ANALIZA WPŁYWU ZU YCIA OKŁADZIN CIERNYCH KLOCKÓW HAMULCOWYCH NA POZIOM DRGA UKŁADU HAMULCOWEGO TOMASZ KAŁACZY SKI, MARCIN ŁUKASIEWICZ, KAROL KASZUBA Streszczenie W pracy przedstawiona została problematyka diagnozowania układów hamulcowych. Przedstawiono możliwości zastosowania diagnostyki drganiowej w ocenie wpływu zuzucia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego. W pracy przedstawiono praktyczne wykorzystaie aplikacji inżynierskich do analizy wyników badań. Słowa klucze: układ hamulcowy, ocena stanu, diagnostyka drganiowa, techniki wirtualne 1. Wst p Miliony samochodów przemieszcza si codziennie po ulicach z punktu a do punktu b. ycie współczesnego człowieka jest uzale nione od motoryzacji. Samochody s coraz bardziej ogólnodost pne. Układ hamulcowy jest wa nym elementem bezpiecze stwa, bez którego jazda samochodem nie byłaby w ogóle mo liwa. Układ hamulcowy jest ci gle rozwijany przez konstruktorów, tak aby był niezawodny, efektywny i gwarantował bezpiecze stwo. Stały wzrost pr dko ci samochodów wymusza wprowadzanie coraz bardziej efektywnych materiałów na okładziny cierne klocków hamulcowych i na tarcze hamulcowe, a tak e wprowadza si elektroniczny systemy poprawiaj ce bezpiecze stwo jazdy m.in. ABS, ASR, ESP, BAS. Wprowadza si tak e diagnostyk pokładow, która kontroluje stan układu hamulcowego bez konieczno ci demonta u elementów samochodu. Podj cie tematu zostało podyktowane potrzeb zbadania wpływu uszkodze okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drga układu hamulcowego. 2. Podstawy teorii hamowania pojazdów samochodowych Podczas ka dego hamowania wypadkowa wszystkich sił działaj cych na pojazd ma przeciwny zwrot do kierunku jazdy. Na hamowany pojazd działaj siły wewn trzne i zewn trzne. Do sił wewn trznych zalicza si m.in. siły bezwładno ci pojazdu w ruchu posuwistym, siły tarcia wyst puj ce na powierzchni okładziny ciernej i tarczy hamulcowej oraz siły bezwładno ci w ruchu obrotowym. Siły zewn trzne działaj ce na pojazd to przede wszystkim opory o rodka (powietrza), w jakim porusza si pojazd i reakcje jezdni na koła pojazdu. Proces hamowania wyst puje w przypadku [1]: odł czenia układu przeniesienia nap du od silnika (gdy zostanie wci ni ty pedał sprz gła lub wł czenie biegu jałowego) opory ruchu pochłaniaj mał cz zapasu energii kinetycznej i pojazd zmniejsza pr dko, lecz działanie takie jest mało efektywne;
76 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego hamowanie silnikiem (poprzez zdj cie nogi z pedału przyspieszenie bez wł czania biegu jałowego) pojazd hamuje dzi ki oporowi w układzie korbowo-tłokowym spowodowanym nie zasileniem go paliwem silnika. Koła zaczynaj nap dza wał korbowy, a spr ane powietrze przez tłoki w cylindrach generuje moment hamuj cy przenoszony na koła nap dowy. Takie hamowanie idealnie nadaje si do wspomagania hamowania hamulcami np. podczas zjazdu ze wniesienia i zmniejsza dodatkowo proces zu ywania elementów ciernych hamulców; uruchomienia hamulców ci głego działania (silnikowych lub zwalniaczy, czyli retarderów); uruchomienia hamulców powoduj cych powstanie sił hamuj cych na wszystkich kołach pojazdu (nap dzanych i nienap dzanych) siła hamowania jest kontrolowana przez kierowc, sposób takiego hamowania jest sposobem najbardziej skutecznym, energia hamuj cego pojazdu jest zamieniana na energi ciepln w wyniku tarcia okładzin ciernych klocków hamulcowych z tarcz hamulcow oraz tarcia okładzin ciernych szcz k hamulcowych z b bnem hamulca. Powstała w wyniku tarcia energia cieplna jest rozpraszana do otoczenia przez elementy cierne hamulca [1]. 