 
УЭ - упругий элемент; 
ЧРП - червячно-роликовая передача; 
ШВП - шарико-винтовая передача. 
 
 
6 

Посвящается светлой памяти профессора Рябова Игоря Михайловича 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
В настоящее время в пневматических подвесках (ПП) автотранспортных 
средств (АТС) для гашения колебаний кузова и колес в основном применяют нерегулируемые гидравлические амортизаторы (ГА), которые имеют невысокое 
сопротивление и не обеспечивают достаточную плавность хода при движении по 
сильноизношенным и разбитым дорогам, а также по пересеченной местности. 
Повышение сопротивления ГА уменьшает резонансные колебания кузова и колес, однако существенно усиливает колебания подрессоренных и неподрессоренных масс в межрезонансной и зарезонансной зонах, что также снижает плавность хода и ограничивает средние скорости движения АТС. Применение регулируемых ГА лишь немного улучшает плавность хода, но существенно повышает стоимость подвески.  
Улучшить плавность хода АТС в различных режимах движения возможно 
за счет добавления в подвеску демпфирующих устройств других типов, которые 
эффективно гасят только резонансные колебания кузова и колес и при этом не 
усиливают колебания в других зонах. К таким типам можно отнести инерционнофрикционный амортизатор (ИФА), динамический гаситель (ДГ) и пневматический или воздушный демпфер (ВД), которые по отдельности, как и ГА, не могут 
обеспечить эффективного гашения колебаний во всем частотном диапазоне 
транспортной вибрации. Поэтому целесообразно использовать комбинированные демпфирующие системы (КДС) из демпфирующих устройств данных типов, 
которые автоматически включаются в работу в зависимости от режимов колебаний, тем самым существенно повышая виброзащитные свойства ПП и плавность 
хода АТС в широком диапазоне частотного воздействия. Однако для этого необходимо знать закономерности влияния различных комбинаций демпфирующих 
устройств разных типов (ИФА, ДГ, ВД и ГА) на показатели и характеристики 
виброзащитных свойств ПП, которые в настоящее время изучены недостаточно. 
Поэтому исследование таких КДС для ПП является актуальной задачей. 
Монография содержит 6 глав и приложения.  
В первой главе представлен анализ виброзащитных свойств пневматической подвески с демпфирующими устройствами (ДУ) разных типов с целью выявления областей частот возмущения для наиболее эффективного применения 
ИФА, ДГ, ВД и ГА по отдельности и в составе КДС. 
Во второй главе приведены математические модели КДС с различным сочетанием ИФА, ДГ, ВД и ГА для одноопорной и четырехопорной пневматической подвески АТС. Изложен алгоритм выбора КДС из ДУ разных типов в зависимости от требований плавности хода и средней скорости движения АТС по 
дорогам различного качества. 
В третьей главе описана экспериментальная установка и методики стендовых испытаний физической модели одноопорной пневматической подвески с 
КДС при различном сочетании ДУ разных типов. 
7 

В четвертой главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований пневматической подвески с КДС, показано влияние различных комбинаций ДУ разных типов на виброзащитные свойства пневматической подвески и плавность хода АТС, а также представлены результаты термографических испытаний пневморессоры с ВД.  
В пятой главе приведены описания разработанных в ВолгГТУ новых технических решений, обеспечивающих повышение виброзащитных свойств подвески и плавности хода АТС. 
 
В шестой главе изложены инженерные методики расчета основных параметров и характеристик ДУ разных типов.  
В приложении А представлена программа в SIMULINK для расчета 
oднooпoрнoй пнeвмoпoдвeски с КДС, включающей ИФA, ДГ и ГA. 
В приложении Б дано описание стенда-гидропульсатора, расположенного 
на кафедре «Автоматические установки» ВолгГТУ.  
В приложении В приведен расчёт технико-экономической эффективности 
пневматической подвески с различными КДС для грузового автомобиля  
КамАЗ-4308. 
 
8 

ГЛАВА 1. 
АНАЛИЗ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПОДВЕСОК 
АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (АТС) С РАЗЛИЧНЫМИ  
ТИПАМИ ДЕМПФИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ 
 
