Амортизатор автомобиля — для чего нужен и как работает
Основные нагрузки при движении авто в подвеске воспринимает на себя пружинистый элемент – рессора или винтовая пружина. За счет возможности изгибаться или сжиматься эти элементы принимают вертикальное движение колеса, которое оно получает от дорожного покрытия, предотвращая полную передачу этого движения на кузов или раму авто.
Однако в работе этих элементов имеется один серьезный недостаток – при работе на изгиб или сжатие, в них образуется инерционные колебательные движения, которые как раз на кузов и передаются, раскачивая его. При этом эти колебательные движения приводят к тому, что колесо теряет постоянный контакт с дорожным полотном, что сказывается на управляемости авто.
Чтобы убрать эти колебательные движения, в конструкцию подвески включены амортизаторы. В их задачу входит снижение инерции в пружинистых элементах за счет создания сопротивления, поглощающего данную энергию.
Внешне все амортизаторы очень схожи и представляют собой цилиндрический продолговатый герметичный корпус, из которого выходит шток, перемещающийся внутри его. В нижней части корпуса имеется крепежный элемент, которым амортизатор крепится к оси колес. В авто, использующих стойки МакФерсона, амортизатор помещен в саму стойку, а вот она уже прикрепляется к ступице колеса. Шток в верхней части тоже имеет крепежные элементы, которым он присоединен к кузову или раме авто.
А внутренняя конструкция отличается. Они бывают двухтрубными и однотрубными. Из-за конструктивных особенностей амортизаторы подразделяются на масляные и газовые. Существуют еще так называемые газомасляные, но они скорее — подвид масляных. Интересно, что в газовых тоже присутствует масло, которая является рабочей жидкостью амортизатора.
Двухтрубные амортизаторы. Конструкция, принцип действия
Двухтрубные амортизаторы производятся как масляные, так и газомасляные. Внутри такого корпуса установлен резервуар, который является рабочим цилиндром. Между корпусом и этим цилиндром имеется небольшое расстояние.
В нижней части цилиндра установлен перепускной клапан, который называется клапаном прямого хода. В этот цилиндр помещен шток с поршнем на конце. В поршне проделаны отверстия, которые являются клапаном обратного хода. Вся внутренняя полость рабочего цилиндра заполнена маслом.
Работает этот амортизатор так: при движении колеса вверх, когда производится разгибание рессоры или сжатие пружины, шток начинает перемещаться вниз – при этом поршень давит на масло, часть его уходит через клапан прямого хода в пространство между стенками корпуса и рабочего цилиндра, а часть через клапан обратного хода переходит в надпоршневое пространство. Поскольку пропускная способность клапанов незначительная, то в подпоршневом пространстве создается избыточное давление, которое является противодействием инерции пружинистых элементов.
При возврате рессоры или пружины в исходное положение – происходит обратное действие – поршень движется вверх, часть масла переходит из надпоршневого пространства в подпоршневое, а часть возвращается из пространства между стенками. Таким образом гасятся все колебательные движения пружинистых элементов.
В масляном амортизаторе все внутренние полости не полностью заполнены маслом, поскольку требуется определенное место для вытеснения масла при работе. То есть часть пространства заполняет воздух. В этом и кроется основной недостаток этих амортизаторов. Масло при работе нагревается, что приводит к снижению его вязкости, а затем и вспениванию масла. Эти эффекты связаны с тем, что охлаждение двухтрубного амортизатора затруднено, и приводят они к ухудшению его работы.
Частично данная проблема устранена в газомасляных амортизаторах. В них свободное пространство заполнено не воздухом, а газом (зачастую использую азот), причем он находится под давлением. Избыточное давление газа приводит к тому, что масло не может вспениться, но нагрев масла и потерю вязкости устранить так и не удалось.
Однотрубные амортизаторы. Конструкция и принцип действия
Конструкция однотрубных амортизаторов несколько отличается, и они все делаются газовыми. Особенностью их является отсутствие внутреннего рабочего цилиндра – корпус амортизатора им и является. Внутри на штоке так же имеется поршень, но на нем уже размещены оба клапана – и прямого и обратного хода.
