Практична робота №9 Методи діагностування підвіски

Основними методами діагностування підвіски є діагностування за вимушеними і власними коливаннями.

За вимушеними коливаннями експериментальним методом визначається амплітудно-частотна характеристика підвіски. Цей метод базується на тому, що вхідну збурюючу дію можна представити рядом Фур'є, члени якого можуть розглядатися як гармонічні дії. Якщо на вхід підвіски подавати динамічну дію, яка змінюється за гармонійним законом:

то на виході отримаємо сигнал аналогічної форми, але з Іншими амплітудою і фазою (рис. 9.1):

де Н_А- амплітуда вхідного сигналу;

ω— кругова частота сигналу;

φ₁ – фаза вхідного сигналу;

Х_А - амплітуда вихідного сигналу;

φ₂ –фаза вихідного сигналу.

Рис.9.1. Коливання на вході (а) і виході (б) підвіски автомобіля з лінійними параметрами

Амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) підвіски називається відношення амплітуд вихідного і вхідного сигналів в залежності від частоти вхідного синусоїдального сигналу:

Величина АЧХ підвіски залежить від частоти вхідного сигналу. Різниця фаз вихідного і вхідного сигналів:

називається фазовою частотною характеристикою (ФЗЧ) підвіски. Вона характеризує зсув фаз, тобто затримку вихідного сигналу по відношенню до вхідного збудження. Ця характеристика теж залежить від частоти вхідного сигналу і технічного стану підвіски.

Таким чином, змінюючи частоту вхідного синусоїдального сигналу від ω₁, до ω₂, отримаємо АЧХ і ФЗЧ у заданому інтервалі частот, які однозначно відображують технічний стан підвіски. У даному випадку, для оцінки технічного стану підвіски достатньо визначити її АЧХ За вхідний сигнал приймають вертикальні переміщення поверхні, на якій встановлено колесо автомобіля, за вихідний — амплітуда переміщення кузова в зоні колеса. Оскільки ординати АЧХ залежать від вимірюваних параметрів підвіски, але й від маси автомобіля та жорсткості шин, то перед діагностуванням необхідно встановити номінальний тиск в них. АЧХ підвіски легкового автомобіля, отримана розрахунковим методом, показана на рис 9.2.

Рис.9.2. АЧХ підвіски при різних значеннях їх жорсткості (с) і опору амортизаторів (k):

1- с=35 кН/м, k=l кН-сек/м; 2 - с= 35 кН/м, k=2,3 кН-сек/м; 3 - с=35 кН/м, k= 3,4 кН-сек/м; 4-с=20кН/м, k=2 кН-сек/м

На графіках видно, що в області низькочастотного резонансу (5-15 сек^-1) з пониженням опору амортизаторів ординати АЧХ помітно збільшуються при незмінній резонансній частоті. При зменшенні жорсткості ресори (крива 4) резонансна частота зменшується. В зоні високочастотного резонансу (40 — 60 сек^-1) зменшення опору амортизаторів і жорсткості підвіски помітного впливу на протікання частотних характеристик не мають. У міжрезонансній зоні (15 -40 сек^-1) амплітуди переміщення залишаються практично без змін.

Таким чином, найбільш характерною ділянкою частотного діапазону, у якій істотно змінюються ординати АЧХ. в залежності від зміни опору амортизаторів і жорсткості підвіски, є область низькочастотного резонансу у діапазоні 5-15 сек^-1 (приблизно 1 - 2,5 Гц). При зміні опору амортизаторів підвіски істотно змінюються ординати АЧХ, а значення резонансної частоти залишається незмінною. Відхилення жорсткості ресор від номінального значення призводить до одночасної зміни ординат АЧХ і значення резонансної частоти коливання. Таким чином, для оцінки технічного стану ресор та амортизаторів за характером вимушених коливань, без їх зняття з автомобіля, в підвісках легкових автомобілів необхідно створити коливання частотою 1 -2,5 Гц. Аналогічно встановлено, що у підвісках вантажних автомобілів область

При діагностуванні за власними коливаннями, маючи еталонні криві затухаючих коливань кузова, шляхом їх порівняння із кривими, отриманими в процесі діагностування, можна оцінити технічний стан амортизаторів. Характеристики затухаючих (власних) коливань кузова на підвісці можна отримати методами підтягування і скидання. В стендах сучасних конструкцій коливальний імпульс створюється спеціальним вібраційним пристроєм.

За методом підтягування, кузов автомобіля, спеціальним пристроєм, підтягується вниз на задану величину і при досягненні цього значення швидко звільняється. При цьому кузов здійснює власні низькочастотні коливання із заданим початковим відхиленням. Коливання точки кузова над віссю (на крилі) записуються спеціальним пристроєм. За отриманими характеристиками визначається частота коливання кузова та ступінь його згасання. Середнє згасання коливань визначається за співвідношенням дрох перших амплітуд коливання, що знаходяться у протилежних фазах:

де Z₁,— амплітуда першого коливання; Z₀- початкова величина підтягування.

Початкова величина підтягування для різних автомобілів не повинна відрізнятися більш, ніж на 5 — 7%.

Аналогічно, викликати власні коливання кузова на підвісці можна методом скидання. За цим методом автомобіль встановлюється колесами досліджуваної підвіски не спеціальних площадках, які піднімають на задану висоту і потім різко забирають. При цьому відбувається падіння коліс на опорну поверхню та збуджуються вільні коливання кузова. Висота скидання вибирається такою, щоб при коливаннях не відбувалися удари кузова до обмежувачів ходу підвіски.

