Diagnostyka

W poprzednich częściach artykułu przedstawiliśmy strukturę układu jezdnego pojazdu, zakres jego diagnozowania, kryteria oceny stanu technicznego oraz metody jego diagnozowania. W tej części opisujemy wybrane urządzenia do diagnozowania układu jezdnego samochodu.

Do oceny stanu technicznego układu jezdnego samochodu stosuje się następujące urządzenia i przyrządy:
- detektory luzów (urządzenia szarpiące),
- urządzenia do wykrywania uszkodzeń wewnętrznych opon,
- przyrządy do pomiaru bicia koła (obręczy i opony),
- przystawki napędowe do wykrywania niewyważenia kół nienapędzanych,
- wyważarki do kół jezdnych,
- linie do obsługiwania i diagnozowania kół.

1. Urządzenia do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi
Podczas określania stanu technicznego pojazdu istotną rolę odgrywa umiejętność oceny luzów w elementach układów podwozia. W celu ułatwienia ich oceny wykorzystuje się urządzenia nazywane szarpakami lub detektorami luzów (rys. 1). Umożliwiają one wymuszanie szarpnięć kołami jezdnymi w celu określenia metodą organoleptyczną luzów w elementach układów jezdnego, zawieszenia i kierowniczego unieruchomionego pojazdu. Urządzenia szarpiące wchodzą w skład obowiązkowego wyposażenia stacji kontroli pojazdów i pełnią funkcję pomocniczą podczas oceny luzów w elementach układów podwozia.
Detektor luzów zbudowany jest z dwóch zespołów płyt napędzanych siłownikami hydraulicznymi lub pneumatycznymi, na których stawiane są koła pojazdu. Płyty te wykonują krótkie przemieszczenia (obroty) w różnych kierunkach i powodują poziome ruchy koła oraz wszystkich elementów z nim związanych.

Ze względu na przeznaczenie rozróżnia się następujące wersje tych urządzeń:
- do wymuszania szarpnięć kołami w pojazdach o dopuszczalnej masie całkowitej (dmc) do 3,5 t;
- do wymuszania szarpnięć kołami w pojazdach o dmc powyżej 3,5 t;
- uniwersalne (wykorzystywane podczas kontroli luzów w pojazdach o dmc do 3,5 t i powyżej 3,5 t).

Ze względu na rodzaj napędu rozróżnia się urządzenia szarpiące z napędem hydraulicznym lub pneumatycznym. W przypadku urządzeń do badania luzów w pojazdach o dopuszczalnej masie całkowitej do 3,5 t najczęściej stosuje się pneumatyczne zasilanie robocze. Natomiast w urządzeniach uniwersalnych i przeznaczonych do kontroli pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t na ogół występuje zasilanie hydrauliczne (większa płynność ruchu płyt, mniejsze wymiary siłowników).
Urządzenie do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu składa się z następujących zasadniczych zespołów:
- dwóch niezależnych zespołów płyt do wymuszania szarpnięć kołami (rys. 2),
- zespołu sterującego (szafka sterująca i lampa sterująca) – rys. 3,
- zespołu zasilającego składającego się z zasilacza hydraulicznego i rozdzielacza z układem elektrozaworów (rys. 4),
- przyrządu do blokowania pedału hamulca.

Oddzielny zespół zasilający nie występuje w przypadku urządzeń z napędem pneumatycznym, które są zasilane z sieci sprężonego powietrza obiektu stacji kontroli pojazdów oraz urządzeń instalowanych w płytach najazdowych podnośników do unoszenia całego pojazdu (wykorzystuje się układ zasilania podnośnika).
W urządzeniach do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi istotne są sterowanie płytami oraz odpowiednia koordynacja ich ruchu. Każdy zespół płyty szarpiącej powinien wymuszać następujące ruchy koła jezdnego pojazdu:
- ruch skrętny i ruch w kierunku poprzecznym względem osi podłużnej stanowiska (dla urządzeń do wymuszania szarpnięć kołami w pojazdach o dopuszczalnej masie całkowitej do 3,5 t),
- ruch w kierunku wzdłużnym i poprzecznym względem osi podłużnej stanowiska (dla urządzeń do wymuszania szarpnięć kołami w pojazdach o dmc powyżej 3,5 t).

