Мягкая подвеска для УАЗа

 
Нужно ли и можно ли сделать УАЗ помягче?

Нужно ли нам, суровым мужчинам, делать наш УАЗ мягче? ДА!!!! Вовсе не потому что мы на самом деле - офисные крысы, пытающиеся казаться чем-то чем мы на самом деле не являемся. Есть несколько причин, почему нужно добиться в УАЗе РАЗУМНОГО уровня комфорта. Разумный уровень комфорта — это такой, при котором езда на любимом автомобиле не скажется отрицательно на нашем здоровье и долголетии а так же длительная экспедиция не будет омрачена болью в позвоночнике и/или звоном в ушах от шума и/или головной болью и отравлением от выхлопных газов и запаха бензина.

Итак причины сделать УАЗ помягче:

1) Природа требует возить на УАЗе прекрасных дам (или одну даму но очень прекрасную). Если не требует, то лучше забыть про УАЗы и пересесть на Опель Смарт

2) Мы конечно можем вынести любое испытание единовременно, но через годы дубовость подвески может очень отрицательно сказаться на работоспособности нашего опорно-двигательного аппарата. Примеры тому за 35 лет существования УАЗов 469 УЖЕ есть. Есть много исследовательского материала о профессиональных заболеваниях водеителей, работавших длительно на автомобилях тех или иных марок, обладающих теми или иными свойствми.

3) Более мягкие упругие элементы в подвеске позволяют добиться лучшей артикуляции подвески на внедорожье, большего давления на грунт работающего на отбой колеса и следовательно лучшей тяги без применения межколесной блокировки. При применении мягких пружин остаточное усилие при ходе отбоя больше, следовательно больше реализуемая тяга на этом колесе.

Преимущества дубовой подвески только в:

1) Меньшей зависимости высоты посадки автомобиля от его загрузки. Однако у нас всё же не грузовик а внедорожник. Часто ли мы возим на нем тонну стройматериалов? Наверное нет. Стоит ли ради этого всё остальное время терпеть неудобства? В крайнем случае можно дополнить мягкий упругий элемент дополнительным, который либо быстросъёмный, либо быстронакачиваемый, либо вступает вработу только при просадке кузова до определенной степени (как под/над-рессорники например).

2) Большая энергоёмкость при одинаковом ходе. Большая энергоёмкость позволяет налететь колесом на препятстсвие с большой скоростью и не испытать при этом полного пробоя подвески. А надо ли нам летать по пересеченной местности с большой скоростью? Наверное нет. Более того, энергоёмкость может быть обеспечена не только большой жесткостью но и большим ходом. Например у нас будет такая же энергоёмкость если мы скажем в 2 раза уменьшим жесткость но в то же время в 2 раза увеличим ход сжатия.

Что мы имеем на УАЗе?

Подсчитав все ПОДРЕССОРЕННЫЕ массы со снаряженим итд (лебедка, хайджек, пила, дополнительный аккумулятор и др. в багажнике), 2 человека, запас топлива, багаж итд, у меня получилось примерно по 400кг на колесо подрессоренных масс. Лебедку сделать съёмной и возить в багажнике я решил не случайно а именно исходя из благоприятности развесовки, а так же ради возможности использовать её не только спереди но и сзади и ради того чтобы она зря не была подвержена воздействиям окружающей среды (рассол на дороге).

Восприятие телом человека внешних воздействий (тряски) в первую очередь зависит от частоты собственных колебаний упругой системы (кузова автомобиля на подвеске). Благоприятной для тела является такая частота, которую мы испытваем при ходьбе (0.8-1.2 Гц). Собственно эта частота главным образом зависит от соотношения подрессоренных масс и жесткости. Имея по 400кг на каждый упругий элемент было бы самым благоприятным иметь жесткость порядка 1.6 кг/мм. К сожалению этого мы себе позволить не можем по той причине что высота посадки автомобиля будет слишком сильно зависеть от его загрузки. Например у меня получилось что переменная масса на заднюю ось составляет порядка 300кг, а это означает что при этой жесткости высота снаряженного для путешествия и пустого автомобиля будет отличаться почти на 10см. С тяжелыми автомобилями проще, в них бОльшая жесткость обеспечивает меньшую частоту колебаний а при бОльшей жесткости высота посадки значительно меньше зависит от той же загрузки. У УАЗа же львиная доля масс является неподрессоренной. Однако, утяжелять внедорожник не есть хорошо так как доставать его из болота будет слишком сложно. Как всегда прийдется идти на компромис. Увеличивать жесткость упругих элементов до значений, соответствующих допустимым частотам колебаний.

