Амортизаторы автомобиля - для чего нужны? Конструкция и устройство


Амортизатор — устройство для гашения колебаний (демпфирования) и поглощения толчков и ударов подвижных элементов (подвески, колёс), а также корпуса самого транспортного средства, посредством превращения механической энергии движения (колебаний) в тепловую. Амортизаторы применяются совместно с упругими элементами пружинами или рессорами,торсионами, подушками и т.п. для гашения свободных колебаний больших масс и предотвращения высоких относительных скоростей меньших масс, связанных упругими элементами. Не следует путать внешне похожие гидравлический трубный амортизатор и газовую пружину. Последние также часто встречаются в автотехнике и быту, но имеют другое назначение (а именно — создание толкающего усилия на штоке). Справедливости ради надо отметить, что чистых гидравлических амортизаторов почти не встречается, они всегда немного подпружинены избыточным давлением газа в бустере. Чистые газовые пружины (без дополнительного сопротивления движению), наоборот, встречаются довольно часто. Для чего нужен автомобильный амортизатор? Думая о настройке подвески, надо временно абстрагироваться от брендов и рекламных кампаний. Прежде всего надо решить, какой тип амортизаторов соответствует персональному концепту вашего драйва. Академические понятия функциональности амортизатора звучат весьма определенно – гасить вертикальные колебания. Кроме того, нельзя забывать и о влиянии амортизаторов на разгонную и тормозную динамику.

Так, при разгоне автомобиль «приседает» назад, нагружая задние и разгружая передние колеса, снижая тем самым их сцепление с дорогой. При торможении наблюдается обратная картина. Основная нагрузка ложится на передние колеса, а задние лишь слегка притормаживают. И в той и в другой ситуации идеальным было бы состояние, при котором автомобиль сохранял бы свое нормальное «горизонтальное» положение. Примерно та же картина и при маневрировании, но здесь нагрузка смещается не по осям, а по сторонам автомобиля.

Резюмируя, можно сказать, что главной задачей амортизаторов является удержание колеса в постоянном контакте с дорогой во избежание потери контроля над автомобилем. Для чего колесо должно как можно мягче и четче обогнуть препятствие и так же четко и быстро вернуться на дорогу, обеспечивая необходимое сцепление. Современные тенденции сводятся к тому, что, к примеру, пружины или рессоры лишь поддерживают вес автомобиля. Всю остальную работу берут на себя именно амортизаторы, как более точный инструмент. Вот почему так важен их правильный выбор. 
Устройство амортизатора
Амортизаторы автомобиля - для чего нужны? Конструкция и устройство

Работа амортизатора, некоторые нюансы 

 При работе амортизатора необходимо предусмотреть множество различных вариантов и характеристик его функционирования. Ведь дорога имеет куда более сложное покрытие, чем в теории, да и автомобиль едет не всегда по прямой. Нюансов очень много. К примеру, несколько последовательных кочек заставляют его работать прерывисто: не успев толком распрямиться, амортизатор снова должен работать на сжатие. Нужно обеспечить комфортное обрабатывание мелких неровностей, а на крупных избежать полного сжатия амортизатора, грозящего его пробоем. Здесь, как нигде более, важен компромисс – оптимальный баланс между комфортностью и точной управляемостью. 

Следующая большая проблема – теплообразование. И чем выше вязкость жидкости или меньше перепускные отверстия поршня, тем выше жесткость амортизатора и больше выделяется температуры при его работе. Отвод тепла – очень важная задача. Но и минусовая температура доставляет немало проблем. При большом минусе масло, находящееся внутри амортизатора, может загустеть, что сделает амортизатор более жестким. Характеристики могут меняться до нескольких десятков процентов. В данном случае все решает правильный подбор масла.

Серьезная проблема – аэрация жидкости в амортизаторе. Поскольку в современных амортизаторах наряду с маслом присутствует и некий газ, они могут смешиваться в процессе работы, и масло превращается в пену. А поскольку пена, в отличие от масла, может быть сжата в значительной степени, это резко снижает эффективность демпфирования.

Не менее важный вопрос – расположение амортизаторов. Наиболее выгодное, с точки зрения работы, место – как можно ближе к колесу, точно перпендикулярно плоскости подвески. Установка амортизатора под углом (как это часто бывает) снижает его демпфирующую эффективность (отклонение от перпендикуляра подвески +/– 50 О – эффективность амортизатора 68%).

