Амортизатори ohlins, запчастини та тюнінг в Харкові

Швидкий автомобіль немислимий без хороших амортизаторів - з цим твердженням, думається, не стане сперечатися ніхто. А в автоспорті, де боротьба йде за соті частки секунди, воно вірно подвійно. Недарма справжні гоночні амортизатори в усьому світі випускають лише кілька компаній. Одна з найвідоміших - шведська OHLINS. На прикладі її конструкцій ми і спробуємо розібратися, що ж це таке - гоночний амортизатор.

Але почнемо з простого. Для чого потрібен амортизатор і які принципи його роботи? У гоночному світі є тільки один автомобіль, взагалі не має амортизаторів, - це карт, у якого роль підвіски виконує гнучка рама. Як тільки у машини з'являється підвіска, обов'язковим її елементом стає амортизатор. Його завдання, на перший погляд, проста - не допускати розгойдування кузова і відриву коліс від дороги. Адже як тільки колесо наїжджає на нерівність, воно переміщається щодо кузова, деформуючи пружний елемент підвіски - пружину, ресору або торсіон. Ключове слово тут «пружний». Пружина, стискаючись, накопичує енергію, яку отримала підвіска при наїзді на нерівність, щоб потім «виплеснути» її при розтягуванні. Так виникають коливання, уникнути яких можна лише одним способом - поглинувши енергію, накопичену в пружному елементі. Для цього необхідно створити пружині додатковий опір, сдемпфірованноє її стиснення і розтягнення. Це завдання і виконує амортизатор.

У сучасному амортизаторі демпфірування осуще ствл яется за рахунок гідравлічного опору масла, що прокачується через вузькі канали. Найпростіший гідравлічний телескопічний амортизатор складається з циліндра, заповненого маслом, і поршня, щільно входить в нього. Поршень переміщається усередині циліндра під впливом штока, інший кінець якого закріплений на кузові, в той час як циліндр прикріплений до рухомої частини підвіски - важелю або опорі підшипника колеса. У поршні є клапани, через які може проходити масло. При стисненні підвіски шток переміщує поршень, і частина рідини з камери під ним перетікає через канал, розташований в поршні, в область над поршнем. При розтягуванні той же об'єм рідини перекачується назад. За рахунок гідравлічного опору в каналах поршня, енергія коливань перекладається в теплову енергію, кажучи простіше - йде в нагрів самого амортизатора.

Однак все так просто тільки на перший погляд. По-перше, розглянутий нами найпростіший варіант на практиці непрацездатний. Справа в тому, що при стисненні внутрішній обсяг циліндра зменшується за рахунок входить до нього штока. А оскільки масло не піддається стисненню, то його надлишки необхідно кудись дівати. Для них навколо робочого циліндра роблять ще один, який утворює компенсаційну порожнину, заповнену маслом тільки наполовину. Такі амортизатори називаються двотрубними, і ними комплектується більшість «цивільних» автомобілів.

Двотрубний амортизатор працює наступним (рис. 1) чином. При стисненні частина масла прокачується через клапани поршня в надпоршневую область. Інша частина, що відповідає обсягу вхідного в амортизатор штока, витісняється з робочою в компенсаційну порожнину через клапан, розташований на дні циліндра. Зазвичай саме він робить основний опір стисненню. При розтягуванні (інженери кажуть - відбої) масло, навпаки, витісняється з надпоршневій області через клапан з високим опором в поршні, а додатковий обсяг рідини підсмоктується з компенсаційної порожнини через донний клапан з дуже незначним опором.

Другий спосіб компенсації зміни обсягу робочої порожнини амортизатора - організація компенсаційної камери, заповненої газом під тиском. За таким принципом влаштований однотрубний газонаповнений амортизатор високого тиску (рис. 2). Всупереч побутового назвою «газовий», робочим тілом в такому амортизаторі є все теж масло, а зовсім не газ. Останній закачаний під великим тиском (до 30 бар) в камеру, ізольовану від робочої області розділовим поршнем. За рахунок стиснення газу здійснюється компенсація обсягу, що витісняється штоком амортизатора. При цьому і при стисненні, і при відбої амортизатора працюють клапани, розміщені в основному поршні. Свої переваги і недоліки є у всіх конструкцій. Головна біда двотрубних амортизаторів - вспенивание масла, яке відбувається при високій інтенсивності роботи. Крім того, «двухтрубнік» не може бути встановлений під кутом більше 45 градусів до вертикалі, інакше повітря з компенсаційної камери може потрапити в основну. Нарешті, при тому ж діаметрі амортизатора ефективна площа поршня у нього менше, ніж у однотрубного, і це погіршує характеристики демпфірування при малих ходах штока. Газонаповнений амортизатор позбавлений цих недоліків, його можна встановлювати будь-горизонтально, хоч «догори ногами» (так, до речі, часто і роблять, щоб зменшити безпружинні маси автомобіля). Тиск газового підпору дозволяє уникнути спінювання масла, а значить і різкого погіршення характеристик амортизатора. Нарешті, в однотрубному амортизаторі масло краще охолоджується, що сприяє збереженню стабільних характеристик демпфірування незалежно від погодних умов і навантаження.

