Ключевые слова: демпфирование колебаний, конструкции амортизаторов, управляемые амортизаторы, алгоритмы работы управляемых амортизаторов.
Первыми гасителями колебаний на автомобильном транспорте были листовые рессоры. Они совмещали в себе одновременно упругие и демпфирующие свойства. Последние обеспечивались трением листов друг о друга и переводом за счет этого кинетической энергии в тепловую. Стоит заметить, что этого демпфирования было вполне достаточно для успешного гашения вертикальных колебаний. Но время не стоит на месте, стали повышаться требования к комфорту и безопасности на автомобильном транспорте. Стали использовать независимые подвески, которые требовали разделения демпфирующего элемента и пружин. Современная тенденция направлена на использование адаптивных алгоритмов в подвеске автотранспортного средства. То есть, подвеска должна подстраиваться под дорожные условия в соответствии с пожеланиями водителя или в автоматическом режиме.
В данной работе будут рассмотрены конструкции регулируемых амортизаторов и амортизационных стоек.
- Типовая конструкция двухтрубного амортизатора
Для начала хочется осветить типовую конструкцию двухтрубного амортизатора. Современный амортизатор обеспечивает демпфирование за счет того, что прокачивает жидкость через рабочие каналы. Конструкция простейшего гидравлического телескопического амортизатора включает в себя цилиндр, заполненный маслом, и поршень, плотно входящий в него. Цилиндр связан с неподрессоренной массой и прикреплен, как правило, к рычагу или опоре подвески. Поршень перемещается под воздействием штока, другим концом прикреплённого к кузову. Когда подвеска сжимается, шток перемещает поршень, способствуя прокачиванию жидкости через узкие каналы внутри цилиндра. Энергия колебаний переводится в тепловую энергию за счет гидравлического сопротивления в каналах поршня.
На рис. 1. схематично представлено устройство двухтрубного амортизатора. Он состоит из рабочей полости А, поршня 6, установленного на нижнем конце штока 5, донного клапана 9 и направляющей 1 штока, которая также предназначена для установки уплотнения 3 и вместе с поршнем 6 отрабатывает изгибающие моменты, которые возникают при работе амортизатора. Между цилиндром 7 и резервуаром 8 находится компенсационная полость С, которая примерно наполовину заполнена амортизаторной жидкостью. Остальная ее часть служит для восприятия дополнительного объема жидкости вследствие её расширения при нагреве (температура может подниматься до +110 °С, а в тропическом климате до +200°С), так и объема жидкости, вытесняемой при выдвигании штока.
Жидкость в компенсационной полости должна достигать половины высоты, чтобы предотвратить попадание воздуха в рабочую полость через донный клапан при экстремальных условиях. Эти условия обычно возникают при сильных морозах (до -50°С), если шток выдвинут полностью.
Также стоит отметить наклонное расположение амортизатора в автомобиле, которое приводит к одностороннему понижению уровня масла в компенсационной полости. Поэтому угол наклона двухтрубного амортизатора ограничен относительно вертикали, но он не должен превышать угол в 45°. Это может произойти в случае полного хода сжатия зависимой подвески, если самые верхние точки крепления амортизаторов расположены близко [5].
Рис. 1. Схема работы двухтрубного амортизатора
- Конструкции ипринцип действия управляемых амортизаторов
Для настройки амортизаторов более важными являются параметры клапанов, чем конструкция самого амортизатора. Как правило, многие фирмы пытаются упростить как конструкцию поршня, так и всего амортизатора в целом. Например, компания Ohlins в конструкции своих амортизаторов использует всего четыре стандартных диаметра поршня — 28, 36, 44 и 46 мм [2].
В целом все клапаны можно разделить на два типа — дроссели и клапаны, нагруженные пружинами. Первый тип представляет собой каналы специальной формы и сечения, через которые протекание масла ограничивается только их гидравлическим сопротивлением. Чтобы при сжатии и отбое жидкость могла проходить по разным каналам, они перекрываются перепускными клапанами, которые пропускают жидкость только лишь в одном направлении, но не оказывают при этом существенного собственного сопротивления.
Если подпружиненный клапан имеет сечение больше, чем сечение канала, главное сопротивление потоку создается усилиями пружин, перекрывающих канал. В современных амортизаторах их роль выполняет пакет пружинных шайб, надетых на шток вместе с поршнем. Задавая толщину, диаметр и число шайб в пакете, можно менять характеристику работы клапана.
Рис. 2. Характеристики сопротивления клапанов
Зависимость усилий сжатия и отбоя от перемещения поршня и его скорости в целом считаются основными характеристиками амортизатора. Если зависимость усилия от хода может быть постоянной, то вторая зависимость более сложная и необходимая для процесса демпфирования: именно она формирует характер работы амортизатора и, в итоге, воздействует на управляемость автомобиля. Параметры клапанов задают скоростную характеристику амортизатора. У дроссельного клапана особо выражена прогрессивная характеристика сопротивления — чем большее скорость движенияе поршня, тем больше усилие. При наличии пружинного клапана, наоборот, когда скорость увеличивается, тогда сопротивление потоку становится меньше, т. е. имеет место так называемая дегрессивная характеристика [3] (рис. 3.)
Рис. 3. Совмещение прогрессивной и дегрессивной характеристик
Передовыми компаниями в сфере развития регулируемых амортизаторов на сегодняшний день является следующие фирмы:
Tokico. Амортизаторы Tokico используют сложные многоступенчатые клапанно-поршневые системы с регулирующим зазором. В их состав включён пятипозиционный перепускной клапан. Этот механизм может изменять усилия демпфирования колебаний как при отбое, так и при сжатии. Процесс его настройки простой, удобный и понятный [4].
Rancho. Данные амортизаторы, как правило, используются на бездорожье. Регулировка амортизатора имеет пять ступеней жёсткости. В каждом амортизаторе сконструирован простой механизм, который обеспечивает смещение клапана на повороте на одно из 5 делений. Амортизаторы Rancho обладают переменным сопротивлением давлению, что позволяет менять жёсткость в зависимости от профиля дороги. Специальный датчик отслеживает скорость движения штока и выставляет нужные характеристики системы клапанов [1].
Kony B. V. Эти амортизаторы не являются массовым продуктом. Регулировка жёсткости в них осуществляется на отбой. Это дает большие возможности настроить автомобиль под определенные дорожные условия и пожелания водителя. [6].
Амортизаторы с магнитно-реологической жидкостью. Принцип действия данного амортизатора основан на магнитно-реологическом эффекте. Данная жидкость представляет собой высокодисперсную суспензию из основанного на углеводороде синтетического масла, в которое введены мельчайшие мягкие магнитные частицы. При протекании этой жидкости через амортизатор под воздействием магнитного поля меняется сопротивление жидкости, так как частицы выстраиваются вдоль действия силовых линий магнитного поля. Магнитно-реологическая жидкость позволяет расширить диапазон регулировок амортизатора [7].
Рис. 4. Сравнительный анализ характеристик амортизатора Audimagneticride по сравнению с обычным амортизатором
Литература:
- Амортизаторы регулируемойжескости «Rancho» [Электронный ресурс]. — [2016]. — Режим доступа: http://www.jeep.avtograd.ru
- Арутин В. А. Современные амортизаторы / В. А. Арутин // Автоспорт. — 2004. — № 2. — С.18–24.
- ОСТ 37.001.434–86. Амортизаторы гидравлические и гидропневматические телескопические автотранспортных средств. Типы, основные параметры и размеры. — М.: Изд-во стандартов, 1986. — 81 с.
- Пружины и амортизаторы [Электронный ресурс]. — [2016]. — Режим доступа: http://www.servicing-auto.ru
- Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины и колёса: пер. с нем. В. П. Агапова / под ред. О. Д. Златовратского. / Й. Раймпел. — М.: машиностроение, 1986. — 320 с.
- Регулируемые амортизаторы KONY [Электронный ресурс]. — [2016]. — Режим доступа: http://www.koni-store.ru
- AudiTTCoupe 07. Ходовая часть [Электронный ресурс]. — [2014]. — Режим доступа: http://autoholding.net
