Metody diagnostyczne zawieszeń pojazdów samochodowych

Transkrypt

1 MICHALAK Radosław 1 PIETRUSZEWSKI Robert 2 Metody diagnostyczne zawieszeń pojazdów samochodowych WSTĘP Zawieszenie kół w pojazdach samochodowych niezależnie od stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych spełnia podstawowe zadania: zapewnia prowadzenie kół i ich kierowalność, przenosi na konstrukcję nadwozia pojazdu siły reakcji nawierzchnia drogi koło pojazdu, dba o odpowiedni komfort jazdy przez ograniczenie przechyłów nadwozia i tłumienie drgań. Jeżeli w/w zadania są zapewnione i prawidłowo ze sobą współpracują to możemy być pewni, że poziom bezpieczeństwa czynnego pojazdu będzie spełniony. Diagnostyka zawieszenia kół polega na wykrywaniu w układzie zawieszenia niesprawnych elementów, które umożliwiają spełnienie powyższych zadań. Pierwszych niepokojących informacji o stanie zawieszenia kół mogą dostarczyć oględziny zewnętrzne oraz obserwacja zachowania się pojazdu podczas normalnej jazdy. Kolejnym etapem badań jest użycie narzędzi, które pomogą w określeniu luzów w poszczególnych elementach zawieszenia. W artykule przedstawione zostaną dostępne przyrządy wykorzystywane w diagnostyce zawieszeń pojazdów samochodowych. 1. METODY DIAGNOSTYCZNE ZAWIESZEŃ Najprostszym sposobem wykrycia nadmiernych luzów w układzie zawieszenia pojazdu jest organoleptyczna próba, polegająca na manualnym poruszaniu przez diagnostę kołem po podniesieniu pojazdu do góry. Próba ta ukazuje nam ogólny stan zawieszenia, gdzie można uzyskać informacje o występujących luzach w przegubach występujących w elementach wodzących zawieszeń i w elementach układu kierowniczego. Jak wynika z praktyki warsztatowej metoda ta dawała pozytywne wyniki ustalenia niesprawności w zawieszeniach, charakteryzujących się prostą konstrukcją. Wraz z wprowadzeniem do budowy pojazdów zawieszeń wielowahaczowych oraz elastokinematycznych przegubów w elementach wodzących powyższa metoda okazała się niejednoznaczna. W związku z powyższym, obecnie, powszechnie stosowaną, szybszą i dającą bardziej miarodajne wyniki diagnozy jest metoda polegająca na organoleptycznej kontroli stanu technicznego elementów układu jezdnego i kierowniczego, unieruchomionego pojazdu, w którym wymusza się ruch koła za pomocą tzw. detektora luzów nazywany potocznie szarpakiem. Jest to urządzenie płytowe z napędem elektrycznym, hydraulicznym lub pneumatycznym. Podczas badań koło pojazdu spoczywa na powierzchni szarpaka. Powierzchnia szarpaka umożliwia wykonywanie krótkich przemieszczeń lub obrotów w różnych kierunkach w płaszczyźnie poziomej (rysunki 1 2) powodujących poziome ruchy koła i wszystkich elementów z nim związanych. 1 Politechnika Łódzka w Łodzi, Wydział Mechaniczny, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn; Łódź ul. Żeromskiego 116. Tel: , radoslaw.michalak@p.lodz.pl 2 Politechnika Łódzka w Łodzi, Wydział Mechaniczny, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn; Łódź ul. Żeromskiego 116. Tel: , robert.pietruszewski@p.lodz.pl 3270

2 Rys. 1. Możliwości ruchowe płyt szarpaka. Źródło: opracowanie własne. Rys. 2. Przykładowe wymuszenia szarpaka oddziaływanie na układ jezdny i kierowniczy. Źródło: opracowanie własne. Urządzenie jest zazwyczaj zdalnie sterowane przez diagnostę, który jednocześnie ma możliwość obserwacji pod pojazdem z kanału rewizyjnego newralgicznych punktów układu zawieszenia. Detektor luzów (szarpak) oraz inne urządzenia diagnostyczne służące do badania stanu technicznego pojazdów samochodowych są zestawione w liniach diagnostycznych. Obecny rozwój linii diagnostycznych do badania pojazdów samochodowych w zakresie bezpieczeństwa jazdy dąży 3271

3 do stosowania stanowisk uniwersalnych, na których możliwe jest badanie kompleksowe pojazdów osobowych oraz ciężarowych. Na takich uniwersalnych stanowiskach linii diagnostycznej, urządzenia pomiarowe układów podwozia mają dwa zakresy pomiarowe mierzonych wartości (osobny dla samochodów osobowych i ciężarowych). Wszystkie urządzenia diagnostyczne umieszczone są wzdłuż kanału rewizyjnego. Urządzenia do diagnozowania układów podwozia umieszcza się w posadzce, aby cała linia miała charakter przelotowy (rysunek 3). Stosowane są również w liniach diagnostycznych podnośniki (nożycowe, kolumnowe) zamiast kanału rewizyjnego. Rys. 3. Schemat uniwersalnej linii diagnostycznej z kanałem rewizyjnym. Źródło: opracowanie własne. Uniwersalna linia diagnostyczna jest przeznaczona do badań pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej do i powyżej 3,5 tony (osobowych, ciężarowych w tym wieloosiowych, autobusów, ciągników rolniczych, motocykli i przyczep). Badania zawieszenia nie są przeprowadzane wyłącznie przy wykorzystaniu stanowisk i metod takich jak przedstawione powyżej. Można powiedzieć, że przedstawione urządzenia do kontroli stanu 3272

