DIAGNOZOWANIE UKŁADU ZAWIESZENIA Zawieszenie samochodu jest tym układem, od którego poprawnego działania zaley: bezpieczestwo jazdy, trwało, niezawodno innych zespołów, komfort jazdy pasaerów i stan przewoonych towarów. Stacje diagnostyczne i stacje obsługi pojazdów nie dysponuj obecnie urzdzeniami pozwalajcymi na przeprowadzenie bada kontrolnych całego układu zawieszenia. Badania te przeprowadza si obecnie metodami organoleptycznymi. Jedynie amortyzatory mog by sprawdzane na specjalnych stanowiskach kontrolnych. I. Moliwe uszkodzenia układu zawieszenia Resory piórowe pknicia piór, uszkodzenia obejmy piór i strzemion mocujcych resor, luzy midzy sworzniem a tulej ucha resoru. Resory sprynowe uszkodzenia zwojów spryn oraz rub mocujcych spryny do wahaczy. Amortyzatory luzy w elementach mocujcych amortyzator, zgicia pknicia obudowy, wycieki wzdłu obudowy (amortyzatory teleskopowe), wycieki z gniazd osi dwigni (amortyzatory dwigniowe). Wahacze skrzywienia, pknicia, luzy midzy sworzniami i ramionami wahaczy. Drki reakcyjne luzy w połczeniach sworzniowych, uszkodzone zabezpieczenie nakrtek. Elementy ograniczajce skok zawieszenia uszkodzone lub zuyte zderzaki gumowe, pknicie linek zabezpieczajcych mosty. II. Parametry diagnostyczne i kryteria oceny stanu technicznego 1) Ocena amortyzatorów za pomoc charakterystyk amplitudowych Powszechne zastosowanie w stacjach kontroli pojazdów znalazły urzdzenia badajce amortyzatory metod drga wymuszonych, które działaj na podstawie: - analizy amplitudy drga w funkcji czasu (otrzymane wykresy porównuje si z charakterystykami wzorcowymi dla badanego samochodu), np. : Schocktester 2000 firmy Boge, FWT MAHA, - analizy nacisku koła na podłoe (otrzymane wyniki odnosi si do tabeli wymaga ustalonej przez EUSAMA), np. : TUZ 1 firmy Unimetal.
- 1-2) Wykres wzorcowy Rys. 1 Wzorcowy wykres drga amortyzatora Wykres drga zawieszenia w funkcji czasu mona podzieli na trzy zakresy: 1 Zakres wysokich czstotliwoci. Amplitudy wychyle kół s niewielkie i nie wpływaj znaczco na bezpieczestwo jazdy. 2 Zakres czstotliwoci rezonansowych. W tym zakresie wystpuj maksymalne wychylenia kół, co wie si z najwikszymi prdkociami, przy których uzyskuje si najwiksze siły tłumice w amortyzatorze, istotne dla bezpieczestwa jazdy. 3 Zakres niskich czstotliwoci. Drgania te przenosz si na nadwozie samochodu, s odczuwalne przez pasaerów, ale nie maj zwizku z bezpieczestwem jazdy. Ocena stanu zawieszenia na podstawie maksymalnych wartoci przemieszczenia wymaga znajomoci granicznych wartoci parametrów, po których przekroczeniu stan zawieszenia uznaje si za niezdatny. W praktyce wystpuj jednak trudnoci z uzyskaniem aktualnych danych. Problem ten nie wystpuje w przypadku badania amortyzatorów na podstawie analizy nacisku koła na podłoe, gdzie zastosowano okrelony algorytm pomiaru i przeliczania wartoci parametrów uzyskanych w trakcie badania. 3) Kryteria oceny stanu technicznego amortyzatora Okrelenie stanu technicznego amortyzatora dokonuje si na podstawie nastpujcych czynników: a) maksymalnej wartoci amplitudy drga A max (rys. 1) A max A gr amortyzator zdatny A max A gr amortyzator niezdatny (zalecana wymiana na nowy) Najwiksza warto A max amplitudy drga (rezonansowa) jest parametrem diagnostycznym. Zmierzon warto A max porównuje si z wartoci graniczn A gr dla amortyzatorów danej osi. - 2 -
