Badania operacyjne i eksploatacyjne
Projekt
Badanie elementów zawieszenia:
Amortyzatory
A
ukasz Krzywda
Rok II GR. 7
Wydział: Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn
Rok akademicki 2012/2013
1. Wymagania stawiane przed amortyzatorami w pojazdach
samochodowych
Optymalny komfort i bezpieczeństwo jazdy samochodem zależą w dużej mierze od
przyczepności koła do nawierzchni. Ta natomiast, zależy od prawidłowej pracy
poszczególnych elementów zawieszenia oraz układu resorowania, takich jak amortyzatory
oraz sprężyny. Kwestia przyczepności koła staje się szczególnie ważną w obecnych czasach, w
których od lat standardem są seryjnie montowane układy ABS, a coraz więcej producentów
wyposaża swoje pojazdy w inne systemy wspomagające jak ESP czy ASR. Systemy te do
prawidłowej pracy potrzebują informacji na temat prędkości obrotowej poszczególnych kół, a
zużycie elementów tłumiąco-resorujących powoduje dostarczanie do układów sterujących
błędnych sygnałów. Sterownik dysponujący danymi odbiegającymi od rzeczywistości nie jest
w stanie działać prawidłowo, a efekt działania systemów wspomagających może być wręcz
odwrotny do stawianych przed nimi oczekiwań.
Brak tłumienia, a w efekcie odrywanie kół od nawierzchni jest szczególnie
niebezpieczne podczas hamowania na łuku drogi, gdzie siły boczne pozbawione równowagi w
postaci sił tarcia opony o podłoże, mogą doprowadzić do opuszczenia przez pojazd zadanego
toru jady i powodować zagrożenie w ruchu drogowym.
Nie bez znaczenia jest również wygoda użytkowania pojazdu oraz jej wpływ na
bezpieczeństwo i zdrowie podróżujących nim pasażerów. Sprawne amortyzatory pozwalają
tłumić drgania o najbardziej niekorzystnych dla ludzkiego organizmu częstotliwościach 4-8
Hz, brak tłumienia skutkuje złym samopoczuciem oraz przyśpieszonym zmęczeniem
kierowcy, a w efekcie może prowadzić do częstszego występowania błędów za kierownicą.
Skutki zużycia amortyzatorów:
Wpływ zużycia amortyzatora na drogę hamowania:
y
ródło: HdT 2001, prof. Rompe, T�V Rheinland /Berlin-Brandenburg
2. Najczęściej stosowane amortyzatory
W samochodach osobowych montuje się amortyzatory olejowe i olejowo-gazowe.
Główną różnicą w ich budowie jest komora kompensacyjna (tłoczysko wsuwa się do
cylindra i wypiera olej). W amortyzatorach olejowych jest ona otwarta (ciśnienie
atmosferyczne), przy olejowo-gazowych zamknięty w niej gaz pod odpowiednim
ciśnieniem jest oddzielony pływającym tłokiem. Zapobiega to pienieniu się oleju
i występowaniu zjawiska kawitacji  w konsekwencji poprawia efektywność pracy
amortyzatora, dodatkowo zwiększa możliwości zabudowy, ponieważ amortyzator
olejowo-gazowy jest dużo bardziej szczelny ze względu na brak konieczności
wyrównywania ciśnień z atmosferą.
W niektórych pojazdach spotykamy amortyzatory o konstrukcji dwururowej,
zarówno olejowe jak i olejowo-gazowe, które działają na podobnej zasadzie, jednak
dzięki temu, że ich komora wyrównawcza znajduje się między komorą roboczą a
współosiową z nią rurą zewnętrzną możliwe jest uzyskanie mniejszych gabarytów.
3. Cel badania
Celem badania jest określenie zdolności tłumiących amortyzatora w zależności od dystansu na
którym był użytkowany. Okresowe przeglądy pozwolą wyznaczyć zmiany w charakterystyce
tłumienia drgań po przejechaniu zadanej ilości kilometrów. Badanie będzie trwało do momentu
stwierdzenia zużycia elementu w stopniu uniemożliwiającym bezpieczne poruszanie się po
drogach publicznych.
4. Typy badań
Badając amortyzatory mamy możliwość dokonywania pomiarów na amortyzatorze
zamontowanym w pojez
dzie, przy pomocy urządzeń diagnostycznych wymuszających drgania,
będących częścią linii diagnostycznej stacji kontroli pojazdów, lub na amortyzatorze
wymontowanym, umieszczając go na stanowisku pomiarowy i symulując pracę przy pomocy
siłowników sterowanych komputerowo. Poniżej zamieszczono porównanie tych metod
badawczych.
Przedmiotem tego badania będą amortyzatory zamontowane
w pojez
dzie, badane na linii diagnostycznej, za pomocą
urządzenia typu AFIT-BOGE. Decyzja o typie badania wynika
z dostępności tej metody, oraz odtwarzania przez nią
rzeczywistych warunków eksploatacji pojazdu. Niedokładności
pomiaru wynikające z zamontowania elementu w pojez
dzie
należy ograniczać poprzez utrzymanie powtarzalności
warunków badania jak masa pojazdu czy ciśnienie w
ogumieniu.
Maszyna do badań amortyzatorów AM-1. Badanie sił tłumienia amortyzatorów
wymontowanych:
Linia diagnostyczna przystosowana do badań amortyzatorów samochodowych:
5. Stanowisko badawcze
W urządzeniu Shocktester BOGE płyta najazdowa (5, rys. 5) jest wprawiana przez silnik
elektryczny (2) i mimośród w ruch drgający z częstością ok. 16 Hz. Po wymuszeniu drgań
koła, zawieszenia i amortyzatora silnik elektryczny zostaje wyłączony i następuje wytłumienie
drgań. Przebieg drgań ramienia jest rejestrowany przez czujnik ultradz
więkowy (6),
przetworzony elektronicznie i przedstawiony na wyświetlaczu LCD. Stan techniczny
amortyzatora określa się przez porównanie otrzymanych wyników z charakterystykami
wzorcowymi dla danego pojazdu, zapamiętanymi w komputerze. Protokół badania zawiera
wykresy zarejestrowanych drgań.
Stanowisko AFIT-BOGE mierzy zarówno amplitudę drgań ramienia, jak i siłę nacisku koła na
płytę. (Analiza sił nacisku koła jezdnego na płytę najazdową stanowiska badawczego jest
głównym elementem testu EUSAMA, najpopularniejszego badania wykonywanego w ramach
okresowej kontroli stanu amortyzatorów, pozwalającego określić ich stopień zużycia). Pomiar
nacisku umożliwiają tensometry.
Tensometry naklejone są na elementach belkowych poddanych zginaniu, które przenoszą
obciążenie z płyty najazdowej na ramię stanowiska. Uzupełnieniem układów tensometrycznych
jest dwukanałowy wzmacniacz prądu stałego zbudowany w oparciu o instrumentalne
wzmacniacze operacyjne. Układy te posiadają niezbędne zabezpieczenia obwodów
wejściowych, dobierane zakresy wzmocnień oraz są skompensowane termicznie zapewniając
stabilną i długotrwałą pracę- Aparatura elektroniczna posiada również: 4-cyfrowy wyświetlacz
mierzonej siły. wieloobrotowe potencjometry służąc do zerowania układów tensometrycznych,
przełącznik kanałów (koło lewe lub prawe) oraz gniazdo wyjść sygnałów podawanych na kartę
pomiarową komputera.
6. Przebieg badania
v� Dla zapewnienia powtarzalności pomiarów:
�� Sprawdzić ciśnienie w ogumieniu badanego pojazdu, jeśli odbiega od wartości wymaganej
przez producenta, skorygować jego wartość.
�� Upewnić się, że w pojazd nie jest dodatkowo obciążony.
v� Umieścić pojazd na stanowisku badawczym
�� Upewnić się, że pojazd jest unieruchomiony
v� Uruchomić procedurę diagnostyczną na stanowisku pomiarowym :
�� Uruchomienie rejestracji drgań
�� Wymuszenie drgań z częstotliwością 15 Hz i amplitudą 9 mm.
�� Po osiągnięciu częstotliwości większej od rezonansowej wyłączenie układu
wymuszającego i rejestracja zdolności tłumienia amortyzatora
�� Rejestracja wartości nacisku koła na podłoże
v� Zakończenie pomiaru i opuszczenie stanowiska pomiarowego
v� Opracowanie otrzymanych wyników
7. Opracowanie wyników
Efektem badania jest otrzymanie wykresu charakterystyki tłumienia:
Oraz wartości minimalnego dynamicznego nacisku koła na podłoże i nacisku statycznego,
które zgodnie z wzorem:
pozwalają wyznaczyć wskaz
nik EUSAMA.
Wskaz
nik ten informuje o stanie amortyzatorów, zgodnie z przyjętą normą, gdzie:
Minimalny stosunek nacisku dynamicznego do nacisku
Skuteczność tłumienia
statycznego koła
0% do 20% zła
21% do 40% dostateczna
41% do 60% dobra
61% i więcej bardzo dobra
Wartość 100% jest niemożliwą do osiągnięcia, gdyż oznaczałaby całkowity brak zdolności
tłumienia elementu. Dla amortyzatorów nowych wskaz
nik EUSAMA wynosi ok 80%.
Kryteria oceny są jednakowe dla wszystkich pojazdów z wyjątkiem lekkich samochodów z
napędem na przedmą oś, dla których jest konieczne obniżenie wymagań dla amortyzatorów
tylnych. W takich pojazdach prawidłowo pracujące amortyzatory mogą mieć wskaz
nik
EUSAMA nawet w okolicach 30%
Wykres charakterystyki tłumienia pozwala na ocenienie stanu amortyzatora metodą BOGE,
poprzez określenie maksymalnej amplitudy drgań.
Analizując wykres BOGE widać, że charakteryzuje się
on trzema zakresami:
1. Zakres rysowany bezpośrednio po wyłączeniu siły
wymuszającej. Jak widać amplituda stopniowo roście
przy czym częstotliwość maleje.
2. Zakres drgań rezonansowych. Amplituda
zdecydowanie wzrasta. Wtedy właśnie płyty
najazdowe stanowiska odchylają się najbardziej. W
zakresie tym zaznaczono wspomniany wcześniej
parametr charakteryzujący stan amortyzatora czyli amplitudę maksymalną (Amax).
3. Zakres zanikania drgań. Zarówno częstotliwość jak i amplituda maleją aż do ich
wygaśnięcia.
Amortyzator uznaje się za zdatny, gdy Amax < Agr
Amortyzator uznaje się za niezdatny, gdy Amax > Agr
Agr jest wartością podaną przez producenta amortyzatora i zależy od jego konstrukcji oraz
stosowanego sposobu tłumienia.
Dla każdej z metod, różnica tłumienia między stroną lewą i prawą nie powinna
przekraczać 20%
(W przeciwnym wypadku konieczna jest wymiana pary amortyzatorów na dane osi
pojazdu)!
Przykładowe wyniki:
Wskaz
nik EUSAM
90%
80%
70%
60%
50%
Wskaz
nik EUSAM
40%
30%
20%
10%
0%
0 km 15k km 30k km 45k km 60k km 75k km
Pomiar co 15,000. kilometrów pozwala na stwierdzenie, że w zależności od warunków
jazdy, amortyzatory przestają prawidłowo funkcjonować po przebiegu ok. 60,000  80,000
km. Na skutek skrajnie niskiej wartości tłumienia, badanie zostało przerwane przy przebiegu
75,000 km.