3. Studium uszkodze układu hamulcowego Klocki hamulcowe ulegaj uszkodzeniom trybologicznym, mechanicznym, termicznym, chemicznych, a tak e podlegaj procesom starzenia fizycznego. Poni sze przykłady przedstawiaj przyczyny i skutki poszczególnych uszkodze. Na rysunku 1. przedstawiono przyczyny uszkodze układu hamulcowego. ródło: [1]. Rys. 1. Przyczyny uszkodzeń układów hamulcowych Najcz ciej spotykanymi uszkodzeniami układu hamulcowego zpowodowanymi przez klocki hamulcowe s : uszkodzenia metaliczne w materiale ciernym; zdeformowana płytka no na klocka hamulcowego;
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 77 sko ne zu ycie materiału ciernego; przegrzanie materiału ciernego na całej lub cz ci powierzchni; Zanieczyszczenia materiału ciernego klocka hamulcowego; zeszklenie materiału ciernego; nierównomierne zu ycie klocka hamulcowego; ró ne zu ycie kloców hamulcowych jednego koła; całkowite starcie materiału ciernego klocka hamulcowego; p kni ty materiał cierny klocka hamulcowego; zerwanie materiału ciernego z płytki no nej klocka hamulcowego. Najcz ciej spotykanymi uszkodzeniami układu hamulcowego zpowodowanymi przez tarcze hamulcowe s : p kni cie cz ci mocuj cej tarczy hamulcowej wskutek nieprawidłowego dokr cenia rub mocuj cych koło; zanieczyszczona, uszkodzona lub skorodowana płaszczyzna styku cz ci mocuj cej tarczy hamulcowej i piasty koła; pulsacja momentu hamuj cego na zimno ; pulsacja momentu hamuj cego z przegrzania ; korozja tarczy hamulcowej; p kni cie tarczy hamulcowej; powierzchnia robocza tarczy hamulcowej pokryta niebieskawym nalotem; rowki na powierzchni roboczej tarczy hamulcowej; całkowite zu ycie klocków hamulcowych i zniszczenie cz ci roboczej tarczy hamulcowej. 4. Drgania klocków i tarcz hamulcowych Podstawowym ródłem drga generowanych przdz układ hamulcowy s drgania klocka hamulcowego i tarczy hamulcowej podczas hamowania. Drgania w okre lonym zakresie cz stotliwo ci s odbierane przez ucho człowieka jako piski. Piski dobiegaj cego od hamulca przy kole to akustyczny dowód na drgania jakiego elementu hamulca, który pobudza do drga inne elementy hamulca lub samochodu. Je li b d to tzw. drgania rezonansowe, to b d one gło ne i odczuwalne jako szczególnie silne (o du ej amplitudzie) [3,4,5]. Drgania klocków hamulcowych Sposób powstawania drga w układzie hamulcowym przedstawiono na rysunku 2 [4]: siła T, wyst puj ca pomi dzy materiałem ciernym klocka hamulcowego a obracaj c si tarcz hamulcow odkształca materiał cierny w kierunku A odkształcony materiał cierny jest zaznaczony lini przerywan ; odkształcenie materiału ciernego klocka hamulcowego trwa do momentu, w którym siła spr ysto ci materiału ciernego klocka stanie si wi ksza ni siła tarcia T, co powoduje, e materiał cierny klocka nie odkształca si dalej w kierunku A, ale przemieszcza si w kierunku B, powracaj c do swojego pierwotnego kształtu; przemieszczanie w kierunku B ko czy si, gdy siła tarcia T znowu stanie si wi ksza od siły spr ysto ci rozpoczyna si ponownie odkształcenie w kierunku A; ruchy w kierunkach A i B to drgania materiału ciernego klocka, słyszalne jako piski.