b) rónicy maksymalnej amplitudy drga A max amortyzatorów tej samej osi A max = A max1 A max2 20% - amortyzatory zdatne (jednej osi) A max = A max1 A max2 20% - amortyzatory niezdatne (jednej osi) W celu wyeliminowania przypadków współpracy na jednej osi amortyzatorów o bardzo zrónicowanych charakterystykach, proponuje si uwzgldni dodatkowy parametr diagnostyczny A max, umoliwiajcy szybk ocen stanu zawieszenia osi. c) nieregularnoci przebiegu wykresu Przy rejestracji przebiegu drga wystpuj niekiedy dodatkowe czynniki zakłócajce przebieg wykresu. Wpływ ich jest istotny wówczas, kiedy wystpuj one w obszarze rezonansu. Do czynników tych zaliczamy: zbyt szybkie rozpoczcie pomiaru (wpływ drga drugiej czci badanej osi pojazdu), wsiadanie bd wysiadanie z pojazdu podczas badania, zatrzaskiwanie drzwi pojazdu w czasie pomiarów, itp. d) warto wskanika EUSAMA Pomiar metod EUSAMA obejmuje nastpujce etapy: pomiar nacisku statycznego koła, wymuszenie drga zawieszenia o czstotliwoci 25 Hz i skoku 6 mm, pomiar nacisku dynamicznego w trakcie drga gasncych i wyznaczenie minimalnej skutecznoci tłumienia. Warto wskanika EUSAMA oblicza si z zalenoci: Wskanik EUSAMA [%] = (minimalny nacisk dynamiczny opony na płyt / statyczny nacisk opony na płyt) x 100% Kryterium oceny zawieszenia (amortyzatorów) ustalone przez Europejskie Stowarzyszenie Producentów Amortyzatorów (EUSAMA) jest nastpujce: 0 20% - niedostateczna skuteczno tłumienia, 21 40% - rednia, 41 60% - dobra, Powyej 60% - bardzo dobra. Rónica midzy wartociami wskanika EUSAMA dla strony lewej i strony prawej jednej osi nie powinna by wiksza ni 20%. Kryteria oceny s jednakowe dla wszystkich pojazdów, z wyjtkiem małych samochodów osobowych z przednim napdem, dla których obnia si wymagania w stosunku do tylnej osi. - 3-
III. Metody diagnozowania Do oceny stanu technicznego zawieszenia stosuje si nastpujce metody: - metody organoleptyczne (ogldziny zewntrzne), - metody przyrzdowe (sprawdzenie działania amortyzatorów). 1) Ogldziny zewntrzne Na wstpie naley sprawdzi, czy zawieszenie jest skompletowane zgodnie z dokumentacj techniczn pojazdu. Oceni prawidłowo montau elementów sprystych, prowadzcych i tłumicych drgania. Szybk kontrol luzów w elementach układu zawieszenia, układu jezdnego i układu kierowniczego ułatwiaj urzdzenia do wymuszania szarpni kołami jezdnymi pojazdu. Ogldziny te obejmuj sprawdzenie: a) elementów sprystych (sprawdzenie stanu resorów piórowych, sprynowych, stabilizatorów, spryn, itp.), b) amortyzatorów (sprawdzenie stanu szczelnoci, zamocowania, itp.), c) elementów prowadzcych koła i ograniczajcych ugicie zawieszenia (sprawdzenie stanu wahaczy, drków reakcyjnych, zderzaków gumowych, itp.). 2) Diagnozowanie amortyzatorów metodami przyrzdowymi Stosowane w praktyce przyrzdowe metody oceny stanu technicznego amortyzatorów zale od tego, czy jest on wymontowany z samochodu, czy te jest zamontowany w samochodzie. a) Okrelenie stanu technicznego amortyzatora wymontowanego z pojazdu Rys. 2 Wykres pracy amortyzatora hydraulicznego a zaleno siły tłumicej P od przemieszczenia tłoka amortyzatora S dla amortyzatora w stanie zdatnoci b przebieg wykresu dla amortyzatora z ubytkiem oleju - 4 -
