Гідравлічний амортизатор

Визначення

Амортизатор - пристрій для гасіння коливань (демпферування) і поглинання поштовхів і ударів рухомих елементів (підвіски, коліс), а також корпусу самого транспортного засобу, за допомогою перетворення механічної енергії руху (коливань) в теплову.

Амортизатори застосовуються спільно з пружними елементами пружинами або ресорами, подушками і т. д., для гасіння вільних коливань великих мас і запобігання коливань з високою швидкістю менших мас, пов'язаних пружними елементами.

Не слід плутати зовні схожі гідравлічний трубний амортизатор і газову пружину. Останні також часто зустрічаються в автотехніці та побуті, але мають інше призначення (а саме - створення штовхаючого зусилля на штоку). Все таки треба відзначити, що чистих гідравлічних амортизаторів майже не зустрічається, вони завжди трохи підпружинені надлишковим тиском газу в бустері. Проте газові пружини, навпаки, зустрічаються досить часто.

Класифікація

Амортизатори діляться на такі типи:

• за характером дії сил тертя - на амортизатори одностороннього та двостороннього дії (з опором на прямому і зворотному ходах);
• за принципом дії - на фрикційні або механічні (сухого тертя), гідравлічні, електромагнітні;
• конструктивно гідравлічні амортизатори діляться на важільно-лопатеві, важільно-поршневі й телескопічні (двох- і однотрубні) з газовим підпором або без нього;
• за характером зміни сили опору, в залежності від переміщення штока, швидкості і прискорення цього переміщення амортизатори підрозділяються на:
  • амортизатори з приблизно постійною силою тертя (наприклад, простий механічний амортизатор танка «Ландсверк»);
  • амортизатори з силою тертя, що залежить від переміщення («релаксаційні», переважно встановлюються на швидкохідну гусеничну техніку), при цьому сила тертя може бути як пропорційна переміщенню, так і мати нелінійну залежність;
  • амортизатори з силою тертя пропорційної швидкості переміщення штока (переважна більшість сучасних гідравлічних амортизаторів);
  • амортизатор, опір якого змінюється пропорційно прискоренню.

Односторонній та двохсторонній амортизатори

Односторонній амортизатор

У амортизатора такого типу опір при ході, відповідному стиску підвіски, є незначним, а основне поглинання енергії відбувається при відбої. Завдяки цьому вони забезпечують більш плавний хід, однак з ростом нерівностей дороги і швидкості підвіска не встигає зайняти вихідне положення до наступного спрацьовування. Це призводить до «пробоїв» і змушує водія знизити швидкість. З появою близько 1930-го року амортизаторів подвійної дії одноходовой конструкція поступово вийшла з ужитку.

Двохсторонній амортизатор

Амортизатор, який діє (працює) в двох напрямках, тобто амортизатор поглинає енергію при русі штока в обидві сторони, проте передає при цьому і деяку частину поштовхів на кузов при прямому ході. Така конструкція амортизатора є ефективнішою, ніж амортизатор односторонній, в тому сенсі, що може бути побудована з урахуванням необхідного компромісу між плавністю ходу і стабільністю автомобіля на дорозі. Для швидкісних автомобілів характерні більш «жорсткі» настройки, для комфортабельних пасажирських - більш «м'які», де більша частина роботи амортизатора доводиться на «відбій». На автотранспорті, як правило, ефективність «робочого ходу» амортизатора (стиснення, наїзд колесом на перешкоду) роблять менше, ніж ефективність «відбою» (зворотного руху). У цьому випадку (при стисканні) амортизатор менше передає поштовхи від нерівностей на кузов, і (при розтягуванні) «притримує» колесо від ударів його пружиною в дно вибоїн дороги.

Фрикційний амортизатор

Фрикційні (механічні) амортизатори в найпростішому випадку являють собою пару елементів що труться з фіксованим зусиллям стиснення. Очевидним властивістю фрикційних амортизаторів є те, що їх опір не залежить від швидкості переміщення важеля. Тому вони в прямому сенсі слова є демпферами, так як виконують тільки одну із зазначених у визначенні амортизатора функцій - гасіння коливань. Переваги - простота і відносна ремонтопридатність, знижені вимоги до механічної обробки деталей, умов експлуатації, стійкість до дрібних пошкоджень. Принципові недоліки - невідновний знос поверхонь через тертя. Як результат - на автомобілях даний тип амортизаторів давно не застосовується, зберігаючись лише на окремих зразках військової техніки.

Одна з наймасовіших фрикційних амортизаційних конструкцій в старих автомобілях - листова ресора, яка поєднувала в собі функції пружного елемента і демпфера, що працює за рахунок взаємного тертя листів ресори.

Гідравлічні амортизатори

Гідравлічні амортизатори набули найбільшого поширення. У гідравлічних амортизаторах сила опору залежить від швидкості переміщення штока. Робоче тіло - масло. Принцип амортизатора полягає в зворотньо-поступальному русі поршня амортизатора, поршень через невеликий отвір перепускає масло з однієї камери в іншу, перетворюючи механічну енергію в теплову.

Жорсткість амортизаторів залежить від початкової настройки перепускних клапанів, початкової в'язкості рідини (масла) і температури навколишнього середовища яка впливає на в'язкість амортизаційної рідини (масла).

Гідравлічні амортизатори діляться на кілька підвидів:

1. За будовою:

• ричажні
• двохтрубні
• однотрубні

2. За тиском всередині амортизатора:

• без газового підпору
• з газовим підпором низького тиску
• з газовим підпором високого тиску

Газовий підпір, як правило, слабо впливає на жорсткість амортизатора, але значно збільшує стабільність характеристик в умовах сильних навантажень.

Гідравлічні ричажні амортизатори

До 50-х - 60-х років як правило використовувалися важелі амортизатори. Вони були дуже ефективні і практично вічні (єдина зношується деталь такого амортизатора - гумові сальники на осі важеля, які з часом починають підтікати - легко замінюється, після чого амортизатор може пропрацювати ще кілька десятиліть), але дорогі у виробництві.

У 50-х роках набули поширення трубчасті амортизатори, так званого «авіаційного типу», які поступово витіснили важільні.

Гідравлічні двохтрубні амортизатори

Двотрубний амортизатор складається з двох співвісних (одна в одній) труб, зовнішня з яких є корпусом, внутрішня заповнена робочою рідиною і в ній переміщається поршень з клапанами. Простір між трубами заповнене запасом рідини для охолодження і компенсації витоків, а також повітрям - для компенсації зміни об'єму (температурне розширення рідини і вхід-вихід штока).

Застосовуються в підвісці автомобілів для спокійного і розміреного руху без різких поворотів і гальмувань. Призначені для роботи в умовах хороших доріг. В автоспорті амортизатори двухтрубної конструкції не застосовуються, оскільки не відповідають вимогам зниження безпружинних мас, стабільності, надійності і робочого ресурсу в умовах проведення спортивних заходів. Винятком є, мабуть, тільки дрифтинг, де можуть застосовуватися двотрубні амортизатори з підвищеним тиском компенсаційного газу (близько 6-8 атмосфер), оскільки змагання проходять тільки на дуже рівному дорожньому покритті і невисоких швидкостях.

Переваги:

• Відносна простота виготовлення і ремонту.
• Підхолящі робочі характеристики (в тому числі надійність) для більшості застосувань в транспорті
• Відсутність виступаючих деталей.
• Малий тиск всередині і відповідно вимоги до ущільнення штока. В основному саме це доводить їх низьку вартість і більш дешеві матеріали для виготовлення.
• При невеликій втраті запасу масла в амортизаторі, його може вистачити на кілька років при повному збереженні працездатності амортизатора

Недоліки:

• При високих навантаженнях (погані дороги, бездоріжжя або спортивні заїзди) масло і компенсаційний газ в порожнині С перемішуються і утворюють піну, що перешкоджає охолодженню амортизатора. Перегрітий амортизатор втрачає свої характеристики і автомобіль стає менш.
• При русі в складних умовах в даній конструкції амортизаторів (погані дороги, бездоріжжя) встановлена висока ймовірність виникнення кавітації, причому, чим нижче тиск компенсаційного газу, тим вище ця вірогідність. Виникнення даного явища призводить до швидкого виходу з ладу амортизаторів, а також пошкодження інших деталей підвіски - як наслідок виходу з ладу перших.
• Характеристики даних амортизаторів погіршуються дуже плавно і непомітно для водія, внаслідок чого необхідно більш ретельно контролювати їх працездатність.
• На високих швидкостях через недостатню швидкість реакції амортизатора на нерівності, керованість автомобіля різко впаде.
• При установці в підвіску автомобіля максимальний кут нахилу без різкого зниження працездатності 45 ° до вертикалі. Перед установкою обов'язково "прокачувати" - для видалення бульбашок газу з робочої порожнини.
• Зберігати і перевозити необхідно тільки у вертикальному положенні.

Гідравлічні однотрубні амортизатори

Являють собою трубу, заповнену робочою рідиною, в якій переміщається поршень з клапанами. Для компенсації зміни обсягу робочої рідини (температурний вплив) «дно» циліндра заповнено газом, відділеним від робочої рідини плаваючим поршнем-перегородкою. Тиск газу, як правило близько 18-25 атмосфер (для поліпшення характеристик робочої рідини при нагріванні і усунення ймовірності виникнення кавітації).

Переваги:

• Дана конструкція є практично найефективнішою
• Стабільні показники в самих різних дорожніх умовах, при високих навантаженнях (розбиті дороги, повне бездоріжжя, спортивна їзда і т.д.), а також найбільш високу швидкість реакції на раптові нерівності дорожнього покриття навіть на високих швидкостях.

Недоліки:

• Якщо компенсаційна камера "F" знаходиться прямо в робочому циліндрі, то даний амортизатор має менший хід в порівнянні з двухтрубною конструкцією при однакових зовнішніх розмірах, проте зменшення габаритів клапанних наборів і поршня значно знижує цю величину.
• Винесення компенсаційної камери в окремий елемент застосовується тільки для окремо взятих автомобілях в основному орієнтованих на спортивну їзду і в серійному виробництві не використовується.
• Високий тиск в амортизаторі створює значну виштовхуючу силу на шток (десятки кілограм), що може вимагати заміни пружин підвіски на більш слабкі;
• Даний амортизатор дуже критичний до пошкодження (вм'ятин) на зовнішній стінці циліндра, це призведе до заклинювання поршня і повного виходу з ладу, в той час як двотрубний амортизатор навіть не помітить вм'ятини
• Однотрубний амортизатор складніший у виготовленні ніж двох трубний, оскільки високий тиск компенсаційного газу накладає значно більші вимоги до якості ущільнень, матеріалами і покриттям деталей. Це призводить до підвищення вартості амортизатора.

Комбінований амортизатор

Газомасляний амортизатор, діючою речовиною якого є як масло, так і газ. Робочою рідиною є масло, газ усуває утворення піни.