Схема и принцип работыжидкостно-газового амортизатора

Существует большое количество конструктивных схем жидкостно-газовых амортизаторов. Наиболее широкое распространение получили схемы плунжерных амортизаторов (рис. 14.31); которые мы и рассмотрим.

Рис. 14.31. Схемы плунжерных жидкостно-газовых амортизаторов:
а – с кольцевой полостью между штоком и цилиндром; б и в – без кольцевой полости; 1 – цилиндр; 2 – шток; 3 – плунжер; 4, 5 – буксы; 6 – уплотнительный пакет

Основными частями плунжерного амортизатора являются цилиндр, шток и плунжер. Нижняя полость амортизатора заполняется жидкостью, а верхняя – газом. Есть амортизаторы, у которых имеется кольцевая полость между штоком и цилиндром, заполненная жидкостью (рис. 14.31, а), есть амортизаторы без этой полости (рис. 14.31, б и в). Шток, перемещающийся в цилиндре, опирается на две буксы: верхнюю и нижнюю. У амортизаторов с кольцевой полостью верхняя букса крепится на штоке, а нижняя – на цилиндре. У нижней буксы на цилиндре монтируется уплотнительный пакет, предотвращающий утечку жидкости из амортизатора. У амортизаторов без кольцевой полости верхняя букса крепится на штоке, а нижняя букса может крепиться и на цилиндре (рис.14.31, б), и на штоке (рис. 14.31, в). На цилиндре нижняя букса крепится у амортизаторов, являющихся стойкой, так как в этом случае при сокращении амортизатора увеличивается расстояние между буксами, что приводит к снижению на них нагрузок при лобовых ударах. На штоке обе буксы могут крепиться у амортизаторов в схемах с рычажной навеской, испытывающих только осевые усилия. Если нижняя букса крепится на цилиндре, то уплотнительный пакет монтируется у нее, если же эта букса крепится на штоке, то уплотнительный пакет может монтироваться как у верхней, так и у нижней буксы.

В жидкостно-газовом амортизаторе упругим телом, поглощающим часть общей энергии и обеспечивающим возвращение амортизатора в исходное положение, является газ, чаще всего азот. Жидкость, обычно спиртоглицериновая смесь или специальное масло, служит для рассеивания части энергии, поглощенной амортизатором.

При сокращении амортизатора (прямой ход) происходит сжатие газа. Процесс сжатия осуществляется в очень короткий промежуток времени, в течение которого тепло от газа практически не успевает отводиться через стенки цилиндра. Если бы газ был изолирован от жидкости, то процесс сжатия был бы адиабатическим. Но так как часть тепла от газа передается жидкости, то процесс сжатия будет политропическим (рV n = const).

Одновременно при сокращении амортизатора происходит перетекание жидкости из одной полости в другую через малые отверстия. В амортизаторах без кольцевой полости жидкость перетекает из полости штока в полость цилиндра через отверстия в поршне плунжера и (или) через зазор между плунжером и штоком, а у амортизаторов с кольцевой полостью перетекает еще и из полости цилиндра в кольцевую полость через отверстия в верхней буксе. Из-за возникающего при этом гидравлического сопротивления жидкость нагревается. Энергия, затраченная на проталкивание жидкости через отверстия, превращается в тепло и через стенку цилиндра рассеивается в атмосферу.

Благодаря аккумулированной в газе при его сжатии энергии амортизатор начнет совершать обратный ход. При этом жидкость будет перетекать из одной полости в другую через малые отверстия в обратном направлении. Часть энергии газа затрачивается на преодоление гидравлического сопротивления жидкости, вызывая ее нагрев. И здесь энергия, затраченная на проталкивание жидкости, превращается в тепло и отдается через стенку цилиндра в атмосферу. Другая часть энергии сжатого газа затрачивается на перемещение вверх центра масс самолета и рассеивается при последующих циклах работы амортизатора.

Рис. 14.32. Диаграмма работы жидкостно-газового амортизатора

Диаграмма работы жидкостно-газового амортизатора без учета сил трения в буксах показана на рис. 14.32.
По оси ординат откладывается усилие, действующее по штоку, а по оси абсцисс – ход штока. Площадь ОАВСFО определяет часть энергии, затраченной на сжатие газа. Кривая АВС – политропа. Энергия, затраченная при прямом ходе на проталкивание жидкости через отверстия и рассеянная в виде тепла в атмосферу, на диаграмме изображается площадью АВСDА. Вся поглощенная амортизатором энергия определяется площадью ОАDСFО. Плошадь АВСЕА представляет собой энергию, затраченную на проталкивание жидкости через отверстия и рассеянную в виде тепла в атмосферу при обратном ходе. Таким образом, площадью АDСЕА определяется энергия, рассеянная в виде тепла в атмосферу за один цикл работы амортизатора.

В зависимости от соотношения энергий, рассеянных при прямом и обратном ходе, все жидкостно-газовые амортизаторы можно разделить на два типа: амортизаторы с основным торможением при прямом ходе и амортизаторы с основным торможением при обратном ходе. У амортизаторов с основным торможением при прямом ходе из всей энергии, затраченной на проталкивание жидкости через отверстия и переведенной в тепло, большая часть относится к прямому ходу, т.е. на диаграмме площадь АВСDA будет больше площади АВСЕА. У амортизаторов с основным торможением при обратном ходе, наоборот, большая часть этой энергии приходится на обратный ход. Требуемое торможение достигается изменением площади проходных сечений для жидкости. У амортизаторов с основным торможением при прямом ходе эта площадь меньше при прямом ходе и больше при обратном, а у амортизаторов с основным торможением при обратном ходе она, наоборот, меньше при обратном ходе и больше при прямом.

Изменение площади проходных сечений для жидкости при прямом и обратном ходе обеспечивается постановкой специальных клапанов.

Сила гидравлического сопротивления при перетекании жидкости пропорциональна квадрату скорости истечения, а последняя зависит от скорости движения штока. Так как при постоянных проходных сечениях скорость движения штока при прямом ходе больше, чем при обратном, то и большая часть рассеиваемой энергии в этом случае приходится на прямой ход. Поэтому амортизаторы с постоянным проходным сечением для жидкости можно отнести к амортизаторам с основным торможением при прямом ходе.

К преимуществам амортизаторов с основным торможением при прямом ходе следует отнести меньший ход, необходимый для поглощения заданной энергии, благодаря чему уменьшаются габаритные размеры амортизатора и время обратного хода. Преимуществом амортизаторов с основным торможением при обратном ходе являются мягкость работы и меньшая зависимость перегрузок от скорости движения штока вследствие того, что при прямом ходе в основном работает газ.

Для того чтобы получить требуемый характер изменения усилий в амортизаторе, площадь проходных сечений для жидкости по ходу штока целесообразно делать переменной. Это достигается постановкой профилированной иглы или гильзы с профилированными прорезями.