Diagnostyka

układów kierowniczych (5)

W poprzednich częściach artykułu przedstawiono urządzenia do badania układów kierowniczych pojazdów samochodowych w warunkach dynamicznych i statycznych. Uwzględniono przyrządy do diagnozowania wstępnego, przenośne przyrządy do pomiaru kątów oraz urządzenia uniwersalne do kontroli geometrii kół w pojazdach o dopuszczalnej masie całkowitej (dmc) do 3,5 t (optyczne, optyczno-mechaniczne, laserowo-mikroprocesorowe, elektroniczne i komputerowe). Opisano również urządzenia uniwersalne do kontroli geometrii kół i osi w pojazdach o dmc ponad 3,5 t (laserowe, laserowo-mikroprocesorowe i komputerowe). Część piąta jest kontynuacją tej tematyki i zawiera opis przyrządów do diagnozowania mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego oraz przyrządów o specjalistycznym przeznaczeniu.
Należy podkreślić, że prawidłowe ustawienie geometrii kół i osi w pojazdach samochodowych ze względu na ich masę i osiągane współcześnie prędkości ma bardzo duży wpływ na bezpieczeństwo jazdy.

Przyrządy o specjalistycznym przeznaczeniu
Do tej grupy należą przyrządy przenośne przeznaczone do pomiaru określonego parametru np. zbieżności kół, kątów skrętu kół kierowanych, równoległości oraz symetryczności osi jezdnych.

1. Przyrządy do pomiaru zbieżności kół
Przyrządami do pomiaru zbieżności są rozsuwane drążki z odpowiednimi końcówkami stykowymi do mierzenia od wewnętrznej strony kół lub dostosowane do zewnętrznej strony kół. W kraju firma Spólnota produkuje drążki do pomiaru zbieżności kół samochodów osobowych DZ-2100 i samochodów ciężarowych DZ-3000. Ten ostatni oferowany jest również w wersji uniwersalnej.



Rys. 1. Drążek do pomiaru zbieżności kół DZ-3000 (źródło: Spólnota).

Głównymi elementami przyrządu (rys. 1) są podwójne prowadnice, na których są osadzone przesuwnie dwa ramiona. Ramiona są ustalone za pomocą śrub. Na lewym ramieniu zamocowany jest zderzak z ruchomym trzpieniem. Położenie trzpienia ustala sprężyna. Zderzak jest osadzony na ramieniu obrotowo i przesuwnie. Położenie zderzaka ustala się za pomocą śruby. Na prawym ramieniu w podobny sposób jest osadzony drugi zderzak z przesuwnym trzpieniem. Na trzpieniu jest nacięta rysa, a na obudowie zderzaka umieszczono podziałkę milimetrową i lupę ułatwiającą odczyt.

2. Przyrządy do oceny kątów skrętu kół
Do pomiaru maksymalnych i kontrolnych kątów skrętu kół kierowanych stosuje się obrotnice (rys. 2). Zasadniczymi elementami obrotnicy mechanicznej są tarcza obrotowa (żłobkowana) ułożyskowana obrotowo w obudowie, dźwignia do blokowania tarczy i podziałka umożliwiająca odczyt kąta skrętu tarczy względem obudowy.






Rys. 2. Obrotnice do pomiaru kątów skrętu kół: a – mechaniczna, b – elektroniczna.

Ostatnio wprowadzono na rynek nowy rodzaj obrotnic - obrotnice elektroniczne, które umożliwiają komunikację z komputerem zewnętrznym i przedstawianie wyników pomiaru na ekranie monitora w formie graficznej i liczbowej. Produkuje się dwa rodzaje obrotnic różniące się nośnością - do samochodów osobowych i ciężarowych.

3. Przyrządy do pomiaru nierównoległości osi i nieśladowości kół
Do pomiaru nierównoległości osi i przesunięcia bocznego kół stosuje się uniwersalne przyrządy do pomiaru geometrii kół lub sprawdziany mechaniczne. W przypadku mierzenia nierównoległości osi pojazdu sprawdzianem drążkowym, końcówki stykowe przystawia się do punktów środkowych osi (koła przednie ustawione do jazdy na wprost), a różnica odległości mierzonych po obu stronach pojazdu jest miarą nierównoległości osi. Podczas sprawdzania przesunięcia bocznego kół (nieśladowości kół) trzpienie przyrządu opiera się o obręcze lub opony kół tylnych, a różnica odpowiednich wymiarów jest miarą przesunięcia bocznego kół (przed pomiarem należy sprawdzić bicie osiowe kół).