Все вышеописанное возводит амортизаторы с позиции банального автомобильного узла в сложнейшую и многогранную науку. И как в любой другой области, здесь также существуют различные конструкторские и компоновочные решения поставленных задач.
Все амортизаторы принято делить на "гидравлические", "газовые" и "поддутые" (они же гидропневматические, они же газомаслянные). Деление это условно потому, что во всех трех случаях "центральный" узел - клапан остается принципиально неизменным и во всех трех случаях в качестве компенсационного элемента используется газ. Центральный клапан перемещается в центральном цилиндре и отличия начинаются дальше. Гидравлические амортизаторы и поддутые имеют еще и внешний цилиндр, куда перетекает масло через систему нижнего клапана. Газовый амортизатор внешнего цилиндра не имеет и вся его конструкция упакована в одном. Зачем нужен компенсационный объем газа? Жидкость, как известно, не сжимается. Вернее, сжимается, но очень незначительно. Поэтому, если бы не было компенсационного объема, поршень внутри цилиндра при резком перемещении (ударная нагрузка) натыкался бы на "каменную стену" масла, которое в силу своей большой инерции еще не начало течь через калиброванные отверстия клапанов. Именно компенсационный объем газа сжимается первым и принимает на себя удар и лишь потом масло начинает проходить через калиброванные отверстия клапанов центрального штока. К тому же при работе масло нагревается, часто до значительных температур. Увеличение его объема при этом необходимо компенсировать и делает это небольшая порция газа. Конструкция основных видов амортизаторов

Амортизаторы автомобиля - для чего нужны? Конструкция и устройство

Гидравлические двухтрубные амортизаторы (жидкостные)– некогда самый распространенный и дешевый тип демпфирующих стоек. Они довольно просты по конструкции и не столь требовательны к качеству изготовления. Состоит такой амортизатор из двух трубок: рабочей колбы, где и находится поршень, и внешнего корпуса, предназначенного для хранения избыточного масла.

Амортизаторы автомобиля - для чего нужны? Конструкция и устройство

Поршень перемещается во внутренней колбе, пропуская масло через собственные каналы и выдавливая часть масла через клапан, находящийся снизу колбы. Этот клапан называют клапаном сжатия, поскольку зачастую он отвечает за перетекание масла именно в данном такте. Эта часть жидкости просачивается в полость между колбой и внешним корпусом, где сжимает воздух, находящийся при атмосферном давлении в верхней части амортизатора. При движении назад задействуются клапана самого поршня, регулируя усилие на отбой.

Длительное время именно такая конструкция преобладала на рынке амортизаторов. Но годы эксплуатации выявили ряд ее недостатков. Основным минусом гидравлических двухтрубных амортизаторов является аэрация. Особенно при интенсивной работе такого амортизатора. Замена воздуха азотом (азот, будучи инертным газом, не давал деталям амортизатора корродировать, в отличие от воздуха) несколько улучшила его работу, но не решила проблему полностью.


Кроме того, такие амортизаторы, имея фактически двойной корпус, хуже охлаждаются, что также отрицательно сказывается на их работе. С другой стороны, если делать их большего диаметра, удается повысить демпфирующие характеристики, одновременно снижая рабочее давление и, как следствие, температуру.

 

Гидропневматические амортизаторы (газомаслянные)

Такие гидропневматические амортизаторы имеют схожую конструкцию и принцип действия с обычными гидравлическими двухтрубными стойками. Основное отличие в том, что вместо воздуха под атмосферным давлением находится инертный газ (чаще азот) под некоторым давлением (от 4 до 20 атм и более, в зависимости от назначения). Это и есть так называемый газовый подпор. Значение давления газа может быть различным для разных условий эксплуатации автомобиля. Кстати, чем больше диаметр патрона, тем меньшее необходимо давление газового подпора. Оно может различаться также для передних и задних амортизаторов. 

Чем же помогает газовый подпор? Прежде всего – пресловутая аэрация. Будучи под давлением, газ не смешивается с маслом столь сильно, как в предыдущем случае, улучшая работу амортизатора. Но полностью данная проблема не решена и здесь. Кроме снижения аэрации масла, газовый подпор способствует поддержанию автомобиля, выполняя роль дополнительного демпфера. То есть, даже если пружины уже сжались бы, газовый заряд в амортизаторе удерживает правильное положение автомобиля, что положительно влияет на его управляемость. Такой конструктивный подход позволяет инженерам более гибко подходить к настройкам работы амортизатора, делая его более универсальным, чем обычные гидравлические. 