В стандарте у рессорного «козла» жесткость передних рессор 5.5кг/мм, задних с гражданскими мостами 4.5 кг/мм и задних с военными мостами 5 кг/мм. Это ДАЛЕКО выводит характеристику подвески за рамки безопасного для тела живого человека. Малолистовые рессоры Хантера/Патриота гораздо современней по конструкции но их жесткость 4 кг/мм допустима для тяжелой 316Х-ки, но для легкого Хантера/Козла жестковаты. Это же касается передних пружин Хантера/Патриота.

Для сравнения у Рэнджровера, обладающего бОльшей подрессоренной массой, спереди 2.3 кг/мм а сзади 2.7кг/мм. Ездить на нем как по дороге, так и по ухабам в лесу — одно удовольствие. Да и проходимость отличная по причине хорошей артикуляции.

Какие у нас возможности?

Приоритетным критерием я бы поставил стандартность и доступность расходных частей (доступность в магазинах без необходимости их доработки). Расходники это в первую очередь упругие элементы (рессоры, пневмобаллоны, гидроаккумуляторы или пружины), а так же шарниры (резинки или шаровые пальцы) и амортизаторы.

Для начала рассмотрим преимущества и недостатки разных видов подвесок.

Рессорная подвеска. Основное преимущество — простота конструкции. Второе преимущество в нашем случае - близость к стандарту. Пожалуй стоит добавить сюда простоту компенсации больших разсогласований кинематики при разноименных ходах. Теперь на Русском о том что это такое. Когда мост правым колесом работает на сжатие а левым на отбой, то механизм реактивных тяг пружинной подвески оказывается в состоянии, когда для обеспечения этого хода необходимо чтобы поменялась длина этих тяг или взаимное положение шарниров, которые одновременно должны быть жестко закреплены друг с другом. На практике эта проблема решается за счет податливости резинок в этих шарнирах. Слишком податливыми их делать нельзя (мост не будут держать), но и слишком жесткими тоже (не будет артикуляции или будут очень быстро выкрашиваться). С рессорами же всё проще. Необходимую податливость в разных степенях свободы имеет сама по себе рессора.

Теперь о том, о чем не хотелось бы но надо. Недостатки рессорной подвески.

1) Межлистовое трение. Самое плохое что оно непредсказуемо и переменное во времени. Всё зависит от состояния рессор (ржавчины, наличия песка между ними, покрытия листа итд). Так же все воздействия от дороги по величине меньшие чем сила трения в рессоре, передаются на человека как через абсолютно жесткую подвеску (если бы её не было вообще).

2) Низкая долговечность. Казалось бы раз рессоры устанавливают на брутальных внедорожниках и больших грузовиках, значит они прочнее и долговечнее. Но это не так. Они там ради простоты конструкции и технологической простоты реализации переменной в зависимости от нагрузки жесткости (возможность установки подрессорников или надрессорников). Простота конструкции это с одной стороны хорошо, а с другой не очень. Простота рессорной подвески обеспечивается тем, что она одновременно выполняет функцию упругого элемента (пружины) и направляющего устройства (реактивных тяг). Это так же означает что рессора нагружена дважды. Например режим когда во время реализации большой тяги (движение в гору, движение по вязкому/рыхлому грунту, движение на большой скорости) автомобиль одновременно наезжает колесом на препятствие, нагрузка на рессору сильно возрастает. Чаще всего рессоры лопаются именно в такой момент.

