Diagnostyka

W poprzednich częściach artykułu opisana została struktura układu jezdnego pojazdu, zakres jego diagnozowania, kryteria oceny stanu technicznego oraz metody diagnozowania. Przedstawione zostały również wybrane przyrządy i urządzenia do oceny stanu technicznego układu jezdnego, to jest: urządzenia szarpiące (detektory luzów), urządzenia do wykrywania uszkodzeń wewnętrznych ogumienia, przyrządy do pomiaru bicia opony i obręczy oraz przystawki napędowe (rozpędzarki do kół). Opisane ponadto zostały rodzaje i cechy urządzeń do wyważania kół jezdnych (wyważarek). W tej części artykułu przedstawimy systemy do mocowania koła na wyważarce i wyposażenie dodatkowe.

1. Wymagania odnośnie do dokładności wyważenia kół
Dokładność wyrównoważenia kół jezdnych pojazdu zależy od dokładności wykonania i stanu technicznego wyważarki, jakości wykonania i stanu technicznego obręczy (tarczy) koła oraz w dużym stopniu od precyzji mocowania koła na wale wyważarki, co jest związane z zastosowaniem odpowiedniego uchwytu.
W nowoczesnych wyważarkach do kół zdemontowanych z pojazdu dokładność wyważenia osiąga wartość około 0,02 g. Nie odpowiada to rzeczywistej dokładności wyważenia koła, gdyż występują błędy jego mocowania na wale wyważarki.
Obręcz koła jezdnego powinna mieć otwór środkowy wykonany tak, aby środek geometryczny otworu i krawędzi zewnętrznych obręczy znajdowały się w tej samej osi. Również środki geometryczne dodatkowych otworów służących do mocowania koła w pojeździe powinny znajdować się w jednakowej odległości od środka geometrycznego obręczy, a ponadto odległości pomiędzy dodatkowymi otworami powinny być takie same. W praktyce nie można wykonać idealnej obręczy, a nawet niewielkie przesunięcia wymienionych otworów powodują nierównomierny rozkład masy wirującego koła, czyli jego niewyważenie.
Na ogół przyjmuje się, że otworem bazowym mocowania koła jest środkowy otwór obręczy. Jednak niektórzy producenci samochodów i urządzeń diagnostycznych stosują do bazowania otwory mocujące koło jezdne. Jeżeli przesunięcia środków geometrycznych otworów obręczy (tarczy) są minimalne, to obręcz można traktować jako wzorcową. Problem występuje w przypadku obręczy niskiej jakości (wykonanych niestarannie lub uszkodzonych podczas eksploatacji). Obręcz koła z wadliwie wykonanym lub zdeformowanym otworem środkowym powoduje nieprawidłowe mocowanie koła na wale wyważarki. To z kolei skutkuje nierównomiernym rozkładem masy wirującego koła i powstaniem dodatkowego niewyważenia.
W takim przypadku powinno się zastosować dodatkowy uchwyt trzpieniowy, pozwalający zamocować koło na wyważarce jedynie na otworach mocujących z pominięciem otworu środkowego. Uchwyty trzpieniowe umożliwiają mocowanie i wyważenie kół posiadających 3, 4 i 5 otworów, czyli w zasadzie wszystkich kół samochodów osobowych.
Przed założeniem koła na wał wyważarki należy oczyścić obręcz/tarczę (zaleca się stosowanie maszyn myjących koła) i sprawdzić jej stan. Otwory bazowe obręczy nie mogą być owalne, powinny też mieć nieuszkodzoną powierzchnię. Obręcze wykonane ze stopów lekkich często wyposażone są w dodatkową wkładkę otworu centrującego (pierścień z tworzywa sztucznego). Umożliwia ona dopasowanie obręczy do różnych piast samochodowych. W przypadku odkształcenia tych pierścieni należy koniecznie wymienić je na nowe.

2. Sposoby mocowania koła na wyważarce
Sposób mocowania koła jezdnego na wale wyważarki ma podstawowy wpływ na dokładność jego wyważenia. Skuteczne wyważenie koła na wyważarce jest możliwe tylko w przypadku jego prawidłowego zamocowania i dokładnego wycentrowania. Sposób mocowania koła na wyważarce zależy od rozwiązania konstrukcyjnego tarczy koła. W pojazdach samochodowych i przyczepach najczęściej stosuje się następujące rodzaje tarcz (obręczy) kół:

• tarcze przelotowe (z otworem środkowym),
• tarcze nieprzelotowe,
• tarcze dzielone płaskie (mocowane do piasty pojazdów ciężarowych).

