DIAGNOZOWANIE UKŁADU ZAWIESZENIA
Zawieszenie samochodu jest tym układem, od którego poprawnego
działania zale y: bezpiecze stwo jazdy, trwało , niezawodno innych
zespołów, komfort jazdy pasa erów i stan przewo onych towarów.
Stacje diagnostyczne i stacje obsługi pojazdów nie dysponuj obecnie
urz dzeniami pozwalaj cymi na przeprowadzenie bada kontrolnych całego
układu zawieszenia. Badania te przeprowadza si obecnie metodami
organoleptycznymi. Jedynie amortyzatory mog by sprawdzane na specjalnych
stanowiskach kontrolnych.
I. Mo liwe uszkodzenia układu zawieszenia
Resory piórowe – p kni cia piór, uszkodzenia obejmy piór i strzemion
mocuj cych resor, luzy mi dzy sworzniem a tulej ucha resoru.
Resory spr ynowe – uszkodzenia zwojów spr yn oraz rub mocuj cych
spr yny do wahaczy.
Amortyzatory – luzy w elementach mocuj cych amortyzator, zgi cia p kni cia
obudowy, wycieki wzdłu obudowy (amortyzatory teleskopowe), wycieki z
gniazd osi d wigni (amortyzatory d wigniowe).
Wahacze – skrzywienia, p kni cia, luzy mi dzy sworzniami i ramionami
wahaczy.
Dr ki reakcyjne – luzy w poł czeniach sworzniowych, uszkodzone
zabezpieczenie nakr tek.
Elementy ograniczaj ce skok zawieszenia – uszkodzone lub zu yte zderzaki
gumowe, p kni cie linek zabezpieczaj cych mosty.
II. Parametry diagnostyczne i kryteria oceny stanu
technicznego
1) Ocena amortyzatorów za pomoc charakterystyk amplitudowych
Powszechne zastosowanie w stacjach kontroli pojazdów znalazły urz dzenia
badaj ce 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 podło e (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 mo na podzieli na trzy zakresy:
1 – Zakres wysokich cz stotliwo ci. Amplitudy wychyle kół s niewielkie i nie
wpływaj znacz co na bezpiecze stwo jazdy.
2 – Zakres cz stotliwo ci rezonansowych. W tym zakresie wyst puj
maksymalne wychylenia kół, co wi e si z najwi kszymi pr dko ciami, przy
których uzyskuje si najwi ksze siły tłumi ce w amortyzatorze, istotne dla
bezpiecze stwa jazdy.
3 – Zakres niskich cz stotliwo ci. Drgania te przenosz si na nadwozie
samochodu, s odczuwalne przez pasa erów, ale nie maj zwi zku z
bezpiecze stwem jazdy.
Ocena stanu zawieszenia na podstawie maksymalnych warto ci przemieszczenia
wymaga znajomo ci granicznych warto ci parametrów, po których
przekroczeniu stan zawieszenia uznaje si za niezdatny. W praktyce wyst puj
jednak trudno ci z uzyskaniem aktualnych danych.
Problem ten nie wyst puje w przypadku badania amortyzatorów na podstawie
analizy nacisku koła na podło e, gdzie zastosowano okre lony algorytm
pomiaru i przeliczania warto ci parametrów uzyskanych w trakcie badania.
3) Kryteria oceny stanu technicznego amortyzatora
Okre lenie stanu technicznego amortyzatora dokonuje si na podstawie
nast puj cych czynników:
a) maksymalnej warto ci amplitudy drga A
max
(rys. 1)
A
max
≤ A
gr
– amortyzator zdatny
A
max
≥ A
gr
– amortyzator niezdatny (zalecana wymiana na nowy)
Najwi ksza warto A
max
amplitudy drga (rezonansowa) jest parametrem
diagnostycznym. Zmierzon warto A
max
porównuje si z warto ci
graniczn A
gr
dla amortyzatorów danej osi.
