DIAGNOSTICAREA SUSPENSIEI

DIAGNOSTICAREA SUSPENSIEI

6.1. Aspecte generale

Starea tehnica a suspensiei influenteaza intr-o mai mare masura confortul, secu­ritatea circulatiei si anduranta vehiculului in ansamblu. Se stie ca organismul uman suporta fara dificultati obiectionale oscilatii care au frecvente aflate in jurul a 80 Hz. Oscilatiile mai lente, intretinute vreme indelungata, creeaza stari asemanatoare rau­lui de mare, asa cum oscilatiile cu frecvente care depasesc pragul mentionat afecteaza sistemul nervos central cu consecinte foarte neplacute. In plus, starea precara a suspensiei mareste acceleratiile verticale; intre 1,5 si 2 m/s² miscarea accelerata a caroseriei provoaca senzatii dureroase iar depasirea acestor valori atrage dupa sine ameteli, migrene, senzatii de voma s.a.m.d.

Cresterea de 4-5 ori a solicitarilor dinamice provocata de o suspensie defecta slabeste stringerile si grabeste uzura unor parti ale vehiculului, cum sunt roti, rul­menti, bucse, articulatii, caroserie etc, reducand durata de exploatare a acestora pana la de 1,5 ori. In sfarsit, o suspensie aflata in stare necorespunzatoare face ca, in timpul rulajului, rotile sa nu mai pastreze contactul permanent cu carosabilul, deoarece acestea nu mai pot urmari toate denivelarile solului. Ca urmare, controlui directiei masinii se inrautateste, favorizandu-se derapajul, mai ales cand aderenta drumului este mai slaba. Din acest motiv, rulajul unui autovehicul care are suspen­sia defecta se face in alura mai moderata, micsorand viteza de trafic si, uneori, marind consumul specific de combustibil.

Cele mai frecvente defecte ale suspensiei sunt ruperea, slabirea arcurilor si a barelor stabilizatoare, uzura bolturilor si a bucselor de prindere, uzura sau ruperea limitatoarelor de cauciuc, uzura amortizoarelor, pierderea de lichid din amortizoare, deformarea bratelor suspensiei. Producerea unora din aceste defecte are ca urmare aparitia unor manifestari specifice cum ar fi: zgomote si batai in suspensie, proasta amortizare a oscilatiilor caroseriei (oscilatii prelungite dupa depasirea unei denivelari) si scurgeri de lichid. Simptomele defectarii suspensiei si cauzele lor posibile sunt prezentate in figura 6.1, din care se poate trage concluzia ca, spre deosebire de celelalte ansambluri ale automobilului, suspensia nu admite un sistem de diagnosticare impartit riguros in procedee de diagno 838h75i sticare generala si pe elemente. Parametrii de diagnosticare care ar caracteriza starea generala a suspensiei, cum sunt zgomotele, socurile, oscilatiile rotilor s.a.m.d., au legaturi multiple si cu alte parti ale autovehiculului nefiind caracteristice doar suspensiei.

De aceea diagnosticarea suspensiei se face numai pe elemente, parametrii de diagnosticare fiind prezentati in tabelul 6.1. Dintre toti parametrii aratati in tabel, numai inregistrarea si analiza oscilatiilor caroseriei prezinta o oarecare interferenta a influentei starilor amortizorului si a arcului, dar in acest caz, asa dupa cum se va vedea, este posibila o neta decelare a defectiunilor.

Din examinarea tabelului anterior rezulta ca parametrii de diagnosticare a sus­pensiei pot fi impartiti in patru grupe: geometrici si de stare, de etansare, de elasti­citate, dinamici (de oscilatie).

Parametrii din primele doua grupe se determina vizual sau prin masurari simple, care nu necesita o tratare speciala.

Parametrii de elasticitate caracterizeaza starea arcurilor si a stabilizatoarelor de viraj, asa dupa cum cei de oscilatie dau indicii mai ales asupra functionarii amortizoarelor.