4 technicznego układu zawieszenia pojazdów stanowią uproszczone wersje stanowisk badawczych wykorzystywanych przez producentów pojazdów lub elementów zawieszenia. Przykłady takich stanowisk przedstawiają rysunki 4 oraz 5. Rys. 4. Schemat stanowiska do badania układu zawieszenia tzw. ćwiartki pojazdu. Rys. 5. Schemat stanowiska do badania układu zawieszenia z możliwością symulowania ruchu pojazdu. Pierwsze stanowisko (rysunek 4) jest stanowiskiem umożliwiającym badania elementów zawieszenia dla tzw. ćwiartki pojazdu czyli dla pojedynczego koła poddawanego drganiom pionowym o określonej amplitudzie i częstotliwości, realizowanym za pomocą programowanego siłownika hydraulicznego. Na tym stanowisku jest możliwe również zadawanie drgań poziomych w dwóch kierunkach (do przodu/do tyłu i w lewo/w prawo), co jest możliwe dzięki drugiemu siłownikowi, przesuwającego płytę, na której spoczywa koło ćwiartki pojazdu. Drugie stanowisko (rysunek 5) ma dużo większe możliwości: przede wszystkim umożliwia symulowanie jazdy, ponieważ pojazd,,porusza się po drodze odtwarzanej przez taśmę obracającą się na dwóch bębnach. Całe stanowisko wykonuje ponadto drgania pionowe oraz przesuw poprzeczny tak, aby obciążenie koła odpowiadało warunkom, jakie występują np. podczas jazdy po łuku. Schematyczny widok tych stanowisk przekonuje, że nie mogą one znaleźć zastosowania w praktyce warsztatowej i na stacjach diagnostycznych, gdyż ich konstrukcja posiada duży stopień komplikacji, wysoką cenę, konieczność wykonania odpowiedniego fundamentowania (konieczność budowy osobnego pomieszczenia i stanowiska diagnostycznego) oraz rozbudowane procedury pomiarowe. Urządzenia tego typu są wykorzystywane w badaniach poszukiwawczych. Obecnie stosowane w diagnostyce warsztatowej metody badania zawieszeń pojazdów posiadają jedną wspólną wadę: ocena wyników pomiarów jest organoleptyczna a więc niejednoznaczna. W związku z powyższym w Katedrze Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Łódzkiej prowadzone są badania, których celem jest opracowanie stanowiska oraz metody badawczej, której wyniki będą jednoznaczne i obiektywne [3]. Głównym elementem proponowanego stanowiska badawczego jest platforma wibracyjna wymuszająca drgania koła jezdnego w kierunku osi pionowej oraz poziomej, rysunek

5 Rys. 6. Schemat uniwersalnej platformy wibracyjnej. Źródło: opracowanie własne. gdzie: 1- silnik elektryczny o regulowanej prędkości obrotowej za pomocą falownika, 2- czujnik laserowy do pomiaru chwilowych przemieszczeń platformy, 3- czujnik siły do pomiaru chwilowych sił poprzecznych, 4- czujnik siły do pomiaru chwilowych sił,,pionowych, 5- koło jezdne pojazdu badanego, 6- platforma ruchoma górna, 7- platforma ruchoma dolna, I - punkt obrotu platformy zapewniający drgania,,pionowe koła jezdnego, II, III, IV- punkt obrotu platformy zapewniający jednocześnie drgania pionowe oraz poziome koła jezdnego, V- punkt obrotu platformy zapewniający drgania,,poziome koła jezdnego. Platforma wibracyjna według koncepcji zapewnia wybór różnych typów wymuszenia. Pomiar chwilowej wartości siły poprzecznej (bocznej) przy określonych przemieszczeniach poprzecznych platformy pozwoli na szacowanie sztywności poprzecznej zawieszenia, a tym samym określanie jego stanu technicznego. Badanie sztywności zawieszenia prowadzone jest dla pewnego i ustalonego zakresu częstości drgań platformy wibracyjnej w skład której wchodzi platforma ruchoma górna (6) oraz dolna (7), napędzanej przez układ korbowy silnikiem elektrycznym (1), którego częstość obrotowa sterowana jest falownikiem. Badania prowadzone dla różnych częstości pozwolą na wykrywanie niesprawności układu tak dla częstości małych jak i dużych, tj. takich, jakie mogą występować podczas jazdy pojazdu po drodze o różnych nierównościach. 3274