Виходячи із умови заданих рівних початкових амплітуд коливання, більш підходящим є метод підтягування. Крім цього у конструкціях сучасних стендів коливання кузова автомобіля створюються спеціальними вібраційними пристроями.

За результатами аналізу результатів діагностування підвіски автомобіля за наведеними вище методами отримано наступні висновки:

1. Зміна тиску повітря в шинах та спосіб закріплення автомобіля істотного впливу на графіки коливання не має.

2. При відхиленні пружності підвісок правого і лівого коліс від номінального значення, технічний стан пружин здійснює більший вплив на коливальний процес, ніж стан амортизаторів. Із цього випливає, що перевірка амортизаторів без зняття їх з автомобіля можлива тільки за умови, що пружні характеристики підвіски обох коліс відрізняються не більше, ніж на 10%.

3. На характер графіка коливання, особливо на амплітуду першої півхвилі, значно впливає ступінь заповнення амортизаторів рідиною (рис. 9.4).

резонансних коливань збільшена на 1 — 2 Гц, тобто збудження коливань при діагностуванні підвісок цих автомобілів необхідно здійснювати у діапазоні 1 -4 Гц.

На рис.9.3 показано експериментальні АЧХ підвісок трьох легкових автомобілів. На графіках бачимо, що криві 1 і 2 відрізняються тільки амплітудою в зоні низькочастотного резонансу, їх резонансні частоти не мають істотної різниці. Із цього випливає, що ці підвіски відрізняються тільки опором амортизаторів. У кривої 3 резонансна частота зміщена вліво, що свідчить про зменшення жорсткості ресор у цій підвісці.

Рис.9.3. Експериментальна АЧХ підвіски легкових автомобілів

На підставі вище сказаного, показники оцінки технічного стану (справність чи несправність) пружних елементів (ресор, пружин) та амортизаторів підвіски наведено у табл. 9.2.

Таблиця 9.2

Показники оцінки технічного стану пружних елементів та амортизаторів підвіски

Елемент підвіски	Технічний стан при одночасних параметрах АЧХ, порівняно із справними ресорами і амортизаторами
	Ордината АЧХ А (ω),			Значення резонансної частоти ω
	без змін	більша	менша	без змін	більше	менше
Ресора	справна	не справна		справна	не справна
Амортизатор	справний	не справний		не змінюється

Для кожної моделі автомобіля, маючи значення допустимого діапазону зміни амплітуди АЧХ при резонансній частоті, можна на стенді оцінити технічний стан амортизаторів та визначити їх придатність до подальшої Експлуатації. Аналогічно, маючи допустимі значення резонансної частоти коливань, за їх відхиленням можна оцінити жорсткість ресори та її придатність до експлуатації.

Рис. 9.4. Вплив ступеню заповнення амортизатора на його роботу:

а — амортизатор заповнено на 100%; б - на 85%; в — на 50%;

г — амортизатор без рідини

Встановлено, що при заповненні амортизаторів менш, ніж 80% ємності їх робота значно погіршується (виникають удари кузова до обмежувачів ходу підвіски), а при наповненні 50% і менше амортизатори своїх функцій не виконують взагалі. При цьому жорсткість підвіски значного впливу на амплітуду коливань не здійснює.

4. Наповнення амортизатора на 80% і відповідна йому амплітуда коливання прийнято як граничне, після якого працездатність амортизатора різко погіршується.

Параметром, який характеризує пружні властивості підвіски є умовна довжина пружини передньої підвіски і умовна стріла прогину задньої ресори. В залежності від конструктивних особливостей автомобіля, за умовну довжину пружини передньої підвіски можна прийняти відстань між ободом колеса і крилом, або між іншими, зручними для вимірювання, елементами непідресорених і підресорних мас. Умовна стріла прогину задніх ресор може бути визначена як відстань між кожухом півосі і кузовом або між ободом колеса та крилом.

Конструкція стенду для перевірки амортизаторів без їх зняття з автомобіля показана на рис.9.5.

Рис. 9.5. Стенд для діагностування амортизаторів:

1 — шафа управління; 2,3 — рама; 4 — платформа;

5 — блок запису діаграм; 6 — маховичок;

7 — важіль; 8 — пружина; 9 — вібратор

Коливальний імпульс у підвісці автомобіля створюється спеціальним вібратором. Робочий хід його штовхача становить 18 мм, частота подвійних ходів - 920 хв'¹. Робочий процес на стенді високотехнологічний, середній час зняття діаграми коливань не перевищує 2 хв. стенд складається з шафи управління 1, двох рам 2, 3, платформи для установки коліс досліджуваної осі 4, блоку запису діаграм 5, двох вібраторів ексцентрикового типу 9.

Блок запису діаграм 5 містить електродвигун із частотою обертання 2 хв^-1, диск із затискачами для кріплення діаграмних бланків. Коливальний рух важеля 7 через шарнірну тягу перетворюється у зворотно-поступальний рух штока, у верхній частині якого встановлено самописець. Самописець фіксує на діаграмному бланку графік згасаючих коливань підвіски автомобіля. Діагностування амортизаторів на стенді здійснюють почергово, починаючи із будь якого (лівого чи правого) амортизатора. Натискаючи на кнопку "Пуск" вмикають один із вібраторів. Через 2 - 3 с роботи його вимикають кнопкою "Стоп", при цьому вмикається реле часу початку запису графіка коливань. Через 10 с реле часу вмикає електродвигун обертання діаграмного диску і починається запис графіка. Через 15 с стенд автоматично вимикається. Аналогічно записують графік згасаючих коливань другого колеса.