78 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego ródło: [4]. Rys. 2. Sposób powstawania drgań w hamulcu tarczowym Drgania tarcz hamulcowych. Współpracuj ca z klockami tarcza hamulcowa, pod wpływem zmieniaj cej si siły tarcia, równie wpada w drgania. Kolejne fazy generowania drga przez tarcz hamulcowa przedstawiono na rysunku 3. ródło: [2]. Rys. 3. Kolejne fazy tych drgań prezentują kolejno rysunki od (a) do (d) Drgania generowane prz elementy układu hamulcowego s przenoszone przez ró ne elementy nadwozia pojazdu i mog pobudza do drga inne elementy pojazdu, np. tapicerki, ró nych mechanizmów. Zmiana cz stotliwo ci drga koła ze zmian pr dko ci jazdy sprzyja powstawaniu tzw. drga rezonansowych. Wyst puj one wtedy, gdy cz stotliwo drga wymuszaj cych b dzie zbli ona lub równa cz stotliwo ci drga własnych którego z elementu nadwozia lub układu. Drgania rezonansowe cechuj si znaczn amplitud i mo na mie wra enie, e drgaj cy element czy mechanizm ulegnie zniszczeniu. Je eli przy okre lonej pr dko ci podczas hamowania, cz stotliwo drga koła spowodowana pulsacj momentu hamuj cego zrówna si z cz stotliwo ci drga własnych układu kierowniczego, to cało układu kierowniczego wraz z kołami wpadnie w drgania rezonansowe o amplitudzie wi kszej od amplitudy drga wywołanej tylko pulsacj momentu hamuj cego. Kierowca odczuje drgania rezonansowe jako silne drgania koła kierownicy.
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 79 5. Metody diagnozowania tarczowych układów hamulcowych Wpływ elementów układu hamulcowego pojazdu i jego stanu technicznego na bezpiecze stwo jazdy sprawia, e diagnostyka techniczna układu hamulcowego i ocena jego stanu ma du e znaczenie dla wła ciwej eksploatacji samochodu. Diagnostyka układu hamulcowego przebiega w kilku etapach. Układ nale y sprawdzi organoleptycznie oraz u ywaj c odpowiednich przyrz dów pomiarowych. Zakres weryfikacju elementów układu hamulcowych sprowadza si głownie do: organoleptycznej weryfikacji stanu tarczy hamulcowej; pomiaru grubo ci cz ci roboczej tarczy hamulcowej; weryfikacji bicia osiowego tarczy hamulcowej; oceny zu ycia wkładek ciernych. Klocków hamulcowych z zasadzie si nie naprawia. Je eli klocki hamulcowe s zu yte lub uszkodzone, wymienia si na nowe, pami taj c jednocze nie, e nowe klocki hamulcowe zakłada si nowe na obu kołach tej samej osi pojazdu. W przypadku zu ytych tarcz hamulcowych mo na je regenerowa przetaczaj c powierzchnie robocze w celu ich wyrównania. Nale y pami ta, aby grubo cz ci roboczej miała wi ksz warto ni minimalna podana przez producenta tarcz. 6. Obiekt bada Obiektem bada jest układ hamulcowy pojazdu samochodowego u ywanego na polskich drogach. Badania zostały przeprowadzone na mechanizmie hamulcowym tarczowym zamontowanym na przednich kołach samochodu marki Daewoo Tico. Poni ej przedstawiono pojazd bior cy udział w badaniu (rys. 4.), dane techniczne pojazdu bior cego udział w badaniu (tabela 1.) oraz układ hamulcowy, na którym odbywał si pomiar drga. Charakterystyk techniczn układu hamulcowego Daewoo Tico przedstawiono w tabeli 2. Rys. 4. Daewoo Tico
80 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego Rok produkcji Przebieg 1999 172 500 Moc 30 kw (41 KM) Tab. 1. Dane techniczne Daewoo Tico Moment obrotowy Masa własna Dopuszczalna masa całkowita Masa całk. na przedni o Tab. 2 Charakterystyka techniczna układu hamulcowego Daewoo Tico Ci nienie w ogumieniu 59 N m 640 kg 1015 kg 490 kg 0,18 MPa Hamulec roboczy Hamulec awaryjny Hamulce przednie Hamulce tylne Skok pedału hamulca Minimalna odległo pedału hamulca od przegrody czołowej Skok jałowy d wigni hamulca awaryjnego Grubo tarczy hamulcowej - nominalna - minimalna Grubo okładzin ciernych przedniego hamulca - nominalna - minimalna Grubo okładzin ciernych tylnego hamulca - nominalna - minimalna rednica b bna hamulcowego - nominalna - maksymalna rednica cylinderków - przednich - tylnych rednica tłoczków pompy hamulcowej ródło: [7]. hydrauliczny, dwuobwodowy (obwód I hamulce przednie, obwód II hamulce tylne), z podci nieniowym urz dzeniem wspomagaj cym, o samoczynnej regulacji luzów w hamulcach przednich i tylnych, z sygnalizacj obni enia poziomu płynu hamulcowego r czny, mechaniczny, uruchamiaj cy hamulce tylne, z sygnalizacj wł czenia hamulca tarczowe, z jednotłoczkowym zaciskiem B bnowe, z pływaj cymi szcz kami i korektorem siły hamowania tylnych kół 1 8 mm 75 mm Do 2 z bków 10 mm 8 mm 9,0 mm 1,0 mm 4,3 mm 1,0 mm 180,0 mm 182,0 mm 48,1 mm 17,46 mm 19,05 mm