Na stanowisku badawczym z mechanizmem korbowym o regulowanej prdkoci obrotowej i skoku otrzymuje si wykres pracy amortyzatora hydraulicznego (rys. 2). Układ piszcy rejestruje zmian siły tłumicej P w funkcji przemieszczenia tłoka amortyzatora S. Po porównaniu wykresu pracy amortyzatora badanego z wykresem wzorcowym mona wykry podstawowe niesprawnoci amortyzatorów, jak na przykład uszkodzenie zaworu, nieszczelno, brak oleju, odkształcenia. b) Badanie stanu technicznego amortyzatorów zamontowanych w pojedzie W przypadku amortyzatorów zamontowanych w samochodzie do ich oceny mog by stosowane dwie metody: - metoda drga swobodnych (wymuszenie impulsowe) Metoda ta polega ogólnie na spowodowaniu ruchu nadwozia oraz obserwacji jego zanikajcych drga. O stanie technicznym amortyzatora decyduje liczba i amplituda drga. Charakterystyki swobodnych drga tłumionych mona uzyska nastpujcymi sposobami: opuci samochód z pewnej wysokoci na koła (z podstawek), wymusi ruch nadwozia w dół przez ugicie elementów sprystych lub na stanowisku płytowym wykorzysta wymuszenie niskoczstotliwociowe wystpujce w czasie hamowania. W pierwszym przypadku naley najecha kołem na podstawk, z której koło spadnie swobodnie i wzbudzi drgania elementów zawieszenia, moliwe do zarejestrowania przez urzdzenie pomiarowe. W drugim przypadku, po zablokowaniu kół przednich lub tylnych ciga si nadwozie do okrelonego połoenia. Po zwolnieniu urzdzenia dociajcego nadwozie drga swobodnie, a rejestrator kreli wykres swobodnych drga tłumionych. Trzeci sposób polega na pełnym wyhamowaniu samochodu na stanowisku płytowym, gdzie nastpuje maksymalne ugicie amortyzatorów jako reakcja od sił hamowania, a nastpnie zanikanie ugi, a do osignicia stanu równowagi. Analizuje si uzyskane wykresy oscylacji zawieszenia. - metoda drga wymuszonych (wymuszenie sinusoidalne) Metoda ta polega na wymuszeniu drga badanego koła powyej czstotliwoci rezonansowej. Po usuniciu siły wymuszajcej nastpuje zanikanie drga na skutek ich tłumienia przez amortyzator, elementy zawieszenia i elastyczn opon. W miar obniania si czstotliwoci drga w pewnej chwili nastpuje rezonans, którego amplituda charakteryzuje stan amortyzatora (przy rezonansie amplituda drga zaley od współczynnika tłumienia). Jako tłumienia amortyzatora ocenia si na podstawie analizy drga w funkcji czasu (tzw. metoda Boge porównanie wykresu z charakterystykami wzorcowymi) lub analizy nacisku koła na podłoe (tzw. metoda EUSAMA odniesienie wyników do tabeli wymaga). - 5 -
