Diagnostyka

W pierwszej części artykułu przedstawiono strukturę układu jezdnego oraz zakres jego diagnozowania i kryteria oceny stanu technicznego. W tej części opisano metody diagnozowania układu jezdnego samochodu.

Metody diagnozowania
Do oceny stanu technicznego układu jezdnego samochodu stosuje się następujące metody:
- organoleptyczne,
- przyrządowe,
- trakcyjne.

1. Metody organoleptyczne
Metody organoleptyczne polegają na wykonaniu oględzin zewnętrznych układu jezdnego, ocenie wartości luzów w poszczególnych parach kinematycznych (w łożyskach piast kół i sworzniach zwrotnicy), ocenie hałaśliwości pracy piast kół.

Oględziny zewnętrzne
Zasadniczym celem oględzin zewnętrznych jest sprawdzenie kompletności układu, pewności połączeń, stanu zewnętrznego elementów. Pęknięcia oraz nadmierne zużycie i odkształcenie elementów, wycieki smaru z piast kół są niedopuszczalne.
Podczas oględzin kół jezdnych należy zwrócić uwagę na:
- zgodność użytych opon i obręczy z wymaganiami wytwórcy pojazdu,
- prawidłowość wzajemnego ułożenia opon i obręczy po zmontowaniu,
- głębokość rzeźby bieżnika,
- charakter zużycia bieżnika,
- liczbę, wymiary i rozmieszczenie uszkodzeń na obwodzie opon,
- uszkodzenia i deformacje obręczy i tarcz kół.

Dobór właściwego ogumienia do pojazdu jest bardzo istotną sprawą dla bezpieczeństwa, komfortu i ekonomiczności eksploatacji. Dlatego na każdej oponie jest trwałe oznakowanie (rys. 1) zawierające informacje umożliwiające dokonanie wyboru optymalnych opon do pojazdu w przewidywanych warunkach eksploatacji. Oceniając prawidłowość doboru ogumienia dla danego samochodu, trzeba sprawdzić nie tylko zgodność wymiarową opon, ale również konstrukcję opony, jej nośność, zakres dopuszczalnej prędkości i rodzaj bieżnika. Istotna jest także data produkcji opony.
Zgodnie z wymaganiami norm międzynarodowych, podstawowe oznakowanie opony powinno zawierać niżej wymienione elementy (rys. 2).


1. Określenie rozmiaru i konstrukcji opony, na przykład:
gdzie:
a – szerokość przekroju poprzecznego opony [mm lub cale];
b – wskaźnik profilu, czyli stosunek wysokości przekroju do szerokości przekroju poprzecznego opony [%];
c – kod konstrukcji opony: kreska lub D – opona diagonalna, B – opona diagonalna z opasaniem, R – opona radialna;
d – średnica osadzenia opony na obręczy (cale).

2. Indeks nośności koła LI podawany kodem cyfrowym (tabela 1), określający dopuszczalne obciążenie opony przy maksymalnej prędkości i ciśnieniu. Na przykład wartość 91 odpowiada nośności 615 kg. Na oponach do samochodów dostawczych i ciężarowych podaje się dwie wartości indeksu nośności (np. 110/108). Pierwszy indeks 110 jest nośnością opony na kole pojedynczym (1060 kg), a drugi 108 oznacza nośność tej samej opony zamontowanej na kołach bliźniaczych (1000 kg). Nośność opony może być również opisana liczbą PR (Ply Rating), która określa umowną liczbę warstw kordu bawełnianego odpowiadającą wytrzymałości osnowy oznakowanej opony (np. 14 PR).

3. Symbol dopuszczalnej prędkości SI podawany kodem literowym (tabela 2), określający maksymalną prędkość, przy której może być eksploatowana opona. Na przykład symbol L oznacza maksymalną prędkość eksploatacji opony 120 km/h, S – 180 km/h, H – 210 km/h.

4. Określenie charakterystyki opony, na przykład Tubetype, Tubeless – opona odpowiednio dętkowa i bezdętkowa, Inside (Interior) i Qutside (Exterior) – wewnętrzna i zewnętrzna strona pojazdu dla opony z bieżnikiem asymetrycznym, Rotation – kierunek obrotu koła (oznaczenie często wspomagane znakiem strzałki), Regroovable – opona przeznaczona do pogłębiania rzeźby bieżnika, Retreaded – opona bieżnikowana, Radial – dodatkowe oznaczenie opony radialnej, All Steel lub Monoply – opona całostalowa jednowarstwowa, M+S – specjalne właściwości mieszanki gumowej i bieżnik błotno-śniegowy, DOT – opona spełnia zalecenia ministerstwa transportu USA.

