Diagnostyka

Metody diagnozowania

Badania stanu technicznego układu kierowniczego mają na celu wykrycie nieprawidłowości w jego działaniu, określenie przyczyn tych nieprawidłowości oraz ustalenie zakresu czynności regulacyjnych lub naprawczych w celu ich usunięcia.

Diagnozowanie układu kierowniczego powinno obejmować:
- sprawdzenie wstępne układu,
- kontrolę geometrii układu kierowniczego,
- sprawdzenie mechanizmu wspomagającego.

Diagnozowanie wstępne
Sprawdzenie wstępne obejmuje swym zakresem następujące czynności:
- oględziny zewnętrzne układu,
- sprawdzenie luzów w mechanizmie kierowniczym i zwrotniczym,
- próbę pełnego skrętu kół,
- pomiar sumarycznego luzu w układzie kierowniczym,
- pomiar siły na kole kierownicy.

1. Oględziny zewnętrzne i sprawdzenie luzów w układzie
Podczas oględzin zewnętrznych należy sprawdzić mocowanie przekładni i kolumny kierowniczej oraz szczelność przekładni. Koło kierownicy powinno obracać się swobodnie, bez zacięć i nadmiernych oporów. Po uniesieniu przodu samochodu należy sprawdzić stan drążków mechanizmu zwrotniczego, połączeń przegubowych oraz zabezpieczeń. Przy skręcaniu jednego z kół należy sprawdzić szybkość reagowania drugiego koła. Podczas jazdy próbnej należy zwrócić uwagę czy wykonywanie skrętów nie wymaga przyłożenia zbyt dużej siły oraz czy nie występują drgania koła kierownicy po najechaniu kołami samochodu na nierówności drogi. Występowanie tych objawów wskazuje na niewłaściwą regulację elementów układu kierowniczego. Oględziny zewnętrzne i sprawdzenie luzów układu kierowniczego powinno się przeprowadzić według następującej kolejności:
a) Sprawdzić zamocowanie kolumny kierowniczej:
- uchwycić oburącz kolumnę kierowniczą pod kołem kierownicy,
- mocnymi ruchami usiłować ją poruszyć wzdłużnie i poprzecznie względem jej osi i obserwować ewentualne przesunięcia kolumny.
b) Sprawdzić zamocowanie przekładni kierowniczej:
- uchwycić rękoma koło kierownicy,
- obracać kołem kierownicy w obie strony od położenia środkowego w obrębie ruchu jałowego i obserwować ewentualne ruchy obudowy przekładni względem punktów jej zamocowania.
c) Sprawdzić:
- kompletność elementów mocujących przekładnię kierowniczą do ramy lub nadwozia,
- poziom oleju w przekładni,
- szczelność przekładni.
d)Dokonać oceny luzów mechanizmu zwrotniczego:
- unieść przód samochodu,
- uchwycić oburącz koło u góry i u dołu opony, spróbować poruszać kołem poprzecznie do samochodu i obserwować położenie zwrotnicy względem elementów jej osadzenia,
- uchwycić oburącz za oponę na wysokości osi koła, spróbować poruszać kołem na przemian w kierunku skręcania i obserwować, czy ruchy te powodują natychmiastowe ruchy drugiego koła kierowanego oraz koła kierownicy (rys.1).
e) Dokonać oceny stanu drążków kierowniczych:
- unieść przód samochodu,
- starannie obejrzeć drążki kierownicze, ich połączenia i zabezpieczenia,
- energicznie poruszać drążkami i sprawdzić ich zamocowanie oraz zabezpieczenia.
Za dopuszczalne uznaje się luzy nieznaczne, widoczne dopiero przy bardzo uważnych oględzinach. Nadmierne luzy to luzy łatwo zauważalne, wyraźnie wyczuwalne na styku płaszczyzn łączonych elementów. Nadmiernym luzom często towarzyszy stuk, a zawsze opóźnienie ruchu zespołu spowodowane koniecznością likwidacji luzu w połączeniu.
Wyczuwalne luzy świadczą o usterkach lub nadmiernym, niedopuszczalnym zużyciu jednego lub kilku elementów układu kierowniczego (rys. 2), np. o zużyciu przegubów kulowych, o poluzowaniu nakrętek mocujących przeguby, o nadmiernym luzie w przekładni kierowniczej lub jej luźnym mocowaniu do nadwozia, o zużyciu tulei metalowo-gumowych sworznia wspornika, a także o luzach w przegubach krzyżakowych. Koło kierownicy nie powinno wykazywać ani luzu wzdłużnego, ani poprzecznego. Ich pojawienie się może być spowodowane luźnym umocowaniem wału kierownicy, zużyciem jego ułożyskowania lub wielowypustu czopa.

Rys. 1. Kierunki poruszania kołem podczas sprawdzania luzów w układach kierowniczym i zawieszenia.

Rys. 2. Możliwe miejsca pojawienia się luzów: a – w układzie kierowniczym,

b – w układzie zawieszenia (źródło Escon).

2. Próba pełnego skrętu kół
Próbę przeprowadza się przy podniesionym przodzie samochodu, przez skręcanie kierownicy w lewo i w prawo od środkowego położenia, każdorazowo licząc ilość obrotów. Liczba obrotów koła kierownicy powinna być jednakowa dla skrętu w lewo i w prawo lub mieścić się w granicach dopuszczalnej tolerancji. Spełnienie tego warunku wskazuje, że przekładnia kierownicza przy ustawieniu kół przednich do jazdy na wprost znajduje się w swym środkowym położeniu.

3. Pomiar sumarycznego luzu w układzie kierowniczym

Luz ten ocenia się wzrokowo (orientacyjnie) lub mierzy za pomocą przyrządu. Podczas oceny wzrokowej ruchu jałowego koła kierownicy należy nim powoli skręcać od jednego skrajnego położenia do drugiego, aż do chwili rozpoczęcia skręcania kół kierowanych. Długość łuku, jaki zakreśla w tym czasie dowolny punkt na obwodzie koła kierownicy, jest miarą sumarycznego luzu układu. Wykonywana w ramach diagnozowania wstępnego bezprzyrządowa kontrola ruchu jałowego koła kierownicy jest oceną mało dokładną, która służy jedynie do wstępnej oceny stanu technicznego układu kierowniczego. Ruch jałowy koła kierownicy jest miernikiem sumarycznego luzu w całym układzie i w celu jego dokładniejszego określenia konieczne jest wykorzystanie odpowiedniego przyrządu (np. LUZ - 1). Uzyskanie z pomiarów wartości większych od granicznych wskazuje na nadmierne luzy w układzie i konieczność regulacji lub wymiany zużytych elementów.

4. Pomiar siły na kole kierownicy
W celu przeprowadzenia pomiaru należy na koło kierownicy założyć uchwyt dynamometru tak, aby siła dynamometru działała stycznie do obwodu koła kierownicy. Pociągając za dynamometr należy obrócić koło kierownicy o około 2700 w prawo, a potem w lewo od środkowego położenia. Odczytać wartość maksymalnej siły wskazywanej przez dynamometr. W przypadku wykonywania pomiaru dla kompletnego układu kierowniczego opory skrętu kół kierowanych są miernikiem całkowitych oporów tarcia występujących w układzie kierowniczym. Koła kierowane powinny być uniesione lub na obrotnicach. Po odłączeniu mechanizmu zwrotniczego od mechanizmu kierowniczego wartość siły na kole kierownicy jest wskaźnikiem jakości regulacji przekładni oraz stopnia jej zużycia.

Kontrola geometrii układu kierowniczego
Ponieważ parametry ustawienia kół jezdnych mają decydujący wpływ zarówno na kierowalność, jak i stateczność ruchu samochodu, kontrola ich wartości stanowi integralną część badań układu kierowniczego. Sprawdzenie geometrii układu kierowniczego może być wykonane dwiema metodami:
- w warunkach dynamicznych podczas ruchu pojazdu (kontrola wstępna),
- w warunkach statycznych (kontrola dokładna).

1. Kontrola ustawienia układu podczas ruchu pojazdu
Metoda dynamiczna lepiej uwzględnia rzeczywiste warunki pracy układu kierowniczego (jezdnego). Metoda polega na ocenie ustawienia kół na podstawie wartości sił bocznych lub przemieszczeń (poślizgów) występujących między toczącym się kołem i przesuwną powierzchnią (płytą lub rolką). Najbardziej rozpowszechnione są urządzenia płytowe. Ich podstawową zaletą jest krótki czas pomiarów, praktycznie równy czasowi przejazdu samochodu przez płyty. Urządzenia budowane według tej zasady służą przeważnie do kontroli wstępnej ustawienia kół i umożliwiają ocenę dwuwartościową (dobrze - źle).