3) Мало возможностей для обеспечения правильной кинематики управляемости в поворотах. Например штатно в УАЗе (как заднеприводный на асфальте автомобиль, УАЗ склонен к избыточной поворачиваемости) кинематика такова что при крене в повороте задняя ось ещё сильнее доворачивает мост в плане в сторону избыточной поворачиваемости. Особенно этот косяк заметен когда наличие гидроусилителя руля позволяет делать резкие маневры. Получаем знаменитое «рысканье». Для борьбы с избыточной поворачиваемостью на большинстве автомобилей рессоры наклонены вперед и имеют в статическом (снаряженном) состоянии форму близкую к прямой. Чтобы не сильно наклонять рессору и выполнить компоновочные требования при этом обычно рессору располагают под мостом а не над мостом. (Так на Волге и джипе Рэнглере). При этом правда увеличивается плечо крена автомобиля в повороте. В целях улучшения геометрической проходимости и уменьшения плеча крена, конструкторы УАЗа пошли на допущение и не приняли таких мер. Изгибы рамы УАЗа под мосты очень малы по сравнению с другими аналогичными автомобилями. Если расположить рессору на УАЗе правильно, то её передний кронштейн будет свисать под брюхом сантиметров на 20, что недопустимо. В этом случае получим «пузотерку» типа Джипа Рэнглера да и кронштейн будет слишком уязвим. Кстати эта проблема может быть решена кардинально не связанным с подвеской методом — фултаймовой раздаткой. Так она решена на Ниве и на Лэндровере. Фултайм (постоянный дифференсальный полный привод) всегда обеспечивает поворачиваемость близкую к нейтральной.

4) S-образный изгиб рессор реактивным моментом на мосту при снижении жесткости рессор (удалении листов). Так же этот изгиб возрастает при увеличении плеча (установке проставок мост-рессора), установке военных мостов вместо гражданских. Например на «Барсе» вместо 3-х листовой вынуждены были установить чрезмерно жесткую 4-листовую рессору только ради того чтобы установить редукторные мосты, плечо воздействия реактивного момента которых на рессору увеличено на 3см.

Подвеска на обычных циллиндрических пружинах.

Преимущества:
1) Полное отсутствие трения в упругом элементе.

2) Разделение функции направляющего устройства и упругого элемента, а отсюда большая надежность.

3) Меньшая масса, особенно неподрессоренная.

4) Большая свобода для творчества в плане обеспечения правильной кинематики управляемости направляющим устройством (тягами).

Недостатки:
1) Сложность конструкции

2) Уход от «видимости стандарта»

3) Сложность компенсации разсогласования кинематики при разноименных ходах в большинстве известных схем.

4) На УАЗе нас поджидает в этом направлении ещё одна сложность. Рама УАЗа сконструирована под рессоры, а они как известно уже чем пружины и на задней оси у нас остаётся слишком мало места между рамой и колесом для компоновки пружины. Тут есть несколько вариантов: Во-первых можно расположить пружины внутри рамы. Однако в этом случае падает поперечная жесткость (автомобиль будет очень валким, хотя и улучшится артикуляция). На Паджеро при переходе на пружины так и сделали (переконструировать раму не стали) но дополнили заднюю подвеску стабилизатором поперечной устойчивости. Это не наш метод тк у него есть 2 недостатка: изменение характеристики подвески при наезде на препятствие только одним колесом (складывается жесткость пружины и стабилизатора) и сложность артикуляции (или делать стабилизатор отключаемым). Второй выход — установить длинные узкие пружины на амортизаторных стойках. Их необходимо заключать в амортизаторную стойку для того чтобы они не выворачивались. За границей такие стойки называются «coil-over» и широко применяются при тюнинге внедорожников. Однако это идет вразрез с условием доступности и стандартности расходников. Или же можно использовать широкие мосты «Спайсер» (от Патриота) или широкие военные мосты «Барс». Это так же позволяет с колесами большого диаметра использовать диски с нормальным вылетом ступицы и оставить плечи обкатки допустимой величины.

Тем не менее, тему пружинной подвески хоронить не будем. Это дороже и сложнее, но вполне реально и имеет ряд значительных преимуществ.

Пневмоподвеска. Аналогична пружинной, отличие только в том что вместо обычной пружины используется пневматический упругий элемент (пневмобалон).

Преимущества:
1) Незавимимость высоты посадки автомобиля от загрузки. При увеличении загрузки автомобиль проседает, датчик уровня открывает клапан и увеличивает давление, автомобиль занимает прежнюю высоту. При разгрузке автомобиль поднимается вверх, датчик стравливает лишнее давление и автомобиль опускается обратно на заданную высоту.

2) Возможность изменения высоты подвески по команде водителя.

3) Возможность управления подвеской программно в режиме реального времени по специальным алгоритмам. Подвеску можно даже сделать «активной».

4)Прогрессивность характеристики. Чем больше давление, тем больше жесткость. Идеальный вариант.