6.2. Diagnosticarea arcurilor

Pe langa controlul vizual care urmareste descoperirea defectelor exterioare, arcul este supus unui test care are ca scop stabilirea elasticitatii prin determinarea caracte­risticii sale, adica a variatiei lungimii sale efective l (la arcurile elicoidale) in functie de sarcina P (figura 6.2), lungimea efectiva fiind luata ca parametru de diagnos­ticare. Daca linia caracteristica a arcului se afla sub caracteristica etalon, arcul trebuie schimbat. Deoarece determinarea pe vehicul a caracteristicii efective a arcu­lui este complicata, se obisnuieste sa se aplice pe roata respectiva o sarcina de diagnosticare Pd masurandu-se lungimea arcului in aceasta situatie; daca aceasta este sub limita admisibila l_lim se considera ca arcul este slabit si trebuie schimbat. In conformitate cu STAS 6926/13-70, verificarea calitatii suspensiei se face prin determinarea caracteristicii acesteia si compararea deformatiei arcului cu datele limita in doua situatii: cu incarcatura nominala si fara incarcatura, atat la compri­mare, cat si la revenire (fig. 6.3).

Pentru arcurile cu foi se poate aplica o metoda aparte, mijlocita de inaltul lor grad de amortizare. Reprezentand schematic ansamblul roata-suspensie-caroserie (fig. 6.4) si acceptand ca roata primeste o excitatie cu caracter sinusoidal , fenomenul de oscilatie care ia nastere poate fi reprezentat matematic de expresia:

in care: m masa nesuspendata

- deplasarea relativa exprimata prin diferenta dintre deplasarea centrului rotii x_m si cea a caroseriei x_c

- coeficientii de elasticitate ai pneului si respectiv ai arcului

H - inaltimea maxima a denivelarii perturbatoare

- pulsatia fortei perturbatoare

r - timpul

Prin rezolvarea acestei ecuatii se obtine expresia deplasarii relative:

Cand deplasarea relativa este zero, deci atunci cand caroseria urmareste identic miscarea centrului rotii (x_c=x_m), arcul se comporta ca si cand nu ar exista sau ar fi complet rigid. Conform relatiei precedente, aceasta situatie intervine atunci cand adica pentru o valoare H_o a denivelarii H_o= 8P/(k_m= 2,57 P/k_m)

Asadar, daca roata se aduce pe un stand ale carui rulouri au proeminente de inaltime H_o si este supusa incercarii la un regim de viteza oarecare, deformarea arcului arata ca forta de amortizare efectiva in arc este mai mica decat cea nominala. Daca insa arcul nu se deformeaza (se blocheaza), acesta constituie indiciul unei frecari intre foi nepermis de mari, datorata probabil lipsei ungerii foilor, fisurarii sau ruperii acestora, aparitiei unor rizuri sau patrunderii de corpuri straine abrazive intre foi.

Diagnosticarea amortizoarelor

6.3.1. Diagnosticarea prin demontarea de pe vehicul

Diagnosticarea separata a amortizoarelor nu se poate efectua decat prin demon­tarea lor de pe automobil, operatiune care este relativ simpla. Procedeul nu este specific diagnosticarii rapide, dar permite stabilirea exacta a starii acestui organ. In esenta metoda se bazeaza pe stabilirea caracteristicii efective a amortizorului si interpretarea ei atat din punct de vedere al formei, cat si al valorilor maximale ale eforturilor exercitate la compresie si revenire.

Cracteristica amortizorului este un grafic in care sunt inscrise eforturile necesare pentru deplasarea tijei in raport cu corpul amortizorului in cele doua curse, asa cum se exemplifica in graficul din fig. 6.5 pentru un amortizor de tip Armstrong.

Un prim criteriu de apreciere a starii tehnice a amortizorului il constituie valorile maxime efective ale efortului de comprimare P_e si de revenire P_r Daca acestea ies din domeniu! valorilor limita, amortizorul este defect. Defectiunile sale pot fi detec­tate dupa forma caracteristicii efective care, la un amortizor defect, prezinta abateri de la caracteristica etalon, specifice fiecarei defectiuni. In succesiunea de caracteris­tici din figura 6.6 sunt prezentate cateva diagrame specifice unor defecte intalnite frecvent la amortizoarele clasice (cu duble supape in piston si corp), insotite de cauzele posibile ale producerii lor. Aceleasi informatii sunt oferite in fig. 6.7 pentru amortizoarele de tip Armstrong.

Deoarece regimul incerca­rii, apreciat in oscilatii pe se­cunda, influenteaza substantial rezultatele, asa cum se vede in figura 6.8, frecventa oscila­tiilor trebuie bine precizata in prealabil.

Aparatura pentru incercarea amortizorului demontat de pe vehicul are o constructie foarte simpla, fiind, in general, de tipul cu excentric si biela cu caracteristici variabile care per­mit montarea de amortizoare cu diferite lungimi si curse. in constructia aparatului mai intra un dispozitiv de inregistrare a caracteristicii amortizorului.

6.3.2 Diagnosticarea pe vehicul

Dignosticarea amorlizoarelor fara demontarea lor de pe vehicul se face prin ridicarea caracteristicii de oscilatie a caroseriei. Deoarece amortizorul functioneaza in paralel cu arcul, caracteristica de oscilatie obtinuta va fi influentata intr-o oare­care masura de starea acestuia. De aceea, pentru a putea aprecia corect pe aceasta cale calitatea amortizorului testat, este necesar ca, in prealabil, sa se efectueze verificarea arcurilor si numai dupa ce s-a stabilit ca starea lor este buna se va trece te determinarea caracteristicii de oscilatie.

Pentru a intelege semnificatia acesteia, se reaminteste ca suspensia autovehi­culelor se comporta ca un sistem dinamic in care semnalele de intrare variabile sunt transformate la iesire in variatii ale altor marimi.

Semnalul de intrare h(t) este o functie de timp, care poate fi aleatoare, daca rulajul se desfasora pe un drum oarecare, sau poate avea o forma determinata, daca rulajul se efectueaza pe un drum cu denivelari ordonate sau pe un rulou cu proeminente studiate.

La iesirea din sistemul dinamic se regasesc una sau mai multe functii de raspuns cum sunt: deplasarea pe verticala a caroseriei, viteza si acceleratia acesteia, depla­sarea relativa a rotii in raport cu caroseria (cursa arcului), incarcarea dinamica ele. Ca parametri de diagnosticare se selecteaza, de obicei, caracteristica de oscilatie (care reprezinta variatia in timp a deplasarii caroseriei), deplasarea relativa sau, mai rar, acceleratia partilor suspendate. Diagnosticarea se poate face prin inregistrarea oscilatiei fortate sau iibere.

Diagnosticarea prin stabilirea caracteristicii oscilatiei fortate se bazeaza pe observatia ca functia de intrare (excitatoare) poate fi creata astfel incat sa respecte o lege armonica, reprezentata de o serie Fourrier (fig. 6.9,a);

La iesire se va produce un semnal tot de natura armonica: x(t) = X

dar de amplitudine X() si defazaj diferite (fig. 6.9,b), in care X() este o functie de pulsatie co. Variatia raportului celor doua amplitudini in functie de pulsatie:

reprezinta caracteristica de oscilatie fortata a suspensiei. Pe un stand ale carui rulouri au proeminente de inaltime constanta H, cunoscuta, variatia amplitudinii functiei de iesire X() reprezinta la scara H chiar marimea amplitudinii sau acceleratia caroseriei. Pentru un vehicul oarecare caracteristicile de oscilatie reprezentate grafic in functie de frecventa n au aspectul din figurile 6.10,a, pentru amplitudinea caroseriei si 6.10,b pentru cea a centrului rotii. Din aceste grafice se observa ca forma caracteristicilor depinde de coeficientul de elasticitate al arcului k si de coeficientul de amortizare c, marimi care afecteaza in acelasi timp si frecventa de rezonanta la care se realizeaza valorile maxime ale amplitudinii. Rezonanta se produce la frecvente coborate, la care ampli­tudinea este puternic influentata de gradul de amortizare, adica de rezistenta amor­tizorului; cu cat c este mai mare, deci cu cat amortizorul este mai eficace, cu atat amplitudinea miscarii caroseriei ca si cea a rotii sunt mai mici, iara ca acest factor sa afecteze sensibil valoarea frecventei de rezonanta. Prin urmare, este suficient sa se masoare cu un dispozitiv oarecare valoarea maxima a amplitudinii produse prin modificarea turatiei rotii si sa se compare aceasta marime cu valoarea admisibila, pentru ca sa se poata aprecia calitatea amortizorului.

Graficele arata, pe de alta parte, ca modificarea rigiditatii arcului provoaca schimbarea simultana atat a amplitudinii maxime, cat si a frecventei de rezonanta. Asadar, daca se cunoaste frecventa de rezonanta a suspensiei vehiculului testat, atunci abaterea valorii frecventei de rezonanta determinate experimental in raport cu valoarea sa nominala constituie indiciul modificarii elasticitatii arcului. Aceasta observatie atrage atentia inca o data asupra necesitatii verificarii prealabile a starii arcului, ca o premisa strict necesara pentru a obtine rezultate exacte privind calitatea amortizorului diagnosticat pe aceasta cale.

Din datele statistice existente rezulta ca domeniul de producere a regimului de rezonanta se situeaza la autoturisme intre 1-4 osc/s.

In cazul in care testarea prealabila a arcurilor a dus la concluzia ca starea lor tehnica este buna, deci este exclusa eventualitatea influentei lor asupra valorii frecventei de rezonanta si asupra amplitudinii maxime de oscilatie   incercarea la rezonanta nu mai este necesara, fiind suficienta masurarea amplitudinii de oscilatie a caroseriei la un regim oarecare. In acest caz se obtine variatia in timp a inaltimii de oscilatie a caroseriei (fig. 6.11).

Starea amortizorului se apreciaza prin compararea valorii efective a amplitudinii cu limita admisibila Hl prin eventuala variatie a amplitudinii precum si dupa forma curbei obtinute. De pilda, graficul 6.11,a indica un amortizor bun; celelalte b, c, d, e si f constituie exemple ale unor amortizoare defecte. La unele standuri, graficul de oscilatie este oferit in forma circulara (fig. 6.13).

in figura 6.12 este prezentat un stand de fabricatie Boge pentru incercarea amortizoarelor, la care miscarea de rotatie a arborelui motorului electric 8 este transfor­mata in miscare oscilatorie de dispozitivul cu excentric 9, uniformitatea miscarii fiind asigurata de volantul 7. Prin arcul 5 si dispozitivul de reglare 4, miscarea este transmisa bratului 1, acesta din urma actionand platforma 10 pe care se afla una din rotile automobilului. Oscilatiile caroseriei sunt inregistrate de dispozitivul 3 pe o diagrama circulara, dispozitivul fiind actionat de motorasul electric 2.

Pentru obtinerea unor rezultate corecte, este recomandabil ca, in prealabil, sa se

verifice si eventual sa se restabileasca presiunea in pneuri, iar automobilul sa fie complet gol; elementele acestuia trebuie sa fie bine fixate iar usile si capotele inchise. La asezarea pe stand, axa masinii trebuie sa fie paralela cu cea a instalatiei si, in plus, rotile sa fie aranjate in linie dreapta.

Ordinea de lucru este urmatoarea: se monteaza in dispozitivul 3 o hartie-disc luata din stativul 6 si apoi se actioneaza motorul electric 2, stabilind distanta dintre platformele 11 in conformitate cu calea automobilului testat; se aduce automobilul cu rotile din fata pe platforme, i se opreste motorul si se blocheaza frana de mana; se porneste motorul electric 8 al uneia din platforme si se aduce apoi acul dispozitivului de inregistrare 3 pe linia de nul a hartiei-disc; dupa 10-12 s se opreste motorul electric 2 si se cupleaza releul dispozitivului de inregistrare care asigura rotirea uniforma a hartiei-disc cu turatia de 2,2 min-¹, timp de 40 s.

Se obtine astfel o diagrama asemanatoare aceleia prezentata in figura 6.13a, din care se vede ca, la rezonanta, amplitudinea caroseriei este maxima; comparand amplitudinea efectiva cu cea etalon se trag concluziile cuvenite privitoare la starea amortizorului; pe aceeasi diagrama se inscriu apoi rezultatele obtinute pentru roata vecina. Este posibil uneori ca, din cauza prinderii elastice a motorului pe cadru sau a influentei celorlalte arcuri, sa se obtina doua regimuri de rezonanta, asa cum se exem­plifica in figura 6.13,b. In acest caz se va lua in considerare amplitudinea cea mai mare.

In general, toate standurile au constructii asemanatoare celei descrise in fig.6.12, deosebirile care intervin privind doar unele detalii nesemnificative ale dispozitivu­lui de inregistrare care poate fi de natura electronica.

O constructie aparte o reprezinta solutia construita dupa un patent S.U.A. (nr. 3.477.273), prezentata in figura 6.14, care cuprinde un plan inclinat 9, prevazut cu o rola 1 si un suport cu rola 7, intre care se afla excentricul 8 actionat prin lant Gali de electromotorul 5. Automobilul se aduce cu roata 2 pe excentric, iar pe amortizo­rul 3 se monteaza traductorul termic 4; aici ca parametru de diagnosticare se foloseste temperatura amortizorului in timpul oscilatiilor, marime inregistrata pe panoul de afisaj 6.