Также в конструкцию входит еще один поршень-поплавок, ни с чем не связанный, в его задачу входит разделение масла и газа, который находится внизу цилиндра.
Вся верхняя полость до поршня поплавка заполнена маслом, а нижняя – газом, причем с высоким давлением.
Видео: Как определить разборный или нет амортизатор стойка
Работа данного амортизатора такова: при сжатии, когда колесо движется вверх, шток с поршнем движется вниз – часть масла перетекает в надпоршневое пространство, остаток же смещается вниз, толкая поршень-поплавок и газ сжимается. При движении колеса вниз – производится обратное действие.
Из-за отсутствия внутри дополнительного резервуара, в однотрубном амортизаторе охлаждение масла происходит более эффективно, а отсутствие свободного пространства, поскольку все оно до поршня-поплавка заполнено маслом, исключает вспенивание.
Но имеется и отрицательное качество в работе амортизатора такой конструкции – при возвратно-поступательном движении штока с поршнем, с постоянным воздействием масла на газ, которое заставляет его постоянно сжиматься и разжиматься, происходит нагрев газа, сопровождающееся увеличением его объема и как следствие – давления. В итоге при активной работе амортизатора жесткость его возрастает из-за увеличивающегося давления внутри амортизатора.
Принцип работы передних стоек
Амортизационная конструкция автомобиля состоит из пружины и амортизатора.
Пружина
Пружина — это деталь, которая гасит колебания, вибрацию путям сжимания и разжимания длины конструкции.
Материал пружины должен соответствовать значениям определенных допустимых колебаний.
Один конец пружины устанавливают в посадочное место для нее — чаша стойки. Второй конец упирается в пятачок кузова авто. А между кузовов и пружиной устанавливается резиновая проставка.
Амортизатор
Стойка или амортизатор — это сложное устройство, которое состоит из нескольких деталей.
Особенности стойки:
- двухкамерный цилиндр заполненный жидкостью или газом, в котором ходит шток с закрепленным на нем поршнем;
- жидкость или газ циркулирует в двух камерах цилиндра.
Амортизатор служит буферным элементом. Он должен гасить удары пружины. В амортизаторе должно быть создано давление, которое может поглощать энергию ударов пружины. Снижение давления происходит за счет клапана на поршне. Клапан автоматический открывается и закрывается в зависимости от частоты и силы колебаний.
Гидравлический телескопический амортизатор
Гидравлические телескопические амортизаторы отличаются тем, что конструктивно они выполняются в виде двухтрубных, а в качестве рабочего тела используют только жидкости.
На рис. 1 показана типовая конструкция телескопического амортизатора, применяемого на отечественных автомобилях.
Поршень 14 через шток 18 и верхнюю проушину 1 соединен с несущей системой (рамой или кузовом) автомобиля. Труба 16, в которой закреплен цилиндр 17, соединена с колесом через нижнюю проушину 1.Поршень 14 делит рабочее пространство цилиндра 17 на две полости. В верхней части шток 18 перемещается в направляющей втулке и уплотнен уплотнительной манжетой, расположенной в обойме 3. Уплотнение прижимается специальной гайкой по резьбе трубы 16 к направляющей втулке, а так прижимается к цилиндру 17.Таким образом, амортизатор имеет три полости: в цилиндре над поршнем, под поршнем, а также между цилиндром 17 и трубой 16.
В нижней части рабочего цилиндра расположен корпус, в котором установлены впускной клапан 9 и клапан сжатия 10, прижатый пружиной 11. Эти клапаны закрывают отверстия 13 и 12, расположенные в корпусе.
Кожух 2 защищает шток 18 от грязи и повреждений. Во время хода сжатия рессоры (или пружины) поршень амортизатора движется вниз. При этом основная часть рабочей жидкости через перепускной клапан 5 со слабой пружиной перетекает в полость над поршнем, встречая незначительное сопротивление со стороны клапана. Другая часть жидкости переходит в кольцевую компенсационную полость между цилиндром 17 и трубой 16.
