Instrukcja do ćwiczenia nr 6B:
Badania diagnostyczne amortyzatorów hydraulicznych
Opracował: mgr inż. Piotr Strachowski
Kielce 1999
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z wybranymi metodami badań diagnostycznych amortyzatorów hydraulicznych: wymontowanych i zamontowanych w samochodzie.
2. Wprowadzenie
Podczas ruchu samochodu powstają drgania Jego mas resorowanych i nieresorowanych wywołane nierównościami drogi, zmianami prędkości lub kierunku ruchu samochodu, niewyrównoważeniem kół oraz obracających się elementów układu napędowego. Szybkie tłumienie tych drgań ma istotne znaczenie z punktu widzenia płynności ruchu samochodu (a co za tym idzie komfortu jazdy pasażerów) oraz bezpieczeństwa ruchu. Ponieważ siły tarcia występujące w elementach zawieszenia samochodu dają zbyt powolny efekt tłumienia, w celu odpowiednio szybkiego wygaszania drgań mas samochodu stosuje się tłumiki drgań zwany amortyzatorami.
Zadaniem amortyzatorów jest tłumienie drgań mas resorowanych i nieresorowanych poprzez zmianę energii mechanicznej ruchu drgającego na energię cieplną odprowadzaną do otaczającej atmosfery.
Zastosowanie amortyzatorów w samochodzie zapewnia:
- zwiększenie płynności ruchu samochodu poprzez ograniczenie amplitud drgań i przyśpieszeń pionowych samochodu,
- ciągły kontakt kół z nawierzchnią (zapobieganie odrywaniu się kół) dzięki czemu uzyskuje się zwiększenie stateczności ruchu, bezpieczeństwa jazdy oraz łatwiejsze prowadzenie pojazdu,
- zmniejszenie zużycia opon kół napędzanych, poprzez zmniejszenie ich poślizgu. Wymienione wyżej efekty mogą zapewnić jedynie amortyzatory o odpowiedniej konstrukcji. Jakości wykonania i sprawności technicznej. Stąd też wynika konieczność przeprowadzania badań amortyzatorów zarówno na etapie konstruowania, jak również w fazie produkcji, oraz w czasie eksploatacji-
W zależności od charakteru przeprowadzanych badań, możemy wyróżnić:
- badania laboratoryjne amortyzatorów, służące najczęściej do oceny nowych konstrukcji amortyzatorów, obejmujące swym zakresem: wyznaczenie charakterystyk amortyzatorów i porównanie ich z obliczeniowymi, określanie strat przepływów przez zawory, otwory kalibrowane i kanały; badania cieplne, szczelności, niezawodności i trwałości, itp.
- badania kontrolno-produkcyjne mające na celu ocenę jakości amortyzatorów, wybieranych losowo z danej partii produkcyjnej,
- badania kontrolne, wykonywane dla oceny stanu technicznego eksploatowanych amortyzatorów.
Wymienione wyżej badania mogą być przeprowadzane dla amortyzatorów wymontowanych z pojazdu, na specjalnych stanowiskach (np. urządzenie do sprawdzania amortyzatorów samochodowych i motocyklowych typ SA-100), lub dla amortyzatorów zamontowanych w pojeździe (np. na urządzeniu typu BOGE), na torach próbnych, bądź w rzeczywistych warunkach eksploatacji.
W ramach ćwiczenia wykonuje się badania amortyzatorów na stanowisku SA-100 oraz za pomocą urządzenia typu BOGE.
3. Budowa i zasada działania stanowiska SA-100
Stanowisko SA-100 przeznaczone jest do badania amortyzatorów samochodowych i motocyklowych typu teleskopowego i dźwigniowego, Służy ono do sporządzania wykresu pracy badanego amortyzatora. Wykres pracy amortyzatora przedstawia graficzną zależność siły tłumienia w funkcji przemieszczenia tłoka względem cylindra badanego amortyzatora (rys. 3 i 4). Schemat stanowiska SA-100 przedstawia rysunek l.
Zasada działania urządzenia jest następująca: urządzenie napędzane jest dwubiegowym silnikiem elektrycznym (l), napęd od silnika przenoszony jest przekładnią pasową (2) na czterobiegową skrzynkę przekładniową (3) i następnie na koło zamachowe (4) i mechanizm korbowy (5). Mechanizm korbowy posiada bezstopniowo zmienną wielkość wykorbienia i połączony jest korbowodem (6) z suwakiem (7), który porusza się wzdłuż pionowych prowadnic (8) ruchem posuwisto-zwrotnym. Dolne ucho amortyzatora (9) łączy się z suwakiem (7). W górnej części amortyzator zamocowany jest do wałka skrętnego (10) przez dźwignię (l l). Wychylenia dźwigni (I l), zależne jest od wielkości siły tłumiącej wytwarzanej przez amortyzator, przekazywane są przez dźwignie (12 i 13), na ramię pisaka (14). Jednocześnie przemieszczenia suwaka (7) powodują poprzez linkę (15) ruchy posuwisto-zwrotne tabliczki rejestrującej (16). Nałożenie się ruchu tabliczki z ruchem ramienia pisaka daje w rezultacie wykres pracy badanego amortyzatora.
W obecnej wersji stanowisko zostało unowocześnione. Pomiar siły i skoku odbywa się za pomocą indukcyjnych czujników przemieszczeń. Sygnały te są następnie przetwarzane i obrabiane komputerowo. Służy do tego program „DAQWare" dostarczony wraz z kartą analogowo-cyfrową.
Rejestracje wykresów pracy amortyzatora wykonuje się przy użyciu układu pomiarowego (rys. 2), w skład którego wchodzą:
- stanowisko do badania amortyzatorów SA-100,
- dwa indukcyjne czujniki przemieszczeń: PJxlOO (pomiar skoku) i PJx50 (pomiar siły) firmy Peltron,
- przyrząd z falą nośną MPL108 firmy Peltron jako wzmacniacz i stabilizator sygnałów z czujników,
- komputer przenośny klasy PC z zamontowaną kartą analogowo-cyfrową DAQCard-700 firmy National Instruments.
Rys. 2. Schemat blokowy układu pomiaru i rejestracji wyników.
4. Ocena stanu technicznego amortyzatora
4.1. Wyznaczanie charakterystyki amortyzatora na podstawie wykresów pracy
Charakterystyką amortyzatora nazywamy zależność siły tłumienia od prędkości ściskania bądź rozciągania amortyzatora. Jeden wykres pracy zarejestrowany na stanowisku SA-100 umożliwia wyznaczenie dwóch punktów charakterystyki tłumienia (jeden punkt dla strony ściskania i jeden dla strony rozciągania). Metoda postępowania przy wyznaczaniu tych punktów jest następująca:
l. Rozpatruje się korbowy układ wymuszający pracę amortyzatora jak na rysunku 3. W założonym układzie współrzędnych, jako zerowe przyjmuje się położenie tłoka względem cylindra uzyskane podczas maksymalnego ściśnięcia
amortyzatora na stanowisku. Maksymalnemu rozciągnięciu odpowiada wartość równa całkowitej drodze tłoka amortyzatora czyli 2-krotnej wielkości wykorbienia.
O < s < smax
2. Obliczenie maksymalnej prędkości tłoka amortyzatora.
v=v(a=90°)=v(a=70°)=w*=2*P*n*R
a - kąt obrotu koła zamachowego stanowiska,
w - prędkość kątowa koła zamachowego stanowiska [rad/s],
n - częstość wymuszenia stanowiska [Hz]
R - promień wykorbienia stanowiska [m].
3. Obliczenie położenia tłoka w chwili osiągania maksymalnej prędkości.
s = s(a = 90°)= s(a = 270°)= R + L - L2-R2
L - długość korbowodu stanowiska [m].
4. Odczytanie z wykresu pracy wielkości siły (po strome ściskania i rozciągania) dla współrzędnej s obliczonej w poprzednim punkcie. Dokładne wyznaczenie wartości sił umożliwia analiza pliku zarejestrowanego na stanowisku SA-100 dowolnym arkuszem kalkulacyjnym np. Grapher lub Excel.
Rys. 3. Schemat wyznaczania -wykresu pracy na stanowisku z korbowym układem wymuszającym.
Sporządzając wykresy pracy dla różnych prędkości tłoka amortyzatora (v), czyli zgodnie z zapisaną wyżej zależnością dla różnych wartości częstości wymuszenia {n} lub promienia wykorbienia (R) otrzymuje się odpowiednią ilość punktów charakterystyki
amortyzatora umożliwiających jej wykreślenie. Znając kilka punktów charakterystyki można identyfikować jej postać funkcyjną F=f(v) (osobno dla ściskania i rozciągania). Amortyzatory starszej konstrukcji maj ą najczęściej charakterystykę w postaci potęgowej (progresywną lub regresywną). Nowsze konstrukcje amortyzatorów opisują najczęściej charakterystyki liniowe w postaci prostych łamanych.
