Воздух против стали

Воздух против стали
Пневматические рессоры используются на транспортных средствах очень давно: эксплуатация вагона-конки с пневматическими упругими элементами началась в 1847 г. Первые упоминания о пневматических подвесках в патентных архивах США относятся к 1880 г. В 1888 г. Данлоп не только изготовил первую пневматическую шину, но и предложил первую пневматическую подвеску для автомобиля. Однако лишь в 1909 г. появился автомобиль Коуей с пневматической подвеской, да и то только на выставке.

На рубеже 20-30-х годов прошлого века французские, итальянские и чешские автомобильные компании выпустили ряд моделей с пневматической подвеской, как правило, телескопического типа — то есть без применения резинокордовой оболочки. Пневмопружины телескопического типа, несмотря на свою дороговизну, отличались плохой герметичностью, а применение пневморезиновых элементов сдерживалось их небольшой долговечностью вследствие несовершенства технологии изготовления.

За океаном североамериканская компания Firestone Tire & Rubber начала свои эксперименты с пневматическими двухгофровыми пневмобаллонами в начале 30-х годов. Через несколько лет экспериментальные работы дошли до полевых испытаний. В 1935-1939 гг. несколько опытных автомобилей Бьюик и Плимут были оснащены пневматическими рессорами.

Резинокордовый пневмобаллон, по существу, представляет собой бескамерную шину. Камерная и бескамерная шины должны существенно различаться между собой. Дело в том, что воздух проходит через резину. Конечно, автомобильные камеры стараются делать из более воздухонепроницаемой резины, но воздух все равно проходит. В камерной покрышке воздух, прошедший через резину камеры, просто выходит наружу. Шина постепенно спускает, и только. В бескамерной шине воздух может накапливаться в стенках, приводя к расслоению резины и корда. Поэтому баллон пневмоподвески был для резинотехнической промышленности 30-х годов большим техническим достижением.

За период до 1938 г. в США было выпущено около 50 различных типов пневматических подвесок. Однако резинокордные элементы с хлопчатобумажным кордом не могли обеспечить высокий ресурс пневмоподвеске.

В 1938 г. компании Firestone удалось заинтересовать крупнейшего в США производителя автобусов — концерн Дженерал Моторс — в установке пневматической подвески на разрабатываемые модели. Мировая война задержала внедрение нового типа подвески. Первый автобус с пневматической подвеской был протестирован только в 1944 г. В ходе этих испытаний были задокументированы неоспоримые преимущества пневмоподвески — в плавности хода прежде всего.

Потребовалось еще несколько лет интенсивных исследований и испытаний, прежде чем в 1953 г. на конвейер были поставлены первые автобусы GM с пневматическими пружинами.

В условиях реальной эксплуатации пневмоподвеска продемонстрировала высокие эксплуатационные качества и надежность. Даже после пробега в 1 млн миль пневматические элементы не требовали замены.

Вслед за автобусами пневматические подвески стали появляться на грузовиках. Средняя наработка на отказ пневмобалона составляла 1 млн км, в то время как стальные рессоры выходили из строя примерно после 200 тыс. км. Секрет успеха резинокордовых оболочек заключался в применении нейлонового корда — синтетического полиамидного волокна, изобретенного американской компанией DuPont.

В Европе в 1955 г. немецкие фирмы Континенталь и Метцлер на выставке в Германии показали первые образцы пневмоподвесок. В конце 1957 г. в Германии был запущен в производство автобус MAN 760 UO1 с пневматическими пружинами. Немцы знали толк в полиамидных волокнах. Еще в 1943 г. в Германии было создано промышленное производство поликапролактама, из которого делали корд для авиационных шин, парашютный шелк, буксировочные тросы для планеров. Наличия одного только синтетического корда для создания высокопрочной оболочки пневмобаллона — мало. Нужна еще технология, увеличивающая сцепление каучука с кордом.

В США в 1957 г. были представлены несколько моделей тяжелых грузовиков, имевших в стандартном исполнении пневматическую подвеску передней и задних осей. В декабре 1958 г. на выставке в Чикаго GMC показала тягач модели DLR 8000 с кабиной над двигателем, передняя подвеска которого была не только пневматической, но и независимой. До этого тяжелые грузовики с независимой подвеской производила (и производит) в Европе лишь компания TATRA.

В Советском Союзе работы по пневматическим подвескам велись лишь после внедрения таких систем на Западе. Круглые двойные пневматические баллоны размером 250x200 отечественного производства (НИИШП) установили в заднюю ось автобуса ЗИЛ-158. Благодаря применению пневматики удалось получить плавность хода, соизмеримую с увеличением листовой рессоры более чем в 1,5 раза. Правда, такая замена привела бы к тому, что кузов автобуса без нагрузки поднялся бы на 20 см. При стендовых испытаниях пневморессора НИИШП, созданная совместно с НАМИ, выдержала 6 млн циклов без выхода из строя. Для каркаса пневмобаллонов использовали капроновый корд 14К, имеющий прочность 14-15 кг.

Пневматические подвески конструкции НАМИ устанавливались на автомобили ЗИЛ-164, представляющие собой ходовую лабораторию. Пневмобаллоны устанавливались также в задней подвеске автобуса ЛАЗ-695, получившего обозначение ЛАЗ-695Э.

Испытания, проведенные совместно с автозаводом им. Лихачева, показали, что экспериментальный ЗИЛ-164 может быстрее передвигаться по плохой дороге, чем ГАЗ-51 и новый грузовик ЗИЛ-130. Автобус ЛАЗ-695Э прошел по булыжной дороге плохого качества 25 тыс. км.