We współczesnych samochodach tarcze kół są na ogół centrowane na otworze środkowym od wewnątrz. W taki sam sposób powinny być wówczas centrowane na wale wyważarki, to znaczy na stożku od środka – uchwyt stożkowy z nakrętką (rys. 1). Takie uchwyty ze stożkiem centrującym od strony wewnętrznej ma większość wyważarek w wyposażeniu standardowym. Do niektórych obręczy trzeba stosować stożki dodatkowe z powodu bardzo małego lub bardzo dużego otworu centralnego.
Ponieważ stożek na wale musi się przesuwać, to elementy te wykonane są z określoną tolerancją. Jeżeli luz między otworem stożka a wałem wynosi 0,1 mm, powoduje to niedokładność wyrównoważenia około 10 g. Z tego powodu stosuje się określone tolerancje wykonania stożków i wałów, które zapewniają wymaganą dokładność wyważenia koła. Przykładowo wał wyważarki o średnicy nominalnej 40 mm wykonuje się z tolerancją 39,985÷39,995 mm. Natomiast stożek jest wykonany w tolerancji 40,005÷40,010 mm (dane firmy Hofmann). Tylko tak wąskie tolerancje zapewniają odpowiednią dokładność wyważenia koła.
Podczas użytkowania wyważarki następuje stopniowe zużycie elementów centrujących (wału i stożka), pierwotne tolerancje ulegają powiększeniu, co w efekcie prowadzi do zmniejszenia dokładności wykonywanych pomiarów. Zużycie elementów centrujących następuje stosunkowo szybko zwłaszcza w warsztatach, w których nie stosuje się myjek do kół, a czyszczenie wyważarek wykonuje się sporadycznie.
W praktyce stosuje się różne technologie produkcji obręczy ze środkowym otworem bazowym, co pociąga za sobą konieczność zwrócenia uwagi na to, z której strony koła powinno się zastosować stożek centrujący. Jest to równoznaczne z koniecznością łatwego przezbrojenia uchwytu. Taką możliwość stwarza tzw. uchwyt szybkomocujący (rys. 2), którego nakrętka ze sprzęgłem i dzielonym gwintem pozwala znacznie skrócić czas mocowania koła na uchwycie.
Centrowanie na stożkach od wewnątrz jest uzasadnione dla obręczy stalowych ze standardowymi oponami. Dla nowych odmian kół (obręcze aluminiowe, opony niskoprofilowe) powinno się stosować inne rozwiązania konstrukcyjne uchwytów mocujących. Najlepszym rodzajem uchwytu byłby taki, który eliminuje całkowicie luz między elementami centrującymi.

Rozwiązaniem konstrukcyjnym, w którym całkowicie wyeliminowano luz między elementami centrującymi, jest uchwyt Duo Expert firmy Haweka (rys. 3). Stało się to możliwe w wyniku zastosowania pierścienia centrującego (tulei rozprężnej). Zastosowany pierścień zmienia swoje średnice zewnętrzną i wewnętrzną, zaciskając się bez luzu na wale i w otworze wewnętrznym obręczy. Ściskanie tego pierścienia powoduje zwiększanie jego średnicy zewnętrznej i zmniejszanie wewnętrznej. Taki uchwyt dobrze sprawdza się przy wyważaniu kół z obręczami stalowymi oraz ze stopów lekkich (jest zalecany przez większość wytwórców samochodów osobowych). Ważnym elementem w uchwycie jest sprężyna środkowa, której sztywność ma duży wpływ na precyzję centrowania. Od sztywności tej sprężyny zależy siła wciskania elementu centrującego w otwór obręczy.
Bardzo korzystnym rozwiązaniem jest posiadanie wyposażenia do mocowania koła na wale wyważarki składającego się z uchwytu Duo Expert i pakietu Word Kit I, który zawiera cztery tarcze z kolorowymi otworami, kilka rodzajów trzpieni i specjalny pierścień. Takie wyposażenie umożliwia wyważanie kół jezdnych prawie wszystkich samochodów osobowych, dostawczych i terenowych.

