BADANIA STANOWISKOWE AMORTYZATORÓW W STANACH AWARYJNYCH THE SHOCK ABSORBER STAND TESTS IN ITS VARIOUS FAILURE CONDITIONS

Transkrypt

1 MICHAŁ JELONEK, WIESŁAW PIENIĄŻEK BADANIA STANOWISKOWE AMORTYZATORÓW W STANACH AWARYJNYCH THE SHOCK ABSORBER STAND TESTS IN ITS VARIOUS FAILURE CONDITIONS Streszczenie W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań stanowiskowych amortyzatora. Badano na stanowisku niskociśnieniowy, dwururowy amortyzator w dwóch stanach awaryjnych. Pierwszy stan to ubytek oleju do ok. 6 i 25% stanu nominalnego. Drugi, to stopniowane zmiany ciśnienia wewnętrznego gazu z przedziału od do,5 MPa ( 5 bar). Przedstawiono zmiany w podstawowych charakterystykach graficznych oraz we współczynnikach tłumienia. Znaczące zmiany stwierdzono dopiero przy zmniejszeniu stanu oleju do 25% objętości nominalnej. Artykuł może być wykorzystany w procedurach sądowych przy opiniowaniu wypadków drogowych. Słowa kluczowe: badania eksperymentalne, amortyzator, stany awaryjne Abstract The results of experimental tests of shock absorber were presented in his paper. Two various failure conditions of double tube shock absorber were taken into consideration. First one were three level of working fluid i.e. nominal (full), 6% and 25% of nominal volume. Second one were the various pressure of internal gas in range,5 MPa ( 5 bar). Some numerical and graphical results are presented. Meaningful changes in shock absorber characteristics only for 25% filling were observed. This work could be used in forensic procedures among others e.g. for road accidents technical assessment. Keywords: experimental tests, shock absorber, failure conditions Inż. Michał Jelonek (absolwent), Politechnika Krakowska. Dr inż. Wiesław Pieniążek, Instytut Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska.

2 5 1. Wstęp Amortyzatory spełniają ważną funkcję w zawieszeniach samochodowych. Od ich sprawności w znacznym stopniu zależy bezpieczeństwo czynne samochodu, zdeterminowane prawidłową współpracą koła z jezdnią. Przy niedostatecznym tłumieniu drgań w zawieszeniu koło odrywa się od jezdni i nie może przenosić żadnych sił. Skutkuje to chwilowym zaburzeniem stateczności kierunkowej podczas hamowania lub napędu, i dalej skłonnością do zarzucania podczas jazdy po łuku, wreszcie obniżeniem komfortu. W literaturze [2] jest określony współczynnik bezpieczeństwa jako stosunek odchylenia standardowego obciążenia dynamicznego koła do statycznego nacisku na koło. Aby uzyskać, w przybliżeniu, taki sam stopień bezpieczeństwa dla różnych stanów obciążenia pojazdu, wymagane jest, aby określone wyżej odchylenia standardowe było, w przybliżeniu, proporcjonalne do obciążenia statycznego. Podczas badań okresowych na Stacjach Kontroli Pojazdów na linii diagnostycznej jest sprawdzana tzw. sprawność amortyzatorów, najczęściej metodą EUSAMA [3]. Bardzo istotna jest też różnica względna sił tłumienia dla kół jednej osi. Prawo o ruchu drogowym i literatura określają tę różnicę na nie więcej niż 3% [7]. W statystyce zdarzeń drogowych zaistniałych z przyczyn technicznych brakuje dokładnej wartości procentowego udziału niesprawnych amortyzatorów. Mieszczą się one w 2 25% innych przyczyn (ok. 6% przyczyn to niesprawności układów hamulcowych, 15% to niesprawności układów kierowniczych). W praktyce procesowej wymiaru sprawiedliwości często potrzebny jest materiał pozwalający na bardziej precyzyjne określenie wpływu niesprawności amortyzatora na zaistnienie i przebieg zdarzenia. Biegli sądowi potrzebują danych niezbędnych do opracowywanych opinii. Niesprawność amortyzatora jest często opisywana w opinii jedynie jako wyciek. Jednak nie wiadomo, jak wielkość wycieku wpływa na siłę tłumienia amortyzatora. W artykule będą pokazane wyniki badań stanowiskowych dwururowego amortyzatora niskociśnieniowego w stanach awaryjnych, przy różnych wielkościach ubytku cieczy i przy różnych ciśnieniach gazu. 2. Przebieg badań Jak wspomniano wyżej, do badania użyto amortyzatora niskociśnieniowego, dwururowego, w którym można było zmieniać jego właściwości przez zmianę ciśnienia gazu i objętości cieczy, a także dokonywać zmian ustawienia zaworów lub ich wymianę. Badania przeprowadzono w trzech etapach. W pierwszym amortyzator miał nominalny stan oleju (35 ml). W drugim etapie ilość cieczy została zmniejszona o 1 ml, tj. o ok. 3% stanu nominalnego. Wreszcie, w trzecim etapie stan oleju zmniejszono do 1 ml (tj. do ok. 3% stanu nominalnego). W każdym etapie ciśnienie wewnętrzne gazu zmieniano od do,5 MPa, a próby były wykonywane przy trzech różnych prędkościach obrotowych mimośrodu. Na rysunku 1 przedstawiono stanowisko wraz z oprzyrządowaniem pomiarowym i układem rejestrującym.

3 a) b) 51 c) Rys. 1. Stanowisko badawcze: a) schemat ideowy [4], b) widok zamocowania amortyzatora, c) widok na aparaturę przetwarzająco-rejestrującą. Oznaczenia: N napęd stanowiska, M mechanizm mimośrodowo-suwakowy, S suwak, 1 badany amortyzator, 2 dynamometr pałąkowy, 3 bezstykowy układ pomiarowy systemu Correvit H, 4 ekran zespolony z suwakiem, odbijający promienie IR z głowicy Correvit H, 5 przetwornik przyspieszenia, 6 jednostka przetwarzająca sygnał przemieszczenia suwaka, 7 przetwornik analogowo-cyfrowy, 8 komputer Laptop do sterowania, rejestracji i wizualizacji danych Fig. 1. Stand for shock absorber testing: a) main schema, b) view over the shock absorber fixing, c) view over the apparatus for control and registration. Nomenclature: N stand s drive, M eccentric-sliding mechanizm, S slider, 1 shock absorber, 2 bow type dymamometer with tensometers, 3 non-contact system for distance measuring (Correvit H type), 4 moveable screen connected with slider for IR rays reflecting, 5 acceleration transducer, 6 SPU for Correvit H signal, 7 AD transducer, 8 Laptop computer for registration and control of measuring system 3. Prezentacja wyników Liczbowe wyniki badań zestawiono w tabeli 1. Podano wartości współczynników tłumienia ugięcia k u i odbicia k o, dla różnych prędkości suwaka, uzyskiwanych przy trzech prędkościach obrotowych mimośrodu. Wartości tych współczynników podano dla zakresów przybliżonych prostymi (rys. 2b). Uwzględniono badane stany napełnienia amortyzatora i ciśnienia w komorze wyrównawczej. Na rysunku 2 pokazano wykresy pracy i charakterystyki amortyzatora dla skrajnych stanów eksploatacyjnych; dla amortyzatora z pełnym stanem oleju i przy ciśnieniu nominalnym gazu;,5 MPa oraz z obniżonym stanem oleju do 1 ml i ciśnieniu wewnętrznym gazu MPa. Prędkość suwaka,35 m/s była maksymalna podczas badań.

4 52 p [bar] Zestawienie wyników badań Tabela 1 [%] stanu nominalnego oleju [%] stanu nominalnego oleju V s,max k u [Nsm 1 ] k o [Nsm 1 ] [m/s] , , , , , , , , , , , , a) b) F F, [N] N -,6 -,4 -,2,,2,4, F F, [N] N -,6 -,4 -,2,2,4, s s, [m] m c) d) F F, [N] N ,6 -,4 -,2-1,2,4, s [m] s, m F [N] F, N -15 v v, [m/s] ,4 -,2-1,2, v [m/s] v, m/s Rys. 2. Charakterystyki graficzne badanego amortyzatora w dwóch skrajnych stanach awaryjnych: a) wykres pracy, b) charakterystyka, przy nominalnym stanie oleju i nominalnym ciśnieniu wewnętrznym, c) wykres pracy, d) charakterystyka, przy stanie oleju 1 ml i ciśnieniu wewnętrznym gazu bar Fig. 2. Graphical characteristics of a tested shock absorber for two extreme condition: a) a dependence of damping force as versus as piston displacement, b) a dependence of damping force as versus as piston velocity for nominal oil volume and gas pressure, c) and d) analogous to a) and b) for 25% oil volume and MPa gas pressure

5 Na rysunku 3 przedstawiono zależność zmian współczynników tłumienia przy różnych stanach napełnienia olejem i różnych ciśnieniach wewnętrznych gazu. a) b) 53 Wsp. Wsp. tłumienia-odbicie, [Ns/m] Ciśnienie gazu, [bar] Wsp. Wsp. tłumienia-odbicie, [Ns/m] Ciśnienie gazu, [bar] 1% 7% 3% 1% 7% 3% Rys. 3. Porównanie współczynników tłumienia dla badanych stanów napełnienia amortyzatora olejem i przy różnych ciśnieniach gazu: a) zmiany współczynnika ugięcia, b) zmiany współczynnika odbicia. Prędkość tłoka,35 m/s Fig. 3. Comparison of damping coefficients in various oil filling and internal gas pressure conditions of tested shock absorber a) changes of damping coefficient for compression, b) changes of damping coefficient for decompression 4. Podsumowanie i wnioski Jak wynika z wartości liczbowych zamieszczonych w tab. 1 i wykresów na rys. 3, wyraźne zmiany współczynników tłumienia wystąpiły przy znacznym ubytku oleju, tj. do 25% stanu nominalnego. Krzywe są jednak nieregularne i nie jest możliwe określenie tendencji w zmianach tych współczynników. Najmniejsze wartości współczynnika tłumienia przy odbiciu stwierdzono dla amortyzatora z ubytkiem oleju ok. 75% stanu nominalnego i ciśnieniu wewnętrznym gazu MPa. Przy tych parametrach zarówno wykres pracy (rys. 2c), jak i charakterystyka amortyzatora (rys. 2d), są zaburzone i bardzo nieregularne. Znaczny jest także rozrzut punktów pomiarowych, co świadczy o zaburzeniach przypływu oleju podczas pracy amortyzatora. Stwierdzono szybki przyrost temperatury amortyzatora podczas badań w tym stanie awaryjnym. Należy jeszcze zwrócić uwagę, że badania przeprowadzono przy pionowej pozycji amortyzatora. W rzeczywistości oś amortyzatora jest pochylona, co w przypadku amortyzatora niskociśnieniowego ma wpływ na jego pracę. Dlatego też uzyskane wyniki trzeba traktować poznawczo. Należałoby je zweryfikować podczas badań w rzeczywistych warunkach pracy w samochodzie. Autorzy serdecznie dziękują firmie DELPHI Poland S.A., a szczególnie Panu dr. inż. Sławomirowi Dzierżkowi za cenną pomoc w postaci udostępnienia do badań specjalnego amortyzatora dwururowego.

6 54 Literatura [1] K a m i ń ski K., Pieniążek W., Pakiet programów do obróbki wyników badań samochodów, zbiory własne Katedry Budowy Pojazdów Samochodowych PK. [2] M i t s c h k e M., Dynamika samochodu, t. 2, Drgania, WKiŁ, Warszawa [3] Praca zbiorowa pod red. Z. L o z i a, Diagnostyka samochodowa. Laboratoria, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 27. [4] Praca zbiorowa, Laboratorium Budowy Samochodów, Wyd. Politechniki Krakowskiej. [5] P i e n i ążek W., Badanie amortyzatorów samochodowych i projekt stanowiska do badania amortyzatorów, praca magisterska, Kraków [6] R e i m p e l J., B e t z l e r J., Fahrwerktechnik. Grunlagen. 4, völlig überarbeite Auflage, 2, Vogel Buchverlag, Würzburg (tłumaczenie polskie: Podwozia samochodów. Podstawy konstrukcji, WKiŁ, Warszawa 21). [7] Sitek K., Diagnozowanie samochodów w zakresie bezpieczeństwa, wyd. II poprawione.