Przyrządy do diagnozowania mechanizmu wspomagającego
W pojazdach mechanicznych powszechne zastosowanie znalazły hydrauliczne mechanizmy wspomagające układów kierowniczych. Do kontroli stanu technicznego układów hydraulicznych stosuje się następujące metody:
- diagnozowanie wstępne (badania organoleptyczne) układu,
- badanie stanu oleju hydraulicznego,
- pomiar parametrów diagnostycznych.
Diagnozowanie wstępne obejmuje najczęściej zewnętrzne sprawdzenie elementów układu hydraulicznego, ocenę szczelności oraz próbę działania.



Rys. 3. Przyrząd FCU 2010 do kontroli stanu oleju (źródło: Hydac).

Stan oleju może być badany metodami uproszczonymi, w pobliżu obiektu, za pomocą przenośnych zestawów diagnostycznych lub w warunkach laboratoryjnych. Zestaw diagnostyczny (rys. 3) pozwala najczęściej na sprawdzenie lepkości kinematycznej, czystości, kwasowości i zawartości wody w oleju. W warunkach laboratoryjnych można wykonywać także inne badania. Metodami przyrządowymi mierzy się parametry diagnostyczne określające stan techniczny układów hydraulicznych. Najczęściej dokonuje się pomiaru: ciśnienia, szczelności, wydatku, temperatury, prędkości obrotowej, przecieków wewnętrznych i parametrów geometrycznych. Podczas badania zespołów hydraulicznych z reguły wykonuje się równoczesny pomiar kilku parametrów diagnostycznych. W czasie pomiaru parametrów diagnostycznych układu hydraulicznego (np. ciśnienia) od diagnosty wymaga się dobrej znajomości budowy i działania układu hydraulicznego w celu prawidłowego wyboru punktów diagnostycznych, ustalenia wartości mierzonych parametrów w wybranym punkcie oraz interpretacji otrzymanych wyników pomiaru. Przyrządy do oceny stanu technicznego hydraulicznego mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego można podzielić na dwie grupy:
- manometry, umożliwiające pomiar chwilowej wartości ciśnienia oleju w układzie,
- przenośne przyrządy do kontroli instalacji hydraulicznych.

1. Manometry
Stosowanie manometrów do diagnozowania instalacji hydraulicznych jest celowe zwłaszcza w przypadku wykonywania prostych pomiarów w układach hydrauliczno-mechanicznych. Szerokie stosowanie wrażliwych na niewłaściwą regulację przekładni kierowniczych ze wspomaganiem wymaga badania instalacji hydraulicznych nie tylko w celu oceny stanu, ale również przy przeprowadzaniu kontroli regulacji ograniczników maksymalnego skrętu kół kierowanych i zaworów ograniczających mechanizmu wspomagającego. Najczęściej używa się manometrów o zakresie pomiarowym 0?16 MPa z wyposażeniem pomocniczym (trójnik, przewód elastyczny ze złączami gwintowymi, komplet złączy redukcyjnych).
Na rys.4 zamieszczono schemat blokowy hydraulicznego mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego samochodu ciężarowego oraz sposób podłączenia manometru wraz z trójnikiem do instalacji hydraulicznej.



Rys. 4. Podłączenie manometru do hydraulicznego mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego samochodu ciężarowego: 1 – zbiornik oleju z filtrem, 2 – pompa hydrauliczna z zaworem przelewowym, 3 – siłownik z zaworami sterującymi (zblokowany z przekładnią kierowniczą lub występujący osobno), 4 – przewody hydrauliczne, 5 – mechanizm kierowniczy, 6 – mechanizm zwrotniczy, 7 – manometr z trójnikiem.

2. Przenośne przyrządy do badania instalacji hydraulicznych
Do pomiaru wydatku (objętościowego natężenia przepływu) oleju w instalacji hydraulicznej używa się różnego typu przepływomierzy, na przykład turbinowych i suwakowych. Przykładem takich testerów mogą być przyrządy produkcji krajowej USDH-3A (turbinowy) oraz HT-3SM (suwakowy) przeznaczone do diagnozowania instalacji hydraulicznych maszyn samobieżnych i ciągników rolniczych. Charakterystykę techniczną tych przepływomierzy przedstawiono w tabeli 1.



Tabela 1. Charakterystyka techniczna przepływomierzy produkcji krajowej: turbinowego USDH-3A i suwakowego HT-3SM.

Po odpowiednim podłączeniu mogą być używane do diagnozowania hydraulicznych mechanizmów wspomagających układów kierowniczych samochodów. W przepływomierzu turbinowym korpus czujnika wykonany jest z materiału obojętnego magnetycznie, a wirnik z materiału o dobrych właściwościach magnetycznych. Wirnik podparty jest w łożyskach tocznych lub ślizgowych. Znane są również przepływomierze turbinowe ze zdalnym miernikiem zasilane z własnej baterii akumulatorów. W korpus turbiny przepływomierza są wmontowane elektroniczne czujniki ciśnienia i temperatury. Korpus połączony jest z miernikiem przewodem elektrycznym. Przykładowo, przepływomierz turbinowy USDH-3A umożliwia pomiar wydatku pompy, ciśnienia roboczego, temperatury oleju, prędkości obrotowej pompy (wału korbowego silnika), spadku ciśnienia w określonym czasie (szczelności). Na rys.5 przedstawiono widok tego przepływomierza, a na rys.6 schemat jego układu pomiarowego.



Rys. 5. Widok przepływomierza turbinowego USDH-3A do sprawdzania hydraulicznego mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego.



Rys. 6. Schemat układu pomiarowego przepływomierza USDH-3A: 1 – zawór bezpieczeństwa, 2 i 8 – manometry o zakresie 0-25 MPa, 3 – manometr o zakresie 0-4 MPa, 4 – zawór ciśnieniowy, 5 – zawór dławiący, 6 – przepływomierz, 7 – zawór odcinający, 9 – akumulator hydrauliczny, 10 – złącze dolotowe, 11 – złącze zlewowe, 12 – złącze wylotowe, 13 – zespół wskaźników, 14 – czujnik temperatury oleju.

Wewnątrz urządzenia możliwe są dwa obiegi oleju:
- I obieg – olej od pompy hydraulicznej jest doprowadzany do złącza dolotowego (10), dalej przez przepływomierz (6) do zaworu dławiącego (5) i złącza zlewowego (11), które łączy się ze zbiornikiem (obieg ten jest stosowany podczas pomiaru wydatku oleju);
- II obieg – po otwarciu zaworu odcinającego (7) włącza się drugi obwód, ciśnieniowe złącze wylotowe (12) łączy się z zespołem, w którym dokonuje się pomiaru ciśnienia (np. ciśnienia otwarcia zaworu bezpieczeństwa) lub badania nieszczelności wewnętrznych (np. w siłowniku).

Możliwości pomiarowe tego przyrządu pozwalają na ocenę stanu technicznego układów hydraulicznych pojazdów samochodowych i maszyn roboczych, między innymi mechanizmu wspomagającego układu kierowniczego. Urządzenie można również wykorzystać do oceny stanu technicznego innych układów hydraulicznych pojazdu, na przykład układu podnoszenia skrzyni ładunkowej samochodu samowyładowczego.



Rys. 7. Schemat podłączenia urządzenia USDH-3A podczas diagnozowania hydraulicznego układu podnoszenia skrzyni ładunkowej pojazdu: 1 – zbiornik oleju, 2 – filtr oleju, 3 – pompa hydrauliczna, 4 – zawór przelewowy, 5 – zawór zwrotny, 6 – zawór sterujący, 7 – zawór rozdzielczy, 8 – siłownik hydrauliczny, 9 – zawór obiegowy, 10 i 11 – złacza szybko rozłączne, USDH – przepływomierz turbinowy, A, B, C – warianty połączeń przepływomierza z układem hydraulicznym.

Na rys. 7 pokazano schemat blokowy hydraulicznego układu podnoszenia skrzyni ładunkowej samochodu samowyładowczego i sposób podłączenia przepływomierza USDH-3A podczas diagnozowania. Badanie jest ułatwione dzięki stosowaniu znormalizowanych złączy szybko rozłącznych służących do łączenia układów hydraulicznych samochodu i przyczepy, które można wykorzystać jako złącza diagnostyczne do podłączenia przyrządu podczas pomiarów. Wariant A połączenia umożliwia badanie parametrów pompy hydraulicznej (np. wydatku oleju). Pomiar maksymalnego ciśnienia roboczego w układzie wykonuje się po połączeniu przepływomierza według wariantu B. Wariant C połączenia stosuje się podczas sprawdzania nieszczelności wewnętrznej siłownika teleskopowego. Pomiar maksymalnego ciśnienia roboczego układu hydraulicznego umożliwia ujawnienie wadliwego działania zaworu przelewowego, na przykład, gdy ciśnienie jest większe od maksymalnego ciśnienia roboczego określonego przez producenta, co często jest spowodowane ingerencją kierowcy dążącego do zwiększenia siły oddziaływania siłownika na skrzynię ładunkową. Z praktyki diagnostycznej wynika, że przepływomierze turbinowe są wrażliwe na zanieczyszczenia oleju i na wstrząsy. W związku z tym występuje konieczność częstego demontażu, kontroli i ewentualnego czyszczenia wirnika i jego łożysk. Zanieczyszczenia można ograniczyć stosując na wlocie do przepływomierza dodatkowy filtr o dokładności filtrowania co najmniej 16 mm.
Podczas diagnozowania układów hydraulicznych zakłada się, że przepływomierz powinien mieć klasę dokładności nie większą niż 2,5. Dokładność pomiaru przepływomierzy turbinowych w dolnej części zakresu pomiarowego jest niewielka, a w pozostałej części w dużym stopniu zależy od lepkości kinematycznej oleju. Aby uniknąć błędów wynikających z zakłóceń pola magnetycznego, przepływomierze turbinowe powinny być umieszczone w odległości co najmniej 5 m od pracujących maszyn elektrycznych (silników, prądnic, alternatorów). Przepływomierz suwakowy jest niezawodny w działaniu i prosty w budowie. W cylindrze z podłużnymi otworami umieszczony jest tłok podparty sprężyną i połączony mechanizmem zębatkowym z osią wskazówki. Zmiana natężenia przepływu powoduje przesunięcie tłoka i zmianę odsłoniętej powierzchni podłużnych otworów w cylindrze oraz obrót wskazówki. W kraju dostępny jest przepływomierz suwakowy typu HT-3SM, którego podstawowe dane techniczne umieszczono w tablicy 1. Znanym wytwórcą przyrządów do badania instalacji hydraulicznych jest firma Hydac.



Rys. 8. Przyrząd HMG 2020 firmy Hydac do badania instalacji hydraulicznych.

Na rys. 8 przedstawiono urządzenie HMG 2020 tej firmy, przeznaczone do wykonywania bieżących pomiarów diagnostycznych w układach hydraulicznych. Jest to przyrząd uniwersalny, którym można wykonywać równoczesne pomiary kilku wielkości fizycznych. Można przeprowadzać zarówno pomiar ciągły parametrów diagnostycznych, jak i pomiar wartości szczytowych i różnic wskazań.
Urządzenie HMG 2020 przeznaczone jest do pomiaru wartości ciśnienia, temperatury, natężenia przepływu, prędkości obrotowej itp. Do współpracy z przyrządem służą następujące przetworniki:
- ciśnienia o klasach dokładności: 0,3%, 0,5% i 1% oraz zakresie ciśnienia do 60 MPa,
- temperatury ETS 4000 o zakresie pomiarowym od – 250C do +1000C,
- przepływu (turbinowe) o następujących zakresach pomiarowych: 6-60 dm3/min, 15-300 dm3/min i 40-600 dm3/min,
- sonda HDS 1000 do pomiaru prędkości obrotowej (np. wału silnika napędzającego pompę hydrauliczną),
- kryza do pomiaru natężenia przepływu o następujących zakresach: 5-20 dm3/min, 20-80 dm3/min i 80-350 dm3/min.

Dane pomiarowe mogą być zapamiętane i wydrukowane w postaci graficznej lub liczbowej (protokół z badań). Wydruk można wykonać na standardowych drukarkach dostępnych na rynku. Z urządzeniem współpracuje wiele dodatkowego oprzyrządowania oraz pakiet oprogramowania HMGDESK przeznaczony do współpracy z komputerem osobistym PC, rozszerzający możliwości pomiarowe.



Rys. 9. Wyposażenie (osprzęt) przyrządu HMG 2020 (źródło: Hydac).

Osprzęt do przyrządu HMG (rys. 9) oferowany przez firmę Hydac obejmuje m.in.: oprogramowanie do komputera osobistego, przetworniki ciśnienia, temperatury oraz wydatku, sondę do pomiaru prędkości obrotowej, drukarkę atramentową, przewody przyłączeniowe i złącza adaptacyjne.

dr inż. Kazimierz Sitek