Interesującym rozwiązaniem systemu mocowania kół jezdnych na wale wyważarki jest uchwyt główny bezsprężynowy Duo Matic I firmy Haweka (rys. 4) i uniwersalne płyty dociskowe QuickPlate stosowane do obręczy kół o różnej liczbie otworów (od czterech do siedmiu).
W przypadku kół jezdnych z obręczami nieprzelotowymi (rozwiązania występujące w niektórych samochodach francuskich) stosuje się uniwersalne uchwyty w postaci tarczy z trzpieniami (z rowkami prowadzącymi pod śruby lub nawierconymi otworami). Tarcza tego uchwytu ma zaznaczone średnice podziałowe, na które przesuwa się trzpienie. Ważnym elementem tego systemu jest pierścień centrujący dostosowany do konkretnych średnic nieprzelotowego otworu w obręczach. Brak tego pierścienia uniemożliwia dokładne wyważenie koła.
W innych przypadkach, na przykład koła samochodów terenowych i dostawczych, często wykorzystuje się uchwyty typu off-road (rys. 5). Rozwiązanie takie jest stosowane w samochodach, które nie mają na piastach kołnierzy centrujących. Ich koła są centrowane na piaście tylko za pomocą śrub lub szpilek z nakrętkami, wobec tego uchwyt odwzorowuje takie mocowanie. Z powodu dużych prędkości jazdy koła tych samochodów wymagają również dokładnego wyważenia. Stosowany jest tutaj trzpieniowy uchwyt tarczowy, a stożek pełni jedynie rolę elementu ułatwiającego wprowadzenie trzpienia tarczy w otwory obręczy.
Znane są też uchwyty uniwersalne, na przykład Uni Lug (rys. 6), do centrowania obręczy o konstrukcji zarówno przelotowej, jak i nieprzelotowej. Uchwyt ten jest bardzo precyzyjny, a to dzięki dokładnie frezowanym i szlifowanym obrotowym ramionom z trzpieniami. Ustawienie trzpieni na konkretną średnicę odbywa się bezstopniowo. Liczba ramion z trzpieniami zależy od liczby otworów w tarczy koła i jest zgodna z ich rozstawem, który mierzy się za pomocą specjalnej suwmiarki. Taki uchwyt może obejmować średnicę rozstawu śrub mocujących koło w granicach 95÷215 mm. Uchwyt mocujący Uni Lug można przystosować do mocowania na 3, 4, 5, 6 lub 8 śrubach mocujących. Nową odmianę tego uchwytu można przystosować do wałów o różnych średnicach. Należy zastosować odpowiedni reduktor, który wchodzi w skład wyposażenia dodatkowego oferowanego przez wytwórcę. Taki uchwyt nadaje się szczególnie do kół jezdnych występujących w samochodach producentów francuskich (np. Citroën, Peugeot, Renault).
Jeszcze inne rodzaje uchwytów stosuje się do mocowania na wałach wyważarek kół samochodów ciężarowych. W zależności od konstrukcji koła używa się uchwytu uniwersalnego lub w postaci tarczy ramiennej (rys. 7).

Do osadzenia kół motocyklowych na wale wyważarki wykorzystywane są odrębne rodzaje uchwytów wyposażonych w odpowiednie stożki, wałki, tulejki i nakrętki mocujące. Obecnie stosuje się następujące rodzaje uchwytów motocyklowych:

• uchwyty mocujące koła za pomocą wałka centrującego i specjalnych szpilek chwytających szprychy (do kół szprychowych),
• uchwyty mocujące koła za pomocą wałka centrującego i dwóch uchwytów obejmujących oponę z wykorzystaniem siłowników teleskopowych (do wszystkich kół motocyklowych) – rys. 8a,
• uchwyty mocujące koła za pomocą wałka centrującego i dwóch uchwytów obejmujących oponę z wykorzystaniem siłowników sprężynowych (do wszystkich kół motocyklowych) – rys. 8b.