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 81 7. Stanowisko badawcze i aparatura pomiarowa Do realizacji bada wykozystano nastepujaca aparatur badawcz : Hamulcomierz BHE-5 Urz dzenie przeznaczone do quasi statycznego sprawdzania działania hamulców samochodów osobowych i dostawczych drog pomiaru sił hamowania obydwu kół jednej osi. Rys. 5. Hamulcomierz BHE-5 (kolumna sterownicza) Zasada pracy quasi statycznego hamulcomierza BHE-5 sprowadza si do pomiaru siły stycznej do b bna nap dzaj cego z niewielk pr dko ci obrotow hamowane koło samochodu. Pomiar realizowany jest za pomoc d wigni reakcyjnej, która wraz z zespołem spr yn tworzy dynamometr, ugi cie spr yn i wychylenie d wigni jest proporcjonalne do siły powstałej w wyniku oporów stawianych przez hamowane koło i stycznej do b bna. Wielko ugi cia (strzałka) zostaje zamieniona w przetworniku indukcyjnym na sygnał elektryczny, a nast pnie poddany obróbce w mikroprocesorowym układzie elektronicznym. W wyniku nast puje wy wietlenie warto ci sił na wska nikach cyfrowych i wskazane procentowej ró nicy tych sił na wska niku analogowym. Wskazówka wychyla si w kierunku koła o mniejszej sile hamowania. Nawet chwilowe przekroczenie 30% ró nicy sygnalizowane jest pojawieniem si znaku nierówno ci, który widoczny jest a do skasowania wyników. Po lizg koła ko czy pomiar powoduj c wył czenie obydwu zespołów, ale uzyskane wyniki pozostaj wy wietlane a do ponownego uruchomienia zespołów. Siła, która spowodowała po lizg, jest wy wietlana pulsuj co [8]. Hamulcomierz w badaniu jest potrzebny do nap dzania kół osi przedniej, stawiania oporu kołom hamowanym oraz sprawdzenie sił hamowania. Czujnik piezoelektryczny firmy PCB PIEZOELECTRONICS Firma PCB Piezotronics jest wiatowej klasy producentem szerokiej gamy czujników przyspiesze (drga ) do pomiarów laboratoryjnych oraz przemysłowych, czujników siły dynamicznej, ci nienia dynamicznego, ci nienia statycznego, mikrofonów, czujników napr e, układów kondycjonowania, przewodów, magnesów wysokiej siły oraz innych akcesoriów. Przyrz dy te maj zastosowanie do pomiarów w przemy le motoryzacyjnym, obronnym, lotniczym, chemicznym, górniczym, papierniczym, edukacji [9].
82 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego Rys. 6. Czujnik piezoelektryczny T352C33 Czujniki bazuj na efekcie piezoelektrycznym. Piezo w j zyku greckim oznacza ciska. W czujnikach piezoelektrycznych materiałem, który wskutek przyło enia siły generuje ładunek q(t) jest element monokrystaliczny (turmalin, kwarc), lub polikrystaliczne, sztucznie spolaryzowane wyroby ceramiczne (tytanian baru, metanioban ołowiu). Działanie czujnika polega na tym, e odkształcenie kryształu piezoelektrycznego przez przyło- on sił powoduje powstanie napi cia wyj ciowego q(t), proporcjonalnego do warto ci tej siły. Piezoelement obci ony mas bezwładn słu y jako przetwornik drga, gdy siła nadaje masie przyspieszenie do generowanego ładunku. Na poni szym rysunku przedstawiono zasad działania piezoelektrycznego czujnika drga. ródło: [2]. Rys. 7. Zasada działania piezoelektrycznego czujnika drgań Tego typu czujniki przyspiesze nie potrzebuj zasilania oraz nie maj adnych ruchomych cz ci. Charakteryzuje je spory zakres dynamiczny i du y zakres mierzonych warto ci. Pasmo przenoszenia takiego czujnika zawiera si w granicach od kilku herców do kilkudziesi ciu kiloherców, przewa nie 0,3 0,5 cz stotliwo ci drga własnych. Czujnik przy piesze drga firmy PCB Piezoelektronics typu ICP model T352C33 charakteryzuje si nast puj cymi parametrami technicznymi: czuło 100 mv/g, zakres cz stotliwo ci od 0.3 Hz do 15 khz masa 5,8 gram. LMS SCADAS Recorder i oprogramowanie LMS Test.Lab LMS SCADAS Recorder to urz dzenie ł cz ce cechy analizatora i klasycznego rejestratora. W odró nieniu od typowych rejestratorów LMS SCADAS Recorder jest w pełni zautomatyzowany
