Въздушно окачване на камиони, как започна всичко
Пневматичните пружини се използват в превозни средства от дълго, дълго време: експлоатацията на конска каруца с пневматични еластични елементи започва през 1847 г.
Първото споменаване на въздушно окачване в патентните архиви на САЩ датира от 1880 г. През 1888 г. Dunlop не само прави първата пневматична гума, но също така предлага първото въздушно окачване за автомобил. Въпреки това едва през 1909 г. се появява автомобил Couey с въздушно окачване и дори тогава само на изложението.
В началото на 20-30-те години на миналия век френските, италианските и чешките автомобилни компании произвеждат редица модели с въздушно окачване, обикновено от телескопичен тип - тоест без използването на гумено-кабелна обвивка. Пневморессорите от телескопичен тип, въпреки високата им цена, се характеризираха с лоша херметичност, а използването на пневмогумени елементи беше ограничено от тяхната кратка издръжливост поради несъвършената технология на производство.
Окачване на количка Doll, използвана в скандинавските съединители
Отвъд океана, северноамериканската компания Firestone Tire & Каучукът започва своите експерименти с пневматични двойни силфони в началото на 30-те години. Няколко години по-късно експерименталната работа стигна до полеви изпитания. През 1935-1939г. няколко прототипа на Buick и Plymouth са оборудвани с въздушни пружини.
Въздушната пружина с гумен шнур е по същество безкамерна гума. Камерните и безкамерните гуми трябва да се различават значително една от друга. Въпросът е, че въздухът преминава през гумата. Разбира се, те се опитват да направят автомобилни камери от по-херметична гума, но въздухът все още преминава. В гумата на камерата въздухът, който е преминалпрез гумата на камерата, просто излиза. Гумата постепенно пада и нищо повече. В безкамерна гума въздухът може да се натрупа в стените, което води до разслояване на гумата и корда. Следователно балонът с въздушно окачване е голямо постижение за каучуковата промишленост през 30-те години на миналия век.
Тежкотоварното предно окачване на Volvo с двойни носачи за тежкотоварни камиони осигурява отлично сцепление и управление при неравности и ями
За периода до 1938 г. в САЩ са произведени около 50 различни вида въздушни окачвания. Елементите от гумен шнур с памучен шнур обаче не могат да осигурят висок ресурс за въздушното окачване.
През 1938 г. Firestone успява да заинтересува най-големия американски производител на автобуси General Motors да монтира въздушно окачване на разработваните модели. Втората световна война забави въвеждането на нов тип окачване. Първият автобус с въздушно окачване е тестван едва през 1944 г. По време на тези тестове са документирани неоспоримите предимства на въздушното окачване - на първо място, в плавността.
Най-често използваната кръгла въздушна пружина
Отне още няколко години на интензивни изследвания и тестове, преди първите автобуси на GM с въздушни пружини да бъдат доставени на поточната линия през 1953 г. В реална експлоатация въздушното окачване демонстрира висока производителност и надеждност. Дори след пробег от 1 милион мили, пневматичните елементи не изискват подмяна. След автобусите въздушното окачване започна да се появява на камионите. Средното време между отказите на въздушния балон беше 1 милион километра, докато стоманените пружини отказаха след около 200 хиляди километра. Тайната на успеха с гумен шнурчерупките се състоят в използването на найлонов шнур - синтетично полиамидно влакно, изобретено от американската компания DuPont.
Схема на кръгъл цилиндър
В Европа през 1955 г. немските фирми Continental и Metzler на изложение в Германия показаха първите образци на въздушно окачване. В края на 1957 г. автобусът MAN 760 UO1 с пневматични пружини е пуснат в производство в Германия. Германците знаеха много за полиамидните влакна. През 1943 г. в Германия е създадено промишлено производство на поликапролактам, от който са направени корда за самолетни гуми, парашутна коприна и кабели за теглене на планери. Наличието само на един синтетичен шнур за създаване на високоякостна обвивка на въздушна пружина не е достатъчно. Нуждаем се също от технология, която увеличава сцеплението на гумата с корда.
