Сергей Репин Учёные СПбГАСУ работают над повышением плавности хода транспортных средств. Профессор кафедры наземных транспортно-технологических машин Сергей Репин – автор и соавтор десяти патентов на данную тему, а также трёх свидетельств на программы для ЭВМ. В 2022 г. получен патент № 208894 на полезную модель «Пневмогидравлический амортизатор».
– Работа проходила в течение нескольких лет. Сначала были разработаны новые конструкции амортизаторов, исключающие использование пружин и рессор в подвеске машин за счёт применения сжатого газа в полостях амортизатора. По мере теоретических и экспериментальных исследований возникали новые идеи по совершенствованию конструкций амортизаторов, – рассказал Сергей Репин.
Плавность хода автомобиля обеспечивается подвеской – системой устройств для упругого соединения колёсных осей машины с рамой для поглощения и смягчения ударов и толчков (демпфирования), получаемых колёсами и передаваемых кузову при движении по неровной дороге. В подвеске имеется упругий элемент, воспринимающий удары и толчки со стороны дороги, – обычно это пружина или рессора, и демпфирующий элемент, гасящий колебания подрессоренной массы автомобиля, – амортизатор. Кроме того, амортизатор отвечает за качество сцепления шин с дорогой.
Амортизатор представляет собой гидравлическое устройство, работа которого основана на силе трения и физических свойствах жидкости: вязкости и несжимаемости. Роль жидкости в амортизаторе выполняет масло, которое циркулирует в рабочем цилиндре посредством движения поршней. Поршни вытесняют масло в различных режимах через калиброванные отверстия разного диаметра. Это ведёт к поглощению колебаний – как в период сжатия, так и при отбое (растяжении).
Существуют разные виды амортизаторов: однотрубные (с одним цилиндром), двухтрубные (с двумя цилиндрами, помещёнными один в другой), комбинированные (двухтрубные, во внешнем цилиндре вместо воздуха находится газ под давлением). Однако ни одно техническое решение не исключает пробоя амортизатора на ходе отбоя при движении по неровной дороге. Это особенно опасно во время прохождения поворотов. При неисправном амортизаторе колесо начинает «подпрыгивать» вплоть до полной потери сцепления с дорогой. Автомобиль может вынести за пределы трассы или развернуть.
Типовой пневмогидравлический амортизатор содержит рабочий цилиндр с гидравлическим поршнем и с поршнем, разделяющим цилиндр на гидравлическую и газовую полости. Сжатый газ в замкнутом пространстве газовой полости компенсирует изменение внутреннего объёма жидкости при движении штока гидравлического поршня. Подвеска транспортного средства с таким амортизатором нуждается ещё и в упругом элементе – пружине или рессоре.
В разработанной в СПбГАСУ модели пневмогидравлический амортизатор помещён внутрь внешнего цилиндра, заполненного сжатым газом, выполняющим роль упругого элемента. Причём чем сильнее сжимается газ на больших ходах сжатия и отбоя, тем больше сила упругого сопротивления. Подобная конструкция исключает пробой амортизатора на ходах сжатия и отбоя и не нуждается в таком дополнительном упругом элементе, как пружина или рессора.
Пневмогидравлический амортизатор может применяться в строительных и дорожных машинах, которые зачастую работают в тяжёлых дорожных условиях, в том числе в Арктике, где нет дорог с усовершенствованным покрытием и подвеска ходовой части подвергается значительным нагрузкам. Предлагаемая конструкция может быть установлена на любое транспортное средство, в том числе на легковые автомобили и автобусы.
– Вместе с аспирантами Денисом Орловым и Романом Букировым мы планируем усовершенствовать конструкцию пневмогидравлического амортизатора с целью обеспечить возможность для регулирования его характеристик. Сейчас занимаемся математическим моделированием, чтобы подбирать параметры жёсткости и демпфирующей способности аналитически. Для этого разрабатываем новые математические модели работы амортизаторов и компьютерную программу исследования их работы, – добавил Сергей Репин.
Узнайте больше о кафедре наземных транспортно-технологических машин университета
Пневмогидравлический амортизатор:
1. внешний цилиндрический резервуар; 2. рабочий цилиндр (типичный гидравлический газонаполненный амортизатор); 3. резиновые манжеты; Г1 верхняя газовая полость; Г2 средняя газовая полость; Г3 нижняя газовая полость; 4. гидравлический поршень; 5. средний шток; 6. проушина; 7. нижний шток; 8. проушина; 9, 10. уплотнительно-направляющая втулка; 11. газовый поршень; 12. клапанная система; 13, 14. уплотнительная манжета; 15, 16. ниппель; 17, 18. предохранительный клапан; 19. Трубопровод; Ж1 верхняя полость; Ж2 нижняя полость