Estudio del coeficiente de rigidez y de amortiguación de una suspensión neumática multicámara

Abstract

Heavy vehicles are generally equipped with Shock Absorber Suspension Cylinders, which, in addition to integrating in the same element, the damping and suspension mechanism, allow obtaining greater suspension travels, maintaining the rest extension in the event of possible variations of load. They are normally made up of two or more oil chambers and a pair of Nitrogen chambers. During reciprocating suspension movements, oil and gas flow up and down between two consecutive chambers often separated by one or more nozzles or valves. The main objective of this Doctoral Thesis is to make a model that predicts the performance of an asymmetric shock absorber of known geometry, under dynamic conditions of use. Addressing such a complex issue in an agile and simple way has motivated the author to study the cylinder by subdividing it into different sub-models, initially evaluating the mass transfer between the gas chambers, Cd, later studying the evolution of pressures, only contemplating the gas chambers interconnected with the study nozzle and concluding with a general model that studies the entire Damped Suspension Cylinder and which is the object of study in this Thesis. The simulation of the dynamic characteristics of mechanical components of this nature makes it possible to predict the performance of said cylinders based on the design parameters and the initial operating conditions, saving design time and development means, while also avoiding the generation of significant errors in said designs. This contribution allows the possibility of optimizing and applying significant improvements without the need to invest resources in experimental studies. All this translates into financial savings, always sought after by developers. Thanks to the large volume of experiments carried out and analysed, in the different test benches, designed and built for this purpose, a model capable of predicting the behaviour of the CSA in the face of external disturbances has been validated, obtaining a good correlation between the experimental data and the theoretical data, the maximum error obtained being less than 7%, for the working conditions proposed in the study.

Los vehículos pesados generalmente están dotados de Cilindros de Suspensión Amortiguada (CSA), los cuales además de integrar en un mismo elemento, el mecanismo de amortiguación y de suspensión, permiten obtener mayores recorridos de la suspensión, manteniendo la extensión de reposo ante posibles variaciones de la carga. Normalmente están formados por dos o más cámaras de aceite y por un par de cámaras de Nitrógeno. Durante los desplazamientos alternativos de la suspensión, el aceite y el gas fluyen hacia arriba y hacia abajo entre dos cámaras consecutivas a menudo separadas por una o varias boquillas o válvulas. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral, es realizar un modelo que prediga las prestaciones de un amortiguador asimétrico de geometría conocida, en condiciones dinámicas de utilización. Abordar una temática tan compleja de una forma ágil y sencilla ha motivado al autor a estudiar el cilindro subdividiéndolo en diferentes submodelos, evaluando inicialmente la trasferencia de masa que hay entre las cámaras de gas, Cd, estudiando posteriormente la evolución de las presiones, únicamente contemplando las cámaras de gas interconectadas con la tobera de estudio y concluyendo con un modelo generalista que estudie el Cilindro de Suspensión Amortiguada al completo y que es el objeto de estudio en esta Tesis. La simulación de las características dinámicas de componentes mecánicos de esta índole permite predecir las prestaciones de dichos cilindros en función de los parámetros de diseño y de las condiciones iniciales de operación, ahorrando tiempos de diseño y medios de desarrollo evitando también la generación de errores importantes en dichos diseños. Esta contribución permite la posibilidad de optimizar y aplicar mejoras significativas sin la necesidad de invertir recursos en estudios experimentales. Todo esto se traduce en un ahorro económico, siempre perseguido por los desarrolladores. Gracias al gran volumen de experimentos realizados y analizados, en los diferentes bancos de ensayos, diseñados y construidos para tal fin, se ha validado un modelo capaz de predecir el comportamiento del CSA ante perturbaciones externas, obteniendo una buena correlación entre los datos experimentales y los datos teóricos, siendo el error máximo obtenido inferior al 7 %, para las condiciones de trabajo propuestas en el estudio