IV. Urzdzenia diagnostyczne 1) Przyrzdy do sprawdzania luzów Do ułatwienia oceny luzów w układzie zawieszenia, układzie jezdnym i układzie kierowniczym wykorzystuje si specjalne urzdzenia wymuszajce szarpanie badanych połcze. Urzdzenia te nazywane s detektorami luzów lub szarpakami. Przykład takiego detektora luzów typu WLD 2.5 przedstawia rys.3. Rys. 3 Detektor luzów typu WLD 2.5 a widok detektora montowanego na płytach najazdowych podnonika b schemat 1 sterownik, 2 płyta szarpaka, 3 siłowniki pneumatyczne, 4 zawory rozdzielajce, 5 belki najazdowe podnonika. Szarpaki składaj si z dwóch płyt napdzanych siłownikami hydraulicznymi lub pneumatycznymi, na których stawiane s koła pojazdu. Płyty te wykonuj krótkie przemieszczenia (obroty) w rónych kierunkach i powoduj poziome ruchy koła i wszystkich elementów z nim zwizanych. W tego typu urzdzeniach istotne jest sterowanie i koordynacja ruchu płyt. Za optymaln najczciej przyjmuje si nastpujc kombinacj ruchów płyt: - cykliczne na zewntrz i do wewntrz, - cykliczne przemienne lewa w przód, prawa w tył i odwrotnie, - posuwiste dla obu kierunków i dla kadej strony oddzielnie. Analiza podstawowych danych technicznych urzdze szarpicych rónych producentów wskazuje, e stosuje si najczciej hydrauliczne zasilanie robocze, które zapewnia wiksz niezawodno i płynno ruchu płyt ora mniejsze wymiary elementów. Podstawowe parametry techniczne testerów do sprawdzania luzów z napdem hydraulicznym rónych firm s porównywalne (np. dopuszczalny nacisk osi, siła wymuszajca ruch płyt, skok płyty, itp.). - 6 -
2) Urzdzenia do badania amortyzatorów metod drga swobodnych Charakterystyki amplitudowe zanikajcych drga nadwozia na jego zawieszeniu (tzw. drga swobodnych) mona uzyska nastpujcymi sposobami: a) przez gwałtowne opuszczanie badanej osi samochodu Do tej metody mona wykorzysta urzdzenie zwalniajce ruchomy wspornik. Samochód wjeda na platformy kołami przednimi lub tylnymi, które podnoszone s na okrelon wysoko (od 60 mm do 120 mm). Po opuszczeniu pojazdu rejestrowane s zanikajce drgania charakteryzujce tłumienie amortyzatorów. b) przez wychylanie nadwozia z połoenia równowagi w wyniku ugicia elementów sprystych Jednym z nowszych przyrzdów wykorzystujcych podczas pomiaru wychylenie nadwozia z połoenia równowagi jest urzdzenie SDT 2000/U (rys.4) Rys. 4 Przenony przyrzd SDT 2000/U a przyrzd zamocowany do błotnika nad badanym kołem, b walizka do przechowywania elementów testera, c widok tylnej strony przyrzdu (widoczne przyssawki), d przebieg drga swobodnych nadwozia na ekranie wywietlacza, e sporzdzanie protokołu z bada. Czujnik ultradwikowy urzdzenia przymocowany do nadwozia odbiera sygnały odbite od podłoa lub od nadajnika sygnałów umieszczonego na podłou i przekazuje je do opracowania przez mikroprocesor. Czujnik naley zamocowa do błotnika nad badanym kołem za pomoc przyssawek. Potem krótko i silnie naciska si na błotnik. Nastpnie przestawia si czujnik testera nad kolejne koła. Wykresy drga swobodnych nadwozia uzyskuje si na wywietlaczu ciekłokrystalicznym przyrzdu. Tester jest wyposaony w drukark termiczn. Otrzymuje si dwustanow ocen stanu technicznego amortyzatora (dobrze le). Stosowane kryterium to liczba i amplituda drga. - 7 -