6 Rys. 7. Uniwersalna platforma wibracyjna na stanowisku badawczym. Źródło: opracowanie własne. Podczas badań częstość drgań jest zmienna w czasie w granicach od 2 do 22Hz. Rodzaj wymuszenia (do wyboru I, II, III, IV, V, rysunek 2 i 3) oraz amplituda ma określoną ustaloną odpowiednio dobraną wartość. Wymuszony ruch poprzeczny koła jezdnego ma wywołać stany naprężeń w układzie zawieszenia i generować siły reakcji oraz siły tarcia na platformie. Siła tarcia na platformie, przebieg jej wartości w cyklu, zależy od sztywności poprzecznej zawieszenia, od występowania ewentualnych niesprawności (luzów, uszkodzeń przegubów elastycznych np. tulei gumowo metalowych), od sztywności nadwozia, od sztywności bocznej ogumienia. System pomiarowy umożliwia pomiar siły tarcia występującej na platformie ruchomej górnej (czujnik (3)), a także przemieszczenia platformy ruchomej górnej (czujnik (2)) w czasie cyklu. Analiza tych sygnałów umożliwi dokonanie oceny sztywności poprzecznej zawieszenia pojazdu. Możliwy jest również pomiar siły,,pionowej za pomocą czujnika siły (4), oczywiście biorąc pod uwagę kąt,,α pod jakim znajduje się ten czujnik. W przypadku wystąpienia nadmiernych luzów czy innych niesprawności układu zawieszenia, sztywność będzie miała zmniejszoną wartość. Ocena sztywności będzie w tym przypadku negatywna, a przez to stan techniczny pojazdu będzie uznany za zły. WNIOSKI Obecnie stosowane urządzenia oraz metody diagnostyki układu nośnego do badań uszkodzeń węzłów nie umożliwiają ich obiektywnej oceny stanu technicznego, wykazują jedynie cykliczne przemieszczenia elementów węzłów, a ocena ta odbywa się na zasadzie obserwacji tych przemieszczeń przez diagnostę. Proponowane przez Katedrę Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Łódzkiej, stanowisko do badań sztywności poprzecznej układu nośnego pojazdu samochodowego służyć ma opracowaniu systemu diagnostycznego do badań stanu technicznego tego układu, a mianowicie wykrywanie niesprawności (luzów), poszczególnych węzłów układu nośnego. Zasada działania stanowiska będzie opierać się na analizie sygnałów wyjściowych przy wzbudzaniu drgań o stałej amplitudzie sygnału harmonicznego i zmiennej częstości za pomocą wzbudnika oddziałującego bezpośrednio na koło jezdne. W stosunku do istniejących obecnie metod diagnozowania, proponowane stanowisko oraz metoda będzie umożliwiała dokonywanie obiektywnych badań stanu technicznego układu nośnego. Streszczenie W artykule przedstawiono organoleptyczne metody diagnozy zawieszeń pojazdów samochodowych, które nie umożliwiają obiektywnej oceny stanu technicznego, wykazują jedynie cykliczne przemieszczenia elementów węzłów, a ocena ta odbywa się na zasadzie obserwacji tych przemieszczeń przez diagnostę. Proponowane przez Katedrę Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Łódzkiej, stanowisko do badań sztywności poprzecznej układu nośnego pojazdu samochodowego służyć ma opracowaniu systemu diagnostycznego do badań stanu technicznego tego układu, a mianowicie wykrywanie niesprawności (luzów), poszczególnych węzłów układu nośnego. 3275

7 Zasada działania stanowiska opiera się na analizie sygnałów wyjściowych przy wzbudzaniu drgań o stałej amplitudzie sygnału harmonicznego i zmiennej częstości za pomocą wzbudnika oddziałującego bezpośrednio na koło jezdne. W stosunku do istniejących obecnie metod diagnozowania, proponowane stanowisko oraz metoda będzie umożliwiała dokonywanie obiektywnych badań stanu technicznego układu nośnego. Słowa kluczowe: zawieszenie, diagnostyka Diagnostic methods of suspensions of The vehicles Abstract The article presents methods of organoleptic characteristic of diagnostic of the vehicle suspension. Those methods do not permit on an objective assessment of The technical condition of vehicle. They present only cyclical movements of node elements. The assessment of technical condition is based on observation of those movements by diagnostician. The position to test The transverse stiffness of vehicle support system was build at the Departament of Vehicle and Fundamentals of Mechanical Engineering of The University of Technology in Łódź. Prepared position is intended to create diagnostic system to test the technical state of that system, namely will be used to detect failures (backlashes), of each nodes of vehicle support system. The rule of use of The diagnostic position is based on The analysis of output signals during The induction of vibrations of constant amplitude harmonic signal and variable frequency using The inductor affecting directly on a drive wheel. Keywords: suspension, diagnostics BIBLIOGRAFIA 1. Bedroś J., Katarzyński S.: Diagnostyka samochodów osobowych. WKiŁ. Warszawa 1981r. 2. Orzełowski S.: Eksperymentalne badania samochodów i ich zespołów. WNT. Warszawa 1995r. 3. Pawelski Z., Michalak R.: Stanowisko do badań sztywności poprzecznej układu nośnego pojazdu samochodowego. Archiwum Motoryzacji. Zeszyt r. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej. 3276