Общая проблема всех двухтрубных амортизаторов – невозможность установки «вверх ногами». Этому мешает наполняющий их газ.

 

Однотрубные амортизаторы

Такие амортизаторы, как следует из названия, имеют лишь одну колбу, которая является и рабочим цилиндром, и корпусом одновременно. Работают они так же, как и двухтрубные, но в данной конструкции газ находится в том же цилиндре и отделен от масла особым плавающим поршнем (так называемая схема DeCarbon). Газ (чаще азот) находится в своей камере, отделенной от масла, под высоким давлением (20–30 атм). 


Амортизаторы автомобиля - для чего нужны? Конструкция и устройство
Однотрубные амортизаторы не имеют нижнего клапана сжатия, как двухтрубные. Это означает, что всю работу по управлению сопротивлением и при сжатии, и при отбое берет на себя поршень. В этой связи, несмотря на кажущуюся простоту этого узла, подбор его конструкции, размера, формы и количества отверстий является весьма сложной задачей. В целом такие амортизаторы имеют высокие рабочие характеристики. Они еще точнее держат автомобиль, способствуя лучшей управляемости.

Кроме того, они эффективнее охлаждаются, поскольку воздухом обдувается непосредственно рабочий цилиндр. Плюс к этому в тех же габаритах, что и двухтрубные амортизаторы, внутренний диаметр рабочей колбы будет больше, равно как и диаметр поршня. Это означает больший объем масла, более стабильные характеристики и, опять же, лучшая теплоотдача.

Есть и минусы. В отличие от своих двухтрубных «коллег», однотрубные более уязвимы к внешним повреждениям. Замятая колба однозначно приводит к замене стойки, тогда как двухтрубные имеют своего рода страховку, или, если можно так назвать, щит в виде внешнего цилиндра. К минусам можно отнести также высокую чувствительность однотрубных амортизаторов к температуре. Чем она выше, тем выше давление газового подпора и жестче работает амортизатор. С другой стороны, однотрубные стойки можно устанавливать как угодно, поскольку газ плотно отделен от масла плавающим поршнем. Кстати, именно это обстоятельство позволяет автопроизводителям, устанавливая такой амортизатор штоком вниз, снижать неподрессоренные массы. 

Здесь же нужно сказать и о том, что часто можно встретить амортизаторы с надетой на них пружиной. Этот вариант конструкции не относится исключительно к однотрубным стойкам. Просто так добавляется дополнительный упругий элемент, а порой он и вовсе заменяет основную пружину. Такие конструкции часто имеют возможность регулировки клиренса автомобиля. Подкручивая особую винтовую гайку на корпусе амортизатора, поддерживающую пружину снизу, можно поднять или опустить автомобиль, соответственно поджав либо отпустив пружину.

 

Однотрубные амортизаторы с выносной компенсационной камерой

Своего рода эволюцией однотрубных амортизаторов являются «однотрубники» с выносной компенсационной камерой. В них камера с газовым подпором вынесена за пределы самого амортизатора в отдельный резервуар. Такая конструкция позволяет, не увеличивая размеры самого амортизатора, увеличить объем и газа, и масла, что серьезно влияет на температурный баланс (они более эффективно охлаждаются) и стабильность характеристик. Плюс к этому имеют больший рабочий ход.

Но еще больший эффект от выносной камеры в том, что на пути масла, перетекающего из основного рабочего цилиндра в дополнительную камеру, можно установить систему клапанов, которые будут играть роль клапана сжатия, как в двухтрубной конструкции. Отделив друг от друга клапана, работающие на сжатие и отбой, можно заложить много диапазонов регулировки.

Можно менять жесткость работы амортизатора для различных скоростей движения поршня, например малую, среднюю и большую. И позиций таких регулировок может быть 10 и более.

Амортизаторы автомобиля - для чего нужны? Конструкция и устройство

 

Исправные и неисправные амортизаторы 
Автомобиль, колесо которого вывешено в воздухе, не может тормозить, разгоняться или поворачивать, т.е. становится неуправляемым. Пружины стремятся вернуть колесо на землю, но ударившись о покрытие, оно так же быстро отскакивает назад. Колебания повторяются, автомобиль встречает новые препятствия и ямы и, если бы не амортизаторы, при скоростях больше 20-30 км/час управлять им становится практически невозможно. Характеристики же исправного амортизатора рассчитаны так, что колесо делает только одно "полноценное" движение вверх, возвращается вниз и после этого 80% энергии удара погашено амортизатором - превращено в тепло и рассеяно в воздухе. 