- 2 -
b) ró nicy 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 zró nicowanych charakterystykach, proponuje si
uwzgl dni dodatkowy parametr diagnostyczny
∆A
max
, umo liwiaj cy
szybk ocen stanu zawieszenia osi.
c) nieregularno ci przebiegu wykresu
Przy rejestracji przebiegu drga wyst puj niekiedy dodatkowe czynniki
zakłócaj ce przebieg wykresu. Wpływ ich jest istotny wówczas, kiedy
wyst puj one w obszarze rezonansu. Do czynników tych zaliczamy: zbyt
szybkie rozpocz cie pomiaru (wpływ drga drugiej cz ci badanej osi
pojazdu), wsiadanie b d wysiadanie z pojazdu podczas badania,
zatrzaskiwanie drzwi pojazdu w czasie pomiarów, itp.
d) warto wska nika EUSAMA
Pomiar metod EUSAMA obejmuje nast puj ce etapy: pomiar nacisku
statycznego koła, wymuszenie drga zawieszenia o cz stotliwo ci 25 Hz i
skoku 6 mm, pomiar nacisku dynamicznego w trakcie drga gasn cych i
wyznaczenie minimalnej skuteczno ci tłumienia.
Warto wska nika EUSAMA oblicza si z zale no ci:
Wska nik 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 nast puj ce:
0 – 20% - niedostateczna skuteczno tłumienia,
21 – 40% - rednia,
41 – 60% - dobra,
Powy ej 60% - bardzo dobra.
Ró nica mi dzy warto ciami wska nika EUSAMA dla strony lewej i strony
prawej jednej osi nie powinna by wi ksza ni 20%.
Kryteria oceny s jednakowe dla wszystkich pojazdów, z wyj tkiem małych
samochodów osobowych z przednim nap dem, dla których obni a si
wymagania w stosunku do tylnej osi.
- 3-
III. Metody diagnozowania
Do oceny stanu technicznego zawieszenia stosuje si nast puj ce metody:
-
metody organoleptyczne (ogl dziny zewn trzne),
-
metody przyrz dowe (sprawdzenie działania amortyzatorów).
1) Ogl dziny zewn trzne
Na wst pie nale y sprawdzi , czy zawieszenie jest skompletowane zgodnie z
dokumentacj techniczn pojazdu. Oceni prawidłowo monta u elementów
spr ystych, prowadz cych i tłumi cych drgania.
Szybk kontrol luzów w elementach układu zawieszenia, układu jezdnego i
układu kierowniczego ułatwiaj urz dzenia do wymuszania szarpni kołami
jezdnymi pojazdu.
Ogl dziny te obejmuj sprawdzenie:
a) elementów spr ystych (sprawdzenie stanu resorów piórowych,
spr ynowych, stabilizatorów, spr yn, itp.),
b) amortyzatorów (sprawdzenie stanu szczelno ci, zamocowania, itp.),
c) elementów prowadz cych koła i ograniczaj cych ugi cie zawieszenia
(sprawdzenie stanu wahaczy, dr ków reakcyjnych, zderzaków
gumowych, itp.).
2) Diagnozowanie amortyzatorów metodami przyrz dowymi
Stosowane w praktyce przyrz dowe metody oceny stanu technicznego
amortyzatorów zale od tego, czy jest on wymontowany z samochodu, czy te
jest zamontowany w samochodzie.
a) Okre lenie stanu technicznego amortyzatora wymontowanego z pojazdu
Rys. 2 Wykres pracy amortyzatora hydraulicznego
a – zale no siły tłumi cej P od przemieszczenia tłoka amortyzatora S dla amortyzatora w stanie zdatno ci
b – przebieg wykresu dla amortyzatora z ubytkiem oleju
- 4 -
Na stanowisku badawczym z mechanizmem korbowym o regulowanej pr dko ci
obrotowej i skoku otrzymuje si wykres pracy amortyzatora hydraulicznego
(rys. 2). Układ pisz cy rejestruje zmian siły tłumi cej P w funkcji
przemieszczenia tłoka amortyzatora S. Po porównaniu wykresu pracy
amortyzatora badanego z wykresem wzorcowym mo na wykry podstawowe
niesprawno ci amortyzatorów, jak na przykład uszkodzenie zaworu,
nieszczelno , brak oleju, odkształcenia.
b) Badanie stanu technicznego amortyzatorów zamontowanych w poje dzie
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 zanikaj cych drga . O stanie technicznym amortyzatora decyduje liczba i
amplituda drga . Charakterystyki swobodnych drga tłumionych mo na
uzyska nast puj cymi sposobami: opu ci samochód z pewnej wysoko ci na
koła (z podstawek), wymusi ruch nadwozia w dół przez ugi cie elementów
spr ystych lub na stanowisku płytowym wykorzysta wymuszenie
niskocz stotliwo ciowe wyst puj ce w czasie hamowania.
