METODYKA WYZNACZANIA DIAGNOSTYCZNYCH MIAR STANU TECHNICZNEGO AMORTYZATORÓW SAMOCHODOWYCH

Transkrypt

1 DIAGNOSTYKA 4 (4)/ METODYKA WYZNACZANIA DIAGNOSTYCZNYCH MIAR STANU TECHNICZNEGO AMORTYZATORÓW SAMOCHODOWYCH Janusz GARDULSKI, Rafa BURDZIK Politechnika lska, Wydzia Transortu, Katedra Budowy Pojazdów Samochodowych ul. Krasiskiego 8, 4-19, Katowice (-32) , janusz.gardulski@olsl.l, rafal.burdzik@olsl.l Streszczenie Powszechnie stosowane metody bada amortyzatorów oraz miary (wskaniki) okrelajce ich stan techniczny nie umoliwiaj okrelenia rodzaju i stonia uszkodzenia. W artykule rzedstawiono now metod wyznaczania diagnostycznych miar stanu technicznego amortyzatorów samochodowych. Zaroonowana metoda bada bazuje na aktualnie stosowanych metodach drga wymuszonych. Do rzetwarzania rejestrowanych sygnaów drganiowych zastosowano transformat falkow, nastnie analizowano asma rezonansowe mas nieresorowanych i resorowanych. Wyznaczone rzebiegi rednich wartoci wsóczynników falkowych byy odstaw do obliczenia zaroonowanych miar stanu amortyzatora. Analiza uzyskanych wyników otwierdzia czuo oracowanych estymatorów na rozwijajce si uszkodzenia amortyzatora. Sowa kluczowe: diagnostyka, amortyzator, transformata falkowa. METHOD OF DETERMINE CAR S SHOCK-ABSORBER TECHNICAL CONDITION DIAGNOSTIC MEASURE Summary Common used shock-absorber technical condition diagnostic measures and investigation methods don t inform us about tye and level of defect. The aer resents new method of evaluation technical condition diagnostic measure of car s shock-absorbers. Proose method is based on currently use forced vibration methods. Wavelet transform was used for recording vibration signals transform next resonance band of sringing and non-sringing masses were analysed. Wavelet coefficients mean values function were used for roosed shock-absorber condition measure calculation. Analysis of results confirm roosed estimators defect level sensitivity. Keywords: diagnostics, shock-absorber, wavelet transform. 1. WPROWADZENIE Diagnostyka samochodowa owinna umoliwia okrelenie stanu technicznego samochodu w celu ustalenia róde niedomaga, bez demontau jego zesoów i odzesoów. Powszechnie stosowane metody bada amortyzatorów umoliwiaj ich ocen jedynie w wymiarze niezawodnociowym i ogólnym. Nie umoliwiaj one rozoznania rodzaju i stonia uszkodzenia. Na Wydziale Transortu Politechniki lskiej rowadzone s badania w celu oracowania nowych metod diagnozowania zawiesze ojazdów samochodowych. Ze wzgldu na du ojemno informacyjn zawart w sygnaach wibroakustykcznych rejestrowanymi wielkociami s drgania elementów ojazdu obudzonego do ruchu na stanowisku badawczym [3]. Diagnozowanie uszkodze wymaga okrelenia relacji omidzy wykrywanymi cechami a defektami [7]. Zatem równie istotny jest waciwy wybór narzdzia analizy rejestrowanych wielkoci. Przedstawione w racy [6] testy otwierdziy niestacjonarno sygnaów rzyiesze drga ojazdu badanego na stanowisku o wymuszeniu harmonicznym. Analiza tego tyu sygnaów wymaga zastosowania rzeksztace matematycznych umoliwiajcych obserwowanie zmian sygnau jednoczenie w czasie i czstotliwoci. 2. PRZEBIEG BADA Obiektem bada byy teleskoowe amortyzatory hydrauliczne stosowane w samochodach osobowych. Analizowano uszkodzenie w ostaci ubytku uszczelnienia zoenia tok cylinder amortyzatora oraz defekt uszczelnienia toczyska, którego efektem jest wyciek oleju amortyzatorowego. Przyjty zakres bada wymaga dokonania modyfikacji konstrukcji, która umoliwiaa wrowadzanie uszkodze. Obiekt bada rzedstawiono na rys. 1.

