Соққы сіңіргіштер: Құрылысы, қағидалары және қолданылуы

Кіріспе

Механикалық компонент

Амортизатор немесе демпфер – соққы импульстарын сіңіріп, күшін басуға арналған механикалық немесе гидравликалық құрылғы. Ол соққының кинетикалық энергиясын басқа түрге (әдетте жылуға) айналдырып, оны таратып жібереді. Көптеген амортизаторлар – тұтқырлық үйкелісі арқылы қозғалысқа қарсы келетін демпфердің (қолөнер тақтасының) бір түрі болып табылады.

Сипаттама

Пневматикалық және гидравликалық амортизаторлар жаздықтар мен пружиналармен бірге қолданылады. Автомобиль амортизаторының ішінде майдың ішкі поршень арқылы ағынын басқару үшін серпімді қайтару клапандары мен саңылаулар болады (төменде қараңыз). Амортизаторды жобалау немесе таңдау кезіндегі маңызды фактор – энергияның қайда таралатыны. Көптеген амортизаторларда энергия тұтқыр сұйықтықта жылуға айналады. Гидравликалық цилиндрлерде гидравликалық сұйықтық қызып, ал ауа цилиндрлерінде ыстық ауа әдетте атмосфераға шығарылады. Электромагниттік типтегі басқа амортизаторларда таратылған энергия сақталып, кейін қолдануға болады. Жалпы алғанда, амортизаторлар көліктерді тегіс емес жолдарда серпіп жүруіне және дөңгелектерді жермен байланыста ұстауға көметеседі.

Көлік құралының аспасы

Көлік құралында амортизаторлар жолдың кедір-бұдыр беткейінде жүрген кездегі әсерді азайтады, бұл саяхат сапасын және көлік басқаруын жақсартады. Амортизаторлардың мақсаты аспаның шамадан тыс қозғалысын шектеу болғанымен, олардың негізгі мақсаты – серіппе тербелістерін басу. Амортизаторлар серіппелерден артық энергияны сіңіру үшін май және газдардың клапандарын пайдаланады. Серіппелердің қатаңдығын өндіруші көліктің жүктелген және жүктелмеген салмағына қарай таңдайды. Кейбір адамдар серіппелердің қатаңдығын өзгерту үшін амортизаторларды қолданады, бірақ бұл дұрыс емес. Олар, дөңгелектің гистерезисімен қатар, серіппесіз салмақтың жоғары және төмен қозғалысында сақталған энергияны да басады. Дөңгелектің секіруін тиімді басу үшін амортизаторларды оңтайлы қарсылыққа келтіру қажет болуы мүмкін. Серіппелі амортизаторлар көбінесе спиральді немесе жапырақты серіппелерді пайдаланады, бірақ бұралу амортизаторларында бұралу таяқшалары да қолданылады. Дегенмен, серіппелердің өзі амортизаторлар емес, өйткені олар энергияны тек сақтайды, бірақ оны таратып жібермейді немесе сіңірмейді. Көлік құралдары әдетте гидравликалық амортизаторлар мен серіппелерді немесе бұралу таяқшаларын қолданады. Осы комбинацияда "амортизатор" дегені – тербелісті сіңіретін және таратып жіберетін гидравликалық поршень. Қазіргі кезде композиттік аспалар негізінен екі дөңгелекті көліктерде қолданылады, ал төрт дөңгелекті көліктерде жапырақты серіппелер композиттік материалдан жасалады.

