Май 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Апр    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Известные конструкции однотрубных амортизаторов, показан­ные на рис. 76, делятся на два основных типа: 1) с низким давле­нием газа в компенсационной камере (до 1 ат или несколько больше); 2) с высоким давлением газа в компенсационной камере (от 10 ат и выше). Амортизаторы первого типа имеют много общего с двухтрубными амортизаторами в осуществлении рабочего про­цесса. В тех и других амортизаторах, кроме рабочих (разгрузоч­ных) клапанов, имеются также впускные и перепускные клапаны, при помощи которых заполняются жидкостью пространства под поршнем и над ним и тем самым подготовляются рабочие процессы при сжатии и отдаче. В однотрубных амортизаторах второго типа

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Рис. 76. Конструк­ции однотрубных амортизаторов и схемы их работы:

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВА — Телафло (Анг­лия), компенсацион­ная камера сообщает­ся с атмосферой; б— Аленкан (Франция), компенсационная камера с низким дав­лением газа; в—Бил — штейн (ФРГ), компен­сационная камера с высоким давлением газа (азот 20 —

25 ат) — система Де Карбона; / — компен­сационная камера;

2 — разделительная перегородка с клапа­нами; 3 — клапан сжатия; 4 — впускной клапан; 5—поршень; € — клапан отдачи; 7—перепускной кла­пан; 8 — рабочий ци­линдр; 9 — шток;

10 — узел уплотне­ния и направляющая;

11 — клапан сжатия;

12 — клапан отдачи;

13 — разделительный поршень; А н Б — жидкость соответст­венно под низким и высоким давлениями;

Условные обозначения:

подпись: условные обозначения:В — воздух (газ)

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Функции компенсационной камеры выполняет газовая подушка, отделенная от жидкости разделительным поршнем или эластичной диафрагмой. Амортизаторы этого типа получили название гидро­пневматических (ГПА). Различия в работе однотрубных аморти­заторов отражаются на рабочих диаграммах. На рис. 77, а диа­граммы получены в условиях непрерывной работы. Изменение формы диаграммы (кривые 1—5) связано с увеличением давле­ния рг вследствие нагрева и расширения жидкости. Диаграммы (рис. 77, б) амортизатора второго типа смещены относительно нулевой линии (Ра = 0).

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

А — типа Аленкан (при нагреве; хзп тах = 40 см/секу, б — с высоким давлением газа в компенсационной камере; / — при Т = 20° С; 2 — при Т = 50° С; 3 — прн Т = 75° С; 4 — при Т = 100° С; 5 — при Т = 140° С; 6 — нормальная; 7 — прн отсутствии гидра­влического сопротивления; 8 — при уравновешенной составляющей силы упругости

Характеристики однотрубных амортизаторов также суще­ственно отличаются одна от другой. Поэтому оценка параметров ГПА весьма затруднена.

Рассмотрим рабочий процесс однотрубного амортизатора. В статике давление сжатого газа рг передается через разделитель­ный поршень и воспринимается всей жидкостью в рабочем ци­линдре:

Рх = Ра = Рг — — пг5- > (138)

Ц

Где Ярп — сила трения в уплотнении разделительного поршня; гц — площадь рабочего цилиндра (поршня).

Поэтому амортизатор создает постоянно действующую силу упругости

Ру = (Рг — Ра) /ш — Ярп-р^ — Рпш, Ру^О, (139)

Где /ш — площадь штока;

Ра — атмосферное давление;

Япш — сила трения в уплотнениях поршня и штока.

При Ру > 0 однотрубные амортизаторы второго типа, находясь в свободном состоянии, самопроизвольно растягиваются.

При работе амортизатора жидкость перетекает через дроссе­лирующую систему в поршне штока, и расход жидкости при нор­мальном осуществлении рабочего процесса (сжатие, отдача)

^ = (140)

В результате возникает перепад давлений Ар, причем при сжатии р! < р2 и Дрс = р2 — ри а при отдаче рх >р2 и Ар0 = = Р1 — Рг-

Условие нормальной работы однотрубных ГПА удовлетво­ряется при р1 > рп. Следовательно, на ходе сжатия, если р2 ^ рг (пренебрегая инерцией разделительного поршня и его трением о стенки цилиндра),

Лрс<р2— Рп ИЛИ Дре < Рг — рп — (141)

При отдаче такое положение, чтобы рх = р2 + Ар0 было меньше рп, практически исключено, если амортизатор исправен.