В первых пневматических подвесках применялись круглые пневмобаллоны, состоящие из одного, двух, или нескольких расположенных друг над другом элементов торообразной формы. Использовались удлиненные пневмобаллоны с закругленными торцами, также состоящие из двух-трех «этажей», и диафрагменные пневматические упругие элементы в различных вариантах.

Пневмобаллоны с резинокордовыми оболочками круглой формы используются по сегодняшний день. Они обладают большой долговечностью и грузоподъемностью, компактны и удобны для массового производства.

Однако пневматические рессоры баллонного типа имеют ряд недостатков. Динамическая и статическая жесткости круглого пневмобаллона значительно различаются. Пневмобаллоны круглой формы не обеспечивают собственные колебания с частотой ниже 1,3-1,5 Гц даже при использовании значительных дополнительных объемов воздуха.

Дело в том, что грузоподъемность пневматической рессоры определяется произведением давления на эффективную площадь. У круглого баллона эффективная площадь значительно зависит от радиуса закругления оболочки — она растет с увеличением деформации. Также с увеличением деформации растет давление в баллоне. Увеличение сразу двух множителей при сжатии не позволяет получить малые частоты колебаний и поэтому приходится применять дополнительный объем.

Для дополнительного объема воздуха первоначально использовали пространство внутри полой оси. В силу технологической сложности и недостаточной надежности от этого решения вскоре отказались. Совсем недавно к забытому решению вернулась компания BPW, предложившая оси Eco Vision.

Удлиненные пневмобаллоны уже не используются. Их преимуществом была небольшая ширина, которая позволяла устанавливать пневматическую подвеску вместо обычных многолистовых рессор. Баллоны длиной 1,7 м позволяли по технологиям того времени обеспечить нагрузку до 10 т. Но при равных площадях круглого и удлиненного баллонов грузоподъемность круглого будет в 1,5 раза выше. Удлиненные баллоны сложны в производстве, им тоже требуются дополнительные объемы воздуха.

В настоящее время широкое распространение получили диафрагменные элементы трубчатого типа — «рукава».

В таких пневматических рессорах изменение объема, а значит, и пропорциональное увеличение давления, изменяется аналогично тому, как это происходит в 2-3-секционных круглых баллонах, а изменение эффективной площади происходит по-другому — увеличивается только в крайних положениях. Поэтому пневматические подвески этого типа имеют малые собственные частоты и не нуждаются в применении больших дополнительных объемов. Однако пневморессоры диафрагменого типа предъявляют повышенные требования к резино-кордовой оболочке, так как она подвергается большему изгибу. Конструктивные особенности таких рессор не позволяют снизить минимальное давление меньше 3 бар, так как при низком давлении оболочка не будет нормально облегать основание.

Первые отечественные опытные диафрагменные упругие элементы были созданы на кафедре Колесные машины МВТУ им. Баумана и в ОКБ Ленинградского шинного завода. Они получили обозначение Д 330-90 и были установлены в задней подвеске автомобиля ГАЗ-63. Пневморессора обеспечивала ход 200-250 мм и полную статическую нагрузку в 1,5-2 т. Такая грузоподъемность была избыточной для ГАЗ-63. При минимальной статической нагрузке давление в упругом элементе было меньше 2 бар.

Велись в СССР опытные работы по независимым подвескам тяжелых грузовиков. Так, в 1957 г. начались работы по проектированию независимой передней торсионной подвески для 10-тонного грузовика ЯАЗ-210Е. Работа велась для повышения плавности хода и проходимости тяжелых автомобилей ЯАЗ. Грузовик прошел испытания пробегом 15 тыс. км. Был выявлен ряд конструкционных недостатков подвески и установлена необходимость проектирования специального рулевого управления. Также требовалось принять меры по предотвращению скручивания лонжеронов рамы.

В 1960 г. пневмоподвеска была установлена на автобус ЛАЗ-698 «Карпаты», созданный в единственном экземпляре Львовским автобусным заводом совместно с НАМИ. Автобус к тому же имел переднюю независимую подвеску.

В том же 1960 г. Ликинским автобусным заводом был создан экспериментальный образец ЛиАЗ-Э676 (НАМИ-ЛиАЗ-158М), также спроектированный при участии НАМИ. Автобус представлял собой модернизированный ЗИЛ-158, отличавшийся сдвоенными дверьми спереди и сзади, накопительной площадкой сзади. Кузов был сделан несущим с замкнутыми лонжеронами. Изменения в конструкции кузова предусматривали установку пневматической подвески. В последующие 3 года завод подготовит последовательно 3 опытных образца городского автобуса большой вместимости ЛиАЗ-Э677. Запуск автобуса в производство займет еще несколько лет.

Интерес зарубежных производителей грузовиков к пневматическим подвескам подогревался, в первую очередь, улучшением технико-эксплуатационных характеристик грузовика. Поскольку применение регулируемой пневматической подвески позволяло уменьшить высоту шасси за счет уменьшения статического прогиба рессор, то это при ограничении габарита по высоте позволяло увеличить объем полуприцепа примерно на 3 м?. Также применение пневморессор позволяет увеличить грузоподъемность где-то на 0,5 т. Такие преимущества оправдывали увеличение начальной стоимости грузовика из-за установки пневмоподвески, особенно дорогой в начальный период освоения таких систем.

Фото: tranzits.ru

Андрей Карасев

Автотрак

Владимир Милов о евразийской интеграции
Ритейлеры обзаводятся распределительными центрами в Ростовской области
Удастся ли организовать "космический" контроль за дальнобойщиками?
Минэнерго предлагает снизить таможенные пошлины на бензин, чтобы не допустить его дефицита
Каркас грузовой или денежный?