Подвески грузовиков

Продолжение темы о подвесках, использующихся на коммерческом транспорте

При создании грузового автомобиля подвеске уделяется все большее внимание. Ведь от ее совершенства зависят не только плавность хода, но и проходимость машины, безопасность движения, устойчивость, надежность, долговечность грузовика и даже расход топлива.

Как известно, грузовые автомобили работают на дорогах разных категорий: от магистральных автострад до грунтовых дорог в строительных карьерах, не говоря уже о бездорожье. В зависимости от конкретных условий конструктор выбирает величину дорожного просвета машины между поверхностью дороги и нижними точками ходовой части и ее органов. Чем хуже условия, в которых предстоит работать машине, тем просвет должен быть больше, несмотря на некоторые негативные последствия, а именно: повышение центра тяжести, снижение устойчивости и т.д.

На современных грузовых автомобилях можно встретить как зависимые, так и независимые подвески колес. При этом в силу экономической целесообразности наибольшее распространение получили рессорные подвески жестких балок мостов и только на магистральных тягачах в качестве упругих элементов прижились пневмобаллоны. Большее разнообразие конструктивных схем наблюдается на специальных военных машинах, к стоимости которых не предъявляются столь жесткие требования, как у обычных коммерческих грузовиков. На военных машинах можно встретить пружины и торсионы, гидропневматические элементы и стеклопластиковые рессоры, однако не эти транспортные средства будут объектом нашего внимания. Для нас наибольший интерес представляют действительно массовые конструкции. Начнем знакомство с самых характерных из применяемых рессорных подвесок. Оценим их «плюсы» и «минусы».

Чем хороша рессора? Тем, что это уникальное устройство (оно, между прочим, в несколько раз старше самого автомобиля. – Ред.) в подвеске играет сразу едва ли не все роли. Она и упругий элемент, и направляющий аппарат. Ее использование облегчает сборку и ремонт машины. Рессора проста по конструкции и в ремонте, но не лишена и целого ряда серьезных недостатков. К главным из них относятся: высокое межлистовое трение, способное сильно ухудшить плавность хода на хорошей дороге, а также большая материалоемкость в сочетании с технологической сложностью при производстве листов.

Листы для рессор изготавливают из дорогой, высокопрочной стали, содержащей кремний и марганец (55ГС, 55С2, 60С2), а также хром и никель (50ХГ). Чтобы рессоры могли выдерживать высокие, многократно повторяющиеся напряжения, возникающие во время прогиба, на поверхности листов после термообработки не должно быть обезуглероженных участков, трещин и других дефектов, а этого можно добиться только при довольно дорогом технологическом процессе. Предел текучести стали, идущей для изготовления листов рессоры, должен быть не менее 1 150 Н/см 2 . Отсюда и высокая стоимость рессоры.

Рессоры стремятся делать возможно более длинными, поскольку возникающие в них напряжения обратно пропорциональны квадрату длины. При недостаточной длине в коренном листе могут возникнуть большие напряжения, для уменьшения которых кривизну остальных листов делают такой, чтобы они воспринимали часть нагрузки коренного и нескольких следующих за ним листов, разгружая их.

Несмотря на то, что рессоры известны уже несколько столетий, их долговечность, обусловленная начальными напряжениями, сложным напряженным состоянием, динамическим и повторяющимся воздействием разнообразных сил, остается невысокой. По сравнению с торсионами и пружинами рессора работает в менее благоприятных условиях; ее усталостная прочность в 4 раза меньше, чем у торсиона. В настоящее время при эксплуатации в хороших дорожных условиях (асфальтовое покрытие) долговечность рессор магистральных грузовиков составляет 100 – 150 тыс. км пробега, но в плохих условиях (грунтовые дороги, работа на стройках) она падает вдвое и доходит до 10 – 15 тыс. км в случае применения рессор, изготовленных ремонтными предприятиями.

Листы рессоры имеют в свободном состоянии разную кривизну, поэтому уже при сборке в них появляются начальные напряжения (наибольшие в коротких листах). Рессора, являющаяся упругим и направляющим элементом подвески, испытывает изгиб в вертикальной плоскости, прогиб от вертикальных сил, воспринимает продольные силы и их моменты, а также осевое сжатие от продольных сил, изгиб в горизонтальной плоскости от боковых сил и кручение от их моментов. Самым напряженным является коренной лист, поэтому его делают или толще остальных, или для усиления ставят два-три коренных листа.

