Гидравликалық-пневматикалық серіппелер

Кіріспе

Гидропневматикалық аспа – Пауль Магес жасаған, Citroën компаниясы ойлап тапқан және Citroën автомобильдеріне орнатылған, сондай-ақ басқа автомобиль өндірушілер лицензия бойынша пайдаланатын автокөлік аспасының бір түрі. Осыған ұқсас жүйелер қазіргі заманғы танктер мен басқа да ірі әскери көліктерде кеңінен қолданылады. Алғашқы әдебиеттерде бұл аспа вертикальді теңдестіру деп аталған, оның негізгі құрамдас бөліктері – май және ауа екені көрсетілген. Бұл жүйенің мақсаты – әртүрлі жағдайларда жоғары сапалы, сезімтал және динамикалық жүріс беруге қабілетті аспаны қамтамасыз ету. Гидропневматикалық жүйе гидравликалық және пневматикалық жүйелердің артықшылықтарын біріктіреді, сондықтан газ артық күшті жұтады, ал гидравликадағы сұйықтық күшті тікелей жеткізеді. Бұл автомобиль аспасының түрі, 1933 жылы сол компания патенттегендей, майлау үшін және газдың сығуына жол бермеу үшін ішінара маймен толтырылған, ұшақтардың қону шассилерінде қолданылатын пневматикалық аспадан шабыттанды. Гидропневматикалық аспаны сәтті пайдалану арқылы көрсетілген принциптер қазір авиациялық олео тіректері және газбен толтырылған автомобиль амортизаторлары сияқты көптеген салаларда қолданылады.

Сипаттама

Гидропневматикалық аспа – Пауль Магес жобалаған, Citroën компаниясы ойлап тапқан және Citroën автомобильдеріне орнатылған автокөлік аспасының бір түрі. Бұл аспа алғашқы әдебиеттерде "вертикальді теңдеу=жоғары" деп аталған, мұнда май мен ауа оның негізгі құрауыштар екені көрсетілген. Лицензия бойынша бұл жүйені басқа автомобиль өндірушілер де қолданды, атап айтқанда Rolls Royce (Silver Shadow), BMW 5 сериялы e34 Touring, Maserati (Quattroporte II) және Peugeot. Бұл жүйе Berliet жүк көліктерінде де, ал Mercedes Benz автомобильдерінде Active Body Control деген атпен де қолданылған. Toyota Soarer UZZ32 "Limited" 1991 жылы толық интеграцияланған төрт дөңгелекті басқару және күрделі, компьютерлік басқарылатын гидравликалық Toyota Active Control Suspension жүйесімен жабдықталды. Осыған ұқсас жүйелер қазіргі танктер мен басқа да ірі әскери техникаларда кеңінен қолданылады.

Әсерлер

Бұл жүйенің мақсаты – әртүрлі жағдайларда жоғары сапалы жүрісті қамтамасыз ететін сезімтал, динамикалық және жоғары сыйымды аспаны ұсыну. Гидропневматикалық аспа автомобиль өнеркәсібінде болат серіппелерге қарағанда бірнеше табиғи артықшылықтарымен танымал. Гидропневматикалық жүйеде газ артық күшті сіңіреді, ал гидравликадағы сұйықтық күшті тікелей жеткізеді, осылайша екі технологиялық принциптің артықшылықтары біріктіріледі: Гидравликалық жүйелер кіріс пен шығыс арасындағы қашықтыққа қарамастан, механикалық берілістер немесе рычагтарсыз, күштің артуын оңай қамтамасыз етеді. Пневматикалық жүйелер газдың сығылғыштығына негізделген, сондықтан жабдықтар соққыға ұшыраудан аз зақымданады. Аспа және серіппе технологиясын тұтынушылар көбінесе жақсы түсінбейді, бұл гидропневматиканың тек «жайлылық үшін жақсы» деген жалпы пікірге әкеледі. Олар басқару және басқару тиімділігіне қатысты да артықшылықтарға ие, бұрын аспа дизайнерлері жоюға тырысқан болат серіппелерге тән мәселелерді шешеді. Автомобиль өндірушілері болат серіппелерге қарағанда гидропневматиканың артықшылықтарын түсінгенмен, екі мәселе болды. Біріншіден, ол өнертапқыш тарапынан патенттелген, екіншіден, күрделілігі сезілді, сондықтан Mercedes-Benz, British Leyland (Hydrolastic, Hydragas) және Lincoln сияқты автокөлік өндірушілері қысылған ауамен аспаны қолданып, қарапайым нұсқаларын жасауға тырысты. Citroën жүйесін қолданудың бір кемшілігі – арнайы құралдармен және біліммен жабдықталған гараждар ғана автомобильдермен жұмыс істеуге құқылы болды, бұл оларды кәдімгі механикалық бөліктері бар автомобильдерден түбегейлі түрлендірді. Франция Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін нашар жолдарымен танымал болды, бірақ Citroën ID/DS және кейінгі модельдерге орнатылған гидропневматикалық аспа сол жерде тегіс және тұрақты жүрісті қамтамасыз етті. Гидропневматикалық аспа табиғи түрде дөңгелекке қарсы тұру қатаңдығын қамтамасыз етпейді. Жылдар бойы жүйеде көптеген жақсартулар жасалды, соның ішінде болат дөңгелекке қарсы таяқшалар, өзгермелі жүріс серіппелігі (Hydractive) және дененің бұрылуын белсенді басқару (Citroën Activa).