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 83 i nie potrzebuje sterowania poprzez komputer lub sterowania zdalnego do przeprowadzenia procesu rejestracji sygnałów pomiarowych. Dane bezpieczne zapisywane s na karcie CompactFlash. Po poł czeniu z komputerem lub laptopem LMS umo liwia bezprzewodowe monitorowanie ewentualnych przesterowa na kanałach oraz stanu baterii. Rys. 8. LMS SCADAS Recorder LMS SCADAS Recorder mo e by zintegrowany z oprogramowaniem LMS.Test.Lab, LMS Test.Xpress oraz LMS TECWare słu cym do zaawansowanych analiz zjawisk zwi zanych z hałasem, drganiami i wytrzymało ci. LMS SCADAS Recorder umo liwia: pomiary bez udziału komputera nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach, zdalne monitorowanie i wpływanie na pomiar poprzez laptop, pokrycie wymaga aplikacji zarówno laboratoryjnych i terenowych poprzez jedno urz dzenie [9]. LMS Test.Lab to zintegrowane rodowisko tworz ce wraz z analizatorami LMS SCADAS Recorder ogromne narz dzie pozwalaj ce na gł bok analiz zjawisk zwi zanych z drganiami i hałasem. SIBI System Informatyczny Bada Identyfikacyjnych Jest to program, który umo liwia akwizycje i przetwarzanie danych pomiarowych wygenerowanych przez inny program (np. LMS Test.Lab). Oprogramowanie SIBI tworzy wiele miar sygnałów diagnostycznych, wyniki opracowuje statystycznie oraz wnioskuje diagnostycznie. Program SIBI jest konstrukcj modułow. Moduły s tak opracowane, e odpowiadaj kolejnym etapom realizowania procedury diagnostycznej. Na rysunku 9. przedstawiono główne okno dialogowe programu SIBI. W systemie tym wyró niono nast puj ce moduły: Rys. 9. Główne okno dialogowe programu SIBI
84 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego Moduł A zadanie modułu to akwizycja i eksportowanie danych pomiarowych. Moduł B zadanie modułu to przetwarzanie danych co umo liwia zdefiniowanie, wyznaczenie oraz utworzenie macierzy wielu miar procesów drganiowych. Moduł C dokonuje badania współzale no ci sygnałów. Moduł D przeprowadza procedur badania wra liwo ci symptomów wykorzystuj c metod OPTIMUM do indywidualnej oceny wra liwo ci mierzonych symptomów procesów drganiowych. Moduł E posługuje si metod Singular Value Decomposition (SVD) do wielowymiarowego opisu stanu badanego obiektu. Moduł F zadanie modułu to modelowanie przyczynowo skutkowe metod regresji. 8. Przebieg bada Badania przeprowadzona dla 4 zamodelowanych stanów zu y klocków hamulcowych. Zu ycia te zostały wybrane ze wzgl du na to, e s to typowe usterki, a klocki hamulcowe s najcz ciej wymienianym elementem układu hamulcowego Poni ej zostały wymienione cztery stany: Stan 1: Układ hamulcowy sprawny (wzorcowy) pomiar drga sprawnego układu hamulcowego. Układ był skontrolowany w przed badaniami, wszystkie elementy działaj prawidłowo (brak uszkodze ). Do jednego z klocków zamontowano czujnik drga. Okładzina obu klocków hamulcowych ma grubo 9 mm rys 10. Rys. 10. Para klocków hamulcowych stanu pierwszego Stan 2. Układ hamulcowy z jednym uszkodzonym klockiem, który ma sko ne zu ycie materiału ciernego. Do uszkodzonego klocka zamocowano czujnik. Układ hamulcowy, który ma zu yty sko nie przynajmniej jeden klocek, kwalifikuje si do naprawy. Dlatego badanie b dzie przeprowadzone dla układu tylko z jednym uszkodzonym klockiem hamulcowym. Grubo okładziny ciernej sko nie zu ytego klocka wynosi od 4 do 6 mm, za grubo okładziny ciernej drugiego klocka hamulcowego wynosi 9 mm rys. 11. Rys. 11. Para klocków hamulcowych stanu drugiego Stan 3. Układ hamulcowy z jednym uszkodzonym klockiem, który ma całkowicie zu yty materiał cierny. Do uszkodzonego klocka zamocowano czujnik. Układ hamulcowy, którego