W ofercie niektórych producentów znajdują się detektory luzów ze zwiększoną kombinacją ruchów płyt. Na przykład szarpak hydrauliczny SRS 3,5xy firmy Sosnowski wymusza ruchy kół w kierunku wzdłużnym, poprzecznym i skrętnym w stosunku do osi podłużnej stanowiska, łącznie 9 możliwości ruchów płyt (rys. 5). Umożliwia to pełniejszą symulację obciążeń występujących podczas jazdy i ułatwia ocenę luzów w połączeniach.

Dodatkowo każdy niezależnie funkcjonujący zespół płyty szarpiącej powinien spełnić następujące warunki [3]:
- zapewnić wymaganą wartość siły wymuszającej szarpnięcia koła przy ciśnieniu powietrza nie większym niż 0,8 MPa (dotyczy to urządzeń z napędem pneumatycznym zasilanych z sieci sprężonego powietrza obiektu stacji kontroli pojazdów),
- mieć powierzchnię roboczą płyty o współczynniku przyczepności między oponą i płytą co najmniej 0,8 (na sucho) i 0,6 (na mokro),
- być odpowiednio zabezpieczony przed przesuwaniem obudowy zespołu płyty podczas pracy urządzenia,
- być zabezpieczony antykorozyjnie.

Oprócz tego zespół sterujący urządzenia do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu powinien spełnić następujące wymagania:
- zapewnić ruch każdej płyty szarpiącej osobno lub jednocześnie z drugą (przy ruchu jednoczesnym w tym samym kierunku zwroty przesuwu obu płyt powinny być przeciwne),
- zapewnić możliwość ręcznego sterowania urządzeniem w taki sposób, aby podczas pracy była możliwość jednoczesnej obserwacji elementów podwozia przez osobę obsługującą.

Tabela 1. Zalecane rodzaje ruchów płyt szarpiących stosowane do wykrycia luzów w wybranych elementach podwozia pojazdu [1]

Sterowanie ruchami płyt szarpiących realizowane jest w sposób przewodowy lub bezprzewodowy pilotem wbudowanym w korpus ręcznej lampy halogenowej, która służy jednocześnie do oświetlania kontrolowanych elementów. Urządzenia szarpiące umożliwiają organoleptyczną kontrolę luzów przede wszystkim w takich elementach układów podwozia, jak: sworznie zwrotnicy, łożyska piast kół, wahacze, drążki kierownicze, stabilizatory i przeguby. W przypadku szarpaka uniwersalnego SZ-16 firmy Unimetal w celu ułatwienia wykrycia luzów w kontrolowanych elementach podwozia zaleca się wykonywanie ruchów płyt szarpiących w sposób przedstawiony w tabeli 1.
Analiza danych technicznych urządzeń szarpiących różnych producentów wskazuje, że ich podstawowe parametry techniczne są porównywalne. Dotyczy to przede wszystkim: wytrzymałości płyty na nacisk koła badanego pojazdu, wartości siły wymuszającej szarpnięcia koła, skoku płyty szarpiącej, wielkości powierzchni i rozstawu płyt szarpiących.
Przykładowo w tabeli 2 przedstawiono podstawowe dane techniczne wybranych urządzeń szarpiących z napędem pneumatycznym i hydraulicznym wytwarzanych przez firmę Unimetal.
Detektory luzów montuje się we wnękach płyt najazdowych podnośnika nożycowego (rys. 6) lub czterokolumnowego albo we wnękach posadzki stanowiska kontrolnego na obrzeżach kanału przeglądowego (patrz rysunek 1b). Urządzenia do wymuszania szarpnięć kołami jezdnymi pojazdu są wytwarzane przez takie firmy, jak: Cartec, Car-Lift, Cemb, Fudim-Polmo, Hofmann, Josam, Maha, Space, Unimetal i inne.

