Про якість амортизаторів
СКІК-СКІК - І ПІД МОСТОК!
Чи можна, не вдаючись до послуг фахівців, за зовнішніми ознаками переконатись у працездатності амортизаторів? Не даючи прямих рецептів (ви зрозумієте причину), розмову про це проведе Віктор Слєсарєв.
Нашому автомобілісту, як відомо, закон не писаний. Несміливо пригвинтивши амортизатори ЗАЗу до "Тойоти", він "розсікає" на ній так, що японцям не снилося... І все ж таки тих, хто розуміє, наскільки важливо автомобілю чіпко триматися на дорозі, стає все більше. Нестійкість на високій швидкості неприпустима, тому справність амортизаторів – і відповідність їхньої конкретної моделі автомобіля! - набуває особливого значення. Автомобіліст, що поважає себе, повинен вміти вчасно помічати симптоми їхніх "хвороб", про що ми тут і поговоримо.
Не вдаючись у тонкощі, пригадаємо, що рідина в циліндрі амортизатора перешкоджає вільному переміщенню поршня, який витісняє її з порожнини в іншу через гідравлічні пристрої, що створюють опір. Останнє тим більше, чим вища швидкість руху поршня, тобто чим більша нерівність на дорозі або більша швидкість, з якою ви її долаєте. Енергія коливань перетворюється на тепло (амортизатор нагрівається) - воно розсіюється у навколишньому середовищі.
| Мал. 1. Опір амортизатора під час відбою та стиску: 1 - "м'який" амортизатор; 2 - "жорсткий". |
Амортизатор працює як за одиничного впливу на машину, так і при коливаннях. Опір виникає і при стиску, і при відбої, але стиску опирається і пружина підвіски, тому опір стиску зазвичай роблять меншим, ніж опір відбою (рис. 1). Конструкція амортизатора "задає" форму кривих 1 або 2, тобто призначення. Амортизатори підвищеного опору називають твердими(хоча вони мало спільного з роботою пружини). З ними автомобіль краще пристосований для поганих доріг, але менш комфортабельний.
"Народний" метод перевірки амортизаторів нехитрий: розгойдуючи кузов автомобіля, спостерігають за його рухом донизу. Кузов не повинен легко піддаватися вашим зусиллям (рис. 2, а, б, в). Згасання процесу видно на рис. 2, м. При "слабких" амортизаторах автомобіль може зробити два і більше циклів коливань, що належать до найнижчих - 1-2 Гц для різних автомобілів. Такі коливання бувають спровоковані довгими хвилями на поверхні дороги при деяких швидкостях руху (рис. 3). Збіг частоти вимушених та власних коливань – не що інше, як резонанс. Це небезпечне явище: якщо коливань не завадити, вони швидко наростають. (Мала дитина легко розгойдує великі гойдалки!) Автомобіль сильно розгойдується, може вдарятися дорогою картером двигуна, коробкою передач і т. д. - навіть перекидатися.
| Мал. 2. Загальноприйнятий спосіб "перевірки" амортизаторів: а, б, в - форми коливань кузова; г – характер руху кузова: 1 – при справних амортизаторах; 2 – при несправних. |
Однак амортизатори повинні гасити не лише низькочастотні коливання, а й низку інших. Так, "безпружинна маса" (колесо і безпосередньо пов'язані з ним елементи підвіски, кермового управління і т. д.) може коливатися щодо кузова і дороги з резонансом при частоті близько 12-15 Гц.
| Мал. 3. "Галопування" автомобіля на довгих хвилях покриття. |
Коли колеса, долаючи опір пружин, починають відскакувати від дороги, бічних сил легко порушити курсову стійкість автомобіля - наприклад, викликати замет (див. ЗР, 1996, N 1). Класичні прикладитаких сил – інерція на повороті, бічний вітер, поперечний нахил дорожнього полотна. Але і на прямому шосе зі старим, горбистим покриттям машина нишпорить убік, її доводиться "ловити", навіть якщо резонансу і немає. Вкрай нестійким автомобіль може виявитися і в інших ситуаціях. Ось приклади.
Уявіть колесо з колом протектора 1,8 м. При швидкості 18 м/с і великому статичному дисбалансі воно трясе машину з частотою 10 Гц, при 36 м/с - 20 Гц і т.д. швидкості - і в системі без резонансу вібрації від такого колеса наростали б за таким самим законом (рис. 4, крива 1). А у разі резонансу при частоті 12 Гц тряска при відповідній швидкості (21,6 м/с) відчутна навіть при справних амортизаторах (крива 2). Криві 3 і 4 показують "ефект" від посереднього амортизаторів, що зовсім не працює. Поєднання невідбалансованих коліс і неполадок в амортизаторах, що часто зустрічається у нас, неприпустимо: стійкість і керованість автомобіля різко погіршуються. Іншим же результатом тряски (про це багато говорилося) стають втомні пошкодження машини.
| Мал. 4. Коливання статично невідбалансованого колеса при зміні швидкості руху (резонанс при частоті 12 Гц): 1 – залежність амплітуди від швидкості за умов відсутності резонансу; 2 - при справному амортизаторі; 3 – з частковою втратою ефективності; 4 – з несправним. |
А якщо колесо після удару не кругле? На ходу воно викликає коливання, навіть якщо цілком збалансоване. Не слід спрощувати зв'язок форми колеса з його врівноваженістю – це різні речі. А результат відхилень один і той самий.
| Мал. 5. Порушення коливань плитами покриттів. |
Наступний приклад. На дорожньому покритті із двометрових плит (рис. 5) та сама резонансна частота 12 Гц буде збуджена вже при швидкості 24 м/с. Значить, коливання з цією частотою можуть збуджуватися при різних швидкостях і дорогою, і колесами - але завжди вони сильніші, чим гірше працюють амортизатори.