W pierwszym przypadku nale y najecha kołem na podstawk , z której koło
spadnie swobodnie i wzbudzi drgania elementów zawieszenia, mo liwe do
zarejestrowania przez urz dzenie pomiarowe.
W drugim przypadku, po zablokowaniu kół przednich lub tylnych ci ga si
nadwozie do okre lonego poło enia. Po zwolnieniu urz dzenia doci aj cego
nadwozie drga swobodnie, a rejestrator kre li wykres swobodnych drga
tłumionych.
Trzeci sposób polega na pełnym wyhamowaniu samochodu na stanowisku
płytowym, gdzie nast puje maksymalne ugi cie amortyzatorów jako reakcja od
sił hamowania, a nast pnie zanikanie ugi , a do osi gni cia stanu równowagi.
Analizuje si uzyskane wykresy oscylacji zawieszenia.
-
metoda drga wymuszonych (wymuszenie sinusoidalne)
Metoda ta polega na wymuszeniu drga badanego koła powy ej cz stotliwo ci
rezonansowej. Po usuni ciu siły wymuszaj cej nast puje zanikanie drga na
skutek ich tłumienia przez amortyzator, elementy zawieszenia i elastyczn
opon . W miar obni ania si cz stotliwo ci drga w pewnej chwili nast puje
rezonans, którego amplituda charakteryzuje stan amortyzatora (przy rezonansie
amplituda drga zale y 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 podło e (tzw. metoda EUSAMA – odniesienie wyników
do tabeli wymaga ).
- 5 -
IV. Urz dzenia diagnostyczne
1) Przyrz dy do sprawdzania luzów
Do ułatwienia oceny luzów w układzie zawieszenia, układzie jezdnym i
układzie kierowniczym wykorzystuje si specjalne urz dzenia wymuszaj ce
szarpanie badanych poł cze . Urz dzenia 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 podno nika
b – schemat
1 – sterownik,
2 – płyta szarpaka,
3 – siłowniki pneumatyczne,
4 – zawory rozdzielaj ce,
5 – belki najazdowe podno nika.
Szarpaki składaj si z dwóch płyt nap dzanych siłownikami hydraulicznymi
lub pneumatycznymi, na których stawiane s koła pojazdu. Płyty te wykonuj
krótkie przemieszczenia (obroty) w ró nych kierunkach i powoduj poziome
ruchy koła i wszystkich elementów z nim zwi zanych.
W tego typu urz dzeniach istotne jest sterowanie i koordynacja ruchu płyt. Za
optymaln najcz ciej przyjmuje si nast puj c kombinacj ruchów płyt:
-
cykliczne na zewn trz i do wewn trz,
-
cykliczne przemienne – lewa w przód, prawa w tył i odwrotnie,
-
posuwiste dla obu kierunków i dla ka dej strony oddzielnie.
Analiza podstawowych danych technicznych urz dze szarpi cych ró nych
producentów wskazuje, e stosuje si najcz ciej hydrauliczne zasilanie
robocze, które zapewnia wi ksz niezawodno i płynno ruchu płyt ora
mniejsze wymiary elementów. Podstawowe parametry techniczne testerów do
sprawdzania luzów z nap dem hydraulicznym ró nych firm s porównywalne
(np. dopuszczalny nacisk osi, siła wymuszaj ca ruch płyt, skok płyty, itp.).
- 6 -
2) Urz dzenia do badania amortyzatorów metod drga swobodnych
Charakterystyki amplitudowe zanikaj cych drga nadwozia na jego zawieszeniu
(tzw. drga swobodnych) mo na uzyska nast puj cymi sposobami:
a) przez gwałtowne opuszczanie badanej osi samochodu
Do tej metody mo na wykorzysta urz dzenie zwalniaj ce ruchomy wspornik.