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 85 przynajmniej jeden klocek hamulcowy ma całkowicie zu yty materiał cierny, kwalifikuje si do naprawy. Dlatego badanie b dzie przeprowadzone dla układu tylko z jednym uszkodzonym klockiem hamulcowym. Grubo okładziny ciernej całkowicie zu ytego klocka hamulcowego jest prawie zerowa, za grubo okładziny ciernej drugiego klocka hamulcowego wynosi 9 mm. Stan 4. Układ hamulcowy dwoma uszkodzonymi klockami. Od strony wewn trznej (od strony tłoczka) zamontowano klocek ze sko nym zu yciem materiału ciernego, a od strony zewn trznej (od strony koła), klocek z prawie całkowicie zu ytym materiałem ciernym. Grubo okładziny ciernej całkowicie zu ytego klocka hamulcowego jest prawie zerowa, za grubo okładziny ciernej klocka hamulcowego sko nie zu ytego wynosi od 4 do 6 mm. Do klocka hamulcowegoprzymocowano czujnik piezoelektryczny. Na rysunku 12. przedstawiono zamocowanie czujnika przyspiesze na klocka hamulcowego. Rys. 12. Klocek hamulcowy z czujnikiem przyspieszeń drgań Klocek hamulcowy z czujnikiem drga został zamocowany w mechanizmie hamulca tarczowego. Kompletny układ hamulcowy z zamocowanym czujnikiem drga przedstawiono na rysunku 13. Rys. 13 Kompletny mechanizm hamulcowy tarczowy z zamontowanym czujnikiem drgań Pomiar drga odbywał si podczas łagodnego hamowania o sile hamuj cej 0,8 kn, za rejestracja wyników trwała 30 sekund.
86 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego 9. Wyniki bada Wyniki bada otrzymano w postaci przebiegów czasowych dla czterech ró nych stanów układu hamulcowego. Pierwszy stan uwa a si jako zdatny (wzorcowy), a pozostałe jako niezdatne. Na rysunkach 14. 17 przedstawiono przebiegi czasowe drga poszczególnych stanów. Rys. 14. Przebieg czasowy dla pierwszego stanu (układ hamulcowy zdatny) Rys. 15. Przebieg czasowy dla drugiego stanu Rys. 16. Przebieg czasowy dla trzeciego stanu Rys. 17. Przebieg czasowy dla czwartego stanu 10. Analiza wyników Dane pomiarowe zostały przetworzone w programie SIBI (System Informatyczny Bada Identyfikacyjnych) w celu uzyskania miar sygnału drganiowego. Pierwszym etapem jest zdefiniowanie, wyznaczenie oraz utworzenie macierzy wielu miar procesów drganiowych w module Symptomy. Rezultatem tego działania jest wygenerowanie macierzy warto ci wybranych miar własnych zgodnie z tabel 3. Tab. 3. Macierz miar własnych sygnałów dla poszczególnych stanów
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 87 Kolejnym krokiem bada diagnostycznych jest zastosowanie metody OPTIMUM do analizy danych pomiarowych. Metoda ta słu y do selekcji informacji, jakie otrzymano w badaniu. Dzi ki wykorzystaniu tej metody mo liwe jest uszeregowanie symptomów opisuj cych badany obiekt pod wzgl dem wra liwo ci informacji otrzymanej z poszczególnych symptomów. Moduł OPTIMUM pozwala na otrzymanie diagramu wyników. Analiza graficznego zestawienia pozwala na uporz dkowanie symptomów według wra liwo ci pod wzgl dem punktu idealnego. Program uporz dkował symptomy od najbli ej do najdalej oddalonego od punktu idealnego. Na rysunku 18 przedstawiono wybrany diagram wygenerowany przez moduł OPTIMUM. Rys. 18 Diagram wygenerowany przez moduł OPTIMUM dla stanu drugiego W metodzie OPTIMUM nie otrzymano informacji o udziale poszczególnych symptomów w uszkodzeniach. Dlatego do dalszej analizy nale y u y metody wielokryterialnej SVD, która uzupełnia metod OPTIMUM. Analiza wielowymiarowa pozwala na wyró nienie najlepszych miar, które opisuj stan obiektu. Metoda ta pozwala na weryfikacj udziału jako ciowego i ilo ciowego ka dej miary w zmianie stanu technicznego obiektu. Do przetworzenia danych w SVD wybrano pi miar z metody OPTIMUM, które s najbli ej punktu idealnego. Na rysunku 19 przedstawiono wizualizacje graficzn wyników analizy metod SVD dla pierwsyego stanu. Rys. 19. Udział poszczególnych symptomów dla stanu pierwszego Do analizy statystycznej stworzono tabele 4 i 5, w których zawarto wszystkie miary analizowane przez SVD. W tabeli 5. wyszczególniono pionowo symptomy oraz poziomo wszystkie stany układu hamulcowego. Znakiem x zaznaczono symptom, który wyst puje w danym stanie układu hamulcowego. W jednym stanie wyst puje pi najlepszych miar wybranych przez OPTIMUM. Ostatni wiersz sumuje wyst powanie danego symptomu w stanach układu hamulcowego.
