Конструкція амортизаторів
Традиційно на вітчизняних та багатьох зарубіжних автомобілях застосовують гідравлічні двотрубні амортизатори. Схема такого амортизатора (вкрай спрощена, яка не розкриває конструкції в подробицях) показана на рис. 1. Основні деталі - робочий циліндр 2, яким при коливаннях автомобіля переміщається поршень 4 з клапаном відбою (віддачі), закріплений на штоку 5. У нижній частині робочого циліндра знаходиться вузол 1 - клапан стиснення. Робочий циліндр 2 встановлений співвісно у циліндрі більшого діаметра 3 - резервуарі. Тут знаходяться певні обсяги спеціальної рідини та повітря, необхідні для роботи амортизатора. Зверху конструкцію поєднує ущільнюючий вузол 6. Кожух або чохол 7 може бути металевим, пластиковим, гумовим і т. д. При роботі такого амортизатора через його гідровузли відбувається перекачування рідини з об'єму над поршнем в об'єм під ним і назад. Шляхи руху рідини та опір цьому руху організовані за допомогою клапанів так, що виходять необхідні зусилля ходів стиснення та відбою.
Мал. 1. Схема гідравлічного двотрубного амортизатора: 1 клапан стиснення; 2 – робочий циліндр; 3 – циліндр резервуара; 4 - поршень та клапан відбою; 5 – шток; 6 - ущільнюючий та напрямний вузол штока; 7 – кожух; Ж – рідина; В повітря.
Навіщо потрібний резервуар? Уявімо, наприклад, хід стиснення: поршень рухається вниз, при цьому частина рідини перепускається через його клапан, а інша має бути витіснена, оскільки деякий обсяг штока займає її місце. Згадаймо тепер, що рідина нестерпна. Надлишок через клапан стиснення витісняється в резервуар, дещо "підібгавши" в ньому повітря.
Ті, кому вперше трапляється обслуговувати або ремонтувати амортизатор, іноді при складанні припускаються серйозної помилки, намагаючись налити рідини побільше.принципом "кашу олією не зіпсуєш". Якщо умілець вимудриться залити резервуар так, що в ньому не залишиться повітря або його об'єм недостатній, амортизатор уподібниться до жорсткого тіла. Стиснути його буде неможливо.
Недолік двотрубної конструкції таки полягає в наявності резервуара: він охоплює робочий циліндр і ускладнює охолодження останнього. Тим часом, гасіння коливань зводиться до того, що їхню механічну енергію амортизатор перетворює на тепло, і це тепло потрібно кудись відвести. Як правило, його витрачають на. "підігрів світового простору" (амортизатор охолоджується повітрям!) - і перешкоджати цьому процесу не варто: чим вища температура рідини в робочому циліндрі, тим нижча в'язкість. Через це знижуються зусилля стиснення та відбою. Але якщо перше, в основному, підсумовується зусиллям пружин підвіски, то друге відіграє головну роль при гасінні коливань автомобіля. Мале зусилля відбою в одних випадках обертається розгойдуванням автомобіля як цілого (на плавних хвилеподібних нерівностях дороги), в інших - виникненням сильних вертикальних коливань підвіски з відскакуванням коліс від покриття. І тоді стійкість, керованість, гальмівні властивості автомобіля на скільки-небудь нерівній дорозі стають незадовільними.
До того ж в амортизаторах цього типу навіть спеціально підібрана рідина (масло), що малоспінюється, при великих швидкостях коливань (пропорційних добутку ходу на частоту коливань) часом спінюється. Причина в тому, що рідина проходить через "вузькості" (зазори в клапанах, канали, свердління) з дуже великими швидкостями та при знижених тисках, внаслідок чого виникає кавітація (утворення бульбашок розрідження). Цьому сприяє підвищення температури амортизатора при інтенсивній роботі. Відомо, що кавітаціяруйнує деталі різних машин, агрегатів, вузлів (див. статтю " Підступні бульбашки " в ЗР, 1996, N 7). У нашому випадку є й інша біда: мільйони мікроскопічних бульбашок, зливаючись разом, потрапляють у клапани амортизатора, перешкоджаючи його нормальній роботі - опір "піни" в багато разів менший за опір нерозривного об'єму рідини. Амортизатор перестає гасити коливання. Це одна з причин того, що деякі амортизатори, цілком прийнятні для їзди з комфортом звичайними дорогами, для автоспорту абсолютно непридатні.
Є різновид двотрубного амортизатора, в резервуар якого замість повітря закачано газ (наприклад, азот) під деяким надлишковим тиском. Це дещо розширює діапазон робочих режимів амортизатора, оскільки стислий газ, виконуючи роль "акумулятора тиску", підтискає рідину, перешкоджаючи її спінювання. Дізнатися такий амортизатор легко за поведінкою штока - останній під тиском зсередини вперто висувається назовні, лише його звільнити. Щоправда, це зусилля невелике (до кількох кілограмів), тому опір ходу стискування переважно створюється клапаном стискування в денці робочого циліндра під час проходження крізь нього витісненої штоком рідини.
Мал. 2. Схема газонаповненого амортизатора: 1 – шток; 2 - ущільнюючий та напрямний вузол штока; 3 – чохол або кожух; 4 - поршень із системою клапанів; 5 – робочий циліндр; 6 - розділовий поршень; Ж – рідина; СГ – стислий газ.
Але й такий амортизатор може мати провали в роботі – необхідну для цього "дорогу" у нас не доводиться довго шукати! Прагнення конструкторів створити амортизатор з максимально стабільними характеристиками зрештою призвело до появи однотрубного амортизатора з "акумулятором" високого тиску (як правило, навіть унеробочому стані у холодного амортизатора тиск близько 2,5 МПа - приблизно 25 звичних "атмосфер").
Схему такого амортизатора ви бачите на рис. 2 і 3 (реально він, звичайно, складніший). Тут також є робочий циліндр 5, в якому переміщаються поршень 4 з покладеним "гідравлічним набором" із клапанів, шайб, пружин тощо. Вихід штока з циліндра захищений ущільнюючим вузлом 2. Але куди, запитаєте ви, дівається рідина, яка під час поршня витісняється з однієї порожнини в іншу? При стисненні амортизатора, наприклад, до її об'єму додається об'єм частини штока, що засувається всередину. Проблема вирішена застосуванням додаткового "розділювального" поршня 6, нижче за нього - рідина, вище - стислий газ (реальний амортизатор цього працездатний в будь-якому положенні). При коливаннях робочого поршня рухається розділовий, переміщаючись рівно настільки, щоб компенсувати вплив штока. А значить, і тиск, і температура стисненого газу теж не постійні, вони відчувають коливання, які визначають характер роботи основного поршня. Простіше кажучи, дорогою, якою ви їдете.
У такому амортизаторі шток, звільнившись, теж прагне висунутись, але з більшою силою, ніж у двотрубного. З цим доводиться зважати. Заміна у ВАЗ-2109 звичайних стійок "газовими" піднімає кузов приблизно на 20 мм, особливо коли амортизатори нагріті, тобто тиск у них ще вищий. Це, як ви розумієте, зменшує перебіг відбою. (Уявіть - у межі - що його взагалі немає: автомобіль уподібниться жорсткому возі.) Тому, хто хоче зберегти комфортний рівень вібрацій, що передаються на кузов, при покупці газових амортизаторів варто витратитися і на більш м'які пружини підвіски. Тоді характеристики підвіски - у тому числі співвідношення сил стиснення та відбою - залишаться у прийнятних межах. Щоправда, якщоавтомобіль вже грунтовно послужив і підвіска відчутно просіла, додаткова пружність стисненого газу може виявитися їй на користь.
Високий тиск газу в амортизаторі практично позбавив його спінювання рідини. Наприклад, при тривалому русі з високою швидкістю за найпотворнішими "грейдерами - путівцями" на ВАЗ-2109 ми не помічали погіршення стійкості або керованості. Навіть "пральна дошка" на повороті, якої часто бояться підвіски інших автомобілів, не викликала зносу машини до зовнішньої сторони. Колеса, з зазначених вище причин, тут відчутно "дроблять", але в бік не сповзають.
Мал. 3. Схема дії розділового поршня.
Зараз багато фірм випускають удосконалені амортизатори, в яких застосований "підіжм" за допомогою газу, що знаходиться під більшим або меншим тиском. У тому числі такі "гранди", як "Коні", "Сакс", "Монро". Власні, українські газонаповнені амортизатори також є. Їх виробляє фірма "Плаза" у Санкт-Петербурзі - зараз редакційні "Нива", "Москвич-2141" та ВАЗ-21093 оснащені цими амортизаторами. Найбільше амортизатори (передніх стійок) прослужили на "дев'ятці", переваливши за 20 тисяч кілометрів – до речі, поки що без зауважень. Існують різні конструкції газових амортизаторів, наприклад, такі, в яких основний обсяг газу зосереджений в окремій ємності (акумуляторі тиску). Цей резервуар повідомляється з робочим об'ємом амортизатора спеціальним шлангом або трубкою. Кожна конструкція має свої плюси та мінуси. Справа конструктора – вибрати оптимальну.
Що стосується дефектів, вони в основному зводяться до двох груп. Перша – ті, що викликають витік рідини з амортизатора. Причини течі прості: це майже завжди пошкодження ущільнень штока або штока - брудом, корозією,а також невисока якість самих ущільнень.
Друга група поєднує механічні поломки. В амортизаторі багато дуже важливих, але здатних ламатися деталей. Це все пружини, пружні шайби, диски клапанів, поршневі кільця і т.д.
У поломці амортизатора часто винний сам господар. Наприклад, торкаючись після тривалої стоянки на сильному морозі, нерозумно "долати" ділянки розбитої дороги на підвищеній швидкості: олія, що загуснула, не здатна продавлюватися через канали, свердління, і амортизатор виявляється "заблокований". Поломка є закономірною, а треба було б їхати акуратно, поступово прогріваючи амортизатори на невеликих нерівностях.
Трапляються і поломки. кримінального порядку! Відомі випадки, коли автолюбителі купували на ринку фальсифіковані амортизатори, заправлені замість олії водою! Змерзнувши, вона розриває амортизатор.
Звичайний двотрубний амортизатор трохи підступний. При невеликому підтіканні рідини його робота погіршується не відразу - і водій звикає до поведінці автомобіля, що змінюється (хоча і не в кращий бік). Зрештою той стає просто небезпечним – про це треба пам'ятати.
Газовий амортизатор високого тиску про витік рідини заявляє швидко: під тиском газу розділовий поршень починає наближатися до робочого - незабаром ви почуєте стукіт від їх зіткнення. Газову стійку, що відмовила, видає і крен автомобіля, що з'явився, в її бік, так як при витоку рідини газ розширюється, а його тиск падає.
Отже, чи варто мати досить дорогі газонаповнені амортизатори? Людині з психологією неквапливого пенсіонера - навряд, хоча сама ця психологія на дорогах загального користування менш небезпечна, ніж нинішнє свавілля. У всякому разі, перевага газових амортизаторів наврядЧи реально помітить той, хто їздить з помірними швидкостями пристойними трасами. У випадках же, коли автомобіль часто використовується для їзди поганими дорогами, та якщо водій хоч трохи "заводний", та день спекотніше. - тут і можуть виявитися переваги газових амортизаторів.