c) na stanowisku płytowym z wykorzystaniem wymuszenia niskoczstotliwociowego wystpujcego w czasie hamowania Ten sposób sprawdzania amortyzatorów proponuje firma HEKA na urzdzeniu płytowym Univers A2 i A4 do badania hamulców i zawieszenia (rys. 5). Rys. 5 Urzdzenie płytowe firmy HEKA a wersja dwupłytowa (Univers A2), b wersja czteropłytowa (Univers A4), 1 płyty najazdowe, 2 wywietlacz wyników, 3 płyty do sprawdzania zbienoci, 4 drukarki. Skuteczno tłumienia poszczególnych amortyzatorów jest badana po pełnym wyhamowaniu samochodu na stanowisku, gdy nastpuje ich maksymalne ugicie jako reakcja od sił hamowania, a nastpnie zanikanie ugi, a do osignicia stanu równowagi. Badanie nastpuje w czasie najechania z prdkoci 5 15 km/h na płyty urzdzenia i wyhamowania na nich. Przemieszczenie płyt mierzy si za pomoc czujników tensometrycznych, a programowalny mikroprocesor przeprowadza obróbk danych. Podczas bada dokonuje si pomiaru sił hamujcych, ogólnej oceny prawidłowoci ustawienia kół i wstpnej oceny skutecznoci tłumienia amortyzatorów. Całe badanie wraz z wydrukiem mierzonych wartoci trwa około jednej minuty. Wykorzystanie do badania amortyzatorów wymuszenia niskoczstotliwociowego, wystpujcego w trakcie hamowania, nie znalazło szerszego zastosowania ze wzgldu na niewielk dokładno i powtarzalno uzyskanych wyników (potwierdzaj to badania wykonane metodami symulacyjnymi). - 8 -
3) Urzdzenia do badania amortyzatorów metod drga wymuszonych a) Urzdzenia działajce na podstawie analizy drga w funkcji czasu (typu Boge) Przykładem urzdzenia wykorzystujcego zjawisko drga wymuszonych badanego koła i elementów jego zawieszenia (w tym amortyzatora) oraz tłumienia tych drga po usuniciu siły wymuszajcej jest stanowisko Shocktester 2000 (rys. 6). Rys. 6 Schemat urzdzenia Shocktester 2000 1 silnik elektryczny, 2 spryna, 3 wahacz, 4 płyta najazdowa, 5 pulpit sterowniczy, 6 czujnik ultradwikowy. Budowa układu napdowego stanowiska jest podobna do zastosowanej w poprzedniej wersji urzdzenia (Shocktester). Drgania zostaj zarejestrowane przez czujnik ultradwikowy (6, rys. 6), przetworzone elektronicznie i przedstawione na wskaniku LCD, a nastpnie porównane z wartociami granicznymi, które zostały wprowadzone do pamici komputera. Zasilanie i sterowanie urzdzeniem nastpuje z pulpitu sterowniczego (5), na którym zamontowano urzdzenia do wprowadzania danych, wskanik LCD oraz drukark. Wynik badania jest podawany w formie wydruku (rys. 7) na wielobarwnej papierowej tamie, dla kadego amortyzatora oddzielnie. Rys. 7 Wykres przemieszczenia płyty uzyskiwany podczas badania na stanowisku Shocktester 2000 A strefa bezpieczna maksymalnej amplitudy drga, B strefa ryzyka, C strefa niebezpieczna. - 9 -
Na poniszych rysunkach przedstawiono najnowsze urzdzenia firmy MAHA do badania amortyzatorów metod drga wymuszonych. FWT1D Terminal z drukark tamow FWT1SCREEN z monitorem - Konsola z zabudowan drukark, wywietlaczem cyfrowym, miniaturow klawiatur i lamp sygnalizacyjn wiecc w czasie badania. - Szafka sterujca zawiera mikroprocesorowy układ sterujcy i drukark tamow. - Zmierzone wartoci s zapamitywane do czasu wjechania na stanowisko kolejnych samochodem lub wyłczenia zasilania. - Za pomoc odpowiednich przycisków mona uruchamia pojedyncze płyty w celu oceny odgłosów pracy zawieszenia badanego pojazdu. Opis jak FWT1D, urzdzenie