Method for analyzing parameters of single-level pneumatic elastic elements with backpressure

Abstract

BACKGROUND: Trucks, as a rule, have a significate difference between the kerb and gross weights. Usual spring or leaf suspensions do not allow to have acceptable values of static running and suspension stiffness at different machine loading, and pneumatic elastic elements, despite their relative simplicity, are mainly implemented only on overseas technology samples, and designers do not pay attention to pneumatic elastic elements with counterpressure. One of determinants of truck users is the acceptable vibration loading of the driver’s seat. Trucks with a carrying capacity comparable or even overestimated to their kerb weight, when they move without cargo on public roads, especially with a dirt surface, have significant levels of vibration acceleration at using the metal elastic.

AIMS: The purpose of the present work is to reduce the vibration loading of the driver’s seat due to rational choice of parameters of the cushioning system with pneumatic elastic elements with backpressure, that ensures the non-zero static travel and saticfactory stiffness of suspension in the kerb and loaded state.

METHODS: Using the regorous mathematical tools of Mechanics, Pneumatics and Thermodinamics, scientific-based theoretical prerequisites as well confirm the validity and reliability of the presented dependencies for characteristics calculation, conclusions and recommendations.

RESULTS: According to the method developed and proposed in this article, effective characteristics of the pneumatic elastic elements with a single-level stiffness and backpressure for a KAMAZ-53215 Selkhoznik truck were obtained. At the kerb weight, the static stroke of the front and rear suspensions is approximately 0.06 m; at a gross weight it is of 0.12 m and 0.24 m, respectively. The period of normal vertical vibrations decrease by 25% versus a gross vehicle weight and by 31% at absence of backpressure, however, it occurs in the allowable range.

CONCLUSIONS: The proposed method allows to determine the base design parameters of the pneumatic elasticity of the suspension elements of wheeled vehicles, providing an acceptable periods for a normal vertical oscillations of the cushoining body with maintaining the non-zero static stroke to a large weight range.

Keywords

suspension / cuchioning system / hydropneumatic spring / pneumohydraulic spring / wheeled vehicle / truck / backpressure / pneumatic element

References

[1] Kotiev GO, Smirnov AA, Shilkin VP. Issledovanie rabochikh protsessov v pnevmogidravlicheskikh ustroistvakh sistem podressorivaniya gusenichnykh mashin: ucheb. posobie. 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: учеб. пособие. Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

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

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

[5] Sarach EB, Kotiev GO, Smirnov IA. Development prospects of the suspension system for high-speed tracked vehicles. Engineering journal: science and innovation. (10):48. Available from: http://engjournal.ru/catalog/machin/transport/976.html. (In Russ).

[6] Сарач Е.Б., Котиев Г.О., Смирнов И.А. Перспективы развития системы подрессоривания быстроходных гусеничных машин // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 10, C. 48. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/transport/976.html. Дата обращения 06.04.2022.

[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: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana. 2011;(10):77. Available from: http://technomag.bmstu.ru/doc/346642.html. (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: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. № 10. С. 77. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/346642.html. Дата обращения 06.04.2022.

[9] Zhileikin MM, Kotiev GO, Sarach EB. Metodika podbora kharakteristik upravlyaemoi podveski s dvumya urovnyami dempfirovaniya mnogoosnykh kolesnykh mashin. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana. 2011;(2):15. Available from: http://technomag.bmstu.ru/doc/293578.html. (In Russ).

[10] Жилейкин М.М., Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Методика подбора характеристик управляемой подвески с двумя уровнями демпфирования многоосных колесных машин // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 2. С. 15. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/293578.html. Дата обращения 06.04.2022.

[11] Zhileikin MM, Kotiev GO, Sarach EB. Metodika rascheta kharakteristik pnevmogidravlicheskoi upravlyaemoi podveski s dvukhurovnevym dempfirovaniem mnogoosnykh kolesnykh mashin. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana. 2011;(1):45. Available from: http://technomag.bmstu.ru/doc/346660.html. (In Russ).

[12] Жилейкин М.М., Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Методика расчета характеристик пневмогидравлической управляемой подвески с двухуровневым демпфированием многоосных колесных машин // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 1. С. 45. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/346660.html. Дата обращения 06.04.2022.

[13] Kotiev GO. Prognozirovanie eksplutatsionnykh svoistv sistem podressorivaniya voennykh gusenichnykh mashin. [dissertation]. Moscow; MGTU; 2000. (In Russ).

[14] Котиев Г.О. Прогнозирование эксплутационных свойств систем подрессоривания военных гусеничных машин: дис. … доктора техн. наук. Москва: МГТУ, 2000.

[15] Sarach EB. Metod vybora kharakteristik sistemy podressorivaniya s netselym chislom stepenei svobody dlya bystrokhodnoi gusenichnoi mashiny. [dissertation]. Moscow; MGTU; 2003. (In Russ).

[16] Сарач Е.Б. Метод выбора характеристик системы подрессоривания с нецелым числом степеней свободы для быстроходной гусеничной машины: дис. … канд. техн. наук. Москва: МГТУ, 2003.

[17] Smirnov AA. Matematicheskoe modelirovanie pnevmogidravlicheskikh ustroistv sistem podressorivaniya transportnykh sredstv. [dissertation]. Moscow; MGTU; 1999. (In Russ).

[18] Смирнов А.А. Математическое моделирование пневмогидравлических устройств систем подрессоривания транспортных средств: дис. … канд. техн. наук. Москва: МГТУ, 1999.

[19] Sukhorukov AV. Upravlenie dempfiruyushchimi elementami v sisteme podressorivaniya bystrokhodnoi gusenichnoi mashiny. [dissertation]. Moscow; 2003. (In Russ).

[20] Сухоруков А.В. Управление демпфирующими элементами в системе подрессоривания быстроходной гусеничной машины. дисс. ... канд. техн. наук. Москва: 2003.

[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. (In Russ).

[22] Ципилев А.А. Методы определения расчетных характеристик и оценки тепловой нагруженности пневмогидравлических устройств систем подрессоривания быстроходных гусеничных машин на этапе проектирования: дисс. ... канд. техн. наук. Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017.

[23] Sarach EB, Tsipilev AA. Osnovy raschetov pnevmogidravlicheskikh sistem podressorivaniya. Uchebnoe posobie. Moscow: 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] Ципилев А.А. Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания. Учебно-методическое пособие. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020, 53 с.

RIGHTS & PERMISSIONS

Nakaznoy O.A., Tsipilev A.A.