Исправные амортизаторы являются ведущим элементом активной безопасности. Опасность ситуации заключается в том, что, во-первых, водители этого не осознают, а во-вторых износ амортизаторов происходит постепенно, часто без видимых или слышимых признаков. Водитель привыкает к "новому" поведению автомобиля, но в тот момент, когда нужно будет перестроиться и уйти от неожиданно появившегося встречного автомобиля или поворот окажется круче, чем он выглядел при входе в него... Виноваты будут не амортизаторы, а водитель, не справившийся с управлением. 

Чем более изношены амортизаторы, тем больше времени колесо проводит в воздухе, а не в контакте с дорогой. В результате увеличивается тормозной путь, особенно нагруженного автомобиля и с прицепом, снижается скорость безопасного прохождения поворотов и порог начала аквапланирования, происходит интенсивный износ шин, узлов ходовой части, ухудшается освещение дороги и происходит ослепление встречных водителей. Особенно не любят неисправные амортизаторы системы АБС, ПБС и TractionControl. Их датчики настроены на отслеживание поведения колес, катящихся по земле, а не вращающихся со страшной силой в воздухе. Электронные "мозги" этих систем путаются и дают неверные указания исполнительным механизмам. Самое же главное, ухудшается управляемость, автомобиль начинает рыскать, особенно при изменении скорости (разгоне или торможении). Самое же последнее, но то, что принято замечать сразу - значительно снижается комфортность поездки, машину трясет, вибрация становится неравномерной и часто сопровождается стуками. Это первый очевидный признак неисправности амортизаторов. Значит, пришло время для их осмотра и диагностики. 

Диагностика амортизаторов.

Выделяют четыре способа диагностики амортизаторов - от самого поверхностного до "глубинного" с применением, конечно же, микропроцессоров и компьютеров. 

1. Визуальный осмотр.
Несмотря на то, что амортизатор как будто специально расположен в самом неудобном для осмотра месте, этот тест один из самых достоверных и, несомненно, дешевых и оперативных. На амортизаторе может быть заметен масляный "туман", но не должно быть подтеков. Подтеки масла свидетельствуют о потере герметичности и о том, что амортизатор уже "кончен" или недалек от этого. Если при проверке у Вас возникли сомнения, протрите амортизатор насухо и осмотрите его через несколько дней работы. 

Обратите внимание на состояние буфера отбоя и пыльника. Масло, попавшее на их поверхность, не только говорит о проблемах амортизатора, но и приводит к их очень быстрому разрушению. Это еще более ускорит выход из строя всего амортизатора - своеобразный эффект снежного кома. 

Важнейшим элементом визуального осмотра является состояние шин. Если на их поверхности, особенно по боковой кромке наблюдаются неравномерные пятна износа, это явный знак неисправности амортизаторов. Можно также наблюдать за поведением колеса при движении из другого автомобиля. Здесь не нужно быть экспертом, чтобы заметить, если оно "скачет" и что амортизатор неисправен. 

Еще одним "визуальным" тестом является осмотр штока. Визуальным в кавычках потому, что в отличие от всего сказанного выше амортизатор нужно снимать. Тем не менее, если на полированной поверхности вы обнаружили следы от зажимов или пятна ржавчины - меняйте амортизатор. Другим печальным сигналом может быть износ хромового покрытия в виде пятна с одной стороны. Это следствие неправильной затяжки при установке, приведшей к несоосности цилиндра и штока. Результатом также будет потеря герметичности и выход амортизатора из строя. 

2. Тест на "покачивание". 
Самый известный и самый критикуемый тест. Действительно, раскачав автомобиль за угол и отпустив его в нижней точке, можно выявить только заведомо "убитый" амортизатор. С ним автомобиль будет продолжать колебания. Однако если он встал "как вкопанный", это может означать совсем не работающий, а наоборот, заклинивший амортизатор. Делайте этот тест больше для самоуспокоения и старайтесь "поймать" момент начала потери рабочих свойств при движении. 

3. Оценка управляемости автомобиля в движении. 
Комфорт в автомобиле при его движении понятие гораздо более субъективное, чем устойчивость и управляемость. Неисправные амортизаторы приводят к тому, что на скоростях, начиная с 80 километров в час, автомобиль начинает рыскать, особенно при встрече с мелкими неровностями дороги. Снижается курсовая устойчивость, начинается продольная и поперечная раскачка. Раскачка имеет продолжительный незатухающий характер. При движении по неровностям автомобиль показывает замедленную реакцию на руль - тот уже вывернут, а машина все не начинает поворачивать. 

Повторяясь, можно сказать, что водитель постепенно привыкает к отклонениям в управляемости автомобиля и на первых порах подстраивается под них. Действительно разницу можно оценить, только сравнив два автомобиля - один с новыми, а другой - с "убитыми" амортизаторами. Однако, такая ситуация больше характерна для полигонов и журнальных статей, чем для реальной жизни. Поэтому, при первых подозрениях на проблемы с управляемостью и устойчивостью следует покачать автомобиль за углы, осмотреть амортизаторы и, либо немедленно менять их на новые (приналичие течи масла), либо отправляться на специализированный пункт инструментального контроля. 

4. Инструментальный контроль (стендовая диагностика) 
Различают вибрационные стенды и проверку демпфирующего усилия на испытательных стендах. В первом случае Вам необходимо заехать на автомобиле на площадку исполнительного механизма стенда и за несколько минут на нем будет получена диаграмма осевых колебаний. Сравнивая ее со специфичными граничными характеристиками для данного автомобиля, специалисты станции могут практически безошибочно оценить состояние амортизаторов. Проверка демпфирующего усилия требует разборки подвески и снятия амортизатора. Такая диагностика позволяет получить максимально точную информацию, но дорога и сложна уже сама по себе. Просто оцените стоимость снятия и установки амортизаторов. Стендовая оценка демпфирующего усилия оправдана только в том случае, если есть сомнения в поведении дорогих амортизаторов стоимостью от ста долларов и в результате может отпасть необходимость их замены. 

От чего умирают амортизаторы. 
В самом амортизаторе сломаться могут только две вещи - выйти из строя клапаны и нарушиться герметичность сальника штока. Если поломка первого рода встречается достаточно редко, то вторая является основной и имеет множество причин для происхождения. 

Надежно работающий сальник амортизатора представляет собой достаточно нетривиальную конструкторскую задачу. Действительно, его шток проходит через масляную ванну изнутри наружу, повторяя это циклическое движение сотни тысяч раз, часто со значительными ускорениями, нагреваясь (и расширяясь), вместе с нагревающимся при работе маслом. Еще сложнее ситуация у однотрубных систем, ведь там все усугубляет давление газа, которое равномерно распространяется и на масло, по определению стараясь вытолкнуть его наружу. 

После решения конструкторской задачи на первое место выходит качество изготовления и качество материалов. Не менее важны и показатели стабильности производства и тех допусков, посадок и отклонений, которые закладываются в каждый амортизатор. Все это и входит в определение такого емкого слова как "культура производства". Именно поэтому одни амортизаторы служат дольше чем автомобиль, а другие нужно проверять каждые 20 тысяч километров. Но и в цене разница может доходить до 10 раз. 

Во время работы на автомобиле шток амортизатора "собирает" взвешенную в воздухе пыль и иные механически (абразивно) и химически агрессивные вещества типа соляного раствора, которым поливают зимой наши дороги. Они просачиваются в небольших количествах даже через исправный защитный кожух (пыльник). Другое дело, когда этот кожух поврежден или даже частично разрушен. Пыль и грязь, попадая на шток, как наждаком срезают поверхность сальника и масло начинает просачиваться наружу. 


Полированная поверхность штока рассчитана на многолетнюю эксплуатацию. Появляющаяся на ней ржавчина свидетельствует либо о сверхагрессивной среде, либо о проблемах с подбором материала и соблюдением качества производства его изготовителем. Раковинки ржавчины вызывают интенсивный износ сальника, но самое обидное, когда шток поврежден еще при установке горе-мастером, использовавшем в работе пассатижи, струбцины или иные металлические захваты. Царапины на полированной поверхности очень скоро приведут к разрушению сальника. Для избегания же неравномерного износа поверхности штока затягивать амортизатор до упора нужно только когда автомобиль стоит на колесах с нормальной нагрузкой. 

Простая регулярная проверка целости и сохранности пыльника и правильная первоначальная установка амортизатора смогут значительно продлить его жизнь. Труднее избежать неблагоприятных режимов работы, изнашивающих внутренние клапаны. К таким относятся предельно высокие и низкие температуры и длительная езда на невысокой скорости с большими амплитудами перемещения штока. Действительно, зиму, лето и дачные участки с "бетонками" не отменишь, но вот буфер отбоя нужно также проверять регулярно. Он размягчается он попадающего на него масла и при его разрушении подвеску может "пробить".
 
загрузка...

Добавить комментарий

Loading