Құрылыс

Шок амортизаторлары – автомобильдің серпімділік жүйесінің маңызды бөлігі, олар жол аяқтылығын, тұрақтылығын және жалпы қауіпсіздікті арттыруға арналған. Дәлдік және инженерлік шеберлікпен жасалған амортизаторлар көптеген маңызды ерекшеліктерге ие. Ең көп таралған түрі – гидравликалық амортизатор, оған әдетте поршень, цилиндр және майға толы камера кіреді. Поршень цилиндрге еніп, цилиндрді екі бөлікке бөлетін поршень таяқшасымен байланыстырылады. Бір камера гидравликалық маймен, ал екінші камерада қысылған май немесе ауа болады. Көлік құралында соққы немесе діріл болған кезде поршень цилиндрге жылжиды, гидравликалық сұйықтықты кішкентай тесіктер арқылы өткізеді, қарсылық тудырады және энергияны жылу түрінде таратып жібереді. Бұл дірілдерді басаңдатып, автомобильдің одан әрі секіруін немесе шайқалуын азайтады. Амортизатордың құрылысы тиімділікті қамтамасыз ету үшін поршень дизайны, сұйықтықтың тұтқырлығы және құрылғының жалпы мөлшері сияқты ерекшеліктердің үйлесімділігін қажет етеді. Технология дамыған сайын газ және электр амортизаторлары сияқты басқа типтегі амортизаторлар пайда болды, олар басқаруды жақсартып, икемділікті арттырды. Көлік құралдарының динамикасы мен жолаушылардың жайлылығын үздіксіз жақсартуға байланысты амортизаторлардың дизайны мен өндірісі үнемі дамып келеді.

Ерте тарих

Көліктердің көпшілігі жапырақ серіппелерді пайдаланды. Бұл серіппелердің бір ерекшелігі – жапырақтар арасындағы үйкеліс белгілі бір деңгейде серіппелік әрекетті қамтамасыз етті. 1912 жылғы көлік аспасы туралы шолуда спиральді серіппелерде осы қасиеттің болмауы оларды негізгі серіппе ретінде қолдануды «мүмкін емес» етті. Дегенмен, жапырақ серіппесінің үйкелісімен қамтамасыз етілген серіппелік әрекет мөлшері шектеулі болды және серіппелердің жағдайына, сондай-ақ олардың құрғақ немесе ылғалды болуына байланысты өзгерді. Ол екі бағытта да әрекет етті. Мотоциклдердің алдыңғы аспасы шамамен 1906 жылдан бастап серіппелі Druid вилкаларын қабылдады, ал ұқсас конструкциялар кейіннен үйкеліс дискілі амортизаторлар мен айналмалы үйкеліс демпферлерін қосты, олар екі бағытта да серіппелік әрекетті қамтамасыз етті, бірақ оларды реттеуге болады (мысалы, 1924 жылғы Webb вилкалары). Бұл үйкеліс дискілі амортизаторлар көптеген автомобильдерге де орнатылды. Автомобильдердегі мәселелердің бірі – жеңіл және толық жүктелгенде серіппе салмағының үлкен өзгеруі, әсіресе артқы серіппелер үшін. Ауыр жүктелген кезде серіппелер төменге дейін түсіп кетуі мүмкін, ал резеңке «соққы тоқтату құрылғыларын» орнатудан басқа, жеңіл жүктелгенде жүруді тегістеу үшін ауыр негізгі серіппелерді қосымша серіппелермен пайдалануға тырысты, олар көбінесе «амортизаторлар» деп аталды. Серіппе мен көлік комбинациясы ерекше жиілікпен секіріп тұратынын түсінгеннен кейін, бұл қосымша серіппелер басқа кезеңмен жасалды, бірақ серіппе соққыға тап болғаннан кейін кері секіру орындықтың сыртына шығаруы мүмкін болған мәселені шешпеді. Қажет болған нәрсе – кері секіру кезінде әрекет ететін серіппелік әрекет. 1901 жылы C. L. Horock гидравликалық серіппелік әрекеттің жобасын ұсынса да, ол тек бір бағытта ғана жұмыс істеді. Ол бірден өндіріске енгізілмеді, ал Gabriel Snubber сияқты механикалық демпферлер 1900 жылдардың соңында орнатыла бастады (сондай-ақ ұқсас Stromberg Anti Shox). Бұл құрылғыда серіппелі серіппе әсерінен еркін оралатын, бірақ созылғанда үйкеліске ұшырайтын белдеу қолданылды. Gabriel Snubber 11.9 HP Arrol Johnston машинасына орнатылды, ол 1912 жылдың соңында Бруклендсте 6 сағаттық B классының рекордын жаңартты, ал Automator журналы бұл құрылғының жарыс үшін жеңіл салмағы мен оңай орнатылуына байланысты үлкен болашағы болуы мүмкін екенін атап өтті. Өндіріске енгізілген ең алғашқы гидравликалық демпферлердің бірі 1912 жылы Олимпиада автошоуында көрсетілді және Polyrhoe Carburettors Ltd. компаниясы сатты. Бұл конструкция, мүмкін, қолданыстағы көліктерге оңай орнатылуына байланысты таңдалды, бірақ бұл гидравликалық серіппелік әрекет негізгі жапырақ серіппесінің әрекетіне емес, тек агрегаттағы қосымша серіппесінің әрекетіне қолданылғанын білдірді. Негізгі жапырақ серіппесінің қозғалысына әсер ететін алғашқы гидравликалық демпферлер, бәлкім, 1908 және 1909 жылдары патенттелген Морис Ходейльдің бастапқы тұжырымына негізделген болуы мүмкін. Бұл құрылғыда гидравликалық түрде демптелген желпектерді қозғалтатын рычаг қолданылды. Үйкеліс дискілі демпферлерге қарағанда оның басты артықшылығы – ол кенеттен қозғалуға қарсы тұрады, бірақ баяу қозғалуға мүмкіндік береді, ал айналмалы үйкеліс демпферлері жабысып, қозғалыс жылдамдығына қарамастан бірдей кедергі жасайды. Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін ғана рычагтық демпферлерді коммерцияландыруда шамалы прогресс болды, содан кейін олар кеңінен қолданыла бастады, мысалы, 1927 жылғы Ford Model A стандартты жабдығы ретінде және Нью-Йорк штатының Буффало қаласындағы Houde Engineering Corporation компаниясы өндірді.

