Воздушная кавалерия

05 марта 2015

Воздух вместо стальных пружин? Идея не нова, вот только внедрение затормозилось еще сто лет назад. Воздуху так и не удалось потеснить сталь в массовом производстве. Но, с другой стороны, новые конструкции пневмоподвесок появляются все чаще.


Воздушная кавалерия

Выпуск:
Журнал «МОТО» – февраль 2015

Автор:
Александр ВОРОНЦОВ, иллюстрации из архива редакции

Теги:
Подвеска / Пневматическая / Устройство / Пневмоподвеска /

Просмотры:
4715

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями:

Достоинства воздуха вместо стальной пружины столь очевидны и разнообразны, что отказ от всеобщего перехода на пневмоподвески выглядит просто вредительством! Во-первых, воздух бесплатен. Металлический упругий элемент – это результат огромных усилий и затрат: надо добыть руды железа и легирующих металлов, выплавить сталь, изготовить проволоку, навить пружину, термически ее обработать… Воздуха вокруг – сколько хочешь и даром. К тому же он практически невесом: заменив им пружину, можно сэкономить по килограмму на каждом колесе. Как пружинящий элемент, он обладает прогрессивной характеристикой: сопротивление увеличивается при ходе колеса нелинейно. За счет этого пневмоподвески обладают непревзойденной комфортабельностью: мелкие неровности дороги обрабатываются ими практически незаметно, а на больших выбоинах упругость резко возрастает. Наконец, пневмоподвеску очень легко настраивать: для этого достаточно изменить внутреннее давление, что при наличии бортового компрессора можно делать прямо на ходу. 

Сравнение характеристик обычной и пневматической пружин.

Увы, эти достоинства сопровождаются столь же очевидными и крупными недостатками. Воздух требует уплотнений – а они быстро изнашиваются, особенно при работе по подвижному штоку. К тому же создают нешуточное трение – намного большее, чем сальники обычной вилки или амортизатора, которые призваны отражать атаку не столь всепроникающего масла. Если при сломанной пружине (чрезвычайно редкий дефект!) еще можно добраться до гаража, то выход из строя уплотнения пневмоподвески, как правило, ставит крест на возможности передвижения. Системы с бортовыми компрессорами сложны и тяжелы. Ремонт пневмоподвески тоже весьма затратен: как правило, он сводится к замене узла целиком. 

Тем не менее пневмоподвескам на мототехнике уже более ста лет! В 1907 году британская компания ASL (название расшифровывается как Air Springs Ltd – «Воздушные пружины лимитед») начала производство мотоциклов с пневмопружинами (причем и спереди и сзади) и свернула их выпуск лишь в 1915 году из‑за Первой мировой войны. 

Мотоцикл ASL 1910 года с пневмоподвеской обоих колес.

В середине 30‑х годов главный конструктор английской компании Velocette Гарольд Виллис решил улучшить ходовые качества гоночных мотоциклов марки, применив маятниковую подвеску заднего колеса. Дело было за малым: кто сделает задние амортизаторы? Поскольку Виллис был летчиком-любителем (сам пилотировал легкий самолетик Moth), то почитывал авиационную прессу и знал, что компания Dowty делает гидропневматические стойки для авиашасси (чем с успехом занимается и в наше время). Так на гоночных Velocette KTT заводской команды в 1936 году появились задние амортизаторы Dowty, в которых гашение колебаний осуществлялось за счет масла, а пружинящим элементом служил воздух. Доводка заняла какой‑то срок, но в 1938 году гонщики Velocette взяли главные вершины тогдашнего мотоспорта – выиграли и чемпионат Европы, и гонку Tourist Trophy. C 1939 года такую подвеску стали устанавливать и на серийные Velocette KTT для гонщиков-любителей. А после Второй мировой войны компания Dowty предложила мотоциклистам еще и телескопическую вилку Oleomatic с воздухом вместо пружин – ее устанавливали на дорожные мотоциклы Velocette, Scott и Panther. Подвеска работала великолепно, но недолго – что простительно для гоночных аппаратов, но неприемлемо для дорожных. Поэтому через три-четыре года от пневматики отказались в пользу стальных пружин. 

Задняя подвеска с гидропневматическими амортизаторами гоночного Velocette KTT.


Разрез амортизатора Velocette-Dowty: 1 – масло; 2 – воздух под давлением 0,28 МПа, 3 – сжатый при ходе подвески воздух.

Интерес к пневмопружинам вновь проснулся в 70‑е годы прошлого века – у производителей кроссовых мотоциклов. В то время резко возросла мощность моторов, что привело к радикальной смене манеры езды – с большими прыжками и жесткими приземлениями. Даже сильно увеличенные ходы подвесок не спасали от удара, когда витки полностью сжатой пружины садились друг на друга. А ведь воздух обладает практически неограниченной возможностью сжиматься! Работавший в чешской компании ČZ инженер Франтишек Крнявек предложил конструкцию гидропневматического амортизатора, в которой ему удалось остроумно решить проблему уплотнения: шток просто не проходил через пневмокамеру. Чешские кроссовые мотоциклы оснащались такими амортизаторами с 1974 года, подобные конструкции разработали также KTM и Yamaha. Французская компания Fournales спроектировала гидропневматические амортизаторы и для триальных мотоциклов – испанских Bultaco, выигравших чемпионат мира 1978 года (Гидропневматические амортизаторы не следует путать с распространенными газонаполненными, в которых газовая камера служит лишь для компенсации изменения объема масла при движении штока и нагреве). 

