The Method of Determination of Properties of Air Springs with Two Pressure Stages and Counterpressure

Abstract

BACKGROUND: The issues of choosing reasonable properties for suspension system of wheeled vehicles, including vehicles for agricultural purposes, still remain relevant, especially for the vehicles, which load capacity is comparable to their curb mass. Significant difference between static loads, acting in suspension under the curb and total masses of a vehicle, is a consequence of high load capacity. Two or three times difference is possible (depending on axles load distribution), whereas 70% to 80% of mass of trailing load is on rear axles. Use of convenient suspension systems with metal springs is not able to ensure demanded nonlinearity of properties, where non-zero static wheel travel under the curb mass is kept with reasonable value of period of vertical eigenmodes for curb-massed and total-massed vehicle as well as with dynamic factor value. Air springs with two pressure stages are more advanced solution, as they allow choosing stiffness for small and large wheel travel by means of operation of different pressure stages, which volumes are conditioned by differents stiffnesses in area of static displacement.

AIMS: The aim of the study, which results are given in this paper, is to develop the method of determination of main design parameters and characteristics of air springs with two pressure stages (stiffnesses) and counterpressure, applicable for ensuring non-zero static wheel travel of curb-massed vehicles with keeping the given value of dynamic factor.

METHODS: The analytical analysis methods are used.

RESULTS: An example of implementation of the developed method for the KamAZ-53215 Sel’hoznik truck is given as the study result.

CONCLUSIONS: The dependencies, presented in the paper, make possible to determine main design parameters of uncontrolled air suspensions with two pressure stages (and stiffnesses) and counterpressure for wheeled vehicles, which give an opportunity to ensure given values of static wheel travel and dynamic factor and, in addition, provide insignificant increase of stiffness in comparison to air suspensions without counterpressure.

Keywords

suspension / suspension system / hydropneumatic spring / pneumohydraulic spring / two-level suspension / wheeled vehicle / vehicle / air spring / agricultural machinery

References

[1] Kotiev GO, Smirnov AA, Shilkin VP. Issledovanie rabochikh protsessov v pnevmogidravlicheskikh ustroistvakh sistem podressorivaniya gusenichnykh mashin. Moscow: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana; 2001. (In Russ).

[2] Котиев Г.О., Смирнов А.А., Шилкин В.П. Исследование рабочих процессов в пневмогидравлических устройствах систем подрессоривания гусеничных машин. Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001.

[3] Kotiev GO, Sarach EB. Kompleksnoe podressorivanie vysokopodvizhnykh dvukhzvennykh gusenichnykh mashin. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana; 2010. (In Russ).

[4] Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Комплексное подрессоривание высокоподвижных двухзвенных гусеничных машин. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.

[5] Sarach EB, Kotiev GO, Smirnov IA. Perspektivy razvitiya sistemy podressorivaniya bystrokhodnykh gusenichnykh mashin. Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatsii. 2013;(10):48.

[6] Сарач Е.Б., Котиев Г.О., Смирнов И.А. Перспективы развития системы подрессоривания быстроходных гусеничных машин // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. №. 10. С. 48.

[7] Zhileikin MM, Kotiev GO, Sarach EB. Eksperimental’noe issledovanie nagruzochnykh kharakteristik dvukhkamernoi pnevmogidravlicheskoi ressory podveski avtomobil’nykh platform novogo pokoleniya srednei i bol’shoi gruzopod”emnosti // Nauka i obrazovanie. MGTU im. NE Baumana. 2011;(12). (In Russ).

[8] Жилейкин М.М., Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Экспериментальное исследование нагрузочных характеристик двухкамерной пневмогидравлической рессоры подвески автомобильных платформ нового поколения средней и большой грузоподъемности // Наука и образование. МГТУ им. НЭ Баумана. 2011. №. 12.

[9] Zhileikin MM, Kotiev GO, Sarach EB. Metodika podbora kharakteristik upravlyaemoi podveski s dvumya urovnyami dempfirovaniya mnogoosnykh kolesnykh mashin. Mashinostroenie i komp’yuternye tekhnologii. 2012;(2):15. (In Russ).

[10] Жилейкин М М., Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Методика подбора характеристик управляемой подвески с двумя уровнями демпфирования многоосных колесных машин // Машиностроение и компьютерные технологии. 2012. №. 2. С. 15.

[11] Zhileikin MM, Kotiev GO, Sarach EB. Metodika rascheta kharakteristik pnevmogidravlicheskoi upravlyaemoi podveski s dvukhurovnevym dempfirovaniem mnogoosnykh kolesnykh mashin. Elektronnoe nauchno-tekhnicheskoe izdanie» Nauka i obrazovanie». 2012;(1):77. (In Russ).

