Пневмогидравлический телескопический упругий элемент с одной ступенью давления

Расчетная схема и нагрузочная характеристика такого упругого элемента представлены на рис. 12.

Рис.12. Пневмогидравлический упругий элемент:

а – расчетная схема: 1 – рабочий цилиндр, 2 – поршень, 3 – плавающий поршень; б – безразмерные нагрузочные характеристики: 1 – при МПа, 2 – при Мпа; сплошные линии – n = 1,41, штриховые – – n = 1,0

Рабочим телом такого упругого элемента является воздух или иной газ, заключенный в верхней части рабочего цилиндра (1). Рабочий цилиндр жестко соединен с несущей системой автомобиля. Шток поршня 2, как правило, шарнирно присоединяется к колесу. Для передачи усилия и перемещения от колеса на несущую систему автомобиля применяется рабочая жидкость, находящаяся между поршнем 2 и плавающим поршнем 3 внутри рабочего цилиндра.

Учитывая, что площадь ( ) верхней поверхности поршня для такой телескопической пневморессоры постоянна, уравнение нагрузочной характеристики будет иметь вид:

.

Или после преобразования:

,

где – приведенная высота газового столба в цилиндре в статическом положении: . Для расчетов нагрузочной характеристики следует принимать и Мпа.

При расчетах телескопических упругих элементов часто применяют безразмерные нагрузочные характеристики, которые подходят для любых размеров элемента. Безразмерная нагрузочная характеристика – это графическая зависимость относительного увеличения нагрузки от относительного уменьшения объема или . Уравнение безразмерной нагрузочной характеристики будет:

.

На рис. 12-б представлены безразмерные характеристики для различных значений статического давления при двух значениях политропы.

При Мпа влияние внешнего давления незначительно, что позволяет получить единую безразмерную характеристику для :

.

Для снижения размеров и массы поршневых пневморессор применяют высокие давления.

Коэффициент жесткости такой пневморессоры:

или

.

Установлено, что для телескопических пневморессор с резиновой мембраной, показатель политропы , а для непосредственного контакта газа с жидкостью – .

Для автомобилей с широкими пределами изменения статической нагрузки применяют телескопические пневморессоры с двумя ступенями давления (рис. 13).

Рис. 13. Пневмогидравлический упругий элемент с двумя ступенями давления:

а – расчетная схема (обозначения те же, что на рис.12);

б – безразмерные нагрузочные характеристики: 1 – при и ; 2 – при и ; 3 – при и ; 4 – при и

Газ в такой пневморессоре находится в полости А первой ступени под давлением и в полости Б второй ступени под давлением . Параметры и представляют собой абсолютное давление газа в соответствующих полостях, причем, .

Нагрузочная характеристика такой пневморессоры имеет два участка, каждому из которых соответствует своё давление. На участке аз сжимается только в полости А как в обычном поршневом упругом элементе. Нагрузочная характеристика при этом определяется так, как показано выше.

Если обозначить через объем газа в полости А в тот момент, когда давление выравнивается с давлением , то получим:

,

и далее: , где .

В этих выражениях: и – абсолютное давление и объем газа в полости А при статической нагрузке .

На участке давление в обеих полостях одинаково и равно .

При этом:

,

где – начальный объем в полости Б;

и – текущий объем газа в полости А и Б соответственно.

Так как: , то

,

где .

Обозначив с учетом предыдущих рассуждений получим:

.

При больших значениях можно принять: . Тогда выражение для безразмерной нагрузочной характеристики такого упругого элемента будет иметь вид:

.

Коэффициент определяет значение нагрузки, при котором газ в полости Б второй ступени начинает сжиматься. При нагрузочная характеристика такого упругого элемента соответствует нагрузочной характеристике телескопической пневморессоры с одной ступенью давления.

Расчет резиновых упругих элементов, используемых в подвеске в качестве ограничителей хода сжатия и отбоя приводится в дополнительной литературе, рекомендованной для нашего курса.