Детали машин. Прогрессивно-дегрессивные
Автомобилей сейчас много на любой вкус – и комфортабельные скоростные седаны, и жесткие взрывные спорткары всех размеров, профессиональные внедорожники на неразрезных мостах, конкурирующие по живучести на бездорожье с военной техникой, и кроссоверы, пытающиеся сочетать в себе все самое лучшее среди вышеупомянутых средств передвижения. Любой каприз, любое пожелание… Были бы деньги. К сожалению, не у всех они есть, тем более в нужном количестве. Поэтому, приходится идти на компромисс, куда деваться. А как было бы хорошо иметь на каждый случай жизни отдельный автомобиль – для редких погожих дней кабриолет, для длительных путешествий большой дизельный минивэн, для поездок по городу мощный хэтчбэк В-класса, а для выездов на природу Land Rover Defender с силовыми бамперами и лебедкой.
Впрочем, не только в повседневной жизни, но и в технике приходится прибегать к компромиссам. Как с общей конструкцией подвески, к примеру, так и с отдельными ее элементами.
Сегодня хотелось бы поведать о такой немаловажной детали, как амортизатор. В зависимости от предназначения конкретного автомобиля амортизаторы настраиваются соответствующим образом, и зачастую, конечный результат зависит именно от грамотного симбиоза всех качеств гасителей колебаний.
А какие у машины бывают колебания? Да самые разные, особенно на наших дорогах. Главная задача амортизатора – не допустить потери контакта колеса с дорогой. Потеряли контакт – потеряли управление. Но контактом предназначение сей детали не исчерпывается. Клевки при торможении, крены в поворотах, комфорт или дискомфорт на разных поверхностях также определяются характеристиками демпфирующих элементов.
Итак, неплохо бы остановится на разновидностях, заодно обрисовав устройство такого интересного элемента подвески, как амортизатор. Сейчас, существует три вида амортизаторов:
1. Гидравлические двухтрубные
2. Двухтрубные с низким давлением газа
3. Однотрубные с высоким давлением газа
Сознательно не употребил термин "газовый", поскольку во всех амортизаторах рабочей жидкостью является специальное масло, а газовый подпор существует для повышения рабочих характеристик. В двухтрубной "гидравлике" газ также есть, неважно, что это просто воздух. В "газовых" конструкциях используется азот - для двухтрубных "газовых" с низким давлением, порядка 5 бар., для однотрубных с высоким, до 30 бар.
С принципиальным устройством лучше ознакомится по картинке. Сначала о двухтрубных стойках. Встречаются они чаще, поскольку дешевле в производстве и более универсальны. Интересно, что устройство двухтрубного амортизатора действительно сложнее, но точность изготовления на порядок ниже, отсюда и разница в стоимости.
Зачем же нужна внешняя оболочка? Как работает амортизатор известно – масло через дроссели и клапаны поршня перетекает в зависимости от направления хода подвески. Над поршнем есть еще и шток, который тоже вытесняет масло, так что объем над и под поршнем разные, а жидкость – вещь несжимаемая. Отсюда вторая оболочка, где над маслом находится либо азот, либо воздух – резервная емкость для избытка рабочей жидкости.
Зачем там азот под давлением? На длинной неровной дороге амортизатор постоянно трудится, перепуская масло с большой скоростью. Чтобы не было эффекта кавитации(возникновения пены из жидкости и воздуха, катастрофически снижающей эффективность демпфирования), и используется азот – он хуже смешивается с маслом, к тому же кавитации мешает избыточное давление, 5 бар немного, но хоть что-то.
Однотрубник с высоким давлением газа вещь гораздо более эффективная, но менее универсальная. Устроен этот амортизатор так: компенсационная полость находится снизу еще под одним поршнем. Азот и масло разделены, кавитация невозможна. Рабочий диаметр больше, соответственно больше полезная нагрузка.