The purpose of this system is to provide a sensitive, dynamic and high capacity suspension that offers superior ride quality on a variety of surfaces. The suspension system usually features both self leveling and driver variable ride height, to provide extra clearance in rough terrain. Hydropneumatic suspension has a number of natural advantages over steel springs, generally recognized in the auto industry. In a hydropneumatic system, gas absorbs excessive force, whereas liquid in hydraulics directly transfers force, which combines the advantages of two technological principles:
Hydraulic systems use torque multiplication in an easy way, independent of the distance between the input and output, without the need for mechanical gears or levers. Pneumatic systems are based on the fact that gas is compressible, so equipment is less subject to shock damage. Suspension and springing technology is not generally well understood by consumers, leading to a public perception that hydropneumatics are merely "good for comfort". They also have advantages related to handling and control efficiency, solving a number of problems inherent in steel springs that suspension designers have previously struggled to eliminate. Although auto manufacturers understood the inherent advantages over steel springs, there were two problems. First, it was patented by the inventor, and second it had a perceived element of complexity, so automakers like Mercedes Benz, British Leyland (Hydrolastic, Hydragas), and Lincoln sought to create simpler variants using a compressed air suspension. Citroën's application of the system had the disadvantage that only garages equipped with special tools and knowledge were qualified to work on the cars, making them radically different from ordinary cars with common mechanicals. France was noted for the poor quality of its roads after World War II, but the hydropneumatic suspension as fitted to the Citroën ID/DS and later cars reportedly ensured a smooth and stable ride there. Hydropneumatic suspension offers no natural roll stiffness. There have been many improvements to the system over the years, including steel anti roll bars, variable ride firmness (Hydractive), and active control of body roll (Citroën Activa).

Жұмыс істеу

Жүйенің негізінде қысымды реттеу және серіппелік элементтер ретінде жұмыс істейтін бес немесе алты шар болады; әрбір дөңгелек үшін біреу, бір негізгі аккумулятор және кейбір модельдерде арнайы тежегіш аккумуляторы. Кейінгі Hydractive немесе Activa серіппелі көліктерде он шарға дейін болуы мүмкін. Шарлар – төменгі жағы ашық металл шарлар, ішінде иілгіш Desmopan резеңке мембранасы бекітілген, ол жоғарғы және төменгі бөліктерді "экватор" деңгейінде бөледі. Жоғарғы бөлігі 75 барға дейін азот газымен толтырылған, ал төменгі бөлігі көліктің гидравликалық сұйықтық жүйесіне қосылған. Қозғалтқышпен қуатталатын жоғары қысымды сорғы гидравликалық сұйықтықты (LHM – liquide hydraulique minéral) қысыммен толтырады, ал аккумулятор шарлары гидравликалық қуатты сақтайды. Бұл жүйенің бөлігі 150 және 180 бар аралығында жұмыс істейді. Ол ең алдымен алдыңғы тежегіштерге қуат береді, қауіпсіздік клапаны арқылы оларға басымдық беріледі, содан кейін көліктің түріне байланысты рульді басқару, әлдебір байланыс, жылдамдық қоробкасы және т.б. қуат алады. Гидравликалық жүйеден қысым серіппелік цилиндрлерге ағып, шарлардың және серіппелік цилиндрлердің төменгі бөліктеріне қысым түсіреді. Серіппелік жүйе поршень арқылы LHM сұйығын шарға итеріп, шардың жоғарғы бөлігіндегі азотты қысыммен сығып жұмыс істейді; шардың ашылуындағы екі жақты "жапырақ клапаны" серпімділік қасиетін қамтамасыз етеді. LHM осы клапан арқылы итеріліп-керіліп қозғалуға мәжбүр, бұл кедергі тудырып, серіппелік жүйенің қозғалысын бақылайды. Бұл ең қарапайым және ең тиімді демпфер. Көліктің биіктігін түзету (өзін-өзі теңестіру) алдыңғы және артқы стабилизаторларға қосылған биіктік түзету клапандары арқылы жүзеге асырылады. Көлік тым төмен болған кезде, биіктік түзету клапаны ашылып, серіппелік цилиндрге көбірек сұйықтық жіберіледі (мысалы, көлік жүктелген). Көлік тым жоғары болған кезде (мысалы, түсіргеннен кейін) сұйықтық төмен қысымды қайтару желілері арқылы жүйе резервуарына қайтарылады. Биіктік түзетушілер, серіппелік жүйенің қалыпты қозғалысын түзетпеу үшін, белгілі бір кешігумен әрекет етеді. Артқы тежегіштер артқы серіппелік жүйенің контурынан қуат алады. Өйткені ондағы қысым жүктемеге пропорционалды, сондықтан тежеу күші де солай болады.

At the heart of the system, acting as pressure sink as well as suspension elements, are the so called spheres, five or six in all; one per wheel and one main accumulator as well as a dedicated brake accumulator on some models. On later cars fitted with Hydractive or Activa suspension, there may be as many as ten spheres. Spheres consist of a hollow metal ball, open to the bottom, with a flexible Desmopan rubber membrane, fixed at the 'equator' inside, separating top and bottom. The top is filled with nitrogen at high pressure, up to 75 bar, the bottom connects to the car's hydraulic fluid circuit. The high pressure pump, powered by the engine, pressurizes the hydraulic fluid (LHM – liquide hydraulique minéral) and an accumulator sphere maintains a reserve of hydraulic power. This part of the circuit is at between 150 and 180 bars. It powers the front brakes first, prioritised via a security valve, and depending on type of vehicle, can power the steering, clutch, gear selector, etc. Pressure flows from the hydraulic circuit to the suspension cylinders, pressurizing the bottom part of the spheres and suspension cylinders. Suspension works by means of a piston forcing LHM into the sphere, compressing the nitrogen in the upper part of the sphere; damping is provided by a two way 'leaf valve' in the opening of the sphere. LHM has to squeeze back and forth through this valve which causes resistance and controls the suspension movements. It is the simplest damper and one of the most efficient. Ride height correction (self leveling) is achieved by height corrector valves connected to the anti roll bar, front and rear. When the car is too low, the height corrector valve opens to allow more fluid into the suspension cylinder (e. g., the car is loaded). When the car is too high (e. g. after unloading) fluid is returned to the system reservoir via low pressure return lines. Height correctors act with some delay in order not to correct regular suspension movements. The rear brakes are powered from the rear suspension circuit. Because the pressure there is proportional to the load, so is the braking power.

Жұмыс сұйықтығы

Citroën тез арада стандартты тежегіш сұйықтығының жоғары қысымды гидравликалық жүйелерге толыққанды жарамсыз екенін түсінді және 1954 жылдан 1967 жылға дейін қолданған LHS (Liquide Hydraulique Synthétique) деп аталатын арнайы қызыл түсті гидравликалық сұйықтықты жасады. LHS-тің басты мәселесі – ауадан ылғал мен шаңды сіңіріп алып, жүйеде коррозияға себеп болуы. Көптеген гидравликалық тежегіш жүйелері резервуардың қақпағындағы резеңке мембрана арқылы сыртқы ауадан қорғалған, бірақ Citroën жүйесі резервуардағы сұйықтық деңгейінің көтерілуіне және төмендеуіне мүмкіндік беру үшін желдетілуі керек болды, сондықтан ол герметикалық жабылмаған. Осының салдарынан, аспап көтерілгенде, резервуардағы сұйықтық деңгейі төмендеп, ылғалды ауа ішке тартылатын. Резервуардағы сұйықтықтың үлкен беті ылғалды тез сіңіріп алатын. Жүйе сұйықтықты үздіріссіз резервуар арқылы айналдыратындықтан, барлық сұйықтық ауа мен оның ылғалдылығына қайта-қайта тоғысатын. LHS-тің осы кемшіліктерін жою үшін Citroën жаңа жасыл сұйықтық LHM (Liquide Hydraulique Minéral) әзірледі. LHM – бұл минералды май, ол автоматты беріліс сұйықтығына өте жақын. Минералды май стандартты тежегіш сұйықтығынан айырмашылығы, суды жақсы сіңірмейді (гидрофобты); сондықтан жүйеде су буының көпіршіктері пайда болмайды, бұл стандартты тежегіш сұйықтығымен пайда болатын "қоқысты" тежегіш сезімін тудырмайды. Осылайша минералды майды Citroën, Rolls Royce, Peugeot және Mercedes Benz сияқты автомобильдерде, сондай-ақ Jaguar, Audi және BMW сияқты автомобильдерде де кеңінен қолдана бастады. LHM минералды май болғандықтан, ылғалдың өте аз бөлігін ғана сіңіреді, сонымен қатар коррозияға қарсы заттарды қамтиды. Шаңның ішке түсуі мәселесі сақталды, сондықтан гидравликалық резервуарға сүзгі жиынтығы орнатылды. Сүзгілерді тазалау және сұйықтықты ұсынылған мерзімдерде ауыстыру жүйеден шаң мен тозу бөлшектерінің көп бөлігін жояды, жүйенің ұзақ қызмет етуін қамтамасыз етеді. Майды таза ұстамау – проблемалардың басты себебі. Сондай-ақ жүйе үшін дұрыс сұйықтықты әрқашан пайдалану өте маңызды; екі түрлі сұйықтық пен оларға байланысты жүйе компоненттері бір-бірімен алмастырылмайды. Егер дұрыс емес сұйықтық қолданылса, жүйені құрғатып, Hydraflush (Total-дің Hydraurincage) арқылы шайып, содан кейін дұрыс сұйықтықпен толтыру қажет. Бұл процедуралар автомобиль сауда орындарында қол жетімді нұсқаулықтарда толық сипатталған. Hydractive 3 аспалы жүйесі бар соңғы Citroën автомобильдерінде жаңа қызғылт сары түсті LDS гидравликалық сұйықтығы қолданылады. Бұл сұйықтық ұзаққа созылады және жиі күтімді қажет етпейді. Ол HVLP үшін DIN 51524 3 стандартына сәйкес келеді. Cleveland Pneumatic Tool Co. компаниясының құралы. Ұқсас жүйелер қазіргі заманғы танктер мен басқа да ірі әскери көліктерде де кеңінен қолданылады.

Citroën quickly realized that standard brake fluid was not ideally suited to high pressure hydraulics, and developed a special red coloured hydraulic fluid named LHS (Liquide Hydraulique Synthétique), which they used from 1954 to 1967. The chief problem with LHS was that it absorbed moisture and dust from the air, which caused corrosion in the system. Most hydraulic brake systems are sealed from the outside air by a rubber diaphragm in the reservoir filler cap, but the Citroën system had to be vented to allow the fluid level in the reservoir to rise and fall, thus it was not hermetically sealed. Consequently, each time the suspension would rise, the fluid level in the reservoir dropped, drawing in fresh moisture laden air. The large surface of the fluid in the reservoir readily absorbed moisture. Since the system recirculates fluid continually through the reservoir, all the fluid was repeatedly exposed to the air and its moisture content. To overcome these shortcomings of LHS, Citroën developed a new green fluid, LHM (Liquide Hydraulique Minéral). LHM is a mineral oil, quite close to automatic transmission fluid. Mineral oil is hydrophobic, unlike standard brake fluid; therefore, water vapour bubbles do not form in the system, as would be the case with standard brake fluid, creating a "spongy" brake feel. Use of mineral oil has thus spread beyond Citroën, Rolls Royce, Peugeot, and Mercedes Benz, to include Jaguar, Audi, and BMW. LHM, being a mineral oil, absorbs only an infinitesimal proportion of moisture, plus it contains corrosion inhibitors. The dust inhalation problem continued, so a filter assembly was fitted into the hydraulic reservoir. Cleaning the filters and changing the fluid at the recommended intervals removes most dust and wear particles from the system, ensuring the longevity of the system. Failure to keep the oil clean is the main cause of problems. It is also imperative to always use the correct fluid for the system; the two types of fluids and their associated system components are not interchangeable. If the wrong type of fluid is used, the system must be drained and rinsed with Hydraflush (Total's Hydraurincage), before draining again and filling with the correct fluid. These procedures are clearly described in DIY manuals obtainable from automotive retailers. The latest Citroën cars with Hydractive 3 suspension have a new orange coloured LDS hydraulic fluid. This lasts longer and requires less frequent attention. It conforms to DIN 51524 3 for HVLP. by Cleveland Pneumatic Tool Co. Similar systems are also widely used on modern tanks and other large military vehicles.