KURZUS: Közlekedésbiztonsági és környezetvédelmi diagnosztika

MODUL: Előadások

8. hét: Lengéscsillapító diagnosztika

| A lecke célja: A járműbe épített lengéscsillapítók diagnosztikai vizsgálati lehetőségei, a mérések elméleti alapjai és technológiai jellemzői.
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha
ismeri a lengéscsillapítók diagnosztikai vizsgálatainak alapelveit, ismeri a lengéscsillapító diagnosztikai eljárások kiértékelő jellemzőit és a vizsgálatok kiértékelésének szabályait, a vizsgálatokat befolyásoló tényezőket.
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
lengéscsillapító vizsgálat a kerék lengetésével (BOGE) dinamikus talperő-ingadozás mérés (EUSAMA) rugózott tömeg rugózatlan tömeg relatív csillapítási tényező talperő talperő viszony
Tevékenység: Gyűjtse ki a leckéből azokat a területeket, amelyek a lengéscsillapító diagnosztikai módszerek végrehajtására, kiértékelésére és az eredményeket befolyásoló tényezőkre vonatkoznak.
A lengéscsillapító diagnosztika a közlekedésbiztonsági diagnosztika egyik legfontosabb eleme:
A lengéscsillapítók a járművekben kettős szerepet töltenek be (lásd az alábbi ábra). Ezek az alábbiak:
a lengéskényelem (a rugózott tömeg (M) lengései tartoznak ide) a talperő stabilitás (a rugózatlan tömeg (m) lengései tartoznak ide)
biztosítása.
Az alábbi ábra rámutat, hogy milyen mértékben nő a jármű fékútja, ha a lengéscsillapító műszaki állapota nem megfelelő.
Lengéscsillapító hibák
1. ábra
A lengéscsillapítóknak természetesen mindkét fenti célnak meg kell felelniük, de a közlekedésbiztonság szempontjából a második esettel foglalkozunk.
A gépjármű egy felfüggesztésének lengéstani modellje
Kéttömegű lengőrendszer modellje
2. ábra
A legkellemetlenebb lengéseket az önfrekvenciával megegyező gyakorisággal ismétlődő erőhatások váltják ki: ez a rezonancia állapot. A rugózott tömeg önfrekvenciája 1-1,7 Hz, a rugózatlan tömegé pedig 12-15 Hz.
A diagnosztikában használatos lengéscsillapító vizsgálati eljárások alapelve közös: mindegyik rezonancia állapotot vált ki és ennek során méri a lengéscsillapító állapotával kapcsolatos jellemzőt.
A műszaki gyakorlatban az alábbi két eljárás terjedt el beépített állapotban történő lengéscsillapító vizsgálatra:
lengéscsillapító vizsgálat a kerék lengetésével (BOGE) dinamikus talperő-ingadozás mérés (EUSAMA)
Az alábbi táblázat a lengéscsillapító vizsgálati eljárások európai alkalmazását tekinti át, a következő pedig tömören a két eljárást hasonlítja össze. A bővebb ismertetést ezt követően végezzük el.
Lengéscsillapító vizsgálatok Európában
3. ábra
A BOGE és az EUSAMA módszer összehasonlítása
4. ábra
Lengéscsillapító vizsgálat a kerék lengetésével (BOGE módszer)
Az ún. BOGE módszer a vizsgált kerék rezonancia-frekvencia feletti értékkel történő gerjesztése segítségével méri a keréktámasz (kerék) lengéskitéréseit.
A vizsgálat elméleti alapja a következő:
A relatív csillapítási tényező egyértelmű függvénykapcsolatban áll a gerjesztett lengés nagyítási tényezőjével.
Definíció szerint ugyanis:
A relatív csillapítási tényező: D= 1 2 ⋅ k c⋅m
Ahol: k (Ns/m( - a lengéscsillapító csillapítási tényezője (-minősítő paraméter) c (N/m( - rugóállandó m (kg( - tömeg
A relatív csillapítási tényező és a nagyítási tényező összefüggése:
D= 1 2 ⋅ 1 μ 2 −1
Ahol: μ= A q - a nagyítási tényező A-a rendszer lengési amplitúdója önfrekvencián történő gerjesztéskor q-a gerjesztő amplitúdó
Az első és a második képlet alapján egyértelmű, hogy a nagyítási tényező - illetve mivel a gerjesztő amplitúdó a vizsgálópad által adott állandó -, a legnagyobb lengési amplitúdó (rezonancia állapot) mérésével a lengéscsillapító minősíthető.