Сопротивление амортизатора без учета сил трения равно сумме силы неупругого (жидкостного) сопротивления и силы упругости, обусловленной давлением газа. Убедимся в этом, при­нимая рх — р2 — (при сжатии) и рх = р2 + Др„ (при отдаче), а также заменяя р2 величиной рг:

Л: = РгРц — (р2 — ДРс) (/^ — /ш) — Ра/ш ^ Дре (^ — /ш) +

TOC o "1-5" h z + (рг —ра)/ш; (142)

Р0 = (Рг ±Р») (Рц /ш) р2^ц Ра/ш ^ ДРо (^ц /ш)

~(Ре-Ра) и (143)

Давление газа в компенсационной камере непостоянно и за­висит от конструктивных параметров. Статическое давление газа р’ в общем случае зависит: от величины начального давления рг0 зарядки, которое определяется при полностью растянутом амор­тизаторе и нормальных условиях; от величины объема штока Уш = }Ш1Ш, находящегося в рабочем цилиндре; от величины объема компенсационной камеры и от температуры / нагрева газа.

Объем компенсационной камеры при полностью растянутом ГПА

Укк = Рци (144)

Где — расстояние от разделительного поршня до торца ци­линдра.

При среднем положении поршня штока (1Ш = 1Ш0) и переме­щении X

‘ VКкТ 1 т /1 А с

Ре-Рго (УКК-УШ)Т0 ~Рг° /ш /шй^Г’1^-

Рц ‘ и

/ — кривошипно-шатунный привод колебателя; 2— ползун-колебатель; 3 — кронштейн колебателя; 4 — уравновешивающий амортизатор (без клапанов); 5 — испытуемый амортизатор; 6 — упругий элемент измерительного устройства; 7 — шариир коромысла; 8— коромысло с плечами Ьх *= Ь2; 9 — стрелка с пишущим устройством; 10 — экран колебателя, на котором записы­вается рабочая диаграмма

1*0

Ь ШрпЪрп

-Ро-РУс (149)

Їш

Рц

Ідіо 4~ х 1о

В динамике давление газа зависит от тех же факторов и, кроме того, от показателя степени п политропичности процесса:

Рг — Рго 7—— і 7———- (146)

( , _[ш_ 1шо — І—ДС я То ‘ >

Рц’ и )

Если учесть силу инерции разделительного поршня с массой и трение в его уплотнении, то получим давление в жидкости:

Т

■рп

— X )"

Рц

Ііио х

(-

Л

Р 2 = Рго

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Х-А

1 пи

 

Рп

 

(147)

 

С учетом указанных особенностей ГПА на рис. 77 обозначены силы упругости амортизатора: Рукй — в начальном положении, Руь — в кон­це хода /г = 2дг0 при медленном сжа­тии и Р4,й — при быстром сжатии.

Упрощенные выражения полной силы сопротивления ГПА получим, пренебрегая силами трения, инер­ционным сопротивлением жидкости, вторым членом в выражении (147) и принимая Т = Т0, а п = 1:

 

{Рц — /ш) +

 

Рис. 78. Схема стенда для испы­таний однотрубного амортиза­тора с уравновешиванием упру­гой составляющей силы сопро­тивления:

 

+ Рг>

 

И

Рц

 

(^ — Ы —

 

Ро

 

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

-Р го­

 

При испытаниях однотрубных ГПА (рис. 78) упругая составляющая силы сопротивления может быть уравновешена простым способом. Для этой цели одновременно испытываются два однотипных амортизатора, укрепленных одними концами на ползуне колеба­теля, а другими— на противоположных плечах коромысла изме­рительного устройства. При этом из одного амортизатора выни­маются клапанные устройства, вследствие чего он создает при

 

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Испытаниях лишь силы упругости и трения, которые урав­новешивают силу упругости и трения другого амортизатора. Та­ким образом регистрируется только неупругая составляющая силы сопротивления ГПА (диаграмма 8 на рис. 77). Эта диаграмма практически ничем не отличается от обычных рабочих диаграмм двухтрубного или однотрубного амортизатора первого типа.