Амортизатор кроссового мотоцикла ČZ: 1 – верхний цилиндр; 2 – нижний цилиндр; 3 – клапан; 4 – шток; 5 – поршень; 6 – уплотнение цилиндра; 7 – масло; 8 – воздух; 9 – вентиль.

В те же годы появились подвески с пневмоподкачкой – в которых воздух под давлением сочетался с обычными стальными пружинами. У них сразу несколько преимуществ. Во-первых, пружину можно сделать мягче – подвеска будет лучше обрабатывать мелкие неровности, а большие будут смягчаться за счет прогрессивной характеристики пневматики. Во-вторых, такую подвеску легко регулировать изменением давления. И третий немаловажный аспект: при разрушении уплотнения мотоцикл сохраняет способность к передвижению. Повышенный комфорт и легкость регулировки таких подвесок привлекли внимание производителей туреров: в 1980 году они появились на люксовых версиях Honda Gold Wing, в 1982 году – на некоторых моделях Harley-Davidson, а в 1983 году конструкторы Yamaha на модификации Venture Royale дополнили систему бортовым компьютером, способным автоматически регулировать давление в зависимости от нагрузки. 

Пневмоподвески люкс-турера Yamaha Venture Royale: 1 – передняя вилка; 2 – задний амортизатор; 3 – компрессор; 4 – блок управления.

Следующего большого шага в развитии пневматических подвесок пришлось ждать до 2005 года, когда компания BMW представила модель HP2 Enduro. Но это действительно стало революцией: впервые на мотоцикле воздух играл роль не только пружинящего элемента, но и гасителя колебаний! Пневматический амортизатор был разработан совместно с концерном Continental, специалисты которого обещали, что вскоре эта система появится и на дорожных мотоциклах. С тех пор, правда, она не только не появилась на машинах других марок, но исчезла на BMW… 

Пневматический амортизатор мотоцикла BMW HP2 Enduro.

В последние годы японские подвесочные компании взялись за пневматизацию передней вилки кроссовых мотоциклов. Первый шаг сделала Showa: в 2011 году она представила подвеску SSF A-Kit, в которой в передней вилке с разделенными функциями (в одном пере гидравлика амортизатора, в другом – пружинящий элемент) вместо металлической пружины использовался воздух. Такой кит, правда, был рассчитан на очень уж состоятельные команды: он стоил под 10 000 $ (кроме передней вилки, в него входили траверсы и соответственно настроенный задний амортизатор). В серийное производство поначалу пошла передняя вилка от конкурента – KYB PSF (Pneumatic Spring Fork), которой оснастили кроссовые мотоциклы Honda CRF450R и Kawasaki KX450F образца 2013 года. Интересно, что в ее конструкции все‑таки присутствует металлическая пружина, – но она играет роль компенсатора, сжимая вилку. Дело в том, что прогрессивное действие воздушной пружины оказалось слишком уж большим, и чтобы получить в средней части характеристику, близкую к линейной, пришлось вводить пружину, противодействующую пневматике. 

Сравнение конструкций пневматической (PSF) и картриджной с разделением масла и воздуха (AOS) вилок: 1 – масло; 2 – воздух под давлением; 3 – воздушный клапан; 4 – амортизатор; 5 – компенсационная пружина.

Ответом компании Showa стала вилка SFF-AIR TAC, внедренная на мотоциклах Kawasaki KX450F и Suzuki RM-Z450 образца 2015 года. Эта длинная аббревиатура расшифровывается как Separate Function Fork-Air Triple Air Chambers, то есть «Трехкамерная пневматическая вилка с разделенными функциями». В одном пере вилки расположен гидравлический амортизатор, в другом – три камеры, исполняющие роль пружин. Причем одна из камер, так же как и компенсационная пружина в вилке KYB PSF, работает на сжимание вилки, компенсируя разжимающее действие двух других камер (высокого и низкого давления) и сглаживая характеристику. Давление во всех трех камерах можно настраивать в широких пределах: так, для Kawasaki KX450F заводская настройка для камеры высокого давления – 1 МПа, ее можно менять в пределах от 0,6 до 1,3 МПа, параметры для камеры низкого давления соответственно 0,05 МПа и от 0 до 0,13 МПа, для компенсационной камеры – 0,96 МПа и от 0,53 до 1,4 МПа. 

Гидропневматическая вилка Showa SFF-AIR TAC: 1 – левое перо (с гидроамортизатором); 2 – правое перо (с пневмопружиной); 3 – масляный амортизатор; 4 – внутренняя труба увеличенного (49 мм) диаметра; 5 – внутренняя воздушная камера высокого давления; 6 – наружная воздушная камера низкого давления; 7 – компенсационная камера.

Приживется ли «чистая пневматика» на этот раз? У пневматических пружин есть как сторонники, указывающие на широкие возможности регулировки, малую массу и прогрессивную характеристику, так и противники, заостряющие внимание на сложности изготовления и обслуживания и обездвиживание в случае разрушения уплотнения. Во всяком случае, желающий перейти на пневматику найдет богатый ассортимент узлов пневмоподвесок у производителей афтермаркета.

Сравнение характеристик вилок PSF и AOS: а – ход подвески; б – сопротивление пружины; в – давление воздуха в PSF (низкое – высокое); г – пружины в AOS (мягкие – жесткие); 1 – в конце хода подвески сопротивление воздуха выше, чем у пружины; 2 – диапазон регулировок вилки PSF больше, чем у AOS.


Материалы по теме:

Оставить комментарий

Для добавления комментария требуется зарегистрироваться или авторизоваться на сайте .


↑ Наверх