Дефекти наших доріг славляться своєю різноманітністю, тут водієві нудьгувати не доводиться. Додамо сюди їх сезонні зміни – і стане ясно, що український шофер – справжній герой… Так, у багатьох випадках небезпечний дефект у вигляді "пральної дошки". (Сама її поява на вчора ще рівному асфальті гідно спеціальних досліджень! Адже це - одне із наслідків експлуатації тисяч автомобілів з неполадками в підвісках.) Якщо "пральна дошка" коротка, а швидкість машини далека від резонансної, її лише струсить (мал. 6) . А на довгій "дошці" при резонансній швидкості трясіння швидко наростає, машина втрачає стійкість, сповзаючи убік навіть від невеликої бічної сили. Краще тут зменшити швидкість. Чому не збільшити? Чим вона вища, тим сильніше колесо б'ється про нерівність - і може відскакувати від покриття навіть за межами резонансу. (Увага: якщо автомобіль оснащений АБС, тут гальмуйте особливо обережно! Система, "логічно" реагуючи на підскоки колеса, може звести гальмування до нуля.)
| Мал. 6. Рух автомобіля з несправним амортизатором по "пральній дошці". | Мал. 7. Загасаючі коливання колеса після стрибка з виступу. |
Відзначимо та інші дефекти наших доріг. На рис. 7 - одиночний вибоїн. Після наїзду на нього, як від будь-якого сильного поштовху ззовні, спостерігаються складні коливання - кузова на підвісці, показані на рис. 2, і одночасно безпружинної маси - між дорогою і кузовом (рис. 4, 5, 6 ...). Навіть безРезонансні явища колеса після "стрибка" може зробити кілька сильних відскоків, провокуючи нестійкість машини і вже згадуване нишпорення в сторони.
| Мал. 8. Так виникає поперечна сила, що дестабілізує автомобіль. |
Наївний автоаматор якось запитав: чому від вертикального поштовху машину кидає убік? Причини тому різні, об'єднує їх одне: в момент "приземлення" реакції дороги, що діють на машину, можуть бути несиметричними. Так, на "Жигулях" поперечна штанга задньої підвіски змушує задній міст при стрибку зміщуватися вбік... Але навіть суворо "симетричний" автомобіль, підстрибуючи на вибоїнах, відчував би поштовхи в сторони. Пояснимо це (рис. 8).
Уявіть миттєвий "фотознімок" сил, що діють при відскоку правого колеса (має несправний амортизатор), і наїзді лівого на край бугра. Поперечна реакція дороги Z – залежно від швидкості руху, сили удару та нахилу покриття – досягає сотень кілограмів! І хоча вона діє частку секунди, поштовх убік цілком відчутний. Словом, при поганих амортизаторах навіть після одиничного вибоїна машина може небезпечно відхилитися від курсу.
А з добрими? У цьому випадку праве колесо (мал. 8) не стало б пурхати в повітрі, а котилося дорогою. Його реакція повністю або частково врівноважила силу Z, спрощуючи водієві його завдання.
| Мал. 9. Картина коливань безпружинних мас і підвіски на розбитій дорозі. |
На наших дорогах можливі будь-які поєднання нерівностей. Наїзд на кожну супроводжують коливання безпружинних мас, які часто не встигають загаснути до наїзду на наступну (рис. 9). Тут навіть відсутність резонансу - слабка втіха: при неефективних амортизаторах постійні відскоки коліс від покриття роблять водінняавтомобіля неприємним та небезпечним. Знаючи це, інший автолюбитель відразу купує і встановлює "жорсткі" амортизатори - але, позбавившись від розгойдування машини, набуває "комфорту", як у воза. А на додачу - підвищені динамічні навантаження на багато вузлів автомобіля. Більше того, у цьому випадку при ході відбою колесо, "затримуючись" у повітрі, погано відстежує западини покриття (рис. 10, а). Надмірне опір відбою обертається відривом колеса - воно ніби повторює загальну "балістику" автомобіля в стрибку. При правильному доборі опору відбою колесо здебільшого слідує профілю западини. Але не завжди. При зіскоку з виступу (рис. 10 б) навіть при ідеальному амортизаторі короткий відрив неминучий. Але порівняйте його з амортизатором надмірного опору! Іншими словами, пошук відповідних амортизаторів – залежно від призначення автомобіля, характеру доріг, характеру власника тощо. - Справа тонка ... Чим нам і доводиться іноді займатися (наприклад, ЗР, 1998, N 1).
| Мал. 10. Поведінка колеса при проходженні плавної хвилі (а) та виступу покриття (б): 1 – правильна робота амортизатора при проході відбою; 2 - надмірний опір відбою. |
Отже, наскільки достовірними є результати перевірки методом "хитнув - глянув"? Вони дають лише зразкове уявлення про "здібності" амортизатора - на найнижчих частотах. Оцінити його придатність будь-яких режимів руху можна лише спеціальному діагностичному устаткуванні. Найчастіше, на жаль, на власному (іноді сумному) досвіді.