Вообще, у каждой конструкции есть свои недостатки и достоинства. Главный недостаток однотрубника, например, высокая цена и газовый подпор, который начинает играть при определенных условиях роль пружины со странными характеристиками, что ухудшает управляемость, зато однотрубные стойки можно делать "перевернутыми", уменьшая тем самым неподрессоренные массы автомобиля. С двухтрубными конструкциями такой номер не пройдет – наклонять их больше, чем на 45 градусов нельзя, чтобы газ не попал в рабочую камеру. Теплоотвод у однотрубных стоек лучше(не мешается наружный кожух), зато при прочих равных условиях меньше рабочий ход. В быту двухтрубные амортизаторы гораздо популярнее еще по одной причине – легче добиться приемлемых характеристик усилия сжатия/отбоя. Для гражданских машин среднее значение1/3., т.е. усилие отбоя в три раза выше. Для спорта требования другие. Скорость и управляемость главное, а комфортабельность водителя никого не волнует, включая и самого водителя. Для асфальтовых гонок сжатие/отбой: 1/1, примерно, для раллийных допов до 1/6. Но в спортивных соревнованиях за универсальностью не гонятся, поэтому под свои условия – свои настройки. Чтобы было легче регулировать усилие сжатие/отбой, в однотрубных конструкциях применяется следующая хитрость: использование дополнительной выносной камеры. От этого нововведения сплошные плюсы – увеличивается объем жидкости и газа, получаем более стабильные характеристики и лучшее охлаждение, а также возможность легче регулировать сжатие/отбой – система клапанов между рабочим и дополнительным цилиндрами аналогична двухтрубной.
Не будем сейчас затрагивать принципы работы регулируемых демпферов и пневмостоек, тема отдельная, да и машины, ими оснащенные дороже, чем хотелось бы, а вот о принципах работы подвески, оснащенной обычными амортизаторами, поговорить желательно.
Масло из камеры в камеру перепускается двумя способами – с помощью дросселей и клапанов. И дроссель, и клапан работают на разных режимах движения автомобиля.
Дроссель представляет собой просто два калиброванных отверстия перекрытых с разных сторон перепускными клапанами. На сжатие работает один дроссель, на отбой другой. Протекание масла через дроссель ограничивается гидравлическим сопротивлением канала.
Клапаны устроены по-другому. Отверстия в поршне весьма приличные по размеру, но прикрыты с обеих сторон пакетом пружинных колец. Чем больше давление на поршень, тем больше проходит жидкости через такой клапан. Зачем?
При движении автомобиля в реальных условиях, возникает два вида колебаний: медленные(относительно, конечно) - старт, торможение, поворот на скорости, длинные асфальтовые волны и быстрые – ямы, камни, "стиральная доска".
У дросселей характеристика демпфирования прогрессивная – с увеличением нагрузки увеличивается сопротивление поршня, что хорошо для спортивных машин, к примеру. Меньше крены, клевки при разгонах/торможении, у колеса лучше контакт с поверхностью. Но. При наезде на серьезное препятствие дроссель не справляется с нагрузкой, амортизатор становится твердым телом и передает жесткий удар на кузов.
Чтобы такого не случилось и нужны клапаны. Вот они-то как раз и обладают дегрессивной характеристикой работы – чем больше давление, тем выше пропускающая способность. При наезде на серьезное препятствие через поршень проходит большой объем рабочей жидкости, колесо не теряет контакт с дорогой, а амортизатор не становится "колом" передавая удар на силовые элементы кузова.
В зависимости от предназначения автомобиля, дроссели и клапаны настраиваются соответствующим образом – для спорткаров и заряженных версий настройки одни, для седанов другие(в зависимости от размера и предназначения), для внедорожников и кроссоверов третьи. Абсолютного рецепта регулировок не существует, так же как и лекарства от всех болезней. Есть опыт, школа, позиционирование марки. Зачастую настройки профессионального внедорожника больше провоцируют на активную езду, чем не слишком удачные регулировки асфальтовой легковушки. Школа, что тут сказать. Важно правильно определить ту тонкую грань, когда дроссели и клапаны передают эстафету друг другу. Часто комфортный кроссовер не торопиться крениться на длинной асфальтовой дуге, хорошо держит дорогу и в то же время не досаждает тряской, а бывает и наоборот – на мелких неровностях трясет, а в поворотах машина беспомощно валится, пугая водителя и пассажиров. Так что такой немаловажный элемент как амортизатор играет не последнюю роль в том чувстве, которое называется "удовольствие от вождения".