1.1. Анализ плавности хода и путей повышения виброзащитных 
свойств подвесок АТС 
Необходимость высокой плавности хода автотранспортных средств (АТС) 
обуславливается не только требованиями обеспечения заданных комфортных 
условий для водителя и пассажиров, но и сохранностью перевозимых грузов, безопасностью движения, топливной экономичностью, управляемостью и устойчивостью АТС, что особенно актуально при их эксплуатации на разбитых дорогах, 
на которых резко снижаются средние скорости движения и увеличиваются эксплуатационные расходы. Плавность хода во многом зависит от виброзащитных 
свойств подвески и ее способности гасить колебания, возникающие от взаимодействия колес с неровностями дороги при движении автомобиля. Несовершенство 
характеристик подвески снижает эффективность автомобильных перевозок и срок 
службы АТС, увеличивает затраты на ремонт и техническое обслуживание, вызывает повышенную утомляемость водителя и пассажиров, снижает сохранность перевозимых грузов, а также ускоряет износ шин и разрушение дорожного покрытия. Поэтому постоянно ведутся исследования, направленные на улучшение характеристик подвесок, представленные в работах отечественных и зарубежных 
ученых. Среди них наиболее известны: А. В. Андрейчиков [44], В. А. Дербаремдикер [19…21], В. В. Иванов [29], М. В. Ляшенко [41], А. А. Мельников [43], 
И. Г. Пархиловский [64], Я. М. Певзнер [35, 81, 82], Р. В. Ротенберг [95, 96],  
И. Б. Скиндер [109], А. А. Силаев [107], Г. А. Смирнов [110], И. Н. Успенский [113], 
Р. И. Фурунжиев [117, 118], А. А. Хачатуров [23], Н. Н. Яценко [126, 127],  
М. Г. Беккер [6], Дж. Вонг [11], И. Раймпель [91], И. М. Рябов [97, 123],  
Г. О. Котиев [39], Я. Г. Пановко [63] и др.  
На разбитых дорогах возникают большие колебания кузова и колес, что вызывает утомление водителей и дискомфорт пассажиров, приводит к частым пробоям подвески и ухудшению условий управления автомобилем. Поэтому водители вынуждены уменьшать скорость движения АТС, вследствие чего средняя 
скорость движения АТС снижается на 40…50 , а эффективность автомобильных 
перевозок - на 35…40  [96]. 
Однако даже это не решает проблемы превышения допустимых норм вибронагруженности в соответствии с международным стандартом ИСО 2631-74 или 
ГОСТ 12.1.012-78 (ГОСТ 12.1.012-2004), что хорошо видно из сравнения средних 
квадратических ускорений на сиденьях грузовых, легковых и пассажирских АТС 
и допустимых санитарных норм, представленных на рис. 1.1 и 1.2 и в табл. 1.1, 
1.2 и 1.3 [3, 35].  
 
 
9 

 
 а  
 
 
 
 
          б 
Рис. 1.1. Зависимость вертикальных средних квадратических ускорений от частоты  
кинематического возмущения на сиденьях грузовых (а) и легковых (б) АТС:  
I - граница комфорта по ИСО для Т = 8 ч; II и III - границы допустимой утомляемости  
без снижения производительности по ИСО для Т = 8 и 4 ч; 1 и 2 - седельные тягачи  
с полуприцепами без груза, скоростная автодорога, 89 и 96 км/ч, соответственно;  
3 - пикап 3/4 т с грузом, работа в карьере, 16 км/ч; 4 - легковой автомобиль,  
скоростная автодорога, 96 км/ч; 5 - легковой компактный автомобиль,  
скоростная автодорога, 96 км/ч; 6 - легковой автомобиль высшего класса 
Автомобили
Из рис 1.1 видно, что грузовые АТС превышают границы допустимой 
утомляемости при продолжительности воздействия Т = 4 ч (кривые II), а легковые - границы комфорта при продолжительности Т = 8 ч (кривые I).  
Типичные интегральные значения среднеквадратических вертикальных 
виброускорений на сиденьях легковых автомобилей высшего, среднего, малого 
и особо малого классов в диапазоне частот 0,7…22,4 Гц приведены в табл. 1.1, 
из которой следует, что с уменьшением класса автомобиля величины виброускорений и их разброс возрастают.  
 
 
Таблица 1.1 
Интегральные значения среднеквадратических вертикальных 
виброускорений на сиденьях легковых автомобилей (м/с2) 
 
Покрытие 
 
Малый и особо
малый классы
Средний класс 
Высший класс 
Асфальтобетонное 
0,7…1,2
(40…110 км/ч)
0,6…0,8
(40…110 км/ч)
0,3…0,5
(50…130 км/ч)
Ровное булыжное 
или брусчатое 
0,9…1,3
(30…70 км/ч)
0,6…1,0
(30…70 км/ч)
0,3…0,5
(30…70 км/ч)
Типичные интегральные значения среднеквадратических вертикальных виброускорений на сиденьях и в центре платформы отечественных грузовых автомобилей полной массой 7…14 т с колесной формулой 4î2 приведены в табл. 1.2. 
 
10