Urządzenia diagnostyczne

Urządzenia o zmiennej częstotliwości drgań wymuszających (typu Eusama plus)
Najnowszymi urządzeniami do badania zawieszenia metodą drgań wymuszonych są stanowiska płytowe o zmiennej częstotliwości drgań. Przykładem takiego stanowiska jest Micro-SAT 6600 firmy Beissbarth (rys.1).



Rys. 1. Widok urządzenia do badania układu zawieszenia o zmiennej częstotliwości drgań Micro-SAT 6600 firmy Beissbarth (fragment linii diagnostycznej).

Jeżeli ustawiony na płytach testera samochód zostanie wprawiony w drgania o częstotliwości zmieniającej się w dość szerokim zakresie, wystąpią charakterystyczne miejsca rezonansu (rys. 2). Odpowiadające im częstotliwości 1÷3 Hz oraz 8÷18 Hz dają się identyfikować z drganiami własnymi głównych elementów konstrukcji samochodu (mas resorowanych i nieresorowanych). Z punktu widzenia diagnozowania amortyzatorów szczególnie interesujące są częstotliwości wywołujące rezonans masy nieresorowanej. Znaczna różnica między tymi częstotliwościami pozwala traktować towarzyszące im drgania rezonansowe jako w znacznym stopniu od siebie niezależne. Analiza drugiego obszaru rezonansowego (związanego z masami nieresorowanymi) pozwala na określenie wartości współczynnika tłumienia (ξ) zawieszenia, zależnego w znacznym stopniu od stanu amortyzatora. W systemie badania amortyzatorów Micro-SAT 6600 występują dwa etapy pomiaru: faza wstępna i pomiar współczynnika tłumienia.



Rys. 2. Zależność amplitudy drgań zawieszenia od częstotliwości. Pierwszy rezonans odpowiada drganiom mas resorowanych, drugi (o wyższej częstotliwości) – drganiom mas nieresorowanych.

Faza wstępna (rozgrzewania amortyzatora)
Uzyskanie właściwej lepkości oleju w amortyzatorze ma istotny wpływ na ocenę jego zdatności. Faza wstępna przebiega przy niskiej częstotliwości drgań i trwa około 10 sekund. W tej fazie oceniany jest również wpływ stałej sprężystości ogumienia (k) na charakterystykę zawieszenia. Na podstawie kontaktu opony z płytą stanowiska urządzenie określa ciśnienie w ogumieniu. Jeżeli odchyłka ciśnienia powietrza od wartości nominalnej przekracza 0,05 MPa, to następuje przerwanie procesu pomiarowego, co jest sygnalizowane odpowiednim komunikatem. Obliczona stała sprężystości ogumienia jest uwzględniana w dalszej części procesu pomiarowego.

Pomiar współczynnika tłumienia
Po zakończeniu fazy wstępnej urządzenie Micro SAT-6600 rozpoczyna właściwy proces pomiarowy. Sygnał z komputera uruchamia napęd płyt najazdowych stanowiska. Pomiar rozpoczyna się od częstotliwości 30 Hz. Częstotliwość drgań płyt jest stopniowo zmniejszana przez przetworniki (co 1 Hz). Jednocześnie na czas niezbędny do pomiaru przetworniki stabilizują każdą zmienioną częstotliwość. Najbardziej dokładnie analizowany jest przedział częstotliwości odpowiadający rezonansowi masy nieresorowanej. W przetwornikach zastosowano dwa czujniki optoelektroniczne, z których jeden rejestruje pozycję płyt najazdowych, a drugi prędkość obrotową silnika elektrycznego stanowiska. Dla każdego zakresu częstotliwości zmierzone są siły nacisku na płytę pomiarową zarówno podczas ściskania, jak i rozciągania amortyzatora. Pozwala to ocenić wielkość masy resorowanej (mr) i nieresorowanej (mn). Następnie urządzenie określa stosunek tych mas (a):

Oszacowanie stanu zawieszenia, zależnego w znacznym stopniu od funkcjonowania amortyzatora, następuje na podstawie wartości obliczonego współczynnika tłumienia zawieszenia (ξ):

Po wyliczeniu obu parametrów i ustaleniu relacji między nimi następuje wykreślenie zależności współczynnika tłumienia (ξ) w funkcji stosunku (a) masy resorowanej do masy nieresorowanej (rys. 3), opisującej stan zawieszenia zarówno podczas ściskania, jak i rozciągania amortyzatora (niezależnie od typu pojazdu). Ostatnim etapem pomiaru jest ocena uzyskanych wyników. Na podstawie otrzymanego wykresu można ocenić, czy wartość współczynnika tłumienia znajduje się w strefie:
- zielonej (powyżej 80 proc.) - stan zawieszenia dobry,
- żółtej (50÷80 proc.) - średni,
- czerwonej (poniżej 50 proc.) - zły.

Przebieg pomiaru i prezentacja wyników są bardzo czytelne i przejrzyste dla użytkownika. Wprowadzenie fazy rozgrzewania amortyzatorów wpływa korzystnie na dokładność pomiarów. Precyzyjnie zmieniana częstotliwość drgań płyty stanowiska i uwzględnienie stałej sprężystości ogumienia świadczą o nowoczesności tego sposobu oceny stanu zawieszenia (amortyzatorów).

Urządzenia wykorzystujące metodę Eusama z analizą fazową
Dalsze zmiany w metodzie Eusama zastosowała amerykańska firma Hunter. Wprowadzono pomiar kąta przesunięcia fazowego pomiędzy sinusoidalnymi sygnałami przemieszczenia masy resorowanej (płyty najazdowej) i przemieszczenia masy nieresorowanej (siły nacisku koła na płytę) - rys. 4. Wartość kąta przesunięcia fazowego ψ jest parametrem charakteryzującym wielkość tłumienia.

Przemieszczenie masy nieresorowanej jest proporcjonalne do siły nacisku koła wywieranego na płytę najazdową. Dlatego osiąga wartość maksymalną, gdy kąt fazowy jest równy zero. W zakresie częstotliwości rezonansowej masy resorowanej, gdy brak jest tłumienia w zawieszeniu, wartość kąta fazowego wynosi 1800 pomiędzy maksymalnymi amplitudami przemieszczeń mas nieresorowanej i resorowanej. Kiedy zawieszenie pojazdu ma odpowiednią wartość tłumienia (zastosowano właściwy amortyzator), to minimalny kąt przesunięcia fazowego pomiędzy częstotliwościami rezonansowymi mas resorowanej i nieresorowanej uzyska wartość powyżej 90o.

Rys. 4. Pomiar kąta przesunięcia fazowego między sinusoidalnymi sygnałami przemieszczenia płyty najazdowej i siły nacisku na płytę najazdową.

Urządzenia mobilne
Urządzenia do badania skuteczności tłumienia zawieszenia pojazdu metodą drgań wymuszonych mogą być wykonane w dwóch wersjach: stacjonarnej (zespoły wibracyjne wbudowane w posadzkę stanowiska) oraz mobilnej (z najazdami). Niżej opisano wybrane odmiany stanowisk (z elektronicznymi układami pomiarowymi) do kontroli skuteczności tłumienia zawieszenia pojazdu: Shocktester 3000 firmy Boge oraz TUZ-1 mobile firmy Unimetal. Są to urządzenia mobilne z najazdami.

Rys. 5. Wersja mobilna (z najazdami) urządzenia Shocktester 3000 firmy Boge do badania układu zawieszenia metodą drgań wymuszonych.


Takie rozwiązanie konstrukcyjne umożliwia usytuowanie urządzeń na posadzce stanowiska bez konieczności wykonywania fundamentów. Do najechania pojazdem na zespoły wibracyjne zastosowano cztery najazdy (w wersji krótkiej). Wersje mobilne urządzeń obu producentów są przeznaczone do kontroli skuteczności tłumienia zawieszenia pojazdu o dopuszczalnej masie całkowitej do 3,5 t.