In common with carriages and railway locomotives, most early motor vehicles used leaf springs. One of the features of these springs was that the friction between the leaves offered a degree of damping, and in a 1912 review of vehicle suspension, the lack of this characteristic in helical springs was the reason it was "impossible" to use them as main springs. However the amount of damping provided by leaf spring friction was limited and variable according to the conditions of the springs, and whether wet or dry. It also operated in both directions. Motorcycle front suspension adopted coil sprung Druid forks from about 1906, and similar designs later added Friction disk shock absorber rotary friction dampers, which damped both ways but they were adjustable (e. g. 1924 Webb forks). These friction disk shock absorber s was also fitted to many cars. One of the problems with motor cars was the large variation in sprung weight between lightly loaded and fully loaded, especially for the rear springs. When heavily loaded the springs could bottom out, and apart from fitting rubber 'bump stops', there were attempts to use heavy main springs with auxiliary springs to smooth the ride when lightly loaded, which were often called 'shock absorbers'. Realizing that the spring and vehicle combination bounced with a characteristic frequency, these auxiliary springs were designed with a different period, but were not a solution to the problem that the spring rebound after striking a bump could throw you out of your seat. What was called for was damping that operated on the rebound. Although C. L. Horock came up with a design in 1901 that had hydraulic damping, it worked in one direction only. It does not seem to have gone into production right away, whereas mechanical dampers such as the Gabriel Snubber started being fitted in the late 1900s (also the similar Stromberg Anti Shox). These used a belt coiled inside a device such that it freely wound in under the action of a coiled spring but met friction when drawn out. Gabriel Snubbers were fitted to an 11.9HP Arrol Johnston car which broke the 6 hour Class B record at Brooklands in late 1912, and the Automator journal noted that this snubber might have a great future for racing due to its light weight and easy fitment. One of the earliest hydraulic dampers to go into production was the Telesco Shock Absorber, exhibited at the 1912 Olympia Motor Show and marketed by Polyrhoe Carburettors Ltd. This layout was presumably selected as it was easy to apply to existing vehicles, but it meant the hydraulic damping was not applied to the action of the main leaf spring, but only to the action of the auxiliary spring in the unit itself. The first production hydraulic dampers to act on the main leaf spring movement were probably those based on an original concept by Maurice Houdaille patented in 1908 and 1909. These used a lever arm which moved hydraulically damped vanes inside the unit. The main advantage over the friction disk dampers was that it would resist sudden movement but allow slow movement, whereas the rotary friction dampers tended to stick and then offer the same resistance regardless of speed of movement. There appears to have been little progress on commercialising the lever arm shock absorbers until after World War I, after which they came into widespread use, for example as standard equipment on the 1927 Ford Model A and manufactured by Houde Engineering Corporation of Buffalo, NY.