[12] Жилейкин М.М., Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Методика расчета характеристик пневмогидравлической управляемой подвески с двухуровневым демпфированием многоосных колесных машин // Электронное научно-техническое издание «Наука и образование». 2012. №. 1. С. 77.

[13] Kotiev GO. Prognozirovanie ekspluatatsionnykh svoistv sistem podressorivaniya voennykh gusenichnykh mashin. [dissertation]. Moscow: MGTU, 2000. Available from: https://tekhnosfera.com/prognozirovanie-ekspluatatsionnyh-svoystv-sistem-podressorivaniya-voennyh-gusenichnyh-mashin (In Russ).

[14] Котиев Г.О. Прогнозирование эксплуатационных свойств систем подрессоривания военных гусеничных машин: дис. … д-ра техн. наук. Москва: МГТУ, 2000. Режим доступа: https://tekhnosfera.com/prognozirovanie-ekspluatatsionnyh-svoystv-sistem-podressorivaniya-voennyh-gusenichnyh-mashin Дата обращения: 20.06.2022.

[15] Sarach EB. Metod vybora kharakteristik sistemy podressorivaniya s netselym chislom stepenei svobody dlya bystrokhodnoi gusenichnoi mashiny: [dissertation]. Moscow: MGTU; 2003. Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-vybora-dempfiruyuschey-harakteristiki-sistemy-podressorivaniya-gusenichnoy-mashiny (In Russ).

[16] Сарач Е.Б. Метод выбора характеристик системы подрессоривания с нецелым числом степеней свободы для быстроходной гусеничной машины: дис. … д-ра техн. наук. Москва: МГТУ: 2003. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/metod-vybora-dempfiruyuschey-harakteristiki-sistemy-podressorivaniya-gusenichnoy-mashiny Дата обращения: 20.06.2022.

[17] Smirnov AA. Matematicheskoe modelirovanie pnevmogidravlicheskikh ustroistv sistem podressorivaniya transportnykh sredstv: [dissertation]. Moscow: MGTU; 1999. Available from: https://www.dissercat.com/content/matematicheskoe-modelirovanie-pnevmogidravlicheskikh-ustroistv-sistem-podressorivaniya-trans (In Russ).

[18] Смирнов А.А. Математическое моделирование пневмогидравлических устройств систем подрессоривания транспортных средств: дис. … д-ра техн. наук. Москва: МГТУ, 1999. Режим доступа: https://www.dissercat.com/content/matematicheskoe-modelirovanie-pnevmogidravlicheskikh-ustroistv-sistem-podressorivaniya-trans Дата обращения: 20.06.2022.

[19] Sukhorukov AV. Upravlenie dempfiruyushchimi elementami v sisteme podressorivaniya bystrokhodnoi gusenichnoi mashiny. [dissertation]. Moscow: 2003; Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-razvitiya-sistemy-podressorivaniya-bystrohodnyh-gusenichnyh-mashin (In Russ).

[20] Сухоруков А.В. Управление демпфирующими элементами в системе подрессоривания быстроходной гусеничной машины: дисс. ... канд. техн. наук. Москва: 2003. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-razvitiya-sistemy-podressorivaniya-bystrohodnyh-gusenichnyh-mashin Дата обращения: 20.06.2022.

[21] Tsipilev AA. Metody opredeleniya raschetnykh kharakteristik i otsenki teplovoi nagruzhennosti pnevmogidravlicheskikh ustroistv sistem podressorivaniya bystrokhodnykh gusenichnykh mashin na etape proektirovaniya. [dissertation]. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana; 2017. Available from: https://studizba.com/files/tehnicheskie-nauki/dissertation/201490-metody-opredelenija-raschetnyh-harakteri.html (In Russ).

[22] Ципилев А.А. Методы определения расчетных характеристик и оценки тепловой нагруженности пневмогидравлических устройств систем подрессоривания быстроходных гусеничных машин на этапе проектирования: дис. ... канд. техн. наук. Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. Режим доступа: https://studizba.com/files/tehnicheskie-nauki/dissertation/201490-metody-opredelenija-raschetnyh-harakteri.html Дата обращения: 20.06.2022.

[23] Sarach EB, Tsipilev AA. Osnovy raschetov pnevmogidravlicheskikh sistem podressorivaniya. Uchebnoe posobie. Mosck: Izdatel‘stvo MGTU im. N.E. Baumana; 2017. (In Russ).

[24] Сарач Е.Б., Ципилев А.А. Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания. Учебное пособие. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017.

[25] Tsipilev AA. Osnovy raschetov pnevmogidravlicheskikh sistem podressorivaniya. Uchebno-metodicheskoe posobie. Moscow: Izdatel‘stvo MGTU im. N.E. Baumana; 2020. (In Russ).

[26] А.А. Ципилев. Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания. Учебно-методическое пособие. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2020.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector