Амортизаторы, виды амортизаторов, устройство и принцип работы
Амортизаторы, виды амортизаторов, устройство и принцип работы.
Многие водители считают, что амортизаторы - лишь средство обеспечения комфорта: в ответах на вопрос, какие элементы конструкции автомобиля влияют на безопасность движения, большинство обычно перечисляют тормоза, шины, рулевое управление, ремни и подушки безопасности, наконец, свет. А об амортизаторах не вспоминают. А ведь функции этого элемента подвески непосредственно связаны с обеспечением контакта колеса с дорогой, т. е. с управляемостью автомобиля и безопасностью движения. В любой подвеске имеются упругие элементы, назначение которых - смягчать толчки и удары, чтобы они не передавались на кузов. Это могут быть рессоры, торсионы, пневматические, гидропневматические или резиновые подушки, но чаще всего это витые пружины.
В ранних конструкциях автомобилей упругими элементами подвески обычно служили листовые рессоры, колебания которых довольно быстро гасились за счет значительного трения между листами. После второй мировой войны получила широкое распространение пружинная подвеска, в которой внутреннего трения почти нет. При наезде на бугорок колесо автомобиля подбрасывает и пружина сжимается, поглощая энергию толчка. Затем она распрямляется - в подвеске начинается колебательный процесс, который угаснет, когда будет израсходована запасенная пружиной энергия.
Жесткая пружина сжимается меньше, соответственно меньше поглощает энергии, но лучше передает толчки на кузов, снижая комфортабельность автомобиля. Чем мягче пружина, тем сильнее она сжимается и тем больше поглощает энергии. Если не принять специальных мер, запасенная энергия будет расходоваться медленно - только на преодоление внутреннего трения в пружине и подвеске. За это время автомобиль успеет наехать на бесчетное количество других бугорков и ямок; понятно, что возникшие колебания так и не затухнут и колесо будет беспорядочно подпрыгивать, то и дело теряя контакт с дорогой.
Вот и пришлось для гашения колебаний вводить специальные элементы ходовой части - амортизаторы. Если основная задача пружины - поглощать энергию толчков, то задача амортизатора - эту энергию рассеивать. Фрикционные и пружинные амортизаторы на современных легковых автомобилях полностью вытеснены гидравлическими.
Наиболее распространенная конструкция гидравлического амортизатора (на рис. первый слева) представляет собой два заполненных маслом соосных цилиндра, сообщающихся через систему клапанов. Во внутреннем рабочем цилиндре находится поршень, также снабженный клапанами. При работе подвески он перемещается, преодолевая сопротивление масла. Соответствующие клапаны, открываясь и закрываясь, позволяют маслу перетекать из пространства над поршнем под него и во внешний цилиндр - резервуар. Накопленная пружиной энергия рассеивается, превращаясь в тепловую, которая расходуется на нагрев масла. Параметры клапанов амортизатора подобраны таким образом, чтобы получить нужные характеристики демпфирования при ходе сжатия и ходе отдачи. Вязкость масла, заливаемого в амортизатор, должна обеспечивать его работоспособность в широком диапазоне температур. Если поршень амортизатора перемещается в цилиндре с высокой скоростью, масло может вспениться, при этом изменится пропускная способность клапанов и характеристики амортизатора.
Этот эффект можно значительно уменьшить, если в амортизатор под давлением ввести газ. Одна из конструкций газонаполненного амортизатора представлена на рисунке в центре. Здесь нет цилиндра-резервуара, а часть рабочего цилиндра заполнена азотом под высоким (25 бар) давлением. От масла азот отделен плавающим поршнем. Работает эта конструкция так же, как предыдущая, роль внешнего цилиндра амортизатора выполняет азот, который сжимается, компенсируя объем вытесненного масла. Давление газа не только предотвращает вспенивание масла, но и уменьшает время реакции амортизатора.
Существуют, впрочем, одноцилиндровые газовые амортизаторы без плавающего поршня, где маслу позволено вспениваться, а характеристики клапанов подобраны для работы с эмульсией. Такая конструкция короче, кроме того, ей не свойственно явление, которое иногда наблюдается в обычных амортизаторах высокого давления - при нарушении герметичности плавающего поршня масло выдавливает шток вверх и он может погнуться. Еще одно преимущество этого типа амортизаторов - при повышении температуры масла демпфирующие свойства ухудшаются в меньшей степени, чем у традиционных амортизаторов. Конечно, когда автомобиль стоит, эмульсия расслаивается, и сразу после начала движения амортизатор работает не совсем нормально, но его работоспособность восстанавливается очень быстро.
Другая разновидность газонаполненного ( газового ) амортизатора (на рис. справа) по конструкции почти не отличается от устройства, представленного на рисунке слева, но здесь верхняя часть цилиндра-резервуара заполнена азотом под низким (5 бар) давлением. Эта конструкция совмещает прочность и надежность гидравлического амортизатора с преимуществами газонаполненного и хорошо подходит для подвески MacPherson.
Некоторые виды амортизаторов, помимо своих прямых обязанностей, могут выполнять и дополнительные, например, выравнивать кузов перегруженного автомобиля. Для этого в их верхней части устанавливают гибкий полиуретановый элемент с прогрессивной характеристикой, по-существу, пружину. На ненагруженном автомобиле он лишь касается корпуса амортизатора и не влияет на его работу, а под нагрузкой сжимается, предотвращaя провисание кузова. В более сложных конструкциях этот элемент пневматический, а на корпусе амортизатора установлен штуцер, через который можно закачивать воздух, чтобы выровнять кузов. Сделать это можно в гараже перед поездкой или в пути, если имеется бортовой компрессор.
Перемещения подвески и кузова автомобиля, вызываемые неровностями дороги, имеют самый разнообразный характер, от единичных толчков до повторяющихся колебаний. И от амортизаторов требуются разные, порой взаимоисключающие характеристики. Например, на волнообразном покрытии могут возникать резонансные колебания подрессоренных масс автомобиля - от амортизаторов требуется максимальное демпфирование, чтобы сохранить контакт колес с дорогой. При однократных резких толчках демпфирование должно быть минимальным, тогда удар будет меньше передаваться на кузов.
Этим противоречивым требованиям удовлетворяют регулируемые амортизаторы, демпфирующие характеристики которых можно изменять в зависимости от дорожных условий. Управление жесткостью амортизатора осуществляется за счет изменения давления газа или параметров перепускных клапанов. В простых вариантах это можно сделать с водительского места переключателем, имеющим несколько положений. В более сложных подвеска оснащается набором датчиков ускорений, а управление берет на себя компьютер. Такая подвеска, которая называется адаптивной, способна мгновенно приспосабливаться к изменениям дорожных условий, но рассмотрение подобных конструкций выходит за рамки этой статьи, кроме того, адаптивные подвески для массовых автомобилей пока слишком дороги.
Пружины теряют упругость и постепенно проседают. При этом снижается резонансная частота колебаний кузова (вот почему стало укачивать жену), уменьшается дорожный просвет, нарушаются углы установки колес, нагрузка становится асимметричной. Даже если амортизаторы находятся в идеальном состоянии, проседания пружин это не компенсирует, да и сами амортизаторы будут работать ненормально.
Сами же амортизаторы изнашиваются, в первую очередь, за счет нарушения герметичности клапанов и уплотнений, при этом немалую роль играет состояние поверхности штока. А чем изношеннее амортизатор, тем хуже сцепление колес с дорогой. Последствия очевидны - ухудшение управляемости, увеличение тормозного пути, повышенный износ практически всех узлов трансмиссии и подвески, пятнистый износ шин, дискомфорт и повышенная утомляемость водителя и пассажиров. Однако снижение демпфирующих свойств амортизаторов происходит постепенно, и водитель к нему привыкает, приспосабливая манеру вождения к степени износа. Часто даже очевидное ухудшение сцепления колес с дорогой списывается на все, что угодно, но только не на амортизаторы. Конечно, когда дело доходит до ударов об ограничители, игнорировать их трудно, но это случается, когда амортизаторы уже вышли из строя.
Ресурс амортизаторов не слишком велик, ведущие западные производители настоятельно рекомендуют проверять их не реже, чем через каждые 20 тысяч километров. Правда, для этого нужен специальный стенд, который есть не на всякой станции техобслуживания - даже фирменной. На глазок - это не проверка. Но все же помните, что при исправном амортизаторе через 2 цикла колебаний подвески на собственной резонансной частоте амплитуда отклонения колеса должна снижаться в 5 раз. Если и это кажется слишком сложным, качните каждый угол машины по вертикали. Если кузов совершит не более одного колебания, об исправности амортизаторов это еще не говорит. Но если колебаний несколько - амортизаторы давно пора менять. Менять лучше всего на родные. Но здесь есть одна тонкость. Некоторые автопроизводители для замены рекомендуют другие модели амортизаторов по сравнению с первоначальными - учитываются изменения характеристик пружин.
Выпускают амортизаторы не так много специализированных фирм, есть каталоги взаимозаменяемости, по которым можно подобрать подходящее изделие другого производителя. У владельцев подержанных машин часто возникает естественное желание сэкономить - приспособить амортизаторы от другого, например, отечественного автомобиля. Иногда амортизаторы подходят по размерам, или можно что-нибудь в них надставить или отрезать. Делать это категорически не советуем - даже если размеры амортизатора удастся подогнать, демпфирующие характеристики наверняка не совпадут. А это ведет к ухудшению управляемости и снижению уровня безопасности. Уважаемые водители, помните, - жизнь дороже !