Гидроамортизаторы

Введение

Гидравлический амортизатор — устройство для гашения колебаний (демпфирования) и поглощения толчков и ударов подвижных элементов (подвески, колёс), а также корпуса самого транспортного средства, посредством превращения механической энергии движения (колебаний) в тепловую.
Трудно себе представить, как бы ехал автомобиль, и какие ощущения испытывали бы находящиеся в салоне водитель и пассажиры, если бы транспортное средство не было оборудовано специальными устройствами, способными погасить, или хотя бы максимально снизить колебательные движения передаваемое пружинами, рессорами, торсионами. С этой целью применяются гидравлические амортизаторы, совершенно обосновано их считают одним из важнейших элементов автомобильной подвески, они предназначены для устранения вертикальных раскачиваний кузова.
Актуальность темы реферата заключается в том, что гидравлические амортизаторы получили наибольшее распространение и в связи с повышенными требованиями к плавности хода гидравлические амортизаторы стали одним из основных элементов подвески современных автомобилей.
Цель работы – более полное изучение гидравлических амортизаторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть общие сведения и гидравлических амортизаторах, виды гидравлических амортизаторов, а также гидроамортизаторы с ручной и автоматической регулировкой.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (три главы), заключение и библиографический список, состоящий из семи источников литературы.


1. Общие сведения о гидроамортизаторах
1.1 Применение и работа
Гидравлические амортизаторы применяются совместно с упругими элементами пружинами или рессорами, торсионами, подушками и т. п. для гашения свободных колебаний больших масс и предотвращения высоких относительных скоростей меньших масс, связанных упругими элементами.
Не следует путать внешне похожие гидравлический трубный амортизатор и газовую пружину. Последние также часто встречаются в автотехнике и быту, но имеют другое назначение (а именно — создание толкающего усилия на штоке, например, для удержания в открытом положении капота или крышки багажника автомобиля).
Гидравлические амортизаторы получили наибольшее распространение. В гидравлических амортизаторах сила сопротивления зависит от скорости перемещения штока. Рабочее тело — масло (оно также является смазкой). Принцип гидравлического амортизатора заключается в возвратно-поступательном движении поршня гидравлического амортизатора, поршень через перепускной клапан вытесняет масло из одной камеры в другую, превращая механическую энергию в тепловую.1
Жёсткость гидравлических амортизаторов зависит от начальной настройки перепускных клапанов (для гидравлических амортизаторов массового предназначения начальную настройку задаёт производитель на заводе однократно на всё время эксплуатации; в гидравлических амортизаторах спортивного назначения жёсткость может регулировать пользователь), изначальной вязкости жидкости (масла) и температуры окружающей среды которая влияет на вязкость амортизаторной жидкости (масла).
1.2 Односторонний и двухсторонний амортизаторы
Односторонний амортизатор
У гидравлического амортизатора такого типа сопротивление при ходе, соответствующем сжатию подвески, незначительно, а основное поглощение энергии происходит при отбое. Благодаря этому они обеспечивают несколько более плавный ход, однако с ростом неровностей дороги и скорости подвеска не успевает занять исходное положение до следующего срабатывания. это приводит к пробоям и заставляет водителя снизить скорость. С появлением около тридцатого года прошлого столетия гидравлических амортизаторов двойного действия одноходовая конструкция постепенно вышла из употребления.
Двусторонний амортизатор
Гидравлический амортизатор, который действует (работает) в двух направлениях, то есть гидравлический амортизатор поглощает энергию при движении штока в обе стороны, передавая, однако, при этом и некоторую часть усилия толчков на кузов при прямом ходе. Такая конструкция гидравлического амортизатора эффективнее, чем амортизатор односторонний, в том смысле, что может быть построена с учётом необходимого компромисса между плавностью хода и стабильностью автомобиля на дороге. Для скоростных автомобилей характерны более «жёсткие» настройки, для комфортабельных пассажирских — более «мягкие», где большая часть работы гидравлического амортизатора приходится на «отбой».
На автотранспорте, как правило, эффективность хода сжатия гидравлического амортизатора (сжатие, наезд колесом на препятствие) делают меньше, чем эффективность хода отбоя (обратного движения). В этом случае при сжатии амортизатор меньше передаёт толчки от неровностей на кузов, и при растяжении «придерживает» колесо от ударов его о дорогу.
1.3 Классификация гидроамортизаторов
Гидравлические амортизаторы делятся на несколько подвидов:
• По конструкции:
• рычажные (распространённые до пятидесятых-шестидесятых годов);
• двухтрубные (основной тип в настоящее время);
• однотрубные (получают распространение).
• По давлению внутри гидравлического амортизатора:
• без газового подпора (в обиходе их называют просто масляными);
• с газовым подпором низкого давления;
• с газовым подпором высокого давления.
Газовый подпор, как правило, слабо влияет на жёсткость гидравлического амортизатора, но значительно увеличивает стабильность характеристик в условиях сильных нагрузок за счет меньшего вспенивания масла; при повседневной езде разница совершенно незаметна.


2. Гидравлические амортизаторы
2.1 Гидравлические рычажные
В тридцатые годы фрикционные амортизаторы постепенно стали уступать место гидравлическим амортизаторам, однако последние мало напоминали привычные современным автомобилистам телескопические амортизаторы.
Первые гидравлические амортизаторы изготавливались по патенту Мориса Худейи (Рисунок 2.1), полученному им ещё около одна тысяча девятисот шестого года, но в то время оставшемуся невостребованным.


Рисунок 2.1 - Амортизатор типа Houdaille

Они представляли собой цилиндрический корпус, заполненный маслом, внутри которого вращалось на оси колесо с четырьмя лопатками. Имевшиеся в лопатках калиброванные отверстия (на поздних моделях — отверстия с клапанами) создавали сопротивление потоку жидкости, возникающему при повороте оси, обеспечивая тем самым демпфирование. Корпус такого гидравлического амортизатора неподвижно устанавливался на раме автомобиля, а на выходящую из него ось одевался рычаг, шарнирно соединённый с деталями подвески. Перестановкой рычага можно было регулировать жёсткость гидравлического амортизатора. Впоследствии конструкция гидравлических амортизаторов данного типа была усовершенствованна, появилось дистанционное управление жёсткостью из салона, что было полезно на тогдашних плохих дорогах. Однако в целом, данная конструкция отличалась невысокой эффективностью и была сложна в производстве из-за необходимости обеспечения очень точной подгонки деталей гидравлического амортизатора друг к другу, а также была практически неремонтопригодна даже в условиях оборудованной мастерской. Тем не менее, Ford использовал их на своих автомобилях до конца сороковых годов

. Из отечественных автомобилей использовались на ГАЗ-А.2
Несколько позже появились рычажные гидравлические амортизаторы поршневого типа (Рисунок 2.2), в которых рычаг посредством кулачкового или кривошипного механизма приводил в движение поршень (в гидравлических амортизаторах одностороннего действия) или поршни (двустороннего действия), создававшие ток жидкости, а демпфирование обеспечивали установленные в корпусе гидравлического амортизатора клапаны, оказывавшие сопротивление перетеканию жидкости из одной полости в другую.


Рисунок 2.2 - Рычажный гидравлический амортизатор

Такие рычажные гидравлические амортизаторы допускали настройку усилия при сжатии и отбое в широких пределах за счёт замены клапанов, которые обычно устанавливались на их корпусе снаружи за винтовыми заглушками. Так, на всех послевоенных легковых автомобилях ГАЗ с рычажными гидравлическими амортизаторами задние гидравлические амортизаторы имели идентичную конструкцию (Рисунок 2.3), а отличались только клапанами (то есть, настройкой) и рычагами, которые рассчитаны на различные конфигурации подвески. После появления в середине тридцатых годов прошлого века годов независимых передних подвесок на двойных поперечных рычагах такие рычажные гидравлические амортизаторы нередко стали встраивать в их верхние рычаги.

Рисунок 2.3 - Задний рычажный амортизатор ГАЗ М-21И

Наряду с этим, для поршневых рычажных гидравлических амортизаторов также были характерны определённые недостатки, в первую очередь — у рычажных гидравлических амортизаторов сравнительно высокая себестоимость, которая обусловлена большой металлоёмкостью и необходимостью механической обработки высокого класса точности для изготовления многих узлов рычажного гидравлического амортизатора, в частности — пары «цилиндр-поршень». Кроме того, из-за несовершенного уплотнения оси рычажного гидравлического амортизатора нередки были утечки рабочей жидкости из изношенных гидравлических рычажных амортизаторов, что, впрочем, не выводило их из строя мгновенно и обычно исправлялось заменой уплотнения. За исключением элементарных работ по замене уплотнений и клапанов, рычажно-поршневые гидравлические амортизаторы были практически неремонтопригодны вне заводских условий из-за высокой точности изготовления многих деталей, даже производить их полную разборку без большой необходимости в этом считалось крайне нежелательным.
В конце тридцатых годов их стали постепенно теснить близкие к современным трубчатые гидравлические амортизаторы так называемого «авиационного типа», более дешёвые и технологичные в производстве, а также обладавшие большей стабильностью характеристик при движении на высокой скорости благодаря лучшей способности рассеивать тепло. Тем не менее, рычажные гидравлические амортизаторы оставались популярны и в первое послевоенное десятилетие, а на некоторых автомобилях рычажные гидравлические амортизаторы использовались вплоть до шестидесятых годов. В настоящее время рычажные гидравлические амортизаторы можно встретить только в подвеске бронетехники.3
2.2 Гидравлические двухтрубные
Двухтрубный гидравлический амортизатор состоит из двух соосных (одна в одной) труб, внешняя из которых является корпусом, внутренняя заполнена рабочей жидкостью и в ней перемещается поршень с клапанами. Пространство между трубами двухтрубного гидравлического амортизатора заполнено запасом жидкости для охлаждения и компенсации утечек, а также воздухом — для компенсации изменения объёма (температурное расширение жидкости и вход-выход штока).