Однак є недоліки і у «однотрубніка». По-перше, при рівному робочому ході довжина газонаповненого амортизатора більше, ніж двотрубного. По-друге, при великих ходах і товстому штоку (наприклад, у випадку зі стійками McPherson, де він служить напрямних елементом) газовий підпір, який і в статиці помітно піднімає автомобіль, починає грати роль додаткової пружини, причому з нелінійними характеристиками, що може негативно позначатися на характері керованості автомобіля. Тому однотрубні стійки McPherson часто роблять перевернутими (рис. 3). У них роль направляючого елемента виконує корпус амортизатора. Нарешті, головною перешкодою для масового застосування однотрубних амортизаторів є їх більш висока ціна. Хоча в конструкції менше деталей, але точність їх виготовлення вище на порядок. Головна проблема - ущільнення штока, яке повинно стримувати масло, що знаходиться під високим тиском (у «двухтрубніков» навіть при ході відбою сальник штока не відчуває тиску масла). Для цього необхідно виготовити шток, шорсткість поверхні якого повинна бути не більше 0,1 мікрона!

У гонках газонаповнені амортизатори вже давно і повністю витіснили двотрубні. Адже на якості в автоспорті економити не прийнято, а ось навантаження на амортизатори, особливо в ралі і позашляхових гонках, можуть бути воістину гігантськими. Всього один приклад: якщо температура масла навіть в спортивному двигуні рідко перевищує 150 градусів, то температура робочої рідини в гоночному амортизаторі часто виявляється на добрих сто градусів вище! Спортивний амортизатор може бути складної конструкції, дорогим і металомістких у виробництві. Головне, щоб він був міцним, легким, забезпечував, незважаючи на нагрів, високу стабільність характеристик і мав широкі діапазони регулювань. Єдине послаблення, яке дається гоночному амортизатора в порівнянні з «цивільним», - відсутність універсальності. Наскільки б широкими були діапазони регулювань, ніхто не вимагає, щоб одні й ті ж амортизатори добре працювали і на гравійному «частці», і на рівному асфальті. Для максимальної відповідності умовам цим жорстким вимогам, на багатьох гоночних амортизаторах застосовують виносні резервуари (рис. 4). Така конструкція - подальший розвиток звичайного газонаповненого амортизатора. Зовнішня камера, в якій розміщується розділовий поршень, дозволяє істотно збільшити обсяг масла і газу, що позитивно позначається на охолодженні амортизатора і стабільності його характеристик. Крім того, в магістралі, що з'єднує робочу порожнину з виносної камерою, розташовується система клапанів, що виконує ту ж роль, що і клапани в циліндрі двотрубного амортизатора. Це дозволяє простіше, ніж на звичайному газонаповнені амортизатори, зробити незалежними один від одного регулювання зусиль відбою і стиснення.

Втім, для настройки куди важливіше не конструкція самого амортизатора, а пристрій і параметри клапанів. Навіть геометричні розміри амортизатора визначають, за великим рахунком, тільки загальне навантаження, яке він може витримати, і його робочий хід. Недарма, вся гама амортизаторів, що випускаються фірмою Ohlins для автомобілів, мотоциклів і снігоходів, має всього чотири стандартних діаметра поршня - 28,36,44 та 46 мм. Причому на автомобілях, як правило, використовують найбільший, неважливо «формула» це чи машина для ралі-рейдів.

Щоб зрозуміти, як впливають параметри клапанів на характеристики амортизатора, давайте докладніше розглянемо принципи їх роботи. В цілому всі клапани можна розділити на два типи - дроселі та клапани, навантажені пружинами (рис. 5). Перші являють собою канали певної форми і перетину, протікання масла через які обмежується тільки їх гідравлічним опором. Щоб при стисненні і відбої рідина проходила по різних каналах, їх перекривають пропускними клапанами, що пропускають рідину тільки в одному напрямку, але не надають при цьому істотного власного опору.

Підпружинений клапан має свідомо більший перетин каналу, основний опір потоку створюється за рахунок зусилля пружин, що перекривають канал. В сучасних амортизаторах їх роль виконує пакет пружинних шайб, одягнутих на шток разом з поршнем. Ставлячи діаметр, товщину і кількість шайб у пакеті, можна варіювати характеристику роботи клапана.