BOGE lengéscsillapító-vizsgáló pad vázlata
5. ábra
Modern BOGE lengéscsillapító pad telepítési rajza
6. ábra
Az ábrán látható pad működése a következő:
A hajtómotor (1) excenteren és a (2) rugón keresztül lengésbe hozza a keréktámaszt (4) és ezzel együtt a jármű rugózatlan tömegét (kerék és felfüggesztés). A gerjesztő frekvencia 14,7 Hz.
A motor kikapcsolása után a hajtás fordulatszáma és vele együtt a gerjesztő frekvencia is fokozatosan csökken, és közben áthalad a rezonancia frekvencia értéken is.
A kifutás ideje alatt az írószerkezet polár-koordinátásan felrajzolja a (3) regisztráló papírra (illetve a korszerű változatoknál a számítógép képernyőjére) a keréktámasz lengési amplitúdóit. A mért jellemző a rezonancia helyhez tartozó maximális keréktámasz amplitúdó.
BOGE-regisztrátum
7. ábra
BOGE-regisztrátum értékelés
8. ábra
A diagramírást időrelé vezérli. Alapelv, hogy egy körlapra több mérés is ráférjen. A különböző kerékterhelésekhez a rugó fölé beépített csavarorsó elforgatásával lehet alkalmazkodni. Így elérhető, hogy a diagramot mindig a papír középvonala köré rajzolja fel a pad.
Kiértékeléskor a maximális lengéskitérés amplitúdó-nagyságát kell megmérni mm-ben és összevetni az adott típusra megadott határértékkel. Határérték feletti lengéskitérés esetén a lengéscsillapító műszaki állapota nem megfelelő.
A vizsgálat hátrányai:
A vizsgáló padot bemutató ábrából kitűnik, hogy a jármű rugózatlan tömegének vizsgálatát olyan lengőrendszerben vizsgáljuk, amelyhez a (4) keréktámasz és a (2) rugó is kapcsolódik. Az így elhangolt rendszer rezonanciafrekvenciája megváltozik: 5 - 9 Hz-re csökken. Ez viszont egyben azt is jelenti, hogy nem a valós közlekedésbiztonsági tartományban mérünk. A mérés kiértékelése típusfüggő. Sőt ezt még árnyalja az a tény is, hogy adott gépkocsiba nem biztos, hogy a gyári lengéscsillapító van beépítve. Emiatt a kiértékelés adott esetekben problémás lehet.
Dinamikus talperő-ingadozás mérés (EUSAMA)
Mivel az EUSAMA (European Shock Absorber Manufacturer Association, azaz Európai Lengéscsillapító Gyártók Egyesülete) vizsgálati eljárás tekinthető elterjedtebbnek, ezt ismertetjük a legrészletesebben. A mérésre befolyást gyakorló tényezők és a mérési technológia adott elemei azonban értelemszerűen a BOGE módszerre is érvényesek.
Magyarországon hatósági célra kizárólag ez a mérési eljárás alkalmazható.
Az EUSAMA eljárás a talperő (a keréktalppont és az útfelület, illetve keréktámasz között ébredő) változása alapján minősíti a lengéscsillapítót.
Ennek műszaki alapja az alábbi egyszerű megfontolással magyarázható:
Tökéletesen sík útfelülten a tapadási erő állandó:
F=ϕ⋅G
Ahol: ϕ - a tapadási tényező G - a kerékterhelés
A valóságban azonban tökéletesen sima útburkolat nem létezik, emiatt a kerékterhelés (és vele együtt a tapadási erő is) folyamatosan változik a kerékfelfüggesztés rugalmas és csillapítással rendelkező elemei által befolyásoltan. A legrosszabb tapadási feltételek rezonancia állapotban jelentkeznek.
Ez a tény az alábbi egyszerű összefüggéssel írható le:
F=A⋅ϕ⋅G
Ahol: A - talperő viszony (általában százalékban adják meg)
Definíció szerint: A%=100⋅ F min⁡ G s t a t
Ahol: Fmin - a rezonancia állapotban fellépő minimális talperő értéke (mekkorára csökken a nyugalmi érték) Gstat - a statikus talperő értéke (nyugalmi kerékterhelés)
EUSAMA vizsgálatok frekvencia lefutása és a talperő változása az idő függvényében
9. ábra
EUSAMA lengéscsillapítóvizsgáló-pad
10. ábra
Az A% értékre az alábbi tényezők gyakorolnak befolyást:
a járműkonstrukció, a lengéscsillapító típusa és állapota, a gumiabroncs típusa és állapota, a kerékterhelés.
A fenti lista viszont egyben azt is jelenti, hogy ha az egyéb befolyásoló tényezőket a vizsgálat peremfeltételeinek megfelelő megválasztásával kiszűrjük, akkor ez az elv használható lengéscsillapító minősítésre.
A vizsgálat a későbbiekben ismertetésre kerülő előnyei miatt egyre általánosabban alkalmazott a műszaki gyakorlatban. Ezt támasztja alá a rendeleti háttér is:
A 14/1999. (IV. 28.) számú rendelettel módosított 5/1990. (IV. 12.) számú KöHÉM rendelet értelemében a talperő ingadozást mérő (úgynevezett EUSAMA - rendszerű) lengéscsillapító vizsgáló próbapaddal végzett hatásosság vizsgálat meghatározott határidővel a műszaki vizsgáztatás során kötelezővé vált.
A kiértékelés fő előnye a típusfüggetlenség. EUSAMA ajánlás szerint a vizsgálat az alábbi skála szerint értékelhető:
EUSAMA vizsgálatok kiértékelése
11. ábra
Egyes berendezések a kiértékeléshez az ún. B% jellemzőt használják. Ez az mutatja meg, hogy mennyivel csökken a statikus talperő értéke rezonancia állapotban.
A két mérési jellemző egymás kiegészítő értéke:
A%+B%=100
Ha 0%-ot mérünk akkor a kerék a talajtól való elszakadás határhelyzetében van. A kerékterhelés ilyenkor 0 és 2⋅ G s t a t között változik.
EUSAMA ajánlás szerint két azonos tengelyen lévő kerék mért értékeinek különbsége nem lehet nagyobb 20...25%-nál.
A lengéscsillapító mérések eredményét befolyásoló tényezők
A járműkonstrukció
Feltételezhetnénk, hogy egy nagyobb tömegű gépjármű nagyobb tapadási erőt eredményez, de meg kell különböztetnünk a rugózott és a rugózatlan tömeget.
A rugózott (M) és a rugózatlan (m) tömeg aránya befolyásolja a dinamikus talperő viszonyának (A%) értékét, mégpedig úgy, hogy minél nagyobb a rugózott tömeg arány, annál kedvezőbbek a tapadási viszonyok. Az alábbi ábra mutatja A% értékét a rugózott és rugózatlan tömeg arányában. A diagram arra is felhívja a figyelmet, hogy a vizsgálat során a rugózott tömeg megváltoztatása (utasok, csomag illetve súly a csomagtartóban) jelentősen meghamisíthatja a vizsgálat végeredményét. Ilyenkor a lengéscsillapítót jobbnak ítélhetjük, mint azt a valós állapot indokolná.
A rugózott (M) és rugózatlan (m) tömeg arányának hatása az A% értékre
12. ábra
A gumiabroncsok
Az útegyenetlenségek csillapításában a gumiabroncs saját rugalmassága és a benne levő levegő összenyomhatósága is szerepet játszik. A gumiabroncs nyomása jelentősen befolyásolja a dinamikus talperőviszony értékét. Az abroncsnyomás növelésével csökken a tapadást, nevezetesen 0,5 bar abroncsnyomás változás mintegy 10%-os tapadási erő változást eredményez. Látszólag előnyös lehetne az abroncsnyomás csökkentése, de 0,5 baronként megközelítőleg 100 kilogrammal csökken a gumiabroncs teherbíró képessége, emellett a gumiabroncs élettartama is csökken (0,5 bar abroncsnyomás csökkenés esetén mintegy 40%-kal).
Az egzakt és reprodukálható mérési eredmény érdekében a mérést mindig az előírt abroncsnyomás beállítása után kell elvégezni.
EUSAMA-rendszerű lengéscsillapító vizsgáló próbapad felépítése
Az EUSAMA-rendszerű vizsgálópadoknál a keréktámaszt 25 Hz-es gerjesztő frekvenciával és 6 mm-es lökettel rázza meg a motorral hajtott excenteres vagy ékes rendszerű mechanizmus.
Az így keltett lengések közben a keréktámasz alá beépített erőmérő cella méri a talperő pillanatnyi értékét, azaz a mindenkori talperővel arányos jeleket küld a számítógépnek, amely az adatokat kiértékeli és táblázatosan vagy diagram formájában megjeleníti.
EUSAMA-rendszerű lengéscsillapító vizsgáló pad
13. ábra
A mérés az excenter tengely hajtásának kikapcsolása után kezdődik, amikor a beépített lendkeréknek köszönhetően a motor fordulatszáma egyenletesen csökken a megállásig. Eközben a lengések frekvenciája egyre csökken és áthalad a rezonancia állapoton.
EUSAMA-rendszerű lengéscsillapító vizsgálat
A vizsgálat menete:
1. | A vizsgálat előtt ellenőrizzük a mérési eredményt befolyásoló tényezőket (járműterhelés, gumiabroncsnyomás)
2. | A gépjármű első tengelyével a lengéscsillapító ellenőrző próbapad vizsgáló lapjaira állunk úgy, hogy a gumiabroncs talppontja sehol ne érintkezzen a mérőlapot körülhatároló kerettel.
3. | Rögzítjük a gépjárművet az üzemi fékkel, majd óvatosan felengedjük a fékpedált, ekkor a gépjármű sík padlózaton áll, így elméletileg nem gördülhet el eredeti pozíciójából. (Ha a gépjármű mégis elmozdulna a vizsgáló lapon, akkor rögzítjük a kézifék, vagy a sebességváltó első fokozatának segítségével annak függvényében, hogy melyik tengely áll a vizsgáló lapon, mivel a vizsgáló lapon álló kerekeket tilos befékezni.)
4. | Bekapcsoljuk a lengéscsillapító berendezést, ekkor a számítógép egy rövid időre elindítja a motorokat, rövid 2-3 másodperces lapmozgatással megrázza a gépjármű futómű felfüggesztését, ezáltal a mozgó - súrlódó alkatrész kapcsolatokban minimálisra csökken a belső erők nagysága. Az állandósult gerjesztő szakasz talperő középértéke a statikus talperő: Gstat
5. | A megszüntetett gerjesztés után a lecsengő lengés a rezonancia állapoton áthalad. Az ekkor lecsökkent talperő legkisebb értéke lesz a minimális talperő: Fmin.
6. | A mérési regisztrátum egy példája az alábbi ábrán látható.
EUSAMA-rendszerű lengéscsillapító regisztrátum
14. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Melyik tömeg gerjesztésével végezzük a diagnosztikai lengéscsillapító vizsgálatokat? Jelölje meg a helyes választ!
| A rugózott tömeg.
| A gépjármű teljes tömege.
| A rugózatlan tömeg.
2. Mit mérünk az EUSAMA lengéscsillapító vizsgálati eljárásnál??
| Dinamikus és statikus talperőt.
| A kerék lengési amplitúdóját
| A lengéscsillapító csillapítási tényezőjét
3. Függ a lengéscsillapító minősítése a gumiabroncs nyomásától?
| Igen, nagyobb nyomás jobb minősítést jelent.
| Igen, kisebb nyomás jobb minősítést jelent.
| Nem.
4. Mekkora a BOGE módszer gerjesztő frekvenciája?
| 12-14 Hz.
| 7-9 kHz.
| 7-9 Hz.
| 12-14 kHz.
5. Mekkora az EUSAMA módszer gerjesztő frekvenciája?
| 12-14 kHz.
| 12-14 Hz.
| 7-9 Hz.
| 7-9 kHz.
6. Milyen az EUSAMA módszer kiértékelése?
| Egyedi.
| Típusfüggő.
| Típusfüggetlen.
7. Milyen a BOGE módszer kiértékelése?
| Egyedi.
| Típusfüggetlen.
| Típusfüggő.
8. Miért alkalmas lengéscsillapító minősítésre a nagyítási tényező mérése?
| A D= 1 2 ⋅ 1 μ 2 −1 összefüggés miatt.
| Nem alkalmas.
| Az EUSAMA empirikus bizonyítása miatt.
9. EUSAMA mérés esetén mi a mérőszám?
| F=ϕ⋅G
| F=A⋅ϕ⋅G
| A%=100⋅ F min⁡ G s t a t .
10. A két azonos tengelyen mért lengéscsillapító esetében van előírás?
| EUSAMA ajánlás szerint két azonos tengelyen lévő kerék mért értékeinek különbsége nem lehet nagyobb 20...25%-nál.
| Nincs.
| A mért eredményeknek egyformának kell lenniük.