2. Kontrola ustawienia układu w warunkach statycznych

1) Mierzone parametry
W przypadku negatywnego wyniku sprawdzenia układu kierowniczego podczas ruchu pojazdu (kontroli wstępnej) należy wykonać pomiary bardziej precyzyjne w warunkach statycznych. Ocenie poddaje się następujące parametry ustawienia kół samochodu:
a) kąty ustawienia kół przednich:
- zbieżność kół,
- kąt pochylenia koła,
- kąt pochylenia osi sworznia zwrotnicy,
- kąt wyprzedzenia osi sworznia zwrotnicy,
b) współzależność kątów skręcenia kół kierowanych,
c) parametry ustawienia osi pojazdu.

2) Czynności przygotowawcze
Przed przystąpieniem do sprawdzania prawidłowości ustawienia kół jezdnych pojazd powinien spełniać następujące warunki:
- podwozie umyte i oczyszczone,
- ciśnienie powietrza w ogumieniu sprawdzone i wyregulowane do ciśnienia nominalnego z dopuszczalną odchyłką:
±0,01 MPa - ogumienie o ciśnieniu nominalnym do 0,3 MPa,
±0,02 MPa - ogumienie o ciśnieniu nominalnym ponad 0,3 MPa,
- obciążenie samochodu zgodnie z zaleceniami wytwórcy,
- koła ustawione do jazdy na wprost z odchyłką nie przekraczającą 20,
- wykonana kontrola i regulacja luzów w łożyskach piast kół, sworzniach zwrotnic, połączeniach przegubowych,
- sprawdzone i skompensowane bicie osiowe obręczy kół (niedopuszczalne zdeformowane obrzeża obręczy),
- oceniona wstępnie prawidłowość ustawienia kół na podstawie oględzin bieżników opon.
Aktualne wymagania odnośnie wypoziomowania powierzchni stanowiska, na której podczas badań ustawiamy pojazd określają obowiązujące przepisy [3]. Odchylenie powierzchni ławy pomiarowej od poziomu nie powinno przekraczać 3mm/m przy badaniu samochodów o dmc do 3,5 t oraz 4 mm/m – dla pozostałych pojazdów. Producenci przyrządów do kontroli ustawienia kół w celu zachowania większej dokładności pomiaru zalecają nawet bardziej rygorystyczne wymagania względem wypoziomowania stanowiska (dopuszczalne odchylenie od poziomu 1-2 mm/m). Jeżeli są trudności z uzyskaniem takiego wypoziomowania dla całej powierzchni stanowiska, to można ograniczyć się do miejsc styku kół z podłożem (obrotnice, płyty rolkowe - przesuwne).

Rys. 3. Schemat kanałowego stanowiska pomiarowego z zagłębieniami pod obrotnice i płyty rolkowe (źródło Precyzja).

Rys. 4. Schemat kanałowego stanowiska pomiarowego – obrotnice oraz płyty rolkowe długie z najazdami (źródło Precyzja).