Tabela 2. Dane techniczne urządzeń szarpiących firmy Unimetal [1]

2. Urządzenia do wykrywania uszkodzeń wewnętrznych opon
Stopień zużycia ogumienia ma bardzo duży wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Decydują o tym między innymi: głębokość rzeźby bieżnika, liczba, wymiary i rozmieszczenie uszkodzeń na obwodzie, charakter zużycia bieżnika, rozwarstwienia lub pęknięcia naruszające osnowę. Niektóre uszkodzenia ogumienia nie są widoczne z zewnątrz i nie można ich wykryć metodami organoleptycznymi (np. rozwarstwienie elementów osnowy, przecięcie lub naderwanie włókien osnowy i opasania).
Firma Beissbarth opracowała oryginalne urządzenie do badania opon – mtt 2100 (rys. 7), które wykrywa uszkodzenia wewnętrzne opon bezpośrednio na samochodzie. Działa ono w połączeniu z rolkowym stanowiskiem do sprawdzania hamulców.

Urządzenie do wykrywania uszkodzeń ogumienia składa się z:
- głowic pomiarowych wyposażonych w laserowe źródła światła, kamer CCD ze specjalnym układem optycznym i układu sterująco-zasilającego,
- układu mechanicznego służącego do ustawiania głowic pomiarowych w wybranym położeniu (przegubowe ramię) oraz sterowanej pneumatycznie blokady położenia głowic,
- jednostki komputerowej z kolorowym monitorem i klawiaturą poszerzonej o kartę PCI do rejestracji zdjęć i obróbki obrazu.

Po wjechaniu kołami jednej osi na rolki przeprowadzane jest sprawdzenie hamulców. Następnie osoba obsługująca podłącza do sprawdzanych kół przewody ze sprężonym powietrzem i zbliża do nich głowice pomiarowe. Przegubowe ramię i laserowy system pozycjonujący umożliwiają ustawienie ich na wysokości osi kół, w niewielkiej odległości od nich. Po ustawieniu głowic można rozpocząć wyszukiwanie uszkodzeń wewnętrznych opon. Sterowany komputerowo układ pomiarowy dzieli obwód opony na 7-9 segmentów, aby każdy z nich sprawdzić oddzielnie. Rolki do kontroli hamulców służą jedynie do obrotu kół o określony kąt, tak aby kolejne segmenty opon ustawiły się naprzeciw obiektywu kamer CCD umieszczonych w głowicach pomiarowych. Dla poszczególnych segmentów opony wyszukiwanie uszkodzeń wewnętrznych odbywa się w następujący sposób:
- w oponie w sposób automatyczny ustalane jest określone ciśnienie,
- kamera CCD wykonuje pierwsze zdjęcie wybranego segmentu opony, oświetlonego światłem laserowym,
- ciśnienie w oponie zostaje automatycznie obniżone o określoną wartość,
- kamera CCD wykonuje drugie zdjęcie tego samego segmentu opony,
- uzyskane zdjęcia są porównywane komputerowo, analizowana jest zmiana kształtu zewnętrznej powłoki opony (zmiany długości fragmentów powłoki opony).

Następnie wyniki badania opon są przedstawiane na ekranie komputera (rys. 8). Po lewej stronie widoczna jest opona, której obwód został podzielony na segmenty, a po prawej – powiększenie wybranego segmentu. Oznaczane są miejsca uszkodzenia. Program dokonuje oceny, czy opona może być dopuszczona do dalszej eksploatacji. Wynik kontroli można uzyskać również w postaci wydruku.
Urządzenie umożliwia sprawdzanie ogumienia bezpośrednio na pojeździe. Uzyskuje się jednoznaczną ocenę zarówno widocznych, jak i ukrytych uszkodzeń. Badanie może być włączone w program przeglądu technicznego samochodu na stacji kontroli pojazdów.
Znane są również inne rozwiązania urządzeń do badania uszkodzeń ogumienia, które umożliwiają wykrywanie uszkodzeń opon po wymontowaniu koła z samochodu i zamontowaniu go na wale napędowym urządzenia. Sposób wyszukiwania uszkodzeń jest identyczny jak opisany. Sprawdzenie jednej opony trwa około 1,5 min. Urządzenia tego rodzaju są wytwarzane między innymi przez firmy Maha i Beissbarth.