88 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego Tab. 4. Udział pięciu najlepszych miar według metody OPTIMUM dla poszczególnych stanów W tabeli 5. przedstawiono udział jako ciowy najlepszych miar w zmianie stanu technicznego obiektu. Symptomom nadano oceny według kolejno ci udziału w uszkodzeniu głównym maszyny. Kryterium oceny analizy korelacji poszczególnych symptomów wzgl dem uszkodzenia głównego: 5 najwi ksza korelacja symptomu wzgl dem uszkodzenia głównego, 1 najmniejsza korelacja wzgl dem uszkodzenia głównego. Tab. 5. Analiza korelacji poszczególnych symptomów względem uszkodzenia głównego i nadanie im ocen Analiza danych pomiarowych w programie SIBI pozwoliła na weryfikacje najlepszych miar dla badanych stanów układu hamulcowego. Z tabeli 4. mo na wyodr bni trzy dominuj ce miary tj. RMS (moc), Asymetria i RMS (cz stotliwo ), które najcz ciej wyst piły w rozpatrywanych stanach układu hamulcowego. W tabeli 5. stworzono kryterium dla korelacji symptomu wzgl dem uszkodzenia głównego. Nadano warto ci dla kolejno ci wyst powania miar. Potwierdza ona, e trzy wymienione powy ej miary s najlepsze do weryfikacji wpływu wybranych uszkodze klocków hamulcowych na poziom drga układu hamulcowego. Program SIBI pozwala na szybk identyfikacj uszkodze, poprzez implementacj programu do analizy procesów drganiowych. Korzystanie z programu znacz co wpływa na jako diagnozowania obiektów w aspekcie ich funkcjonowania. Dynamicznie rozwijaj ce techniki informatyczne pozwalaj na zastosowanie nowoczesnych metod diagnostycznych.
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, 2014 89 11. Wnioski W celu weryfikacji stanu technicznego elementów ciernych układu hamulcowego przeprowadzono badania czterech ró nych stanów układu hamulcowego, były to: układ hamulcowy sprawny technicznie, układ hamulcowy z klockiem hamulcowym sko nie zu ytym, układ hamulcowy z całkowicie zu ytym materiałem ciernym oraz układ hamulcowy z klockiem hamulcowym ze sko nie zu ytym materiałem ciernym i drugim klockiem z całkowicie zu ytym materiałem ciernym. W wyniku wykonania wy ej wymienionych bada zrealizowano cel pracy, mianowicie zweryfikowano wpływ zu y klocków hamulcowych na poziom drga układu hamulcowego. Dzi ki zgromadzonej literaturze, obejmuj cej tematyk dotycz c metod badania układów hamulcowych oraz przeprowadzonych bada mo na stwierdzi, i z technicznego punktu widzenia zakres pracy, zało ony w pocz tkowym etapie, w pełni wyczerpał tematyk i pozwala wyci gn nast puj ce wnioski: Do pomiaru drga poszczególnych stanów układu hamulcowego wykorzystano nowoczesne metody informatyczne tj. analizator i rejestrator LMS SCADAS Recorder i oprogramowanie Test.Lab. Wynikiem przeprowadzonych pomiarów było otrzymanie przebiegów czasowych. Do analizy zebranych wyników wykorzystano oprogramowanie SIBI (System Informatyczny Bada Identyfikacyjnych). Oprogramowanie pozwala na wygenerowanie z przebiegów czasowych wiele miar własnych. Metoda OTPIMUM pozwala na uszeregowanie miar własnych od najlepiej do najgorzej opisuj cy drgania mechaniczne układu hamulcowego. Dzi ki czemu mo na wybra kilka najlepszych miar do dalszej analizy wielowymiarowej (w pracy wybrano pi najlepszych miar). Metoda SVD