Експериментална карбонова ос BPW ECO Vision
ЗИС-164 на пневматичен
В Съветския съюз работата по въздушното окачване се извършва едва след въвеждането на такива системи на Запад. В задната ос на автобуса ZIL-158 са монтирани кръгли двойни пневматични цилиндри с размери 250x200 от местно производство (NIIShP). Благодарение на използването на пневматика беше възможно да се постигне гладко возене, съизмеримо с увеличаване на листовата пружина с повече от 1,5 пъти. Вярно е, че такава подмяна би довела до факта, че тялото на автобуса без товар щеше да се повиши с 20 см. При стендови тестове на въздушната пружина NIISHP, създадена съвместно с NAMI, тя издържа 6 милиона цикъла без повреда. За рамката на пневмоцилиндрите е използван найлонов шнур 14K с якост 14-15 kg.
Комбинираното - пружина-въздушна пружина - окачване запазва геометрична твърдост, но осигурява по-добър комфорт при возене
Пневматични окачвания, проектирани от NAMIинсталирани на автомобили ЗИЛ-164, които са работеща лаборатория. В задното окачване на автобуса LAZ-695, който получи обозначението LAZ-695E, бяха монтирани и пневмобалони.
Тестове, проведени съвместно с автомобилния завод. Лихачов показа, че експерименталният ЗИЛ-164 може да се движи по-бързо по лош път от ГАЗ-51 и новия камион ЗИЛ-130. Автобусът LAZ-695E измина 25 000 км по калдъръмен път с лошо качество.
NAMI-LiAZ-158M също беше на пневматиката
В първите въздушни окачвания са използвани кръгли въздушни ресори, състоящи се от един, два или няколко тороидални елемента, разположени един над друг. Използвани са удължени пневмоцилиндри със заоблени краища, също състоящи се от два или три "етажни", и диафрагмени пневматични еластични елементи в различни версии. И до днес се използват пневмобалони с черупки от гумен шнур с кръгла форма. Имат голяма издръжливост и товароносимост, компактни са и удобни за масово производство.
ЛиАЗ-677 01 на пневматичен канал стана предшественик на най-масивните градски автобуси в СССР, популярно наречени "камиони за добитък". Но за времето си беше прогресивна машина
Въздушните пружини от балонен тип обаче имат редица недостатъци. Динамичната и статичната твърдост на кръглата въздушна пружина се различават значително. Кръглите въздушни бутилки не осигуряват собствени трептения с честота под 1,3-1,5 Hz дори при използване на значителни допълнителни обеми въздух.
Факт е, че товароносимостта на въздушната пружина се определя от произведението на налягането и ефективната площ. За кръгъл балон ефективната площ зависи значително от радиуса на кривината на черупката - тонараства с увеличаване на напрежението. Също така, с увеличаване на деформацията, налягането в цилиндъра се увеличава. Увеличаването на два множителя наведнъж по време на компресия не дава възможност да се получат ниски честоти на трептене и следователно трябва да се приложи допълнителен обем.
За допълнителен обем въздух първоначално е използвано пространството вътре в кухата ос. Поради технологична сложност и недостатъчна надеждност това решение скоро беше изоставено. Съвсем наскоро BPW се върна към едно забравено решение с оси Eco Vision.
Вече не се използват удължени въздушни пружини. Предимството им беше малката ширина, която позволяваше инсталирането на въздушно окачване вместо конвенционалните многолистови пружини. Цилиндрите с дължина 1,7 м позволяват, според технологиите от онова време, да осигурят натоварване до 10 тона, но при равни площи на кръгли и удължени цилиндри, товароносимостта на кръгъл ще бъде 1,5 пъти по-висока. Удължените цилиндри са трудни за производство, те също изискват допълнителни обеми въздух.