Samochód wje d a na platformy kołami przednimi lub tylnymi, które
podnoszone s na okre lon wysoko (od 60 mm do 120 mm). Po opuszczeniu
pojazdu rejestrowane s zanikaj ce drgania charakteryzuj ce tłumienie
amortyzatorów.
b) przez wychylanie nadwozia z poło enia równowagi w wyniku ugi cia
elementów spr ystych
Jednym z nowszych przyrz dów wykorzystuj cych podczas pomiaru
wychylenie nadwozia z poło enia równowagi jest urz dzenie SDT 2000/U
(rys.4)
Rys. 4 Przeno ny przyrz d SDT 2000/U
a – przyrz d zamocowany do błotnika nad badanym kołem,
b – walizka do przechowywania elementów testera,
c – widok tylnej strony przyrz du (widoczne przyssawki),
d – przebieg drga swobodnych nadwozia na ekranie wy wietlacza,
e – sporz dzanie protokołu z bada .
Czujnik ultrad wi kowy urz dzenia przymocowany do nadwozia odbiera
sygnały odbite od podło a lub od nadajnika sygnałów umieszczonego na
podło u i przekazuje je do opracowania przez mikroprocesor. Czujnik nale y
zamocowa do błotnika nad badanym kołem za pomoc przyssawek. Potem
krótko i silnie naciska si na błotnik. Nast pnie przestawia si czujnik testera
nad kolejne koła. Wykresy drga swobodnych nadwozia uzyskuje si na
wy wietlaczu ciekłokrystalicznym przyrz du. Tester jest wyposa ony 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
niskocz stotliwo ciowego wyst puj cego w czasie hamowania
Ten sposób sprawdzania amortyzatorów proponuje firma HEKA na urz dzeniu
płytowym Univers A2 i A4 do badania hamulców i zawieszenia (rys. 5).
Rys. 5 Urz dzenie płytowe firmy HEKA
a – wersja dwupłytowa (Univers A2), b – wersja czteropłytowa (Univers A4),
1 – płyty najazdowe, 2 – wy wietlacz wyników, 3 – płyty do sprawdzania zbie no ci, 4 – drukarki.
Skuteczno tłumienia poszczególnych amortyzatorów jest badana po pełnym
wyhamowaniu samochodu na stanowisku, gdy nast puje ich maksymalne
ugi cie jako reakcja od sił hamowania, a nast pnie zanikanie ugi , a do
osi gni cia stanu równowagi.
Badanie nast puje w czasie najechania z pr dko ci 5 – 15 km/h na płyty
urz dzenia i wyhamowania na nich. Przemieszczenie płyt mierzy si za pomoc
czujników tensometrycznych, a programowalny mikroprocesor przeprowadza
obróbk danych. Podczas bada dokonuje si pomiaru sił hamuj cych, ogólnej
oceny prawidłowo ci ustawienia kół i wst pnej oceny skuteczno ci tłumienia
amortyzatorów. Całe badanie wraz z wydrukiem mierzonych warto ci trwa
około jednej minuty.
Wykorzystanie do badania amortyzatorów wymuszenia nisko-
cz stotliwo ciowego, wyst puj cego w trakcie hamowania, nie znalazło
szerszego zastosowania ze wzgl du na niewielk dokładno i powtarzalno
uzyskanych wyników (potwierdzaj to badania wykonane metodami
symulacyjnymi).
- 8 -
3) Urz dzenia do badania amortyzatorów metod drga wymuszonych
a) Urz dzenia działaj ce na podstawie analizy drga w funkcji czasu
(typu Boge)
Przykładem urz dzenia wykorzystuj cego zjawisko drga wymuszonych
badanego koła i elementów jego zawieszenia (w tym amortyzatora) oraz
tłumienia tych drga po usuni ciu siły wymuszaj cej jest stanowisko
Shocktester 2000 (rys. 6).
Rys. 6 Schemat urz dzenia Shocktester 2000
1 – silnik elektryczny, 2 – spr yna, 3 – wahacz, 4 – płyta najazdowa, 5 – pulpit sterowniczy, 6 – czujnik
ultrad wi kowy.
Budowa układu nap dowego stanowiska jest podobna do zastosowanej w
poprzedniej wersji urz dzenia (Shocktester). Drgania zostaj zarejestrowane
przez czujnik ultrad wi kowy (6, rys. 6), przetworzone elektronicznie i
przedstawione na wska niku LCD, a nast pnie porównane z warto ciami
granicznymi, które zostały wprowadzone do pami ci komputera. Zasilanie i
sterowanie urz dzeniem nast puje z pulpitu sterowniczego (5), na którym
zamontowano urz dzenia do wprowadzania danych, wska nik LCD oraz
drukark . Wynik badania jest podawany w formie wydruku (rys. 7) na
wielobarwnej papierowej ta mie, dla ka dego 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 poni szych rysunkach przedstawiono najnowsze urz dzenia firmy
MAHA do badania amortyzatorów metod drga wymuszonych.