При резком сжатии амортизатора дополнительно открывается разгрузочный клапан 10, вследствие чего уменьшается нарастание сопротивления перетеканию жидкости в компенсационную полость.
Усилие пружины 11 клапана сжатия создает необходимое сопротивление амортизатора, в следствие чего частота и амплитуда колебаний подвески и подрессоренных масс автомобиля снижается.
При перемещении штока рабочая жидкость, частично просачиваясь через зазор между направляющей втулкой и штоком, поступает через отверстие 19 в полость между цилиндром 17 и трубой 16, разгружая тем самым уплотнительную муфту от действия высокого давления рабочей жидкости.
Таким образом, сопротивление сжатию определяется сопротивлением перетекания рабочей жидкости в компенсационную полость.
При ходе отбоя, когда поршень перемещается вверх, рабочая жидкость перетекает в нижнюю полость через каналы в поршне и калиброванное отверстие в клапане 7. В это же время жидкость через отверстия, преодолевая сопротивление впускного клапана 9, поступает в цилиндр 17.
При резком отбое перетекание жидкости дополнительно обеспечивается открытием разгрузочного клапана 7. Существенную роль в надежной работе амортизатора играет узел уплотнения штока 18.
В качестве рабочей жидкости в гидравлических телескопических амортизаторах применяются амортизаторные жидкости АЖ-12Т, МГП-10, МГП-12 или смеси трансформаторного и турбинного масла.Основные требования, предъявляемые к амортизаторным жидкостям – хорошие противопенные свойства, и малая зависимость вязкости от температуры.
Газонаполненный амортизатор
Газонаполненные амортизаторы, в отличие от гидравлических, конструктивно выполняются однотрубными. Если в гидравлическом двухтрубном амортизаторе рабочая жидкость находится в непосредственном контакте с воздухом, то в газонаполненном амортизаторе (рис. 2) рабочая жидкость изолирована от воздуха плавающим поршнем 8 с уплотнителем 9. Таким образом, корпус 7 в нижней части заполнен рабочей жидкостью 5, а в верхней части – газом 6.Давление газа в верхней полости – 0,6…0,8 МПа.
Иногда газонаполненные амортизаторы называют газовыми, что не совсем правильно, поскольку основным рабочим телом в них является не газ, а жидкость. Сжатие газа в таких амортизаторах направлено лишь на компенсацию объема цилиндра, который вытесняется поршневым штоком. В качестве газа для газонаполненных амортизаторов чаще всего используется нейтральный азот, который закачивается под давлением.
Поршень 12 закреплен на штоке гайкой 10. В поршне выполнены каналы 11 переменного сечения, а на его цилиндрической поверхности имеются щели. Каналы 11 перекрыты дисками 13, соприкасающимися с шайбой 15, образуя клапан.Герметичность штока и корпуса обеспечивается уплотнительным узлом, в который входят резиновая шайба 3, уплотнительная манжета 1, направляющая 17 штока, фасонная шайба 4 и запорное кольцо 2.
Жидкость под давлением омывает резиновую шайбу 3 и уплотнительную манжету 1 и прижимает их к корпусу 7 и штоку 16.
При ходе сжатия (рис. 2, б) под давлением над поршнем диски 13 отжимаются от шайбы 15, и рабочая жидкость через звездообразные вырезы в дроссельной шайбе перетекает в надпоршневую полость.
При малых скоростях перемещения поршня диски 13 занимают первоначальное положение, и рабочая жидкость проходит в основном через зазор между поршнем и цилиндром. Таким образом, один клапан работает попеременно на сжатие и на отбой.
При резких перемещениях поршня гашение происходит в основном за счет газовой подушки. Так, при ходе сжатия плавающий поршень 8 сжимает газ 6 и компенсирует изменение объема рабочей жидкости в рабочей полости амортизатора из-за входа в нее штока.При ходе отбоя давление сжатого газа перемещает плавающий поршень 8 вниз, компенсируя изменение объема рабочей жидкости вследствие выхода штока 16 из цилиндра амортизатора.
Рабочие жидкости, применяемые в качестве рабочего тела в газонаполненных амортизаторах, аналогичны жидкостям, применяемым в гидравлических телескопических амортизаторах.