Көліктердің соққыны шамалы шамалы тоқтау құрылғыларының түрлері

Көліктердің көпшілігіндегі амортизаторлар екі түтік немесе бір түтік конструкциясында жасалған, олардың ішінде шамалы өзгерістер кездеседі.

Негізгі қос түтік

Бұл құрылғы екі біріктірілген цилиндрлі түтікшені құрайды, ішкі түтікше "жұмыс түтігі" немесе "қысым түтігі" деп аталады, ал сыртқы түтікше "қосалқы түтікше" деп аталады. Құрылғының төменгі жағында ішкі бөлігінде қысым клапаны немесе негізгі клапан орналасқан. Жолдағы бұдырлар пістонды жоғары немесе төмен жылжытқанда, гидравликалық сұйықтық пістондағы кішкентай тесіктер немесе "орifice-тер" арқылы және клапан арқылы әртүрлі камералар арасында қозғалып, "соққы" энергиясын жылуға айналдырады, одан кейін осы жылу таратылуы керек.

Екі түтік газбен зарядталған

"Газ жасушасы екі түтік" немесе осы сияқты аталатын бұл конструкция, қарапайым қос түтік түрінен маңызды қадам болды. Оның жалпы құрылымы қос түтікке өте ұқсас, бірақ қосалқы түтікке азот газының төмен қысымды заряды қосылады. Бұл өзгерістің нәтижесінде "көпіршіктену" немесе "аэрация" айтарлықтай төмендеді – қос түтік қызып, істен шығуының қолайсыз салдары, ол құрастырмадан көпіршіктейтін гидравликалық сұйықтық түрінде көрінеді. Газбен толтырылған қос түтік амортизаторлары қазіргі заманғы көліктердің көп бөлігінде бастапқы аспап ретінде қолданылады.

Орындылықты сезгіш демпинг

Көбінесе "PSD" деп қысқартылатын бұл конструкция, екі түтікпен жұмыс істейтін амортизатордың тағы бір дамуы болып табылады. ПСД амортизаторында, құрамында екі біріне енген түтік пен азот газы сақталатын, қысым түтігіне ойықтар жиынтығы қосылған. Бұл ойықтар поршеньге қозғалыс орташа диапазонында салыстырмалы түрде еркін жылғалуға мүмкіндік береді (яғни, көшеде немесе тас жолда жиі қолданылатын режим, инженерлер бұл "комфорт аймағы" деп атайды) және поршеньнің жоғары-төмен қозғалысы күшейген кезде, тегіс емес беттерде поршеньнің қозғалысы шектеулі болады. Бұл, жүргішті көліктің қозғалысын жақсырақ бақылауға мүмкіндік береді, сондықтан комфорт аймағының екі жағындағы диапазон "бақылау аймағы" деп аталады. Осы жетістік автомобиль жасаушыларға нақты марка мен модельге арналған амортизатор жасауға, сондай-ақ көліктің мөлшері мен салмағы, маневрлеу қабілеті, ат күші сияқты факторларды ескере отырып, тиімді амортизатор құруға мүмкіндік берді.

Жылдамдануға сезімтал тұндыру

Амортизаторлардың дамуының келесі кезеңі – жағдайдың "соқпақтыдан" "тегіс" күйге өзгеруіне ғана емес, сонымен қатар жолдағы жеке-жеке тоқылдақтарға дерлік бірден реакция жасай алатын амортизаторды жасау болды. Бұл қысым клапанының конструкциясындағы өзгерістер арқылы іске асырылды және "үдеуге сезімтал демпферлеу" немесе "ASD" деп аталды. Бұл "қолайлылық пен басқару арасындағы" қақтығыстың толық жойылуын қамтамасыз етумен қатар, көлік тежелу кезіндегі тік қозғалысты және бұрылыс кезіндегі қисайюды да азайтады. Дегенмен, ASD амортизаторлары көбінесе көлік құралына кейіннен орнатылатын өзгерістер ретінде ғана қолжетімді және оларды тек шектеулі сандардағы өндірушілерден ғана алуға болады.