Схема на гофриран двуетажен балон
Понастоящем широко се използват диафрагмени елементи от тръбен тип - "ръкави". В такива въздушни пружини промяната в обема, а оттам и пропорционалното увеличение на налягането, се променя по същия начин, както се случва в 2-3-секционните кръгли цилиндри, а промяната в ефективната площ става по различен начин - тя се увеличава само в крайни позиции. Следователно въздушните окачвания от този тип имат ниски естествени честоти и не се нуждаят от използване на големи допълнителни обеми. Въздушните пружини от мембранен тип обаче поставят повишени изисквания към обвивката на гумената корда, тъй като тя е подложена на по-голямо огъване. Конструктивните характеристики на такива пружини не позволяват намаляванеминималното налягане е по-малко от 3 бара, тъй като при ниско налягане обвивката няма да пасне правилно на основата.
Въздушните маншони също се използват за повдигане или спускане на осите на превозно средство или ремарке. В същото време те не изпълняват никаква амортисьорна роля.
Първите вътрешни експериментални диафрагмени еластични елементи са създадени в катедрата по колесни машини на Московския държавен технически университет. Бауман и в конструкторското бюро на Ленинградския завод за гуми. Те получиха обозначението D 330-90 и бяха монтирани в задното окачване на автомобила GAZ-63. Въздушната пружина осигурява ход от 200-250 мм и пълно статично натоварване от 1,5-2 т. Такава товароносимост е прекомерна за ГАЗ-63. При минимално статично натоварване налягането в еластичния елемент е по-малко от 2 бара.
Тандемното въздушно окачване се използва широко в американските камиони
В СССР е извършена експериментална работа върху независимо окачване на тежкотоварни камиони. И така, през 1957 г. започва работата по проектирането на независимо предно окачване на торсионна греда за 10-тонен камион YaAZ-210E. Работата беше извършена за подобряване на гладкостта и проходимостта на тежките автомобили YaAZ. Камионът е тестван с пробег 15 000 км. Бяха идентифицирани редица структурни недостатъци в окачването и беше установена необходимостта от проектиране на специално кормилно управление. Също така беше необходимо да се вземат мерки за предотвратяване на усукване на рамата.
През 1960 г. въздушното окачване е монтирано на автобуса LAZ-698 Karpaty, създаден в един екземпляр от Лвовския автобусен завод съвместно с NAMI. Автобусът е имал и предно независимо окачване.
Вариант на пневматично окачване Hendrickson PRIMAAX с теглещи рамена
През същата 1960 г. Ликинският автобусен завод създава експериментален модел LiAZ-E676 (NAMI-LiAZ-158M),също проектиран с участието на НАМИ. Автобусът е модернизиран ЗИЛ-158, който се отличава с двойни врати отпред и отзад и място за съхранение отзад. Тялото е направено носещо със затворени лонжерони. Промените в структурата на каросерията включват инсталирането на въздушно окачване. През следващите 3 години заводът ще произведе последователно 3 прототипа на голямоторен градски автобус ЛиАЗ-Е677. Пускането на автобуса в производство ще отнеме още няколко години.
В ленти на камиони, като правило, се използват 3-4 въздушни пружини, носещи различни функционални натоварвания
Интересът на чуждестранните производители на камиони към въздушното окачване се подхранва на първо място чрез подобряване на техническите и експлоатационни характеристики на камиона. Тъй като използването на регулируемо въздушно окачване направи възможно намаляването на височината на шасито чрез намаляване на статичното отклонение на пружините, това, като същевременно ограничи общата височина, направи възможно увеличаването на обема на полуремаркето с около 3 m³. Също така, използването на въздушни пружини ви позволява да увеличите товароносимостта с около 0,5 т. Такива предимства оправдаха увеличението на първоначалната цена на камиона поради инсталирането на въздушно окачване, особено скъпо в началния период на развитие на такива системи.