Однотрубные амортизаторы
Данная конструкция является базовой для современных А. Такой амортизатор состоит из одной-единственной колбы, одновременно выполняющей роль и рабочей емкости для поршня, и корпуса. Она может быть гидравлической (масляной) или гидропневматической (газомасляной). Последнюю модификацию также называют комбинированной. Принцип работы масляного А достаточно прост. Имеется рабочий цилиндр, наполненный маслом (гидравлической жидкостью). В нем движется поршень со специальными калиброванными клапанами, точнее с их системой, имеющей характеристики, специально подобранные под подвеску определенной модели автомобиля.
Динамика работы такого амортизатора выглядит следующим образом:
- При закрытых клапанах гидравлическая жидкость проходит только обходным каналом поршня. Гидравлическая характеристика амортизатора при этом становится жесткой.
- Если же открываются клапаны, соседствующие с компенсационной камерой А, то его гидравлическая характеристика становится более мягкой.
Причем для исправности амортизатора клапан, функционирующий на сжатие, должен пропускать больше гидравлической жидкости, чем обратный клапан, срабатывающий на отбой. Таким образом, при открытых клапанах поршня жесткость амортизаторов уменьшается.
Комбинированные амортизаторы
В гидропневматических (газомасляных) амортизаторах вместо воздуха используют сжатый газ под давлением 4-20 атмосфер. Его автомобилисты называют по-своему - «газовым подпором». Причем давление газа - это не блажь, а способ уменьшить аэрацию (смешение воздуха с маслом), а также дополнительный элемент упругости подвески. У однотрубных А нет нижнего клапана сжатия. Поршень полностью управляет сопротивлением как при сжатии, так и при отбое. В них можно разместить больше масла, чем в двухтрубных того же объема, а значит, с их помощью достижимо лучшее демпфирование.
Управляемые и магнитные амортизаторы
Ведущие производители амортизаторов достаточно оригинально пытаются разрешить техническую задачу регулируемости таких устройств. Американо-бельгийская компания MONROE изготовила на стенках рабочего цилиндра однотрубного А специальные регулировочные бороздки, используемые для настройки на спокойную или активную езду. Японская компания KYA в нижней части однотрубного с выносным резервуаром А в обход поршня вмонтировала отдельный регулировочный клапан. Немецкий концерн ZF создал свой управляемый амортизатор «Опель-Астра», используя двухтрубную газо-масленную конструкцию. Два электромагнитных клапана в нижней части амортизатора и в поршне регулируются специальным процессором, отслеживающим параметры колес, руля, подвески.
Еще более перспективен новый, так называемый магнитный амортизатор «Шевроле», установленный в прошлом году на модели Chevrolet Corvette. Это совместная перспективная разработка автоконцерна и корпорации Delphi. Используемая в них вместо масла магнитореологическая жидкость способна с высокой частотой (до 1000 раз в секунду) изменять свою вязкость под действием электромагнитного поля. При этом принципиально не используется клапанная система: демпфирование производится исключительно за счет магнитореологического эффекта. Подобная конструкция весьма перспективна: нет потребности в поперечных стабилизаторах, упрощается устройство самого А, а также появляются впечатляющие возможности для контроля и управления жесткостью подвески.
Диагностика амортизаторов
Поскольку вечного не бывает ничего, подвержены износу и амортизаторы. Это явление водителю следует вовремя диагностировать. Как известно, замену потерявших должную функциональность амортизаторов нужно производить сразу же по выявлению. Причем наиболее эффективной является комплексная замена: попарно на каждой оси - и на передней, и на задней.
Когда следует производить замену
Для водителя существуют первые признаки, указывающие на износ амортизаторов. Назовем их:
- увеличение тормозного пути вследствие ухудшения управляемости;
- снижение комфортной скорости для входа в поворот;
- уменьшение безопасной скорости аквапланирования (сцепления с трассой, если поверх льда имеется вода);
- изношенные А начинают издавать звуки при вхождении автомобиля в поворот или преодолении неровности.
Оставить комментарий: