Kryteria oceny stanu technicznego

Kryteria oceny stanu – metoda drgań swobodnych
W przypadku stosowania do badania amortyzatorów metody drgań swobodnych uzyskuje się wykres swobodnych drgań tłumionych nadwozia. Miarą oceny stanu technicznego amortyzatora jest liczba oraz amplituda drgań. Z wykresu przemieszczeń drgań swobodnych nadwozia w funkcji czasu (rys. 1) można wyznaczyć średnie tłumienie jako stosunek drugiej do pierwszej zaobserwowanej amplitudy drgań: Wartości amplitud początkowych nie powinny się różnić między sobą więcej niż o 7 proc.. Linię zerową wyznacza się według końcowego fragmentu wykresu. Stopień napełnienia amortyzatora ma duży wpływ na wartość amplitudy drgań, zwłaszcza pierwszej półfali. Ustalono, że przy napełnieniu mniejszym niż 80 proc. pojemności praca amortyzatora pogarsza się gwałtownie (nadwozie zaczyna uderzać o ograniczniki). Działanie amortyzatora znacznie się pogarsza w przypadku uszkodzenia sprężyny zaworu zwrotnego, zużycia talerzyka zaworu przelewowego i zaworu dławiącego itp. Natomiast uszkodzona sprężyna oraz zacieranie się zaworu przelewowego i zaworu odciążającego nieznacznie zmieniają charakterystyki amortyzatorów.

Kryteria oceny stanu – metoda drgań wymuszonych (test Boge)
Sposób oceny jakości tłumienia drgań przy stosowaniu metody drgań wymuszonych zależy od konstrukcji urządzenia kontrolnego. W urządzeniach działających na podstawie analizy drgań w funkcji czasu (np. Shocktester) otrzymane wykresy porównuje się z charakterystykami wzorcowymi dla badanego samochodu.

Wykres wzorcowy
Zarejestrowany wykres drgań płyty stanowiska (nadwozia) w funkcji czasu charakteryzuje się trzema podstawowymi zakresami (rys. 2):
1 - drgań przy malejącej częstotliwości i rosnącej amplitudzie (bezpośrednio po wyłączeniu układu napędowego stanowiska);
2 - drgań w obszarze rezonansu układu zawieszenia, kiedy przemieszczenia kół jezdnych (płyty stanowiska) osiągają największe wartości; największa różnica przemieszczeń (podwójna wartość amplitudy drgań) jest wielkością charakteryzującą stan amortyzatora;
3 - wygasania drgań, kiedy maleje zarówno częstotliwość drgań, jak i przemieszczenie, aż do ich całkowitego zaniknięcia.


Rys. 1. Wykres przemieszczeń A drgań swobodnych nadwozia w funkcji czasu t.

Ocena stanu zawieszenia na podstawie maksymalnych wartości przemieszczenia wymaga znajomości granicznych wartości parametrów, po których przekroczeniu stan zawieszenia uznaje się za niezdatny. W praktyce występują trudności z uzyskaniem aktualnych danych na skutek: zmieniających się parametrów konstrukcyjnych pojazdów, różnych wersji zawieszenia oraz modernizacji istniejących rozwiązań. Problem ten nie występuje w przypadku badania amortyzatorów na podstawie analizy nacisku koła na podłoże, gdzie zastosowano określony algorytm pomiaru i przeliczania wartości parametrów uzyskanych w trakcie badania. Wartości zarejestrowane podczas testu diagnostycznego (a więc wartości dynamiczne) odnosi się do umownie przyjętych wartości statycznych, na przykład ugięcia płyty stanowiska po najechaniu kołami badanej osi. Umożliwia to dokonanie oceny stanu technicznego zawieszenia bez korzystania z bazy danych parametrów granicznych.

Kryteria oceny stanu (test Boge)
Określenie stanu technicznego amortyzatora badanego metodą drgań wymuszonych dokonuje się na podstawie następujących czynników.

1. Podwójnej wartości amplitudy drgań (największej różnicy przemieszczeń) Amax

Rys. 2. Przebieg drgań wymuszonych płyty stanowiska (nadwozia) w funkcji czasu na stanowisku typu Boge.

Podwójna wartość amplitudy drgań Amax (rezonansowa) jest parametrem diagnostycznym. Zmierzoną wartość Amax porównuje się z wartością graniczną Agr dla amortyzatorów danej osi. Wartości graniczne amplitud dla poszczególnych typów pojazdów powinny być określone przez producenta pojazdu lub producenta urządzenia kontrolnego. Jeżeli zmierzona podwójna wartość amplitudy jest mniejsza od wartości granicznej, amortyzator uznaje się za zdatny. Jeżeli zmierzona wartość Amax w rezonansie jest równa lub większa od wartości granicznej należy uznać, że skuteczność tłumienia drgań przez amortyzator jest niewystarczająca i amortyzator powinien zostać wymieniony na nowy.

2. Różnicy wartości podwójnej amplitudy drgań ΔAmax amortyzatorów jednej osi osi:

W celu wyeliminowania przypadków współpracy na jednej osi amortyzatorów o bardzo zróżnicowanych charakterystykach proponuje się uwzględnić dodatkowy parametr diagnostyczny ΔAmax, umożliwiający szybką ocenę stanu zawieszenia osi. Z praktyki wiadomo, że podczas jazdy na nierównych nawierzchniach trudności z utrzymaniem zadanego kierunku ruchu wywołane wadliwą pracą amortyzatorów występują, jeżeli skuteczność działania jednego amortyzatora względem drugiego różni się o więcej niż 15 proc..

3. Nieregularności przebiegu wykresu
Podczas rejestracji przebiegu drgań występują niekiedy dodatkowe czynniki zakłócające przebieg wykresu. Wpływ ich jest istotny wówczas, kiedy występują one w obszarze rezonansu.
Niekiedy na wykresie występują dwa wychylenia rezonansowe w niewielkiej odległości od siebie. Zjawisko to spowodowane jest wpływem elastycznego zawieszenia silnika i nie należy traktować go jako wyniku nieprawidłowego przeprowadzenia pomiaru lub wadliwego działania zawieszenia. W takim przypadku należy dokonać pomiaru wartości amplitudy pierwszego wychylenia rezonansowego na wykresie. Niekiedy w trakcie pomiarów mogą się pojawić czynniki zakłócające, które potrafią zmienić przebieg wykresu. Przykładem takiego zakłócenia jest poruszanie się
osoby wewnątrz pojazdu podczas badania. Do innych czynników zakłócających zalicza się: zbyt szybkie rozpoczęcie pomiaru (wpływ drgań drugiej części badanej osi pojazdu), wsiadanie bądź wysiadanie z pojazdu podczas badania, zatrzaskiwanie drzwi pojazdu w czasie pomiarów itp.

Rys. 3. Interpretacja graficzna współczynnika Eusama: WE = 1900/4000 x 100 = 47 proc.

Kryteria oceny stanu – metoda drgań wymuszonych (test Eusama)
W przypadku stosowania urządzeń działających na podstawie analizy nacisku koła na podłoże (tester wibracyjny o stałej amplitudzie drgań, np.TUZ-1) otrzymane wyniki odnosi się do kryteriów ustalonych przez EUSAMA.

Wskaźnik Eusama
Europejskie Stowarzyszenie Producentów Amortyzatorów opracowało metodę oceny efektywności tłumienia zawieszenia (amortyzatorów). Zasada pomiaru polega na procentowym określeniu siły przylegania koła do podłoża. Ocenę skuteczności tłumienia zawieszenia określa wskaźnik Eusama (WE), którego wartość oblicza się z zależności:

Na rys. 3 przedstawiono interpretację graficzną wskaźnika Eusama. Badanie tą metodą obejmuje następujące etapy:
- pomiar nacisku statycznego koła do podłoża,
- wymuszenie drgań zawieszenia o częstotliwości około 25 Hz i skoku około 6 mm,
- pomiar nacisku dynamicznego w trakcie wygasania drgań i wyznaczenie minimalnej skuteczności tłumienia.
Ta koncepcja pomiaru jest przejrzysta i nie wymaga bazy danych wartości wzorcowych. Wadą metody jest wrażliwość na sztywność opony i obciążenie pojazdu. Sztywność opony zależy między innymi od ciśnienia w ogumieniu. Wysokie ciśnienie obniża, a niskie ciśnienie podwyższa wartość wskaźnika Eusama. Natomiast duże obciążenie statyczne podwyższa, a małe obniża wartość tego wskaźnika.

Kryteria oceny stanu (test Eusama)
Kryterium oceny zawieszenia (amortyzatorów) ustalone przez Europejskie Stowarzyszenie Producentów Amortyzatorów jest następujące:

- WE = 0÷20 proc. - niedostateczna skuteczność tłumienia,
- WE = 21÷40 proc. - średnia,
- WE = 41÷60 proc. - dobra,
- WE > 60 proc. - bardzo dobra.

Różnica pomiędzy wartościami wskaźnika Eusama dla strony lewej i strony prawej jednej osi nie powinna być większa niż 15 proc. (wartość bezwzględna) lub 30 proc. (wartość względna).
Kryteria oceny są jednakowe dla wszystkich pojazdów, z wyjątkiem małych samochodów osobowych z przednim napędem, dla których obniża się wymagania dla osi tylnej. Rozwiązanie tego problemu zaproponowała firma Hofmann, dzieląc samochody na trzy grupy w zależności od masy własnej. Kryteria oceny stanu technicznego układu zawieszenia podane są w obowiązujących stacje kontroli pojazdów przepisach – Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach (Dz.U. Nr 227 z 2003r., z późn. zm.). Zgodnie z wymaganiami prawnymi stan układu zawieszenia uznajemy za niezadowalający, gdy:

1. Stopień przylegania koła do podłoża (wskaźnik Eusama) jest mniejszy niż:
- 15 proc. dla pojazdu o masie własnej nie większej niż 900 kg,
- 20 proc. dla pojazdu o masie własnej większej niż 900 kg i nie większej niż 1500 kg,
- 25 proc. dla pojazdu o masie własnej większej niż 1500 kg;
2. Względna wartość różnicy stopnia przylegania kół (wskaźnika Eusama) na tej samej osi jest większa niż 30 proc., w przypadku gdy mniejszy stopień przylegania koła na tej samej osi nie przekracza 35 proc.;
3.Bezwzględna wartość różnicy stopnia przylegania kół (wskaźnika Eusama) na tej samej osi jest większa niż 15 proc., w przypadku gdy mniejszy stopień przylegania koła na tej samej osi przekracza 35 proc.

dr inż. Kazimierz Sitek