Особенности рабочего процесса ГПА накладывают ограничения на выбор усилия сопротивления сжатию. Величина давления газа в компенсационной камере должна быть согласована с величи-

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

Рис. 79. Зависимость формы и площади рабочих диаграмм ГПА от режимов испы­таний:

А — к — 65 мм Рг — 0-г-40 кГ/см*; б — Н = 20 мм; Рг — 0-5-40 кГ/см*; в — А = 2 мм; рг = 20-5-25 кГ/сл*. Масштабы эаписн усилия сопротивления ГПА действительны для всех диаграмм при данной внизу частоте колебаний

НОЙ Ростах — ЭТО Требование СВЯЗЭНО С уСЛОВИвМ (141), КОТОрОв удовлетворяется при рг>Др(,+ рл. Определим Ретщ при ПОЛ­НОСТЬЮ вытянутом штоке. Обозначим максимальную силу сопро­тивления сжатию Растах и, полагая, что она обеспечена соответ­ствующим разгрузочным клапаном, найдем:

‘§асМ(ймХгЧ~ Ькл с (Хщах *20) (Рц — /ш) сое2 а

■=£

Рг,

Рц— /и

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ОДНОТРУБНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ

(150)

 

Где 5 = 1,3 — г-1,5 — коэффициент запаса, учитывающий отрица­тельные значения Т.

На рис. 79 показаны рабочие диаграммы однотрубного ГПА при различных режимах испытаний и при разных давлениях газа в компенсационной камере [56]. При недостаточном давлении газа

Отчетливо проявляются: «провалы» на ходах отдачи и сжатия, сни­жение темпа нарастания сопротивления, вибрации клапанов, ко­торые возбуждаются местными кавитационными явлениями, и т. п. В то же время работа ГПА с правильно подобранными параметрами практически одинаково высоко эффективна при низких и высоких частотах колебаний. Последнее свойство однотрубных амортиза­торов дает им значительное преимущество перед двухтрубными амортизаторами, у которых существенно снижается энергоем­кость при высокочастотных колебаниях с малыми амплитудами.

ГПА является одновременно дополнительным упругим эле­ментом подвески с переменной жесткостью:

Са = ———- РшпРго{рц1о)ЯТ_’ (Ш)

[Рц10-и{1Ш0 + х)]п+хТ0

Из представленного выражения следует, что для уменьшения жесткости диаметр штока следует выбирать минимальным (по соображениям прочности), а для повышения, наоборот, увели­чивать. При этом необходимо учитывать, что в отличие от двух­трубных амортизаторов у однотрубного ГПА второго типа сила сопротивления сжатию зависит не только от площади штока. Как сопротивление сжатию, так и сопротивление отдаче опреде­ляется одинаковой площадью вытеснителя — /ш.

В практических расчетах примем близкие к предельным (Си =

= Сашах) параметры ГПА: 2/шЯл, где Нп — полный

Ход поршня. Тогда при полном сжатии амортизатора ре^ 2 ч — -=-2,5/^. Зададимся также АТ — Т — Т0 = 80° С, п = 1,4 и определим среднюю жесткость Саср = 0,5 (Сатш + Сатах), кото­рая вследствие прогрессивного нарастания рг и С получается не­сколько завышенной:

Гу _ шРго^ 2,5/шРго

———- Щ—’ (152)

Величина Саср при выборе параметров, близких к предель­ным, получается тем больше, чем меньше ход Нп. Уменьшение хода как правило, связано с установкой амортизатора на ры­чаге независимой подвески; поэтому приведенная к колесу жест­кость Саср = 2 -=-4 кГ/см не может существенно увеличить соб­ственную частоту колебаний кузова и колес автомобиля.

Комментарии запрещены.