Inne oznaczenia i napisy umieszczane na boku opony to: symbol rzeźby bieżnika, znak homologacji, nazwa handlowa, nazwa producenta, miejsce umieszczenia wskaźnika zużycia bieżnika opony TWI (Tread Wear Indicator) i inne (np. opis budowy osnowy i opasania, wartości dopuszczalnego ciśnienia, kod daty produkcji).
Kod daty produkcji (numer opony) zawiera kolejny tydzień roku produkcji i ostatnią lub dwie ostatnie cyfry roku produkcji. Dlatego na każdej oponie występuje trzycyfrowe lub czterocyfrowe oznaczenie daty produkcji umieszczone na owalnym polu, gdzie pierwsze dwie cyfry oznaczają kolejny tydzień roku, a trzecia (lub trzecia i czwarta) końcówkę roku produkcji (np. 2511 oznacza 25. tydzień 2011 roku).
W Polskich Normach przewidziano następujące najważniejsze rodzaje rzeźb bieżnika i ich symbole: D – drogowa, T – terenowa, U – uniwersalna, S – specjalna, ANP – prowadząca, AN – napędowa oraz AM – nośna.
Wytwórcy opon podają w katalogach firmowych wykazy obręczy zalecanych i dopuszczalnych dla każdego rozmiaru opony. Eksploatacja opony na innej obręczy jest niedopuszczalna i może być niebezpieczna dla użytkownika.
Oznaczenie obręczy jest znormalizowane. Podstawowe oznaczenie obręczy składa się z liczby, litery, znaku łączącego i kolejnej liczby. Na przykład oznaczenie 6.50 J x 16 H2 zawiera następujące informacje: pierwsza liczba (6.50) oznacza szerokość wnęki obręczy w calach; litera (J) określa typ obrzeża (również jego wysokość); znak (x) oznacza obręcz z wgłębieniem montażowym, a znak (–) obręcz płaską; liczba (16) określa średnicę obręczy w calach. Na obręczy mogą występować dodatkowe oznaczenia informujące o ukształtowaniu powierzchni osadzenia (H2 – podwójne wygarbienie).
Liczby wchodzące w skład oznaczenia wymiarowego opon i obręczy określają ich wymiary w sposób przybliżony. Dokładne wymiary opon i obręczy oraz wartości dopuszczalnych obciążeń i maksymalnych prędkości opon, odpowiadające poszczególnym oznaczeniom, są podawane w normach i katalogach fabrycznych.

Oprócz umiejętności scharakteryzowania opony i obręczy na podstawie ich oznakowania diagnosta powinien umieć ocenić charakter zużycia ogumienia, gdyż na tej podstawie można wnioskować o stanie technicznym układu jezdnego, zawieszenia i układu kierowniczego.
Nierównomierne zużycie bieżnika opony wskazuje na występowanie następujących nieprawidłowości (rys. 3):
- za niskie ciśnienie powietrza w ogumieniu (a),
- za wysokie ciśnienie powietrza w ogumieniu (b),
- za mały kąt pochylenia koła (c),
- za duży kąt pochylenia koła (d),
- za mała zbieżność kół (e),
- niewyważenie statyczne koła (f),
- niewyważenie dynamiczne koła (g).

Sprawdzenie luzów w poszczególnych parach kinematycznych
Należy podnieść badany pojazd, uchwycić koło oburącz u góry i u dołu opony i próbować je poruszyć poprzecznie do pojazdu:
- ruchy zwrotnicy względem elementów osadzenia sworznia zwrotnicy wskazują na występowanie nadmiernego luzu w łożyskach sworznia zwrotnicy,
- ruchy wahaczy względem belki zawieszenia lub łącznika wahaczy świadczą o istnieniu nadmiernych luzów w zawieszeniu,
- ruchy bębna lub tarczy względem zwrotnicy świadczą o istnieniu nadmiernych luzów w łożyskach piasty koła.

Luzy w łożyskach piast kół nienapędzanych można również ocenić na podstawie oporu przy obracaniu kół. Jeżeli wartość luzu jest właściwa, to uniesione koło obrócone ręką (jednorazowy impuls) powinno wykonać 8÷10 obrotów.