Analizę zarejestrowanych wykresów pracy umożliwia program komputerowy „Amortyzator" Program pozwala na wczytanie 8 różnych wykresów pracy (stanowisko SA-100 umożliwia uzyskanie 8 wartości prędkości obrotowych). Automatycznie obliczane są maksymalne prędkości tłoka i odczytywane odpowiadające im siły tłumienia, Następnie można zidentyfikować charakterystykę amortyzatora w postaci funkcji potęgowej lub liniowej (proste łamane). Procedura identyfikacyjna programu stanowi kombinację procedur systematycznego przeszukiwania i Gaussa-Seidla.
4.2. Porównanie wykresu pracy z wykresem wzorcowym
Ocenę stanu technicznego amortyzatora przeprowadzamy przez porównane wykresu pracy zarejestrowanego na stanowisku, z wykresem wzorcowym. Najlepszą ocenę umożliwia opcja porównywania wykresów programu „Amortyzator". Program wczytuje wykres pracy zarejestrowany na stanowisku, oraz wczytuje charakterystykę amortyzatora w postaci funkcyjnej, która jest zamieniana na wzorcowy wykres pracy po uprzednim wprowadzeniu parametrów układu wymuszenia, przy których był badany amortyzator. Procedura porównawcza znajduje punkty wykresu badanego niemieszczące się w polu tolerancji wykresu wzorcowego (pole tolerancji może być stałe lub procentowe). Jeżeli zarejestrowany na stanowisku wykres mieści się w polu tolerancji -amortyzator należy uznać za sprawny technicznie.
4.3. Określenie rodzaju niesprawności amortyzatora
Określenie rodzaju niesprawności amortyzatora można dokonać używając procedury ilustrującej charakterystyczne błędy pracy amortyzatora znajdującej się również w programie „Amortyzator"
Na rysunku 4 przedstawiono wykresy pracy amortyzatorów z typowymi niedomaganiami:
a) amortyzator nieszczelny, wycieki płynu,
b) amortyzator nie rozwija oporu na początku suwu ściskania i rozciągania,
c) amortyzator nie rozwija oporu podczas suwu rozciągania,
d) amortyzator nie rozwija oporu podczas suwu ściskania,
e) amortyzator rozwija zbyt duży opór na końcu skoku ściskania,
f) podczas suwu ściskania i rozciągania występują skoki i zacinania.
Przyczyny tych niedomagań mogą być następujące:
Ad. a)
1. Osłabienie dociągnięcia nakrętki cylindra.
2. Uszkodzenie lub zużycie uszczelki gumowej tłoczyska.
3. Uszkodzenie lub pofałdowanie uszczelki olejowej cylindra.
Ad.b)
1. Niedostateczna ilość płynu w amortyzatorze.
2. Nieszczelność zaworu wpustowego i przepustowego.
Ad.c)
l. Osłabienie dociągnięcia nakrętki zbiornika płynu,
2 Nieszczelny zawór strony odbicia w wyniku zanieczyszczenia lub uszkodzenia jego części.
3. Nieszczelny zawór przepustowy w tłoku amortyzatora.
4. Zwiększone przecieki płynu przez luzy spowodowane dużym zużyciem lub głębokimi rysami na tłoku prowadnicy.
Ad.d)
1. Nieszczelny zawór strony ugięcia w wyniku zanieczyszczenia lub uszkodzenia
jego części.
2. Zwiększone przeciekł płynu przez luzy pomiędzy tłoczyskiem i prowadnicą.
Ad.e)
l. Za duża ilość płynu w zbiorniku amortyzatora.
Ad.f)
1. Osłabienie dociągnięcia nakrętki zbiornika płynu.
2. Osłabienie dociągnięcia nakrętki tłoka, w wyniku czego tłok przesuwa się
3. względem tłoczyska-
4. Zacinanie się i drgania zaworu strony rozciągania i ściskania.
6. Test EUSAMA
Obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą badania amortyzatorów jest test EUSAMA (Europejskie Stowarzyszenie Producentów Amortyzatorów). W metodzie tej płyta najazdowa wibruje ze stałą amplitudą drgań (4,..8mm). Urządzenie wymusza drgania koła z częstotliwością od O do 25 Hz i mierzy stosunek nacisku dynamicznego do nacisku statycznego koła (podawany w procentach), Stosunek ten zmienia się w funkcji częstotliwości drgań osiągając minimum przy częstości drgań własnych mas nieresorowanych (6.., 16 Hz). Do oceny stanu amortyzatorów (a także całego zawieszenia) wystarcza ocena wyników pomiaru według czterostopniowej skali (tablica l).
5. Diagnostyczne badanie amortyzatorów za pomocą urządzenia typu BOGE
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 ultradźwiękowy (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.
...
mibmpsk