3. Przyrządy do pomiaru bicia obręczy i opony
Przed kontrolą wyważenia koła jezdnego powinno się sprawdzić promieniowe i osiowe bicie obręczy i opony. Do pomiaru bicia można wykorzystać rysik na podstawce lub specjalne przyrządy z czujnikiem zegarowym.
W celu zmierzenia bicia opony należy koło podnieść, a do opony dosunąć rolkę przyrządu. Podczas pomiaru bicia promieniowego rolka powinna być dostawiona do czoła opony w płaszczyźnie symetrii koła, a podczas pomiaru bicia osiowego – do boku opony w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez oś koła. Koło należy obracać ręką, powinno się obserwować maksymalne i minimalne wychylenia wskazówki czujnika. Różnica tych wychyleń jest wartością bicia opony. W podobny sposób mierzy się bicie obręczy.
Pomiar bicia koła (obręczy, opony) można również wykonać za pomocą czujnika, który wchodzi w skład wyposażenia niektórych wyważarek stacjonarnych. Najnowsze wersje wyważarek komputerowych są wyposażone w systemy do pomiaru bicia osiowego i promieniowego obręczy oraz opony (np. ultradźwiękowe – rys. 9). Wyniki pomiaru bicia są następnie uwzględniane podczas wyważania koła jezdnego.

4. Przystawki napędowe (rozpędzarki do kół)
W pojazdach samochodowych o dopuszczalnej masie całkowitej do 3,5 t niewyważenie kół jezdnych nienapędzanych można wykryć za pomocą przystawek napędowych, na przykład RK-1A firmy Unimetal i RKS-3,5 firmy Fudim-Polmo (rys. 10). W tym celu należy unieść oś nienapędzaną i przystawić do czoła opony tarczę napędową urządzenia obracającą się z maksymalną prędkością. Po odsunięciu przystawki, w przypadku niewyważenia koła jezdnego, można zaobserwować drgania tego koła i całego nadwozia.

Przystawka napędowa składa się z następujących zespołów:
- wózka z kółkami,
- silnika elektrycznego wraz z tarczą napędową,
- hamulca ciernego nożnego.

Rozpędzarki do kół mają zamocowany na ramie wózka silnik elektryczny o mocy około 1,5 kW i prędkości 2500-2800 obr./min, wyposażony w tarczę napędową osadzoną bezpośrednio na wale silnika. Prędkość obwodowa tarczy napędowej wynosi 90-130 km/h.
Przystawki napędowe są wykonywane również w postaci urządzeń do napędzania koła i wówczas są jednym z elementów składowych wyważarek dostawnych. Przykład takiego rozwiązania pokazano na rysunku 11.
Niewyważenie kół napędowych można wykryć po podniesieniu osi napędzanej, uruchomieniu silnika samochodu i włączeniu biegu bezpośredniego. Jeżeli koła są niewyważone, to przy większych prędkościach wystąpią ich drgania przenoszące się na nadwozie. Podczas przeprowadzania tej próby konieczne jest zachowanie odpowiednich warunków bezpieczeństwa.
W kolejnych częściach artykułu zostaną przedstawione urządzenia do wyważania kół jezdnych (wyważarki), zarówno stacjonarne, jak i dostawne.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Materiały informacyjne firm wytwarzających urządzenia do diagnozowania pojazdów.
2. Sitek K., Syta S.: Pojazdy samochodowe. Badania stanowiskowe i diagnostyka. WKŁ, Warszawa 2011.
3. Warunki techniczne WT-ITS.