ma mo liwo uszeregowania wybranych symptomów według procentowego udziału rozwoju uszkodze w układzie hamulcowym, ma mo liwo przeprowadzenia korelacji poszczególnych symptomów wzgl dem uszkodzenia głównego oraz przedstawi udział symptomów w uszkodzeniu głównym. Z widma drga wynika, e cz stotliwo drga dla badanych stanów układu hamulcowego w danych warunkach w pracy wynosz od 0 do około 400 Hz. Zmiana stanu układu hamulcowego wpływa na zmian procentowego udziału rozwoju w badanym układzie oraz na zmian udziału symptomów w uszkodzeniu głównym. Badania przeprowadzono tylko dla najcz stszych zu y klocków hamulcowych. W celu rozszerzenia zakresu pracy mo na by przeprowadzi analogiczne badania dla uszkodzonych tarcz hamulcowych, gdy uszkodzone tarcze hamulcowe w znacznym stopniu wpływaj na poziom drga układu hamulcowego. Stan elementów układu hamulcowego w znacznym stopniu wpływa na bezpiecze stwo na drodze zarówno kieruj cego jak i innych uczestników ruchu. Przeprowadzony eksperyment pozwala na stworzenie systemu diagnostycznego, który na podstawie pomiaru drga, badał by w trakcie eksploatacji stan elementów układu hamulcowego. Analiza wyników bada potwierdza wpływ zu y klocków hamulcowych na poziom drga układu hamulcowego. Ponadto przedstawione metody bada wskazuj na potrzeb ich realizacji w aspekcie zwi kszania skuteczno ci kontroli stanu układu hamulcowego. Rozwój motoryzacyjny pojazdów samochodowych, wymusza rozwój bada nad nowymi metodami diagnostycznymi układów hamulcowych.
90 Tomasz Kałaczyński, Marcin Łukasiewicz, Karol Kaszuba Analiza wpływu zużycia okładzin ciernych klocków hamulcowych na poziom drgań układu hamulcowego Bibliografia 1. Gabryelewicz M.: Podwozia i nadwozia pojazdów samochodowych cz. 2 układ hamulcowy i kierowniczy, zawieszenie oraz nadwozie. WKiŁ Warszawa., 2011r. 2. Giergiel J., Uhl T.: Identyfikacja układów mechanicznych. PWN Warszawa1990r. 3. Leiter R.: Hamulce samochodów osobowych i motocykli. WKiŁ Warszawa 1998r. 4. Myszkowski S.: Hamulce tarczowe. Wydawnictwo INSTALATOR POLSKI 2001. 5. Myszkowski S.: Obsługa układów hamulcowych. Kompendium praktycznej wiedzy. Cz.1. Dodatek techniczny do WIADOMO CI Inter Cars S.A. nr 27/pa dziernik 2007. 6. Kałaczy ski T., ółtowski M.: Techniki wirtualne w badaniach stanu, zagrożeń bezpieczeństwa i środowiska eksploatowanych maszyn. Wydawnictwo Argonex, 44 strony, Bydgoszcz 2011r. 7. Ossowski A.,: Daewoo Tico. WKiŁ Warszawa2003r. 8. Instrukcja obsługi hamulcomierza BHE-5 9. http://www.pcb.energocontrol.pl ANALYSIS OF THE WEAR FRICTION LININGS BRAKE PADS IMPACT ON THE BRAKING SYSTEM VIBRATION Summary The paper presents problem of brake systems diagnostics. Presents possibilities application of vibration diagnostics in assessment of the friction linings brake pads impact wear on the vibration level in the brake system. The paper presents a practical using of engineering application to analysis of the research results. Keywords: a brake system, evaluation of the state, vibration diagnostics, virtual techniques Tomasz Kałaczy ski Marcin Łukasiewicz Karol Kaszuba Instytut Eksploatacji Maszyn i Transportu Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy al. Prof. S. Kaliskiego 7, 85-789 Bydgoszcz