Всем привет, продолжаем мусолить тему автомобильной подвески. Сегодня завершим изучение деталей небольшим постом об амортизаторах.
Предыдущие посты из серии:
Автомобильная подвеска, часть 1
Элементы и детали автомобильных подвесок, часть 2
Элементы автомобильных подвесок, часть 3
Элементы автомобильных подвесок, упругие элементы и амортизаторы. Часть 4
Ну и серия про ДВС, кто не видел:
ДВС и его виды
ДВС и его виды. Часть 2
ДВС и его виды. Часть 3
ДВС и его виды. Часть 4.
ДВС и его виды Часть 4 (продолжение)
ДВС и его виды. Часть 5. Современные системы впрыска, применяемые датчики.
ДВС и его виды. Часть 6. Дизель
ДВС и его виды. Часть 7. Механический впрыск, Common Rail.
ДВС и его виды. Часть 8. Продолжение про ТНВД и Common Rail
[ДВС] Интересные конструкции газораспределительных механизмов
[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля
Итак, амортизаторы, или демпфирующие элементы подвески.
Амортизатор, или shock absorber, предназначен для поглощения "лишней" энергии при работе подвески, которая высвобождаясь, приводит к паразитным резонансным колебаниям и потере контакта колеса с дорожным полотном. Главная задача амортизатора - поглотить эту энергию и преобразовать ее в тепло.
Также амортизатор призван дополнить характеристику упругого элемента, и в нужный момент ее увеличить, а в нужный - уменьшить.
В настоящее время в автомобилях используется только один тип амортизаторов - это гидравлические амортизаторы и их подтипы и модификации. А первые применявшиеся амортизаторы были фрикционными, и имели весьма примитивную конструкцию.
Они представляли из себя набор фрикционных пластин и дисков, и гасили колебания подвески за счет трения. Регулировка осуществлялась усилием зажатия фрикционного пакета.
В настоящее время фрикционные и фрикционно-пневматические амортизаторы можно найти разве что в стиральных машинках и во всяких доводчиках дверок в мебели. И выглядят они примерно так.
А сейчас разберемся в основных типах амортизаторов, использующихся в автомобилях и остальной дорожной и не очень технике.
На данный момент наибольшее распространение имеют два типа амортизаторов:
- гидравлические
- пневмогидравлические.
В народе их обзывают масляные и газо-масляные. Конструкции у них схожи, но как говорил Василий Иваныч в анекдоте - есть нюансы.
Начнем с гидравлических, или масляных.
Все современные гидравлические амортизаторы имеют двухтрубную конструкцию, это означает, что внутри амортизатора присутствуют две емкости, одна из них рабочая - это труба, в которой ходит поршень, закрепленный на конце штока, и вокруг этой трубы располагается расширительный или компенсационный резервуар, наполненный воздухом или азотом под атмосферным давлением.
В таком амортизаторе находятся два блока клапанов, в поршне находятся клапаны отбоя, это клапаны, открывающие проток гидравлической жидкости через дросселирующие каналы при ходе отбоя, то есть - при увеличении длины амортизатора, а на дне рабочего цилиндра находится блок сжатия, которые открывают дросселирующие каналы при ходе сжатия, или при уменьшении длини амортизатора. Компенсационный резервуар служит для того, чтобы вытесняемой погружающимся штоком жидкости было куда деться. При ходе сжатия она заполняет резервуар, а при ходе отбоя она возвращается обратно в рабочий цилиндр.
Клапаны на дне и на поршне собираются из набора пружинных пластин, таким образом настраивается давление, при котором клапаны открываются, и начинают перепускать жидкость, тем самым настраивается необходимая характеристика амортизатора при разных скоростях движения поршня.
Вот устройство типичного клапана
Сделано все это для того, чтобы амортизатор адекватно гасил колебания в разных режимах работы, так, на низких скоростях перемещения поток жидкости проходящий через дросселирующие отверстия невелик, поэтому они почти полностью перекрываются, для того, чтобы амортизатор гасил раскачку на пологих волнах, однако при наезде на крутое препятствие такое количество каналов не справится с перепуском жидкости и удар полностью передастся на кузов, и чтобы этого не произошло, и предназначены дополнительные клапаны, которые при возросшем давлении откроются и не будут препятствовать быстрому перемещению штока.
Гидравлические амортизаторы являются самыми простыми и неприхотливыми, и их легко отличить по отсутствию самопроизвольного выдвижения штока без нагрузки. Данные амортизаторы не предназначены для больших нагрузок и часто в связи с этим имеют очень мягкие настройки, однако существуют и регулируемые разновидности гидравлических амортизаторов. Так некоторые амортизаторы имеют специальную гайку в блоке клапанов поршня, которая поворачивается специальным выступом на дне цилиндра и открывает или закрывает дополнительные обходные каналы, для регулировки таких амортизаторов их нужно сложить до упора и поворотом штока относительно стакана задать необходимую регулировку жесткости сжатия, а характеристика жесткости ходов амортизатора напрямую влияет на остроту реакций на поворот руля.
Также возможен вариант с поворотом данной гайки специальным штоком, проходящим внутри основного штока амортизатора.
У двухтрубных гидравлических амортизаторов есть ряд серьезных минусов, которые не дают эффективно использовать их в быстроходной технике с высокими требованиями к подвеске.
1. Плохое охлаждение. Рабочий цилиндр амортизатора по сути находится в термосе с воздушной прослойкой, что сильно затрудняет отвод тепла, при сильном нагреве гидравлическая жидкость теряет вязкость и характеристики амортизатора сильно меняются в худшую сторону.
2. Использовать такие амортизаторы необходимо только в вертикальном состоянии, чтобы избежать попадания воздуха из компенсационной камеры в рабочую полость.
3. Аэрация гидравлической жидкости. При больших нагрузках и больших скоростях перемещения поршня происходит перемешивание жидкости с воздухом и ее вспенивание. При этом практически полностью теряется эффективность и происходить очень быстрый износ клапанных блоков.
Эти минусы оставили гидравлическим амортизаторам место только в таких автомобилях, где управляемость стоит не во главе угла, либо в совсем бюджетных автомобилях.
Теперь перейдем к самому распространенному типу амортизаторов - пневмогидравлическому, или газо-масляному в народе.
Двухтрубные пневмогидравлические амортизаторы, или гидравлические амортизаторы с газовым подпором, конструктивно ничем не отличаются от двухтрубных гидравлических, кроме того, что воздух заменен инертным газом под достаточно большим давлением. Обычно это азот под давлением около 20 атмосфер, который на заводе заливают в компенсационную полость в жидком состоянии и завальцовывают корпус, азот, испаряясь создает газовый подпор, поэтому старый пневмогидравлический двухтрубный амортизатор лучше болгаркой не пилить, а сначала просверлить отверстие в пару миллиметров, для стравливания давления.
Пневмогидравлический амортизатор в упаковке легко узнать по наличию стяжки, удерживающей шток в нижнем положении, так как из-за мощного газового подпора гидравлическая жидкость постоянно пытается вытеснить шток из рабочей полости, из-за чего тот без нагрузки полностью вылезает наружу. Если этого не происходит - значит газ, увы амортизатор покинул.
У амортизаторов с газовым подпором практически полностью отсутствует эффект аэрации рабочей жидкости, благодаря чему амортизатор выдерживает гораздо большие нагрузки и позволяет применять гораздо более жесткие настройки, в следствии чего амортизатор может поглощать больше энергии, что крайне положительно сказывается на управляемости автомобиля, при этом он компактен и имеет большой ход. Однако он унаследовал и минусы двухтрубной конструкции, у него такое-же плохое охлаждение и работать он может только в вертикальном или близком к вертикальному положении.
И еще один момент касающийся двухтрубных амортизаторов и их прокачки перед установкой на автомобиль. Прокачка строго обязательна! Во время транспортировки амортизатора в горизонтальном положении большая часть газа или воздуха попадает в рабочий цилиндр, и самостоятельно его покинуть не может, поэтому как только двухтрубный амортизатор полежал на боку - его необходимо прокачать, дабы переместить газ или воздух в компенсационную полость. Для снижения объема газа попавшего в рабочий цилиндр на амортизаторах при транспортировке и фиксируют шток в нижнем положении, не только для экономии места.
Процесс прокачки прост:
- полностью выдвигаем шток в вертикальном положении, переворачиваем амортизатор и ждем несколько секунд, чтобы пузырьки газа переместились к клапану сжатия, после этого сжимаем амортизатор, ждем несколько секунд и переворачиваем его в вертикальное положение, не отпуская штока.
- ждем несколько секунд, чтобы пузырьки газа ушли вверх компенсационной камеры, куда мы их выдавили
- вытягиваем шток полностью вверх
- повторяем операцию, пока шток не начнет ходить в вертикальном положении плавно, без рывков, и без журчащего звука.
После прокачки при монтаже держим амортизатор строго в вертикальном положении.
Перейдем к однотрубным пневмогидравлическим амортизаторам, в народе - газовым.
В таких амортизаторах резервуар с газом полностью изолирован от контакта с рабочей жидкостью разграничительным поршнем, благодаря чему удалось полностью избавиться от эффекта аэрации рабочей жидкости, плюс у таких амортизатором отсутствует вторая стенка с газовой прослойкой, благодаря чему охлаждение у таких амортизаторов несравнимо лучше двухтрубных, но в тоже время они и более нежные, так, при малейшем замятии стенки трубы такого амортизатора он неминуемо выходит из строя.
Такие амортизаторы легче, могут работать в любом положении и не требуют прокачки. За счет возможности работы в перевернутом положении появляется сильно снизить неподрессоренную массу, так как подвижную массу составляет только шток с поршнем, а корпус амортизатора вместе с жидкостью и остальными составляющими крепятся к кузову.
Этот момент особенно актуален в подвеске типа McPherson, так как амортизаторная стойка в таком типе подвески имеет большую массу из-за исполнения направляющих функций самой стойкой
Подавляющее количество таких стоек сделано по двухтрубной схеме, однако контора Bilstein выпускает однотрубные амортизаторные стойки, которые можно опознать по очень толстому штоку, который и не шток вовсе, а корпус амортизатора
Вот для сравнения двухтрубные стойки от того-же бренда
а все потому-что сам амортизатор установлен в стойку штоком вниз, благодаря чему отпадает необходимость в толстом штоке и кардинально снижается неподрессоренная масса, так как роль силового элемента играет сам неподвижный корпус амортизатора.
Кроме того, сильно снижается общая масса узла.
Однотрубные амортизаторы в основном используются в спортивных подвесках, так как могут поглотить наибольшее количество энергии без потери эффективности. Все клапаны в таких амортизаторах находятся на поршне, одна есть еще один подвид однотрубных амортизаторов, это амортизаторы с внешним газовым резервуаром.
Газовый резервуар с плавающим поршнем в таких амортизаторах выведен отдельно, что позволяет сделать амортизаторы более компактными и добавить регулировочные устройства, заменяющие клапан отбоя в двухтрубных амортизаторах, а также такая схема позволяет легко регулировать давление газового подпора, что в сумме дает возможность очень гибкой настройки. Такие амортизаторы собрали в себе все плюсы от вышеперечисленных конструкций и растеряли все минусы, кроме стоимости, которая наиболее высока среди всех остальных типов.
Все это хорошо конечно, управляемость управляемостью, но ведь иногда и комфорта хочется, не менять-же постоянно амортизаторы. Этот вопрос озаботил головы инженеров очень давно, и они так-же давно нашли решения, простые и посложнее.
Самый простой способ это ручная регулировка ширины или количества дросселирующих каналов различным способами, данный способ самый простой и самый неудобный, поэтому применяется только в спорте, а нам нужен комфорт, и тут придуманы системы посложнее.
Как пример, систем CDC от компании ZF, используется много где, например на опелях старые версии ставились в восьмидесятых, а последние в системах FlexRide на инсигниях и прочих, другие марки называли ее по-своему
Принцип работы простой, в амортизатор устанавливаются один или два электромагнитных клапана, один открывает обходной канал клапана отбоя, второй - обходной канал клапана сжатия. При наличии одного актуатора получаем два режима работы амортизатора, при наличии обоих клапанов - 4 режима работы. Основное назначение этих систем - возможность "расслабить" амортизатор, для увеличения плавности хода в длительных поездках или при неактивной езде.
Подобные системы давно используют разные производители, так, каяба делает такие амортизаторы для тойотовской системы TEMS, и ее модификациям, принцип действия - абсолютно тот-же.
Но самое лучшее решение, и одновременно самое дорогое - использование магнитореологической жидкости в качестве рабочей. Такая жидкость способна сильно менять свою вязкость при воздействии на нее магнитного поля, и тем самым менять свою способность пролезать в дросселирующие каналы, благодаря этому появляется возможность плавно менять характеристики амортизаторов, а не ступенчато, а также можно изменять эти характеристики хоть тысячу раз в секунду. Такие типы регулируемых амортизаторов используются в различных автомобилях из премиум сегментов, так как имеют наибольшую стоимость.
Ну вот и оборзели мы основные виды амортизаторов, надеюсь, теперь и вам смешно от фразы "газовые амортизаторы".
Ну и помним, что на дворе зима и амортизаторам тоже нужен прогрев, не дубасьте по лежакам с первых метров, дайте жидкости нагреться, очень много потекших амортизаторов приходится именно на период сильных морозов, когда люди штурмуют препятствия с густым промерзшим маслом в амортизаторах.
Дальше наконец-то будем потихоньку изучать различные варианты и конструкции автомобильных подвесок, до встречи.