3) Rodzaje stanowisk pomiarowych
Najbardziej rozpowszechnionym typem stanowiska pomiarowego do kontroli ustawienia kół jest kanał przeglądowy (rys. 3 i rys. 4) z wypoziomowanym podłożem usytuowanym przy kanale (tzw. ławy pomiarowe). Podczas badań koła pojazdu powinny być ustawione na tej samej wysokości. Przednie koła znajdują się podczas pomiarów na obrotnicach, dlatego pod koła tylne należy podkładać płyty przesuwne (rolkowe) o tej samej wysokości co obrotnice. Obrotnice i płyty przesuwne mogą być stosowane razem z dokręcanymi lub podkładanymi najazdami. Ze względu na konieczność używania obrotnic i płyt przesuwnych w praktyce stosuje się dwa rodzaje wykonania ławy pomiarowej: o płaskim podłożu i z zagłębieniami. Wgłębienia muszą umożliwiać przestawienie obrotnic w kierunku poprzecznym, a płyt rolkowych - wzdłużnym i poprzecznym do kierunku najeżdżania samochodów. Podczas projektowania wgłębień należy uwzględniać dużą różnorodność rozstawu kół i osi we współczesnych pojazdach. Wykonywanie pomiarów jest ułatwione, gdy stosujemy długie płyty przesuwne (o długości 1m), co rozszerza zakres badanych pojazdów. W celu podniesienia osi kół, do przeprowadzenia kompensacji bicia obręczy, stanowisko kanałowe powinno być wyposażone w przesuwny podnośnik hydrauliczny lub pneumatyczny. Największą zaletą stanowisk kanałowych do pomiaru geometrii ustawienia kół jest ich stabilność i skrócenie czasu wykonywania pomiaru. Drugim rodzajem stanowiska pomiarowego jest podnośnik diagnostyczny czterokolumnowy lub nożycowy. Przykładowo na rys. 5 i 6 przedstawiono podnośnik czterokolumnowy SDD-3,5SY firmy Car--Lift, a na rys. 7 i 8 stanowiska z podnośnikami nożycowymi firm Maha i Rotary. Poza odpowiednimi wymiarami pomostów i nośnością (związanymi z rodzajami badanych pojazdów) podnośnik powinien mieć możliwość jednakowego wypoziomowania pomostów dla wysokości pomiarowej i regulacyjnej. Jeżeli podnośnik nie ma takiej możliwości, to można wykorzystać umieszczone przy kolumnach cztery niskie podstawki, na których będą wypoziomowane spoczywające pomosty. W ten sposób przynajmniej położenie pomiarowe podnośnika (niższe od wymaganego) będzie wypoziomowane. Większość podnośników ma wykonane wgłębienia pod obrotnice i płyty rolkowe. Jeżeli brak jest wgłębień, obrotnice i płyty rolkowe należy zamocować do pomostów. Do podnoszenia osi kół najlepiej zainstalować przesuwny podnośnik (hydrauliczny lub pneumatyczny). Inny rodzaj stanowiska to stanowisko pomiarowe na podnośniku jednokolumnowym. Pomosty w tych podnośnikach są wyposażone w podpory, które ustawiają je w poziomie dla wysokości pomiarowej. Zazwyczaj brak jest podpór dla wysokości regulacyjnej. Pomosty takich podnośników wykonane są najczęściej bez wgłębień. Stanowisko pomiarowe na podnośniku jednokolumnowym jest mniej stateczne od poprzednich. Podsumowując należy stwierdzić, że do kontroli geometrii kół zalecane są przede wszystkim dwa pierwsze rodzaje stanowisk (kanałowe lub z podnośnikami 4- kolumnowym i nożycowym), charakteryzujące się dużą statecznością zarówno w czasie pomiarów, jak i regulacji.

4) Wykonywane pomiary
Pomiary kątów ustawienia kół przednich wykonuje się różnymi przyrządami, o odmiennej konstrukcji i zasadzie działania. Zasadniczo wykonywane są one w dwóch wersjach: jako przyrządy przenośne lub jako urządzenia stanowiskowe. Sposób wykonania pomiaru zależy od rodzaju zastosowanego przyrządu i jest szczegółowo określany przez producenta. Ocenę współzależności kątów skrętu kół wykonuje się przez kontrolę ich ustawienia kątowego po uprzednim ich skręceniu o określoną wartość w stosunku do położenia wyjściowego. Pomiar przeprowadza się za pomocą specjalnych tarcz obrotowych (obrotnic) wbudowanych w nawierzchnię stanowiska pomiarowego lub podkładanych pod koła samochodu. W przypadku konieczności zniwelowania różnicy poziomów ustawienia kół przednich i tylnych należy pod koła tylne podłożyć podstawki o grubości tarcz obrotowych. Kontrolę nierównoległości osi i nieśladowości kół wykonuje się przez równoczesny pomiar rozstawu osi kół z lewej i prawej strony samochodu oraz wartości poprzecznego przesunięcia kół tylnych w stosunku do kół przednich lub bocznego przestawienia kół względem osi symetrii pojazdu.

Rys. 5. Samochodowy 4-kolumnowy podnośnik diagnostyczny SDD-3,5SY przystosowany do sprawdzania ustawienia kół oraz zamontowania urządzenia szarpiącego (źródło Car-Lift).

Rys. 6. Podstawowe wymiary podnośnika SDD-3,5SY firmy Car-Lift.

Sprawdzenie 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,
- przyrządowe (pomiar parametrów diagnostycznych).
O wyborze metody diagnozowania decydują różne czynniki, np. wyposażenie w środki diagnozy, podatność diagnostyczna układu i stopień jego złożoności, czas niezbędny do realizacji badania, koszt diagnozowania i inne.