Характеристики амортизатора, в цілому, визначаються як залежність зусиль стиснення і відбою від переміщення поршня і його швидкості. І якщо залежність зусилля від ходу може бути постійною, то друга залежність куди більш складна і важлива: саме вона формує характер демпфірування і, в кінцевому підсумку, впливає на керованість автомобіля. Швидкісна характеристика амортизатора визначається параметрами його клапанів, що мають принципово відрізняються характери. У дроселя яскраво виражена прогресивна характеристика опору - зі збільшенням швидкості руху поршня зусилля на ньому росте все сильніше. Клапан, навантажений пружинами, навпаки, при зростанні швидкості збільшує опір потоку все повільніше, тобто має так звану дегресивним характеристику (рис 6)

Який же характер потрібен автомобільному амортизатора? Це залежить від режиму його роботи. Робочий діапазон амортизатора умовно можна розділити на дві частини - з високою і низькою швидкістю руху поршня. Швидкого стиснення і розтягнення амортизатора відбувається при демпфіруванні дорожніх ям і нерівностей. Повільно поршень рухається при амортизації коливань кузова, що виникають внаслідок розгону, гальмування або крену автомобіля в повороті. Для кращого гасіння високошвидкісних коливань краще дегресивним характер амортизатора, оскільки при тому ж максимально що розвивається зусиллі ефективне демпфірування (тобто загальний обсяг енергії, що поглинається) у такого амортизатора вище. Якщо ж зробити характеристику прогресивної, то при швидкому проїзді нерівностей амортизатор буде «вставати колом», викликаючи удари в підвісці і, в кінцевому рахунку, руйнуючи кузов.

Перевагою прогресивної характеристики є те, що при малих швидкостях роботи амортизатора його зусилля невелика, що забезпечує більш м'яке кочення і кращий контакт колеса з дорогою, наприклад, при проїзді плавної хвилі. Реальні амортизатори, як правило, роблять такими, щоб вони мали прогресивну характеристику на малих швидкостях роботи і дегресивним - на великих (рис. 7). Досягається це поєднанням дроселів і пружних клапанів - перші починають працювати вже «з нуля», а другі відкриваються при досягненні в робочій порожнині амортизатора певного тиску. Відповідно, для регульованих амортизаторів зазвичай вказується, яку з областей - низько- або високошвидкісну - зачіпає регулювання! Для настройки характеристик дроселя змінюють перетин його каналу, а навантажений клапан зазвичай регулюється за рахунок зміни преднатяга пружин.

Розібравшись з принциповими відмінностями в характеристиках клапанів, можна зрозуміти різницю між амортизаторами для кільцевих гонок і для грунтового ралі. У першому випадку, основна робота амортизатора полягає в демпфіруванні низькошвидкісних коливань, що викликаються маневрами автомобіля. Важливо, як амортизатори протистоять кренів в поворотах, клювкам машини при розгоні і гальмуванні. Тому, у «кільцевих» амортизаторів основна увага приділяється налаштування дроселів відбою і стиснення. У ралі, навпаки, важливий хід амортизатора і хороше демпфірування різких ударів на нерівностях. В результаті, ралійні стійки мають яскраво виражену дегресивним характеристику, регульовану в високошвидкісний зоні.

У асфальтових і грунтових амортизаторів є і ще одна істотна відмінність в регулюванні. Важливий параметр демпфірування - співвідношення коефіцієнтів зусиль стиснення і відбою. В ідеальному випадку воно повинно дорівнювати одиниці - це зводить до мінімуму зміна навантаження на колесо при роботі підвіски і, відповідно, покращує його контакт з дорогою. В реальності зусилля стиснення зазвичай менше, ніж відбою, але якщо в кільцевих гонках співвідношення між ними близько до одиниці, то в ралі відбій може бути жорсткіше стиснення раз в п'ять-шість! На розбитих дорогах використовують дуже жорсткі, але длінноходниє пружини, при розтягуванні яких вивільняється багато енергії і її необхідно ефективно поглинати при ході відбою амортизатора. А надто високе зусилля амортизатора на стиск в поєднанні з такими пружинами призведе до того, що машина буде підстрибувати на нерівностях, втрачаючи контакт з дорогою.

Звичайно, ми торкнулися тільки верхівку айсберга під назвою «Налаштування амортизатора». У кожного гоночного інженера є в цій справі свої хитрощі і секрети, якими він не поспішає ні з ким ділитися. Адже перед ним стоїть нелегке завдання - підібрати під трасу, погодні умови, манеру водіння пілота оптимальні настройки амортизаторів, при тому, що ті мають кілька регульованих параметрів з безліччю положень. Зокрема, на найскладніших формульних амортизаторах Ohlins регулювання зусилля стиснення і відбою має 55 положень! Додайте сюди ще вплив обраного дорожнього просвіту, стабілізаторів поперечної стійкості, кутів підвіски, взаємний вплив налаштувань передньої і задньої осі і стане ясно, що правильна настройка підвіски - один з найважчих і найважливіших кроків до нагородної подіуму.

Текст Валерій Арутін