Для увеличения долговечности рессор применяют некоторые приемы, к которым относятся:

а) разгрузка рессоры от некоторых действующих сил. Для уменьшения скручивания рессоры концы ее заделывают в резиновые опорные подушки, а введением дополнительного упора ограничивают изгибающий момент, действующий на рессору при торможении. Дополнительные тяги (соединяющие мост и раму) в настоящее время устанавливаются на большинстве рессорных передних подвесок, концы рессор при этом крепят к кузову двумя стремянками;

б) уменьшение напряжений в рессоре. Это достигается ограничением средних амплитуд колебаний колеса относительно кузова введением дополнительно упругих элементов (например, резиновых, работающих на старте) и достаточного увеличения сопротивления амортизаторов. Напряжения могут быть уменьшены изменением формы поперечного сечения листов, что вызывает перераспределение нормальных напряжений. Последнее требует пояснения.

В напряженной рессоре верхняя часть сечения работает на растяжение, нижняя – на сжатие. При прямоугольном сечении рессоры расстояние от нейтральной линии до наиболее удаленных точек (верхних и нижних) одинаково, поэтому одинаковы и наибольшие рабочие напряжения – растягивающие и сжимающие. Поломки рессор чаще всего бывают усталостного происхождения. При переменных напряжениях пределы выносливости стали становятся разными: меньшими при растяжении и большими при сжатии. В связи с этим были предложены сечения листов, при которых наибольшие напряжения растяжения меньше, чем наибольшие напряжения сжатия. Если сечение имеет кромки или одну канавку, то нейтральная линия смещается вверх, расстояние до наиболее удаленных точек сечения уменьшается, соответственно падают напряжения расстояния;

в) упрочнение рессоры. Усталостные разрушения рессорного листа начинаются с очагов, возникающих на поверхности, испытывающей растягивающие напряжения, или в углах сечения. В связи с этим широкое применение получило поверхностное упрочнение дробеструйной обработкой часто одного коренного листа со стороны, испытывающей растяжение. Эффект от обдувки значительно повышается при использовании межлистовых прокладок. Межлистовое трение приводит к появлению зон с высокими контактными напряжениями, что в условиях колебаний вызывает задиры на поверхности листов и в конечном счете появление очагов общего разрушения. Это явление ослабляется при введении межлистовых прокладок.

Коррозия в процессе эксплуатации автомобиля значительно ослабляет эффект поверхностного упрочнения. Именно это объясняет то, что некоторые владельцы «Волг» рессоры задней подвески заключают в чехлы. Срок службы рессорной подвески ограничивается в большой степени износом шарниров. Применение резиновых и пластмассовых втулок, устанавливаемых в шарнирах, способно эту проблему снять, но только для не тяжелой техники (обычно до 6 т полной массы).

Недостатком рессор является их линейная характеристика жесткости (т.е. прогиб пропорционален прикладываемому усилию), в то время как желательно иметь прогрессивное увеличение жесткости по мере прогиба. Некоторого изменения жесткости рессоры можно достичь установкой серьги с наклоном (на легких и средних грузовиках) или за счет цилиндрической задней опоры (на тяжелых грузовиках). Но оба способа позволяют реализовать нелинейность лишь в очень малых пределах.

Изменение жесткости рессорной подвески чаще всего достигают введением подрессорника или нижней дополнительной (иногда однолистовой) рессоры, делающей характеристику подвески прогрессивной (жесткость ступенчато увеличивается при ходе колеса вверх).

Трение в рессоре в прошлом позволяло обходиться без специальных амортизаторов в подвеске грузовых автомобилей, что удешевляло машину и упрощало уход за ней. В настоящее время скорости движения грузовиков выросли настолько, что для обеспечения безопасности движения и плавности хода установка амортизаторов стала необходима, так же, как и борьба с трением в листах рессор. Причин две: из-за неблагоприятного закона изменения трения и нестабильности его величины при эксплуатации. При малых толчках, когда сила, передающаяся через рессору, меньше силы трения между листами, рессора «блокируется», неровности компенсируются только шинами, и плавность хода значительно ухудшается. Те же силы трения при колебаниях большой амплитуды не способствуют достаточному их затуханию. У рессор, работающих без смазки, сила трения может достигать 25% от упругой силы рессоры. Для обеспечения хорошей плавности хода автомобиля сила трения не должна превышать 5 – 8%. Замечено, что в грузовых автомобилях с высокой посадкой водителя силы межлистового трения вызывают крайне неприятные колебания головы водителя вдоль продольной оси машины.

Для уменьшения межлистового трения изготовители применяют малолистовые рессоры (в том числе однолистовые переменной толщины и ширины), листы специальной формы, вводят смазку и вставки между листами.

Продолжение темы о подвесках, использующихся на коммерческом транспорте

Рессорная подвеска: принцип работы, плюсы и минусы

Статья про рессорную подвеску: ее основные функции, принцип работы, достоинства и недостатки. В конце статьи — видео о том, какая подвеска лучше.