Қайта айналдыру

Бұрандалы амортизаторлар көбінесе спиральді серіппелердің ішінде орналасқан қос түтік газбен толтырылған амортизаторлар болып табылады. Олар мотоциклдер мен скутерлердің артқы аспаларында жиі кездеседі және автомобильдердің алдыңғы және артқы аспаларында кеңінен қолданылады.

Монотүтік

Екі түтікшелі конструкцияға негізгі дизайндық балама – 1950 жылдары пайда болған кезде революциялық жетістік деп саналған монотүтік соққы сілкіндіргіш. Аталымынан көрінетіндей, монотүтік соққы, газбен қысымдалған соққы және серіппелі конструкцияда да келетін бұл құрылғы, екі поршені болғанымен, тек бір түтік – қысым түтігінен тұрады. Бұл поршеньдер жұмыс поршені және бөлуші немесе қозғалмалы поршень деп аталады, және олар жолдың тегіс еместігіне байланысты қысым түтігінің ішінде бір-бірімен үйлесімді қозғалады. Екі поршень соққының сұйық және газ компоненттерін толық бөліп тұрады. Монотүтік соққы сілкіндіргіш әдетте екі түтікшелі соққыға қарағанда әлдеқайда ұзын болады, сондықтан оны екі түтікшелі соққыға арналған жолаушылар көліктеріне орнату қиын. Дегенмен, екі түтікшелі соққыдан айырмашылығы, монотүтік соққыны кез келген жаққа орнатуға болады – ол бағытқа тәуелді емес. Онда сығу клапаны да жоқ, оның орнын бөлуші поршень атқарады, және ол азот газымен толтырылғанымен, монотүтік соққыдағы газ жоғары қысымда (шамамен 260-360 фунт/квадрат дюйм) болады, бұл оған көліктің бір бөлігінің салмағын көтеруге көмектеседі, мұндай мүмкіндік басқа соққы сілкіндіргіште жоқ. Mercedes 1958 жылдан бастап өз машиналарын бірінде стандартты жабдық ретінде монотүтік соққыларды орнатушы алғашқы автокөлік өндірушісі болды. Олар Bilstein компаниясымен өндірілді, дизайны патенттелді және алғаш рет 1954 жылы пайда болды. Патент болғандықтан, 1971 жылға дейін басқа өндірушілер оны пайдалана алмады. Шпульді клапанды монотүтік, екі түтік және/немесе орналасуға сезімтал конструкциямен қолдануға болады және электрондық басқарумен үйлесімді. Multimatic компаниясының 2010 жылғы патенттік өтінімінде айтылған басты артықшылық – икемді пластиналарға байланысты өнімділіктегі белгісіздікті жою, нәтижесінде математикалық тұрғыдан болжамды, қайталанатын және сенімді қысым ағыны сипаттамаларына қол жеткізіледі.

Ерекшеліктері

Кейбір амортизаторлар клапанды басқару арқылы, амортизаторда қарастырылған қолмен реттеуге мүмкіндік беру арқылы жүрудің жағдайын өзгертуге мүмкіндік береді. Көбінесе қымбат көліктерде клапандар қашықтан реттеліп, жүргізушіге көлік қозғалып тұрғанда жүруді қалауынша өзгертуге мүмкіндік береді. Сенсорларға реакция жасайтын компьютерлік динамикалық клапанды басқару арқылы қосымша басқару мүмкін болады, бұл қажет болғанда тегіс жүруді де, берік аспаны да қамтамасыз етеді, сондай-ақ жүру биіктігін реттеуге немесе тіпті басқаруға мүмкіндік береді. Жүру биіктігін басқару, әсіресе, кейде қиын жолдарда жүретін тас жол көліктері үшін маңызды, себебі бұл жоғары жылдамдықты жолдарда көлікті төмендету арқылы басқаруды жақсартуға және аэродинамикалық қарсылықты азайтуға көмектеседі.