to, wykorzystujce najnowsze zdobycze elektronicznej techniki pomiarowej oferuje szczególnie wysoki komfort obsługi. Wszystkie zmierzone i obliczone wartoci wywietlane s na ekranie monitora w postaci przejrzystych tabel i wykresów, a po przyłczeniu drukarki i klawiatury (opcja) mog by wydrukowane w formacie A4. Wynik badania nie budzi wtpliwoci, czy konieczna jest wymiana amortyzatorów na nowe. Urzdzenie FWT1SCREEN moe by, po uzupełnieniu elementów sterowania stanowiskiem do kontroli hamulców i testerem zbienoci, rozbudowane do kompletnej linii diagnostycznej EUROTEST. Tabela wartoci granicznych MAHA dostarcza tabele wartoci granicznych (w postaci ksiki). W urzdzeniach wyposaonych w monitor wartoci graniczne znajduj si w bazie danych dostarczanej wraz z urzdzeniem. Uytkownik moe wprowadza do bazy nowe i aktualizowa istniejce dane. Wartoci wzorcowe i graniczne mog by umieszczane na wydrukach. - 10 -
b) Urzdzenia do badania amortyzatorów na podstawie analizy nacisku koła na podłoe (według testu EUSAMA) Rys. 8 Schemat stanowiska do badania amortyzatorów według testu EUSAMA 1 płyta najazdowa 2 tensometryczny układ pomiarowy 3 układ elektroniczny 4 silnik elektryczny 5 badany amortyzator Konstrukcja urzdze do badania amortyzatorów metod EUSAMA (rys. 8) jest podobna do budowy opisanych poprzednio urzdze typu Boge, rejestrujcych przebieg drga w funkcji czasu. W obu rodzajach stanowisk wystpuje układ napdowy, płyty najazdowe pobudzane do drga i odpowiedni układ pomiarowy. Rónice dotycz sposobu i parametrów wymuszenia drga. Napd w tych urzdzeniach przekazywany jest bezporednio z silnika na płyt najazdow, a układ pomiarowy stanowi najczciej zginana belka z naklejonymi czujnikami tensometrycznymi, które współpracuj z odpowiednim układem elektronicznym. Ocena stanu technicznego zawieszenia samochodu odbywa si po rozpdzeniu układu napdowego stanowiska do odpowiedniej prdkoci obrotowej, nastpnie jej odłczeniu i rejestracji parametrów wynikajcych z zastosowanej metody: przemieszczenia płyty lub nacisku koła na płyt stanowiska. Najnowszym urzdzeniem do badania amortyzatorów według testu EUSAMA jest TUZ-1/L firmy UNIMETAL Urzdzenie to moe stanowi element składowy linii diagnostycznej. Na stanowisku wymusza si drgania, a mierzy si stosunek nacisku dynamicznego do nacisku statycznego koła. Do oceny stanu technicznego amortyzatorów wystarcza odniesienie wyników pomiaru do wymaga ustalonych przez Europejskie Stowarzyszenie Producentów Amortyzatorów. W metodzie tej zastosowano 4-stopniow skal oceny skutecznoci tłumienia amortyzatorów oraz ustalono dopuszczaln rónic midzy stron lew i praw. Wyniki pomiarów podawane s w procentach. Nie ma potrzeby tworzenia bazy danych charakterystyk wzorcowych. - 11 -
V. Literatura 1. Sitek, K.: Diagnostyka samochodowa układy odpowiedzialne za bezpieczestwo jazdy Wydawnictwo AUTO Warszawa 1999r. 2. Niziski, S.: Diagnostyka samochodów osobowych i ciarowych Warszawa 1995r. 3. Sitek, K.: Polskie linie diagnostyczne AUTO MOTO SERWIS 1 / 2002r. 4. Firma MAHA.: Urzdzenia do kontroli tłumienia zawiesze w samochodach osobowych i ciarowych www.maha wsop. pl - 12 -