Рисунок 2.4 – Гидравлический двухтрубный амортизатор

Применяются двухтрубные гидравлические амортизаторы в подвеске автомобилей для спокойного и размеренного движения без резких поворотов и торможений. Предназначены двухтрубные гидравлические амортизаторы для работы в условиях хороших дорог.
В автоспорте гидравлические амортизаторы двухтрубной конструкции не применяются, поскольку не соответствуют требованиям снижения неподрессоренных масс, стабильности, надёжности и рабочего ресурса в условиях проведения спортивных мероприятий. Исключением является, пожалуй, только дрифтинг (Рисунок 2.5), где могут применяться двухтрубные гидравлические амортизаторы с повышенным давлением компенсационного газа(около шести - восьми атмосфер), поскольку соревнования проходят только на очень ровном дорожном покрытии и невысоких скоростях.

Рисунок 2.5 – Дрифтинг

Достоинства:
Относительная простота изготовления и ремонта двухтрубного гидравлического амортизатора.
• Приемлемые рабочие характеристики (в том числе надёжность) для большинства применений в транспорте двухтрубных гидравлических амортизаторов
• Отсутствие выступающих деталей двухтрубного гидравлического амортизатора — может устанавливаться внутри пружины подвески.
• Малое давление внутри и соответственно требования к уплотнению штока двухтрубного гидравлического амортизатора. В основном именно это обосновывает их низкую стоимость и более дешёвые материалы для изготовления двухтрубного гидравлического амортизатора.
• При небольшом пропускании запаса масла в гидравлическом амортизаторе может хватить на несколько лет при полном сохранении работоспособности гидравлического двухтрубного амортизатора (но ухудшении охлаждения).
Недостатки:
• При высоких нагрузках (плохие дороги, бездорожье или спортивные заезды) масло и компенсационный газ в полости двухтрубного гидравлического амортизатора перемешиваются и образуют пену, препятствующую охлаждению гидравлического амортизатора. Перегретый гидравлический двухтрубный амортизатор теряет свои характеристики и автомобиль становится опасно менее управляемым.
• При движении в сложных условиях в данной конструкции гидравлических двухтрубных амортизаторов (плохие дороги, бездорожье) установлена высокая вероятность возникновения кавитации, причём, чем ниже давление компенсационного газа, тем выше эта вероятность. Возникновение данного явления приводит к быстрому выходу из строя гидравлического двухтрубного амортизатора, а также повреждения других деталей подвески — как следствие выхода из строя первых.
• При износе характеристики гидравлических двухтрубных амортизаторов данной конструкции ухудшаются очень плавно и незаметно для водителя, вследствие чего необходимо более тщательно контролировать их работоспособность двухтрубного гидравлического амортизатора.
• На высоких скоростях из-за недостаточной скорости реакции гидравлического двухтрубного амортизатора на неровности, управляемость автомобиля резко падет.
• Несколько увеличивают вероятность возникновения аквапланирования.
• При установке в подвеску автомобиля максимальный угол наклона без резкого снижения работоспособности сорок пять градусов к вертикали. Перед установкой двухтрубного гидравлического амортизатора обязательна «прокачка» — для удаления пузырьков газа из рабочей полости.
• Должен устанавливаться двухтрубный гидравлический амортизатор только корпусом вниз (штоком «А» вверх), что ухудшает характеристики подвески (увеличение неподрессоренных масс).
• Хранить и перевозить двухтрубный гидравлический амортизатор необходимо только в вертикальном положении.4

2.3 Гидравлические однотрубные
Гидравлические однотрубные амортизаторы представляют из себя трубу, заполненную рабочей жидкостью (Рисунок 2.6), в которой перемещается поршень с клапанами