Недостатки:
1) Необходимость иметь на борту компрессор и рессивер.

2) Единственный дешевый и доступный пневмобалон — от ЛиАЗа имеет диаметр 30см и малый ход. Балоны Contitech и другие нужно заказывать, дорого стоят итд. Хотя учитывая что это достаточно долговечная штука, может быть и стоит о них подумать. Тем не менее Contitech предоставляет подробные характеристики своих балонов, но они в основном для грузовиков и имеют большие габариты, а фирмы, специализирующиеся на пневмоподвесках для легковых автомобилей не особо охотно делятся иформацией о них. Только модель автомобиля для которого они предназначены.

Гидропневматическая подвеска. Отличается от предыдущего варианта тем, что вместо воздуха используется Азот под высоким давлением. В качестве передаточного звена между газом и подвеской используется жидкость и гидроциллиндр. Т.к. Давление высокое, то диаметр гироциллиндра и габариты пневмогидравлического азотного аккумулатора малы. Меньше даже чем у пружины.

Этот вариант подвески обладает ВСЕМИ преимуществами пневмоподвески но не обладает её недостатками.

Преимущества:

1) Те же что и у пружинной и пневмоподвески
2) Легче всех компонуется, втч запросто вместо рессор.

Недостатки:

1) Гидравлика очень дорогая и плохо доступная. Если кто-то подскажет мне где можно брать недорого гидрокомпоненты (гидроциллиндры, пневмогидравлические аккумуляторы, гидрораспределители с электроприводом, шланги и трубки), я буду очень благодарен и смогу вопротить гидропневматическую подвеску на УАЗе.

Ну а теперь самое время вернуться с неба на землю т.е. к рессорам как к наиболее доступному и близкому к стандарту варианту.

Всё самое лучшее что придумало человечество на тему обычных многолистовых рессор есть в рессорах от Волги:

1) Они длинные и широкие. Это значит меньшая жесткость и большие допустимые прогибы при соблюдении условия допустимых напряжений изгиба.

2) Они имеют трапеция-видное сечение. Это означает что бОльшая часть толщины листа работает на сжатие чем на изгиб. Это снижает устолостный износ. Рессоры служат дольше. (увеличить стойкость к появлению усталостных трещин а заодно и снизить межлистовое трение можно отполировав и отхромировав рессоры но это уже из области фантастики в плане стоимости проекта).

3) Они имеют пластиковые вставки на концах, которые снижают до минимума межлистовое трение. Сами вставки более скользкие чем металл да и листы они разводят. (Снизить межлистовое трение можно так же обильно смазав рессоры и заключив их в чехлы, но это чисто асфальтовый вариант т.к. при погружении в болото туда попадет жижа с песком, будет коррозия, трение песка итд. В общем прийдется перебирать рессоры после каждой пездки в лес вместо того чтобы просто пройтись по ним «Кархером»).

4) Они несимметричные (место крепления моста смещено в сторону одного из плеч рессоры). Это означает меньшую склонность к S-образному изгибу.

5) Они расчитаны как раз на 400 кг статической нагрузки (а рессоры универсала даже на бОльшую нагрузку).

6) И самое ценное — их жесткость нам подходит (2.5кг/мм у седана и 2.9кг/мм у универсала).

Рессоры стандартного Козла ни одним из вышеперечисленных преимуществ не обладают. Можно конечно попытаться что-то сделать со стандартными рессорами:

1) Обработать каждый лист по длине придав трапеция-видное сечение. В этом случае после сборки пакета жесткость уменьшится, автомобиль просядет.

2) Просверлить на концах рессор отверстия и вставить прокладки. При этом увеличится предаврительный натяг и есть вероятность что помимо снижения межлистового трения автомобиль встанет на прежнюю высоту при меньшей жесткости.

3) Если жесткость всё равно окажется слишком большой, вынуть часть листов. Вынимать листы можно только через один чтобы соблюсти условие балки равного сопротивления изгибу и листы рессоры не были нагружены по-разному по длине. Вынуть можно например 3, 5, 7, и 9-ый листы (9-ый на задней военной рессоре). Получим 5-листовые рессоры. При этом есть шанс что получим S-образный изгиб, жесткость не предсказуема. Можно замерить собрав пакет, поставив его на пол, нагрузив определенной массой и замерив прогиб.

Однако, в этом случае мы опять уходим от условия стандартности и доступности частей. Долговечность не предсказуема. Жесткость тоже может сильно зависеть от того как обработать листы а обработать одинаково в кустарных условиях сложно. Слишком много «переменных величин».

После взвешивания всех «за» и «против» наиболе простым разумным путем получения желаемых характеристик (пусть и с некоторыми допущениями) является установка рессор от Волги.

Один из вариантов это установить рессоры от седана на переднюю ось а рессоры от универсала на заднюю. Устанавливать упругие элементы одинаковой жесткости на разные оси не желательно чтобы избежать резонанса угловых колебаний задней и передней подвесок и следовательно «козления» автомобиля. На заднюю ось лучше установить более жесткие рессоры тк массы, приходящиеся на заднюю ось более переменны. (груз, снаряжение итд которого может и не быть). У меня получилось порядка 300кг разницы и при волговских рессорах от универсала разница высоты посадки в пределах 5см. (Стоит правда учитывать что если всё же установить 5-листовые от седана на заднюю ось, то они будут прямее и автомобиль будет менее склонен к избыточной поворачиваемости. И ещё. Угловая жесткость задней подвески тоже уменьшится и это снизит силовой увод шин задней оси)

Известно что на УАЗах до 87 года серьги на переднем мосту располагались спереди а после 87 года их стали располагать на заднм конце рессоры. У обоих вариантов есть свои преимущества и недостатки, но лично мне больше нравится старый вариант. Да и не только мне. На всех рессорных внедорожниках так делали.

Преимущество заднего расположения серег на передней оси в более благоприятной кинематике подвески при переезде препятствий. Меньше нагружена сама рессора и шарнир крепления её к раме. Так и следует делать на автомбилях без привода на переднюю ось.

Преимущество переднего расположения серег на передней оси в согласованности кинематики подвески и переднего кардана. Особенно это важно когда ходы подвески большие. В стандарте на УАЗе ходы невелики. Но при переходе на длинные мягкие рессоры позволяющие получить большие ходы подвески, серьги стоит перенести вперед если они уже не там. Нам же не нужно порвать крестовины да и излишний износ шлицевого тоже ни к чему.

Передний редуктор на УАЗе развернут на 8 градусов вверх относительно горизонтали. Для парттайма это допустимо. Если думать об установке раздатки с межосевым дифференсалом то для правильной работы кардана без вибрации нужно чтобы входной вал редуктора был параллелен валу раздатки. Будем считать это поводом увеличить продольный налон шкворня (так же известный как кастор) что улучит управляемость (без гидроусилителя руль будет вращатья тяжелее), тем более что рессора от Волги позволяет это сделать. Так же при наклоне рессоры благоприятнее становится кинематика при переезде через препятствия и снижается нагрузка на шарнир крепления рессоры к раме. Я наклонил мост на 5 градусов. До фултайма правда ещё очнеь далеко т.к. силовой агрегат всё равно наклонен на 4 градуса назад а редуктор заднего моста на 4 градуса вверх. Синхронизация углов карданных передач пока не получается.

Для установки задних рессор необходимо удлиннить задний конец рамы на 5см. Что в прочем всё равно не увеличивает задний свес т.к. Штатно там на эту длину выступают бамперы.

К сожалению по компоновочным причинам при установке рессор от Волги получается нежелательный побочный эффект — лифт подвески на 5см. Не решается проблема избыточной поворачиваемости. Её можно решить установкой в задний мост дифференциала ограниченного трения «Квайф», который существует на УАЗ и доступен. Так же на переднюю ось можно установить стабилизатор (желательно отключаемый) Это увеличит угол силового увода шин на передней оси и он может стать больше силового увода задней оси, что очень благоприятно скажется на управляемости (тоже снизит склонность к избыточной поворачиваеомсти).

И ещё. Мягкие рессоры от Волги более склонны к S-образному изгибу (реактивный момент скручивает их относительно моста). В случае Волги рессора стоит под мостом и мост прилегает прямо к коренному листу. Плечо минимально. На УАЗе же коренной лист оказывается дальше всех от чулка моста да ещё плюс смещение колесного редуктора 3см . Необходимо поставить по одной реактивной тяге на мост, которые бы предотвращали этот самый изгиб.

Автор: MOHCTPOXOD
Источник: http://monstrohod.ru