Wyważanie kół motocyklowych wymaga zastosowania wyważarki przystosowanej do kontroli takich kół z dodatkowym wyposażeniem. Niezbędne jest także wprowadzenie danych dotyczących odległości koła od wyważarki. Należy to wykonać za pomocą przykręcanego trzpienia.
Firma Cemb opracowała innowacyjne rozwiązanie wyważarki Paguro P2 do kół jezdnych pojazdów ciężarowych. Jest ono przeznaczone do stosowania w mobilnych serwisach ogumienia. Takie rozwiązanie stworzyło możliwość wyeliminowania z pojazdów serwisowych tradycyjnej wyważarki lub jej uproszczonej wersji przewoźnej. Układ pomiarowy wyważarki Paguro jest wkładany do szczęk montażownicy kół jezdnych (rys. 9). Dodatkowo w odpowiednim miejscu należy umieścić przenośny pulpit sterujący. Koło podczas wyważania należy obracać ręcznie. Układ pomiarowy urządzenia może być zasilany prądem o napięciu 12, 24 lub 230 V. Wyważarka została wyposażona w zestaw uchwytów i stożków do różnych typów kół pojazdów ciężarowych umieszczonych w specjalnej podstawie lub na wózku.
Najskuteczniejszym mocowaniem koła na wale wyważarki jest stosowanie specjalnych tarcz dociskowych z zestawem trzpieni odwzorowujących mocowanie koła na piaście. Niestety, ze względu na zbyt dużą różnorodność rodzajów obręczy kół i zbyt duże koszty poszczególnych tarcz ten sposób mocowania stosowany jest bardzo rzadko. Uchwyty specjalne zaprojektowane indywidualnie dla danego typu obręczy dostarczają tylko nieliczni producenci określonych marek samochodów (np. BMW, Mercedes).

3. Wyposażenie dodatkowe do wyważania kół
Wytwarzane są różne konstrukcje ciężarków do wyważania kół jezdnych samochodów i motocykli. Można je podzielić na dwie grupy: ciężarki przyklejane i ciężarki zaczepiane na brzegach obręczy (rys. 10). O jakości ciężarków decydują między innymi: dokładność ich wykonania, pewne osadzenie sprężyny stalowej, jakość powłoki galwanicznej sprężyny, graniczny zakres temperatur kleju (dla ciężarków klejonych).
Starsze wersje ciężarków do wyrównoważania kół są wykonane z ołowiu z dodatkiem antymonu, a ich stalowa sprężyna jest przystosowana do mocowania na różnych typach obręczy kół. Nowe odmiany ciężarków są wykonywane z cynku lub stali. Ciężarki przyklejane zaleca się stosować w przypadku obręczy kół ze stopów lekkich. Różne sposoby mocowania ciężarków wyrównoważających w zależności od typu obręczy koła przedstawiono na rysunku 11. Do wyważenia kół motocyklowych i kół samochodowych o nowej konstrukcji wewnętrznej (np. CTS) stosowane są ciężarki odmiennej konstrukcji.
Wytwórcy ogumienia (np. firma Metzeler) zalecają wyważanie kół motocyklowych z obręczami szerszymi niż 2,5 cala. Aby zapobiec nieszczelnościom i ubytkom powietrza, powinno się stosować ciężarki wskazane przez producenta motocykla. Najczęściej są to ciężarki montowane na szprychy lub samoprzylepne, zakładane na obręcze. Nie zaleca się stosowania płynów wyważających ani uszczelniaczy w płynie, które wpływają na stan wyważenia koła.

Do zakładania i wyjmowania ciężarków wyrównoważających stosuje się specjalne szczypce i ściskacze (dźwignie). Podczas zakładania ciężarka zaczepionego na brzegu obręczy niezbędne jest wykonanie następujących czynności:

• ściśnięcie boku opony i włożenie sprężyny,
• uniesienie sprężyny,
• wsunięcie ciężarka.

Na stanowiskach do wyrównoważania kół jezdnych niezbędne jest urządzenie do szybkiego demontażu i montażu ogumienia. Obecnie najczęściej stosuje się urządzenia z napędem elektropneumatycznym lub elektrohydraulicznym, które wyciskają oponę z osadzenia, nie powodując uszkodzenia stopki opony ani obręczy koła. Jest to szczególnie ważne podczas demontażu opon bezdętkowych i stosowania obręczy ze stopów lekkich.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Kłos R.: Optymalizacja jako dodatkowa funkcja wyważania. „Nowoczesny Warsztat” 5/2006.
2. Sitek K.: Diagnostyka samochodowa. Układy odpowiedzialne za bezpieczeństwo jazdy. Wydawnictwo AUTO, Warszawa 1999.
3. Trzeciak K.: Diagnostyka samochodów osobowych. WKŁ, Warszawa 2011.