Rys. 6. Zespoły wibracyjne, rampy najazdowe i jednostka sterująca mobilnego urządzenia do badania zawieszenia TUZ-1 mobile (źródło: Unimetal).

Urządzenia mogą być stosowane między innymi w stacjach kontroli pojazdów, stacjach obsługi samochodów oraz w warsztatach samochodowych (szczególnie naprawiających układy zawieszenia).

Shocktester 3000 firmy Boge (wersja mobilna)
Niektórzy producenci oferują mobilne urządzenia do kontroli stanu technicznego układu zawieszenia. Na rys. 5 przykładowo przedstawiono ogólny widok urządzenia mobilnego Shocktester 3000 firmy Boge. Podstawowe dane techniczne urządzenia w wersji mobilnej są identyczne jak dla jego odmiany stacjonarnej.

Wersja mobilna urządzenia Shocktester 3000 składa się z:
- dwóch zespołów wibracyjnych,
- czterech zespołów najazdowych,
- szafy sterowniczej.

Zespoły wibracyjne należy ustawić na posadzce stanowiska. Do zespołów wibracyjnych mocowane są zespoły najazdowe. Zastosowano cztery najazdy o wymiarach gabarytowych: długość 2190 mm, szerokość 500 mm, wysokość 276 mm. Zasada działania urządzenia mobilnego jest taka sama jak jego wersji stacjonarnej. Skuteczność tłumienia zawieszenia pojazdu ocenia się na podstawie analizy drgań w funkcji czasu. Wyniki pomiaru przedstawiane są na ekranie monitora. Drukarka zapewnia otrzymanie protokołu z badań.

TUZ-1 mobile firmy Unimetal
Charakterystyka techniczna urządzenia do kontroli skuteczności tłumienia zawieszenia TUZ-1 mobile nie różni się od jego odmiany stacjonarnej.
Mobilne urządzenie do kontroli skuteczności tłumienia zawieszenia wytwarzane przez firmę Unimetal (rys. 6) składa się z:
- dwóch oddzielnych zespołów wibracyjnych,
- czterech zespołów najazdowych,
- dwóch podstaw zespołów najazdowych,
- szafy sterowniczej.
Zespoły wibracyjne należy ustawić na posadzce stanowiska. Do zespołów wibracyjnych mocujemy podstawy i zespoły najazdowe. Zastosowano cztery najazdy w wersji krótkiej o wymiarach gabarytowych: długość 1780 mm, szerokość 600 mm, wysokość 260 mm. Urządzenie TUZ-1 mobile powinno być zainstalowane w pomieszczeniu zamkniętym, ogrzewanym w okresie zimowym i posiadającym wyciąg spalin. Dopuszcza się czasowe usytuowanie urządzenia w okresie letnim na zewnątrz budynku (na powierzchni utwardzonej), po uprzednim zapewnieniu jego ochrony przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi.

Rys. 7. Odmiana mobilna (z najazdami i przyczepą samochodową) urządzenia do kontroli układu zawieszenia firmy Muller Bem i Monroe.

Szafę sterowniczą należy umieścić w miejscu zapewniającym dobrą widoczność i niestanowiącym przeszkody dla pojazdów, które będą przejeżdżać przez stanowisko. Zaleca się umieszczenie szafy sterowniczej po lewej stronie zespołów wibracyjnych. Odległość szafy sterowniczej od zespołów wibracyjnych w kierunku najazdu powinna wynosić ok. 3500 mm, natomiast w kierunku prostopadłym maks. 1200 mm. Zasada działania urządzenia mobilnego jest taka sama jak jego wersji stacjonarnej. Skuteczność tłumienia zawieszenia pojazdu ocenia się na podstawie analizy nacisku koła na płytę stanowiska (według testu Eusama). Mobilne urządzenia do badania układu zawieszenia pojazdu oferowane są również przez innych producentów. Przykładowo na rys. 7 przedstawiono jedną z wersji takiego urządzenia (przystosowanego do transportu przyczepą samochodową) wytwarzanego przez firmy Muller Bem i Monroe.

dr inż. Kazimierz Sitek