Содержание статьи:

• Основные функции подвески
• Конструкция подвесных элементов
• История рессорной подвески
• Конструкция и работа рессорной подвески
• Плюсы и минусы рессор
• Видео о том, какая подвеска лучше

Подвеска играет немаловажную роль в конструкции автомобиля — именно от ее работы зависит плавность перемещения машины по дорогам. А поскольку дороги бывают не очень хорошего качества, нагрузка на подвеску возрастает в несколько раз. Рессорная подвеска отлично продемонстрировала себя как раз-таки в тяжелых условиях эксплуатации автомобилей. На ее конструкции и принципе работы мы и остановимся.

Основные функции подвески

Прежде всего, следует отметить, что именно подвесные элементы соединяют кузов автомобиля с шинами. Без этого элемента машина превращается в самую обыкновенную телегу, которую трясет при появлении малейших неровностей.

Второй и также важной функцией подвесных элементов можно назвать усиление устойчивости автомобиля. Во время выполнения поворотов и разворотов автомобиль подвергается внешним боковым нагрузкам, которые могут привести к опрокидыванию. Подвеска обеспечивает устойчивость авто, обеспечивая безопасность находящимся в салоне.

И, наконец, третья функция, про которую уже говорилось ранее – подвеска соединяет шасси с кузовом.

Конструкция подвесных элементов

Любая подвеска состоит из трех компонентов:

• гасящий компонент;
• направляющий компонент;
• упругий компонент.

Гасящий компонент, если судить по названию, нужен для гашения различных неровностей, которые встречаются на пути следования автомобиля. В качестве этого компонента чаще всего используют амортизаторы.

Направляющий компонент представлены рычагами, которые служат для соединения шасси и кузова автомобиля.

Принято считать, что существует два типа подвесок: механические и пневматические. Однако некоторые подвесные элементы также сочетают в себе электрические и гидравлические составляющие, что помогает добиться более плавного передвижения по дороге. Иногда за работу подвески отвечает электронный блок управления.

История рессорной подвески

Системы подрессоривания данного типа появились много лет назад. Во древнем Риме на телегах иногда использовались рессоры. В качестве упругих элементов выступали ремни из кожи или металлические цепи. Применение таких систем подрессорирования позволяло перевозить крупногабаритные грузы без потенциальной опасности повредить мосты и колеса.

Большинство грузовых автомобилей имеет в своей конструкции именно рессорную подвеску, что позволяет перевозить крупногабаритные грузы на большие расстояния и по плохим дорогам, не боясь за неожиданные поломки мостов и колес.

Конструкция и работа рессорной подвески

Данный подвесной элемент представлен металлическими рессорами – стальными листами отличающейся длины, которые скреплены между собой хомутами. Центр стальных листов отвечает за крепление подвески к мосту автомобиля. Окончания листов присоединяются к раме машины при помощи шарниров или серёг.

Необязательно использовать несколько листов, поэтому в середине прошлого века в Америке применялись системы подрессоривания с одним металлическим листом. Подобные системы устанавливались на автомобили марки Форд, и только спустя несколько лет данная система снискала свою популярность у европейских автопроизводителей.

При попадании на препятствие рессорные листы немного сгибаются, гася таким образом все колебания, появившиеся в результате наезда. Если листов несколько, большая нагрузка приходится на нижнюю рессору, поэтому ее изготавливают короче, добиваясь при этом наименьшего изгиба. Верхние рессоры наоборот делают длиннее, чтобы добиться большей гибкости и погасить оставшиеся колебания после нижних листов.

Плюсы и минусы рессор

Самым очевидным плюсом металлических листов можно назвать простоту в изготовлении, а следовательно — меньшую стоимость. Такие конструкции также отличаются надежностью, поскольку сломать толстые слои металла крайне сложно.

Машины с рессорными системами неприхотливы к качеству дорог — они могут свободно перемещаться и по пустынным магистралям. К тому же груз, находящий в багажнике, никоим образом не скажется на проседании автомобиля, поскольку все нагрузки от него будет гасить рессора.

Основной недостаток у рессор – низкий срок службы металлических листов. Частые нагрузки приводят к проседанию металла, что выливается в скрежет и дребезжание во время процесса передвижения. Рессора будет требовать постоянной смазки, к тому же часто придется менять прокладки.

Некоторые автолюбители, эксплуатирующие рессоры, жалуются на постоянные затраты, которые настолько велики, что целесообразность использования рессорной подвески становится под вопросом. В ряде случаев проще установить гидропневматический подвесной элемент, даже несмотря на его высокую стоимость.

Применение рессорных систем на легковых автомобилях встречается крайне редко. Но если вы эксплуатируете грузовой автомобиль, который занимается постоянным транспортированием грузов, рессорная подвеска покажет себя во всей красе.

Видео о том, какая подвеска лучше: