نظام تعليق بقضبان الالتواء

نظام التعليق ذو قضيب الالتواء ، المعروف أيضًا بنظام التعليق ذي زنبرك الالتواء ، هو أي نظام تعليق للمركبة يستخدم قضيب الالتواء كزنبرك رئيسي لتحمل الوزن. يُثبّت أحد طرفي قضيب معدني طويل بإحكام في هيكل المركبة، بينما ينتهي الطرف الآخر برافعة، تُسمى مفتاح الالتواء، مثبتة عموديًا على القضيب، ومتصلة بذراع التعليق أو محور العجلة. تتسبب الحركة الرأسية للعجلة في التواء القضيب حول محوره، ويُقاوم هذا الالتواء بمقاومة القضيب للالتواء . يتحدد معدل صلابة الزنبرك الفعال للقضيب بطوله ومقطعه العرضي وشكله ومادته وعملية تصنيعه.

برز مفهوم نظام التعليق بقضبان الالتواء في صناعة السيارات في أوائل القرن العشرين، وشهد تطورات ملحوظة خلال الحرب العالمية الثانية عندما تم اعتماده في المركبات القتالية المدرعة العسكرية نظرًا لمتانته وقدرته على اجتياز التضاريس الوعرة. اعتمدت التصاميم الأولى للسيارات بشكل كبير على النوابض الورقية، لكن الابتكارات التي طورتها شركات مثل سيتروين أدخلت قضبان الالتواء، مما أتاح مرونة وراحة أكبر مقارنةً بالأنظمة التقليدية.

تُستخدم أنظمة التعليق بقضبان الالتواء في المركبات القتالية والدبابات مثل T-72 ، وليوبارد 1 ، وليوبارد 2 ، و M26 بيرشينغ ، و M18 هيلكات ، و M46/M47/M48 باتون ، و M60 ، و M1 أبرامز (استُخدم هذا النظام في العديد من دبابات الحرب العالمية الثانية )، وفي الشاحنات وسيارات الدفع الرباعي الحديثة من فورد ، وكرايسلر ، وجنرال موتورز ، وميتسوبيشي ، ومازدا ، ونيسان ، وإيسوزو ، ولواز ، وتويوتا . كما قدمت شركة كينوورث، المُصنّعة للشاحنات من الفئة 8، نظام تعليق بقضبان الالتواء لطرازيها K100C وW900A، حتى عام 1981 تقريبًا.

يقوم المصنعون بتغيير قضيب الالتواء أو المفتاح لضبط ارتفاع السيارة، وعادةً ما يكون ذلك لتعويض وزن المحرك.

تتمثل المزايا الرئيسية لنظام التعليق ذي قضيب الالتواء في توفير قيادة سلسة بفضل مرونة القضيب، والمتانة، وسهولة ضبط ارتفاع السيارة، وانخفاض حجمه على امتداد عرض السيارة. فهو يشغل حيزًا أقل من المساحة الداخلية للسيارة مقارنةً بنظام التعليق ذي النوابض اللولبية .

بلغت قضبان الالتواء ذروة شعبيتها في سيارات الطرق ذات الإنتاج الضخم في منتصف القرن العشرين، بالتزامن مع اعتماد التصميم الموحد . في ذلك الوقت، حين كان فهم آليات الإجهاد وتعب المعادن في هياكل السيارات الموحدة محدودًا، كانت قضبان الالتواء جذابة للغاية لمصممي المركبات، إذ يمكن تثبيتها على أجزاء مُدعمة من الهيكل المركزي، وتحديدًا الحاجز الأمامي . وقد استلزم استخدام دعامات ماكفرسون لتحقيق نظام تعليق أمامي مستقل باستخدام نوابض لولبية، توفير دعامات قوية في الهيكل الأمامي للسيارة.

من عيوب قضبان الالتواء، على عكس النوابض اللولبية، أنها لا توفر عادةً معدل صلابة متدرجًا. في معظم أنظمة قضبان الالتواء، يمكن تغيير ارتفاع السيارة (وبالتالي العديد من خصائص التحكم) ببساطة عن طريق ضبط البراغي التي تربط قضبان الالتواء بالعارضة العرضية للهيكل. في معظم السيارات المزودة بهذا النوع من التعليق، يُعد استبدال قضبان الالتواء بأخرى ذات معدل صلابة مختلف مهمة سهلة. تمتد قضبان الالتواء الطولية أسفل مقصورة الركاب، مما يقلل من المساحة الداخلية برفع الأرضية، بينما في الأنظمة العرضية، يكون طول قضيب الالتواء محدودًا بعرض السيارة.

تستخدم بعض المركبات قضبان الالتواء لتوفير تسوية تلقائية ، وذلك باستخدام محرك لشدّ القضبان مسبقًا لزيادة مقاومة الحمولة، وفي بعض الحالات (بحسب سرعة عمل المحركات)، للاستجابة لتغيرات ظروف الطريق. كما يُستخدم نظام تعليق قابل لتعديل الارتفاع لتفعيل وضع تغيير العجلات، حيث تُرفع المركبة على ثلاث عجلات بحيث ترتفع العجلة المتبقية عن الأرض دون الحاجة إلى رافعة.

كانت سيارة ليلاند إيت، التي صممها جيه جي باري-توماس وأُنتجت بين عامي 1920 و1923، أول مركبة تستخدم قضبان الالتواء. مع ذلك، أُطلق على نظام التعليق الخلفي الخاص بها، الحاصل على براءة اختراع عام 1919، ^{[ 1 ]} اسم "نظام التعليق المدعوم بقضبان الالتواء" من قِبل شركة ليلاند في منشور عام 1966 ^{[ 2 ]،} لأن القضبان كانت تُكمل فقط عمل النوابض الورقية. لم يُنتج منها سوى أقل من عشرين سيارة (بما في ذلك نسخ السباق)، ولم يُستخدم نظام التعليق هذا مرة أخرى إلا في سيارات سباق مارلبورو-توماس بعد بضع سنوات.

في عام 1923، حصل باري-توماس على براءة اختراع لتصميم مُحدَّث يتميز بنظام قضيب التواء حقيقي بدون نوابض ورقية، ^{[ 3 ]} إلا أن وفاة المخترع في حادث سيارة عام 1927 حالت دون تطويره. ولذلك، يُنسب الفضل في هذا الاختراع غالبًا إلى شركة بورشه المحدودة ، التي حصلت على براءة اختراعه عام 1931 واستخدمته لاحقًا في العديد من التصاميم. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

كانت سيارة سيتروين تراكشن أفانت ذات الدفع الأمامي من عام 1934 أول سيارة تُطبّق هذه الفكرة في إنتاج تسلسلي، حيث تميّزت بنظام تعليق أمامي مستقل بقضبان الالتواء ومحور خلفي مرن، مُزوّد ​​أيضًا بقضبان الالتواء. وقد وفّرت مرونة عارضة المحور ميزات لتحديد موضع العجلات تُشبه محور الالتواء . ^{[ 6 ]} وفي ثلاثينيات القرن العشرين أيضًا، استخدمت بورشه في نماذجها الأولية من فولكس فاجن بيتل الأولى قضبان الالتواء، وخاصةً طريقة تثبيتها العرضية. كما استخدمت تاترا التشيكوسلوفاكية طراز T600 تاترا بلان من عام 1948 نظام تعليق خلفي بقضبان الالتواء، وكانت تاترا الوحيدة التي اعتمدت هذا النظام. ^{[ 7 ]}

استُخدم هذا النظام لأول مرة عسكريًا في دبابة ستريدسفاجن إل-60 السويدية عام 1934. وقد طُوّر نظام التعليق الخاص به على يد مهندسين ألمان، من بينهم كارل رابي، الموظف في شركة بورش، والذي كان يمتلك أيضًا براءات اختراع شخصية لأنظمة التعليق بقضبان الالتواء. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

استُخدمت هذه التقنية على نطاق واسع في السيارات الأوروبية مثل رينو وسيتروين وبورش/فولكس فاجن، ومن قِبل شركات إنتاج أقل شهرة مثل ماتيس وروهر في ثلاثينيات القرن العشرين ، وكذلك من قِبل شركة باكارد الأمريكية في خمسينيات القرن العشرين. استخدمت باكارد قضبان الالتواء في كل من الأمام والخلف، وربطت بين النظامين الأمامي والخلفي لتحسين جودة القيادة. استخدمت سيارات موريس مينور وأكسفورد، بدءًا من أواخر أربعينيات القرن العشرين، نظام قضبان الالتواء الأمامي المشابه جدًا لنظام سيتروين، وكذلك طرازات رايلي آر إم. أما سيارة جاكوار إي-تايب الثورية التي طُرحت عام 1961، فكانت مزودة بنظام تعليق أمامي بقضبان الالتواء مشابه جدًا لنظام سيتروين وموريس مينور، ونظام تعليق خلفي مستقل بنابض لولبي يستخدم أربعة ممتصات صدمات بنابضات متحدة المركز ( نظام التعليق اللولبي ).

كانت شركة هدسون موتور كار في ديترويت من أوائل الشركات الأمريكية التي استخدمت قضيب الالتواء في السيارات، حيث قدمت نظام التعليق المرن للمحور الأمامي المبتكر في سيارات هدسون وتيرابلين عام 1934 ، وأدركت في عام 1935 الحاجة إلى قضيب التواء عرضي متصل بالمحور الخلفي كقضيب مضاد للانقلاب لتثبيت السيارات. تم تركيب قضيب الالتواء المفرد عبر جانبي الهيكل خلف المحور الخلفي، ثم تم تثبيته بواسطة أذرع ووصلات بالجانب الأمامي لصفائح مسامير تثبيت النوابض على شكل حرف U. تم إيقاف استخدام نظام مرونة المحور في طراز عام 1936.

قدّم جلاديون إم. بارنز ووارن إي. بريستون طلب براءة اختراع أمريكية لنظام تعليق بقضيب الالتواء عام 1934، وتمت الموافقة عليه بعد عامين. ^{[ 11 ]} كانت الميزة الأصلية لبراءة الاختراع هي ما يُعرف الآن بتصميم الأنبوب فوق القضيب (TOB)، والذي لم يُستخدم إلا بشكل محدود في ستينيات القرن العشرين (على سبيل المثال، في مركبة الإنزال البرمائية LVTP-7 ). وعلى الرغم من أن بارنز كان يعمل لدى إدارة الذخائر بالجيش الأمريكي ، إلا أن قضبان الالتواء لم تُستخدم في تصميمات الدروع الأمريكية حتى دبابة T70 GMC عام 1943، والتي استُمد نظام تعليقها من دبابة Pz. III على يد المهندس روبرت شيلينغ من شركة جنرال موتورز. ^{[ 12 ]}

بعد الحرب، أصبح استخدام نظام التعليق الأمامي بقضبان الالتواء سمةً مميزةً لسيارات موريس البريطانية ، بدءًا من موريس مينور عام 1948، ونظيرتها الأكبر موريس أوكسفورد MO ، ​​وموريس سيكس MS الفاخرة ، بالإضافة إلى النسخ الفاخرة من الطرازين الأخيرين التي تحمل علامة ولسلي . استلهم مصمم هذه السيارات، أليك إيسيجونيس ، نظام التعليق من سيارة تراكشن أفانت ، على الرغم من أن سيارات موريس كانت تعمل بنظام الدفع الخلفي وتستخدم نوابض ورقية تقليدية لمحاورها الخلفية. استخدمت مينور مخمدات ذراع الرافعة مع قضبان الالتواء، بينما استخدمت أوكسفورد وسيكس مخمدات تلسكوبية مبتكرة . ظل إنتاج سيارة ماينور دون تغيير إلى حد كبير حتى عام 1972، وتم استبدالها بسيارة موريس مارينا التي استخدمت أيضًا نظام قضيب الالتواء وذراع التخميد للتعليق الأمامي - وهي واحدة من آخر السيارات الجديدة في جميع أنحاء العالم التي تم طرحها بهذا النظام، والتي استمر إنتاجها حتى عام 1984. تم تطوير منصة أكسفورد/سيكس من خلال عدة سلاسل منقحة استخدمت نظام قضيب الالتواء لإيسيجونيس حتى عام 1959 عندما تم طرح سيارة فارينا أكسفورد الجديدة باستخدام نظام تعليق أمامي بنوابض لولبية وعظام ترقوة سفلية ومخمدات ذراع التخميد.

كان نظام قضيب الالتواء أشهر تطبيقاته في سيارات الركاب الأمريكية، حيث استُخدم في جميع منتجات كرايسلر بدءًا من طراز عام 1957 في سيارات مثل سلسلة إمبريال كراون ، وكرايسلر وندسور ، وديسوتو فايردوم ، ودودج كورونيت ، وبليموث بيلفيدير. مع ذلك، اقتصر نظام التعليق الهوائي "Torsion-Air" من كرايسلر على المحور الأمامي فقط؛ واستمر استخدام النظام الأساسي نفسه (التركيب الطولي) حتى طرح سيارة K-car عام 1981. وفي عام 1976، طُوّر نظام تعليق قضيب الالتواء المُعاد هندسته في سيارة دودج أسبن ، حيث استُخدمت قضبان الالتواء المثبتة عرضيًا (ربما استنادًا إلى سيارة فولكس فاجن تايب 3 ) حتى توقف إنتاجه عام 1989 (مع منصة M من كرايسلر). كما استخدمت بعض أجيال دودج داكوتا ودورانجو قضبان الالتواء في نظام التعليق الأمامي.

استخدمت شركة جنرال موتورز قضبان الالتواء لأول مرة في شاحناتها الخفيفة عام 1960، إلى أن تم التخلي عنها عام 1963، حيث استُخدمت بدلاً منها نوابض لولبية تقليدية في مقدمة شاحناتها ذات الدفع الثنائي. وكان أول استخدام لها في سيارات الركاب عام 1966، بدءًا من سيارات منصة E ( أولدزموبيل تورونادو ، كاديلاك إلدورادو )، وشاحنات S-10 ذات الدفع الرباعي، وشاحنات أسترو الصغيرة المزودة بنظام الدفع الرباعي الاختياري، ومنذ عام 1988، الشاحنات وسيارات الدفع الرباعي كاملة الحجم (سلسلة GMT400، GMT800، وGMT900).

استخدمت بورش نظام تعليق بقضبان الالتواء للعجلات الأربع في طرازي 356 و 911 من عام 1948 حتى عام 1989 مع طرح طراز 964. كما استُخدم هذا النظام في نظام التعليق الأمامي لطراز 914، وكذلك في نظام التعليق الخلفي لطرازات 924 و 944 و 968 . واستخدمت هوندا أيضًا قضبان الالتواء الأمامية في الجيل الثالث من سيفيك، وفي طرازات أخرى مبنية على نفس المنصة، بما في ذلك بالاد والجيل الأول من CRX .

كانت دبابة بانثر الألمانية في الحرب العالمية الثانية مزودة بقضبان التواء مزدوجة. ولأن المصمم إرنست لير كان بحاجة إلى قضبان أطول من عرض الدبابة للحصول على معدل الزنبرك المطلوب وزاوية الانحناء المرنة القصوى من سبائك الصلب المتاحة، فقد ابتكر نظام تعليق يطوي القضبان إلى نصفين. لكل عجلة، تم تثبيت قضيب بذراع التعليق، بينما تم تثبيت قضيب آخر في نقطة قريبة على الهيكل. على الجانب المقابل من الدبابة، تم تثبيت القضيبين معًا وتركيبهما في محور. تسبب انحراف ذراع التعليق في التواء نصفي قضيب الالتواء المزدوج. من عيوب نظام تعليق قضيب الالتواء المستخدم في دبابات تايجر وبانثر (والعديد من دبابات الحرب العالمية الثانية الأخرى والمركبات القتالية المدرعة الأخرى ) عدم القدرة على دمج فتحة هروب في أسفل الهيكل، وهي ميزة شائعة في دبابات الحرب العالمية الثانية، لأن ترتيب قضيب الالتواء كان سيمنع وصول الطاقم إلى هذه الفتحة. ومع ذلك، فإن غياب النوابض الورقية أو الملفوفة أو الحلزونية غالباً ما يترك مساحة كبيرة من جانب الهيكل خالية لتضمين فتحة هروب جانبية، وكان من النادر أن تنقلب الدبابة بطريقة تجعل جميع الفتحات العلوية غير قادرة على الفتح، وهو الغرض من الفتحات البطنية.

تستخدم العديد من دبابات القتال الرئيسية الحديثة نظام تعليق بقضبان الالتواء، بما في ذلك الدبابة الأمريكية إم 1 أبرامز ^{[ 13 ]} ، والدبابة الألمانية ليوبارد 2 ^{[ 14 ]} ، والدبابة الصينية إم بي تي-3000، على الرغم من أن أحدث جيل من الدبابات، مثل الدبابة الروسية تي-14 أرماتا، يستخدم نظام تعليق هيدروليكي قابل للتعديل. ونظرًا لصغر حجمها وقدرتها الهائلة على تحمل الأحمال وسهولة صيانتها نسبيًا، يُعد نظام تعليق قضبان الالتواء مثاليًا للدبابات، مع أنه لا يخلو من العيوب. فالمسافة الكبيرة التي تقطعها قضبان الالتواء ومرونتها العالية تُسبب حركة اهتزازية عند تحرك الدبابة أو توقفها المفاجئ. لذا، يجب استخدام مُثبِّت للمدفع لتعويض هذه الحركة. ونظرًا للوزن الهائل لدبابة القتال الرئيسية، مقارنةً بالسيارة، يزداد خطر كسر قضيب الالتواء بشكل كبير عند المطبات المفاجئة أو المناورات، وإذا لم يتم استبداله سريعًا، فقد يؤثر ضعف نظام التعليق على قدرة الدبابة على المناورة، وفي الحالات القصوى، قد يُؤدي إلى شلّ حركة الدبابة تمامًا، حيث يُؤدي انخفاض قدرة نظام التعليق إلى كسر قضبان التواء إضافية.

استُخدمت قضبان الالتواء أحيانًا بدلاً من نوابض الصمامات الحلزونية التقليدية في بعض الدراجات النارية القديمة، مثل هوندا CB450 ، وكذلك في سيارات بانارد داينا X وبانارد داينا Z في الخمسينيات. كما استُخدمت أيضًا في آلية باب سيارة دي إم سي ديلوريان وأغطية صندوق الأمتعة في بعض طرازات تويوتا كورولا (E30) .

• قيادة المواد التابعة لجيش الولايات المتحدة (1963). "الفصل 11: نظام التعليق" . تجميع السيارات: البحث والتطوير في مجال المواد . المجلد  3. مكتب الطباعة الحكومي الأمريكي.
• شو، غويينغ؛ شيو، دابينغ؛ وانغ، تاو (2017). تطوير نظام تعليق المركبات المجنزرة ووضعه البحثي الرئيسي (ملف PDF) . التقدم في البحوث الهندسية. المجلد  138. أكاديمية هندسة القوات المدرعة.
• ميرهوف، فولفجانج؛ هاكبارث، إرنست مايكل (2015). Fahrmechanik der Kettenfahrzeuge (ميكانيكا قيادة المركبات المجنزرة) (PDF) . Universität der Bundeswehr، Universitätsbibliothek. رقم ISBN 978-3-943207-13-2.