2 128 DIAGNOSTYKA 4 (4)/26 Rys. 1. Widok amortyzatora o modyfikacji konstrukcyjnej Wycieki ynu z amortyzatora zmniejszaj jego efektywne tumienie. W badaniach modelowano to stoniem jego wyenienia ynem amortyzatorowym. W secjalnie rzygotowanych do bada amortyzatorach zmieniano objto ynu wykorzystujc do tego celu secjalnie wykonany gwintowany otwór (rys. 1). Ubytek uszczelnienia toka modelowano metod treanacji wycinajc kolejno 2%, 4% i 6% czynnej owierzchni uszczelnienia. Demonta toka umoliwia gwintowane zoenie asowanych tulei (rys. 1). Czynny ekseryment diagnostyczny olega na badaniu dynamiki samochodu na stanowisku o harmonicznym wymuszeniu kinematycznym. Wstna weryfikacja otwierdzia, e ozostae elementy ukadu zawieszenia s w stanie nominalnym. W zawieszeniu montowano kolejno amortyzatory nowe i z zarogramowanymi uszkodzeniami. Analizowano wyw uszkodze na dynamik zawieszenia ojazdu. Pojazd ustawiano koem badanej czci zawieszenia na ycie najazdowej, nastnie uruchamiano urzdzenie obudzajce do drga uzyskujc zmienne wymuszenie kinematyczne w rzedziale czstotliwoci 21 [Hz]. Parametrami mierzonymi byy rzyieszenia drga elementów nieresorowanych (wahacza, koa) i resorowanych (nadwozia). Zmiana stanu technicznego amortyzatora owoduje zmian jego wasnoci tumicych. Najwikszy wyw tumienia na rzysieszenia drga ukadu widoczny jest w asmach czstotliwoci rezonansowych. Analizowano sygna drganiowy wystujcy o wyczeniu wzbudnika rzy rzechodzeniu ukadu rzez czstotliwoci rezonansowe mas nieresorowanych i resorowanych (rys. 6). Przykadowe rzebiegi zarejestrowanych sygnaów oraz sygnau wzgldnych rzyiesze drga i analizowane okno czasowe rzedstawiono na rysunkach oniej. Rys. 3. Przysieszenia drga koa Rys. 4. Przysieszenia drga nadwozia Rys. 5. Wzgldne Przysieszenia drga etay rzygotowanie zabudowanie badanie rejestracja modelowana usterka Obiekt rzeczywisty Stanowisko harmoniczne Rejestrator Analizator Rys. 2. Przebieg badania amortyzatora 3. METODYKA WYZNACZANIA MIAR STANU TECHNICZNEGO AMORTYZATORÓW Cz badawcza Cz analityczna Jako sygnay diagnostyczne wykorzystano wzgldne rzyieszenia drga ojazdu, które wyznaczano jako rónic zarejestrowanych rzyiesze drga koa i nadwozia badanego ojazdu. Rys. 6. Analizowane okno czasowe wzgldnych rzyiesze drga Uzyskany w ten sosób sygna oddano dalszej transformacji wykorzystujc do tego celu cige rzeksztacenie falkowe, które umoliwia analiz czstotliwociow sygnau niestacjonarnego w kolejnych odcinkach czasu. Transformata ta koreluje rzetwarzany sygna z elementami rodziny falek dobrze zlokalizowanych w czasie i czstotliwoci [1, 2]. Zais matematyczny stosowanego rzeksztacenia jest nastujcy: 1 t b CWT ( a, b) ar ( t) ( ) dt (1) a a

3 DIAGNOSTYKA 4 (4)/ gdzie: a r (t) analizowany sygna wzgldnych rzyiesze drga, t b - funkcja analizujca (falka Morleta), a a arametr czstotliwoci, b - arametr rzesunicia w czasie. Wynikiem tych rzeksztace s rozkady wsóczynników falkowych w dziedzinach skalaczas, które o rzeliczeniu skali na czstotliwo wykorzystano do wyznaczenia czstotliwoci rezonansowych mas nieresorowanych i resorowanych. Oracowano automatyczn rogramow tl wyszukujc wartoci maksymalne wyznaczonych wsóczynników oraz ich ooenie w dziedzinie czasu i czstotliwoci. Nastnie wyznaczano rzebiegi urednionych bezwzgldnych wsóczynników falkowych w oknach czasowoczstotliwociowych zlokalizowanych rezonansów mas resorowanych i nieresorowanych. Wyniki tych rzeksztace rzedstawiono na rysunkach oniej. urednionych wsóczynników transformaty. Zaroonowano nastujce miary: 1. Stosunek ola owierzchni od wykresem urednionych wartoci wsóczynników falkowych w amie rezonansu zawieszenia do ola jednostkowego: (t) w sr P T w ( t) dt sr (2) sr P gdzie: rozkad czasowy urednionych wartoci wsóczynników falkowych w amie czstotliwoci rezonansowych zawieszenia, T analizowany czas rzejcia ukadu rzez czstotliwoci rezonansowe zawieszenia, t czas róbkowania, P - ole jednostkowe (P =1m 2 ). 2. Amlituda ierwiastkowa rozkadu urednionych wartoci wsóczynników falkowych w amie rezonansu zawieszenia: u 2 wsr (3) n 4. WYNIKI ANALIZ Przykadowe wyniki analiz dla amortyzatorów o zidentyfikowanym stanie technicznym rzedstawiono na rysunkach oniej. Rys. 7. Rozkad wsóczynników falkowych czstotliwo [Hz] czas [s] Rys. 12. Rozkad wsóczynników falkowych (amortyzator Rys. 15. Rozkad wsóczynników falkowych (amortyzator 98% uszczelnienia toczka, 8% oleju) Rys. 8. Rezonans zawieszenia Rys. 9. Rezonans nadwozia Rys. 1. Urednione wsóczynniki rezonans zawieszenia Rys. 11. Urednione wsóczynniki rezonans nadwozia Rys. 13. Rezonans Rys. 16. Rezonans 98% uszczelnienia toczka, 8% oleju) Na odstawie analizy wyników uzyskanych zgodnie z algorytmem oisanym owyej weryfikowano miary unktowe okrelajce stan techniczny amortyzatorów. Wybrane estymatory bazuj na wartociach oisujcych rozkad czasowy Rys. 14. Urednione wsóczynniki rezonans Rys. 17. Urednione wsóczynniki rezonans 98% uszczelnienia toczka, 8% oleju)