1. Diagnozowanie wstępne
Diagnozowanie wstępne obejmuje najczęściej zewnętrzne sprawdzenie elementów układu hydraulicznego, ocenę szczelności oraz próbę działania. Podczas oględzin zewnętrznych należy sprawdzić: kompletność, zamocowanie i stan zewnętrzny elementów, działanie mechanizmu (obracać kołem kierownicy przy pracującym i niepracującym silniku), szczelność, poziom płynu w zbiorniku oraz naciągnięcie paska klinowego napędu pompy. Do najczęściej występujących usterek należy pękanie przewodów na skutek zewnętrznych uszkodzeń mechanicznych i starzenia materiału lub zbyt wysokiego ciśnienia (niewłaściwa regulacja lub uszkodzenie zaworów, utrata drożności filtrów i przewodów). Spotykane są także uszkodzenia zmęczeniowe części zespołów hydraulicznych oraz pęknięcia korpusów pomp, zaworów i innych elementów. Należy zwrócić uwagę na przecieki zewnętrzne oleju na połączeniach przewodów i tłoczysk siłowników. Te ostatnie powstają na skutek zarysowania gładzi cylindrów lub uszkodzenia uszczelnień tłoków siłowników. Do badań organoleptycznych stosuje się niekiedy przyrządy wspomagające, na przykład endoskopy do obserwacji miejsc trudno dostępnych. Do wykrywania nieszczelności, a zwłaszcza pęknięć obudowy zespołów stosuje się metody penetracyjne. Umytą i wytartą do sucha powierzchnię obudowy zespołu hydraulicznego pokrywa się specjalnym płynem lub zmieloną kredą, która zmienia barwę w miejscu pęknięcia na skutek przesączania się oleju. Podczas badania działania układu hydraulicznego należy sprawdzić czy realizowane są poszczególne jego funkcje. Niekiedy jest utrudnione sterowanie układem hydraulicznym.
W przypadku diagnozowania metodami organoleptycznymi (diagnozowanie wstępne) kolejność oraz jakość diagnozowania zależy od wiedzy i umiejętności diagnosty.

Rys. 7. Stanowisko pomiarowe z podnośnikiem nożycowym DUO-GN o udźwigu 4,2 t przeznaczone do sprawdzania ustawienia kół i wykrywania luzów (źródło Maha).

Rys. 8. Samochodowy podnośnik nożycowy M 45 o udźwigu 4,5 t przystosowany do kontroli układu kierowniczego (źródło Rotary).

2. Ocena stanu oleju
Stan oleju może być badany metodami uproszczonymi, w pobliżu obiektu, za pomocą przenośnych zestawów diagnostycznych lub w warunkach laboratoryjnych. Zestaw diagnostyczny pozwala najczęściej na sprawdzenie lepkości kinematycznej, czystości, kwasowości i zawartości wody w oleju. W warunkach laboratoryjnych można wykonywać także inne badania. Badania laboratoryjne są jednak bardziej kosztowne i czasochłonne.

3. Metody przyrządowe
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. Jednym z ważniejszych parametrów jest ciśnienie robocze, którego maksymalna wartość może zawierać informację diagnostyczną o stanie technicznym pompy, o regulacji zaworu przelewowego (bezpieczeństwa), o szczelności połączeń instalacji oraz wewnętrznej szczelności siłownika. Zbyt wiele czynników wpływających na wartość ciśnienia roboczego cieczy powoduje, że w celu jednoznacznego określenia stanu mechanizmu wspomagającego i zlokalizowania niewłaściwie funkcjonującego zespołu konieczne jest dokonanie następujących uzupełniających pomiarów:
- wydatku pompy,
- temperatury cieczy w czasie pomiaru wydatku i ciśnienia roboczego,
- prędkości obrotowej pompy (lub wału korbowego silnika przy znanym przełożeniu napędu pompy),
- spadku ciśnienia Dp(t) w określonym czasie t (równym np. 30 lub 60 s) w obwodach lub zespołach niepracującej instalacji hydraulicznej, po doprowadzeniu do niej cieczy pod stałym ciśnieniem zbliżonym do maksymalnego.
Taki zbiór wyników pomiarów umożliwia wnioskowanie diagnostyczne, pozwalające na sformułowanie w pełni wiarygodnej oceny stanu technicznego mechanizmu wspomagającego, będącej podstawą decyzji technicznych dotyczących np. wymiany zespołu, wykonania regulacji napędu pompy, zaworu przepływowego, ogranicznika skrętu itp. Do przyrządowego diagnozowania instalacji hydraulicznych stosuje się najczęściej manometry wraz z trójnikiem i elastycznym przewodem oraz przenośne zestawy do diagnozowania hydrauliki siłowej (umożliwiające pomiar większej liczby parametrów).