O alta solutie de producere a oscilatiilor fortate foloseste un disc excentric 2 (fig, 6.15) care se monteaza pe roata masinii suspendate pe rolele 5 actionate electric, b timpul rotirii rolelor excentricul provoaca o miscare oscilatorie a rotii care se transmite prin bratele suspensiei senzorului I; semnalele electrice produse de acesta se transmit prin cablul 3 aparatului de masura 4 pe al carui cadran se citesc rezultatele.

Diagnosticarea prin stabilirea caracteristicii oscilatiei libere se bazeaza pe observatia ca supensia, ca sistem elastic, imprima caroseriei o miscare oscilatorie amortizata, a carei amplitudine este puternic influentata de calitatea amortizorului. Miscarea de oscilatie a partii suspendate a masinii va fi cu atat mai ampla si mai indelung intretinuta, cu cat gradul de amotizare este mai scazut, deci cu cat amortizorul este mai putin eficace. Avand o curba etalon a oscilatiei libere, starea amortizorului se poate aprecia prin comparatie.

in figura 6.16,a este prezentata caracteristica etalon a oscilatiei libere a carose­riei (deci pentru un amortizor cu stare tehnica buna) iar in figura 6.16,b aceeasi caracteristica obtinuta cu un amortizor care contine numai 75% din cantitatea necesara de lichid. Se observa ca la amortizorul defect amplitudinea oscilatiei libere, ca si perioada acesteia, s-au modificat. Din graficul 6.17 se vede ca gradul de umplere cu lichid influenteaza mai ales amplitudinea oscilatiei din a doua parte a procesului, h_c, la fel ca si perioada oscilatiei T. Se observa ca reducerea umplerii sub 75% inrautateste rapid si substantial calitatea amortizorului, iar sub 60% amortizorul devine practic total ineficace. Deoarece amplitudinea hc constituie elementul cel mai sensibil, ea este aleasa ca parametru de diagnosticare care se compara cu valoarea limita h_cl   specifica fiecarui vehicul; in cazul prezentat in figurile precedente h_cl =15 corespunde unui grad de umplere al amortizorului de circa 83%. Depasirea valorii limita h_cl poate fi provocata nu numai de lipsa lichidului din amortizor ci si de alte defectiuni, cum sunt blocarea sau ruperea supapei de trecere si ruperea arcului supapei de revenire.

In conformitate cu STAS 6926/13-70, la incercarea calitatii suspensiei prin metoda oscilatiilor libere se folosesc doi parametri de diagnosticare:

frecventa n = 60/T (),

coeficientul relativ de amortizare

relatii in care semnificatia diferitelor simboluri este data in figura 6.18.

Din punct de vedere practic se disting doua procedee de aplicare a acestei metode: prin apasarea caroseriei sau prin lansarea ei.

Prin primul procedeu caroseria masinii este apasata comprimand arcul amorti­zorului testat, dupa care masina este eliberata brusc.   Dupa eliberare caroseria va efectua cateva oscilatii ale caror elongatii sunt inregistrate de un vibrograf de o natura oarecare , aparat care se plaseaza , de cele mai multe ori, pe aripa corespun­zatoare rotii careia ii apartine amortizorul cercetat. Aparatul inregistreaza miscarea caroseriei pe o hartie careia i se imprima o vileza de 20-30 mm/s, obtinandu-se astfel caracteristica oscilatiilor libere amortizate ale caroseriei, grafic care se exploateaza asa cum s-a aratat mai inainte.

Al doilea procedeu de lansare a caroseriei este mai simplu si usor de aplicat, putandu-se obtine elongapi mai mari decat cele produse prin metoda apasarii - de aceea acest procedeu este mai larg folosit. intr-o prima varianta, roata al carei amor­tizor trebuie verificat este ridicata cu un cric special a carui constructie permite eliberarea ei brusca. intr-o alta varianta ansamblul este pus sa depaseasca un obs­tacol de tip pana 1, ca in fig.6.19. In ambele cazuri vibrograful se monteaza pe aripa sau pe bara de protectie in apropierea amortizorului testat.

Experienta a aratat ca rezultatele obtinute prin aplicarea acestor procedee sunt influentate mai putin de presiunea aerului din pneuri, in schimb rigiditatea arcurilor afecteaza considerabil calitatea diagnosticarii. Din acest motiv este absolut obligatoriu ca. In prealabil, sa se efectueze testarea arcurilor, asigurandu-se ca arcurile aceleiasi punti nu au caracteristici elastice diferentiate intre ele cu mai mult de 10%.