4 13 DIAGNOSTYKA 4 (4)/26 Zestawienie urednionych dla badanej gruy amortyzatorów wartoci zaroonowanych miar stanu technicznego amortyzatorów dla rónych iloci oleju amortyzatorowego oraz uszczelnienia toka rzedstawiaj wykresy sukowe sr u P sr u Ilo oleju [%] Rys. 18. Rozkad wartoci estymatora P sr dla rónych iloci oleju amortyzatorowego Ilo oleju [%] Rys. 19. Rozkad wartoci estymatora u dla rónych iloci oleju amortyzatorowego Uszczelnienie toka [%] Rys. 2. Rozkad wartoci estymatora P sr dla rónych wartoci uszczelnienia toczka Uszczelnienie toka [%] 5. PODSUMOWANIE Sygnay rzyiesze drga ojazdu rejestrowane w trakcie bada na stanowisku o wymuszeniu harmonicznym s nonikiem istotnych informacji o stanie obiektu technicznego jakim jest amortyzator. Zastosowanie cigej transformaty falkowej umoliwia analiz amlitud sygnau w asmach czstotliwoci rezonansowych mas nieresorowanych i resorowanych. W celu okrelenia rodzaju i stonia uszkodzenia oracowano metod rzetwarzania sygnaów, której efektem byo uzyskanie miar unktowych oartych na transformacie falkowej. Warto zaroonowanych estymatorów wzrasta wraz z rosncym ubytkiem ynu amortyzatorowego, maleje za w rzyadku zwikszenia nieszczelnoci zoenia tok cylinder. Przedstawiona metodyka ozyskiwania informacji diagnostycznej w wyniku rzeksztace sygnaów drganiowych umoliwia oracowanie automatycznych systemów diagnozowania amortyzatorów samochodów osobowych. Konieczne jednak s dalsze badania w tym kierunku. LITERATURA [1] Batko W., Zióko M.: Zastosowanie teorii falek w diagnostyce technicznej. Problemy inynierii mechanicznej i robotyki. Kraków, 22. [2] Biaasiewicz J. T.: Falki i aroksymacje. WNT, Warszawa 2. [3] Gardulski J.: Bezstanowiskowa metoda oceny stanu technicznego zawiesze samochodów osobowych. Katowice-Radom 23. [4] Gardulski J., Burdzik R.: Falkowy klasyfikator stanu technicznego amortyzatorów samochodowych. XXXIII Ogólnoolskie Symozjum Diagnostyka Maszyn, Wgierska Górka 26. [5] Gardulski J., Burdzik R.: Zastosowanie estymatora falkowego w diagnostyce amortyzatorów samochodowych. Problemy Transortu Tom 1 Zeszyt 1,Gliwice 26. [6] Gardulski J., Warczek J.: Przyieszenia wzgldne jako miara stanu technicznego amortyzatorów zabudowanych w ojedzie. Zeszyty Naukowe Pol. l. Seria TRANSPORT z. 57, Gliwice 25. [7] ótowski B., Cemel C. (red. naukowa): Inynieria Diagnostyki Maszyn. PTDT, Warszawa, Bydgoszcz, Radom 24. Rys. 21. Rozkad wartoci estymatora u dla rónych wartoci uszczelnienia toczka

5 DIAGNOSTYKA 4 (4)/ Prof. nz. dr hab. in. Janusz GARDULSKI jest racownikiem naukowym Katedry Budowy Pojazdów Samochodowych Wydziau Transortu Politechniki lskiej. Zainteresowania badawcze: diagnostyka wibroakustyczna, dynamika zawiesze ojazdów samochodowych, modelowanie nieliniowych obiektów mechanicznych, minimalizacja haasu i drga w obiektach technicznych. Jest autorem i wsóautorem 3 monografii, ksiek i skrytów, oraz licznych artykuów oublikowanych w czasoismach i materiaach konferencyjnych. Czonek PTPE, PTDT, oraz rónych sekcji Komitetu Budowy Maszyn i Komitetu Transortu PAN. Mgr in. Rafa BURDZIK jest doktorantem w Katedrze Budowy Pojazdów Samochodowych Wydziau Transortu Politechniki lskiej. Zainteresowania: diagnostyka maszyn, cyfrowe rzetwarzanie sygnaów, logistyka i sedycja.