FWT1D Terminal z drukark ta mow
- Konsola z zabudowan drukark , wy wietlaczem
cyfrowym, miniaturow klawiatur i lamp
sygnalizacyjn wiec c w czasie badania.
- Szafka steruj ca zawiera mikroprocesorowy układ
steruj cy i drukark ta mow .
- Zmierzone warto ci s zapami tywane do czasu
wjechania na stanowisko kolejnych samochodem lub
wył czenia zasilania.
- Za pomoc odpowiednich przycisków mo na
uruchamia pojedyncze płyty w celu oceny odgłosów
pracy zawieszenia badanego pojazdu.
FWT1SCREEN z monitorem
Opis jak FWT1D, urz dzenie to, wykorzystuj ce
najnowsze
zdobycze
elektronicznej
techniki
pomiarowej oferuje szczególnie wysoki komfort
obsługi. Wszystkie zmierzone i obliczone warto ci
wy wietlane s na ekranie monitora w postaci
przejrzystych tabel i wykresów, a po przył czeniu
drukarki i klawiatury (opcja) mog by wydrukowane
w formacie A4. Wynik badania nie budzi w tpliwo ci, czy konieczna jest
wymiana amortyzatorów na nowe. Urz dzenie FWT1SCREEN mo e by , po
uzupełnieniu elementów sterowania stanowiskiem do kontroli hamulców i
testerem zbie no ci, rozbudowane do kompletnej linii diagnostycznej
EUROTEST.
Tabela warto ci granicznych
MAHA dostarcza tabele warto ci granicznych (w postaci ksi ki). W
urz dzeniach wyposa onych w monitor warto ci graniczne znajduj si w bazie
danych dostarczanej wraz z urz dzeniem. U ytkownik mo e wprowadza do
bazy nowe i aktualizowa istniej ce dane. Warto ci wzorcowe i graniczne mog
by umieszczane na wydrukach.
- 10 -
b) Urz dzenia do badania amortyzatorów na podstawie analizy nacisku
koła na podło e (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 urz dze do badania amortyzatorów metod EUSAMA (rys. 8) jest
podobna do budowy opisanych poprzednio urz dze typu Boge, rejestruj cych
przebieg drga w funkcji czasu. W obu rodzajach stanowisk wyst puje układ
nap dowy, płyty najazdowe pobudzane do drga i odpowiedni układ
pomiarowy. Ró nice dotycz sposobu i parametrów wymuszenia drga .
Nap d w tych urz dzeniach przekazywany jest bezpo rednio z silnika na płyt
najazdow , a układ pomiarowy stanowi najcz ciej zginana belka z naklejonymi
czujnikami tensometrycznymi, które współpracuj z odpowiednim układem
elektronicznym.
Ocena stanu technicznego zawieszenia samochodu odbywa si po rozp dzeniu
układu nap dowego stanowiska do odpowiedniej pr dko ci obrotowej, nast pnie
jej odł czeniu i rejestracji parametrów wynikaj cych z zastosowanej metody:
przemieszczenia płyty lub nacisku koła na płyt stanowiska.
Najnowszym urz dzeniem do badania amortyzatorów według testu EUSAMA
jest
TUZ-1/L firmy UNIMETAL Urz dzenie to mo e 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
skuteczno ci tłumienia amortyzatorów oraz ustalono dopuszczaln ró nic
mi dzy 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
bezpiecze stwo jazdy
Wydawnictwo AUTO Warszawa 1999r.
2. Nizi ski, S.: Diagnostyka samochodów osobowych i ci arowych
Warszawa 1995r.
3. Sitek, K.: Polskie linie diagnostyczne
AUTO MOTO SERWIS 1 / 2002r.
4. Firma MAHA.: Urz dzenia do kontroli tłumienia zawiesze w samochodach
osobowych i ci arowych
www.maha–wsop. pl
- 12 -