Ocena hałaśliwości pracy piast kół
Wystąpienie słyszalnego hałasu podczas obracania koła jezdnego wskazuje na uszkodzenie łożysk piasty lub pierścienia uszczelniającego. Wprawione w ruch koło jezdne powinno obracać się swobodnie, bez zacięć.

2. Metody przyrządowe
Metody przyrządowe sprawdzania stanu technicznego układu jezdnego sprowadzają się do oceny bicia promieniowego i osiowego obręczy i opony, oceny niewyważenia i ewentualnego wyważania kół jezdnych.

Sprawdzenie promieniowego i osiowego bicia kół
Bicie koła jezdnego sprawdza się przed jego wyważaniem. Sprawdzenie polega na określeniu ewentualnych odchyłek od kształtu kołowego kompletnego koła mierzonych na oponie i obręczy (bicie promieniowe) oraz określeniu ewentualnego odchylenia boku koła mierzonego na oponie i obręczy od płaszczyzny prostopadłej do osi obrotu (bicie osiowe).
Czynności te wykonuje się za pomocą rysika zamocowanego na podstawce lub przyrządem z czujnikiem zegarowym. Rozwiązania konstrukcyjne nowoczesnych wyważarek komputerowych umożliwiają automatyczny pomiar bicia opony i obręczy.
Na rys. 4 przedstawiono schemat pomiaru bicia koła jezdnego. Bicie koła przekraczające dopuszczalne wartości wskazuje na wady opony, wady jej montażu lub zdeformowanie obręczy (tarczy) koła. Bicie opony może być też spowodowane zawulkanizowanymi uszkodzeniami ogumienia.

Ocena niewyważenia kół jezdnych
Niewyważeniem koła jezdnego nazywa się taki stan, w którym jego masa jest rozłożona niesymetrycznie względem osi obrotu. Wyróżnia się dwa rodzaje niewyważenia kół jezdnych: niewyważenie statyczne i niewyważenie dynamiczne. W praktyce najczęściej oba rodzaje niewyważenia występują jednocześnie.
Niewyważenie statyczne występuje wówczas, gdy oś obrotu koła i jego główna oś bezwładności nie pokrywają się, ale są do siebie równoległe. W przypadku niewyważenia dynamicznego oś obrotu koła i jego główna oś bezwładności przecinają się w środku masy koła.
Niewyważenie statyczne powoduje podczas ruchu koła powstanie siły odśrodkowej Fn o wartości:

Siła odśrodkowa pochodząca od niewyważenia statycznego wywołuje drgania koła w kierunku prostopadłym do jego osi obrotu oraz okresowo zmienne (co ½ obrotu) dociążanie łożysk piasty koła, elementów zawieszenia oraz opony, co znacznie przyspiesza ich zużycie.
Wyważanie statyczne (tzn. usuwanie niewyważenia statycznego) polega na umieszczeniu na obrzeżu obręczy dodatkowego ciężarka wyważającego (rys. 5) o takiej masie i w takim miejscu, aby działająca na niego siła odśrodkowa Fs równoważyła siłę odśrodkową wywołaną niewyważeniem:

W takim przypadku, tj. po wyważeniu, środek masy koła S, wraz z ciężarkiem, będzie położony na osi obrotu.
Zgodnie z normą BN-75/3621-01 miarą niewyważenia statycznego jest iloczyn masy ciężarka wyważającego mS [g] oraz odległości ro [cm] jego środka masy od osi obrotu (promień obrzeży obręczy koła).
Niewyważenie statyczne, wywołujące pionowe drgania koła, można usunąć bez konieczności wprawiania koła w ruch obrotowy. Ułożyskowane koło ustawi się w taki sposób, że najcięższy jego punkt zajmie położenie najniższe. Ciężarki wyważające należy wówczas umieścić naprzeciwko najcięższego punktu. Masę ciężarków dobiera się tak, aby koło pozostawało nieruchome w każdym położeniu.
Niewyważenie dynamiczne powoduje podczas jazdy powstawanie momentów od sił odśrodkowych, które wywołują drgania koła w kierunku równoległym do jego osi oraz okresowo zmienne (co ½ obrotu) dociążanie łożysk piasty koła, elementów zawieszenia i układu kierowniczego. W miarę powiększania się luzu w zawieszeniu koła i łożyskach rośnie amplituda poprzecznych ruchów koła i wzrastają dynamiczne obciążenia wszystkich współdziałających z nim elementów oraz nierównomierne zużywanie się opony.
Wyważanie dynamiczne (tzn. usuwanie niewyważenia dynamicznego) polega na umieszczeniu na obrzeżach obręczy dwóch ciężarków (rys. 6) o takich samych masach oraz w taki sposób, aby działające na nie siły odśrodkowe wywołały momenty wyważające Md znoszące działanie momentów od niewyważenia.

W tym celu ciężarki mocuje się po obu stronach koła, symetrycznie względem jego środka O. Niewyważenie dynamiczne, powodujące głównie poziome drgania koła (dla zawieszenia tylnego sztywnego – drgania pionowe), usuwa się po wprawieniu koła w ruch obrotowy w wyniku równoważenia ciężarkami powstających wówczas sił i momentów.
Zgodnie z wymienioną normą miarą niewyważenia dynamicznego jest iloczyn masy md [g] jednego z dwóch jednakowych ciężarków wyważających oraz odległości b [cm] pomiędzy płaszczyznami obrzeży obręczy (płaszczyznami korekcji).
Szczególnie niekorzystny i najczęściej występujący jest przypadek jednoczesnego występowania niewyważenia statycznego i dynamicznego. Wówczas usuwa się najpierw niewyważenie statyczne, a następnie dynamiczne lub stosuje się inne procedury wyważania, na przykład wyważanie w dwóch płaszczyznach korekcji – układ trzech ciężarków wyważających można zastąpić dwoma ciężarkami o różnych masach, leżącymi po obu stronach koła, niesymetrycznie względem jego środka O.

Przyczyny niewyważenia kół jezdnych
Przyczynami niewyważenia kół jezdnych mogą być:
- błędy wykonawcze opony, obręczy i piasty (nierównomierne rozłożenie masy z powodu odchyleń od wymiarów nominalnych),
- niejednorodność materiału (niejednakowa gęstość w różnych miejscach),
- nierównomierne zużycie bieżnika na obwodzie opony,
- naprawa ogumienia (wulkanizacja),
- niewłaściwy montaż (nieprawidłowe ułożenie opony na obwodzie obręczy),
- uszkodzenie koła (zużycie otworów mocowania koła, deformacja obręczy/tarczy, pęknięcie osnowy opony).

Objawy i skutki niewyważenia
Łatwo zauważalnymi objawami niewyważenia kół są:
- drgania kół (zwłaszcza przy większych prędkościach jazdy),
- zmiana kątów ustawienia kół i luzowanie się złączy,
- nierównomierne zużywanie się bieżnika ogumienia.
Drgania kół występują szczególnie intensywnie po przekroczeniu prędkości jazdy 60 km/h. W przypadku niewyważenia kół kierowanych drgania są przenoszone na mechanizm zwrotniczy i kierowniczy, przez co są wyraźnie wyczuwalne na kole kierownicy. Niewyważenie kół tylnych objawia się miarowym odgłosem w tyle samochodu oraz drganiem całego nadwozia.
Drgania te powodują zmiany obciążenia elementów pojazdu i są przyczyną intensywniejszego zużycia pojazdu, zwłaszcza łożyskowania kół, elementów zawieszenia, przegubów i przekładni kierowniczej oraz opon. Oprócz tego drgania oddziałują na kierowcę i pasażerów, zmniejszają komfort jazdy i przyspieszają zmęczenie, co w przypadku kierowcy ma wpływ na bezpieczeństwo jazdy.
Innym objawem niewyważenia kół jest charakterystyczne zużywanie się bieżnika na obwodzie opon. Podczas oględzin widoczne są miejsca mniejszego i większego zużycia bieżnika. Objaw ten może wystąpić dostatecznie wyraźnie dopiero po przebiegu kilku tysięcy kilometrów. To nierównomierne i przyspieszone zużycie ogumienia ma duży wpływ na bezpieczeństwo jazdy i koszty eksploatacji samochodu.

3. Metody trakcyjne (próba drogowa)
Jazda próbna i obserwacja zachowania się pojazdu na drodze ma znaczenie uzupełniające do określenia stanu technicznego układu jezdnego. Wystąpienie drgań i hałasu świadczy o nadmiernych luzach między elementami układu jezdnego lub o niewyważeniu kół. W przypadku skrzywienia osi przedniej w płaszczyźnie poziomej samochód ma skłonność do skręcania, a prowadzenie pojazdu jest utrudnione.

dr inż. Kazimierz Sitek