Амортизаторы наряду с другими системами и агрегатами оказывают существенное влияние на безопасность движения.
Внешними проявлениями, которые свидетельствуют о неисправности амортизатора являются: продолжительное раскачивание кузова при движении по неровному дорожному покрытию; увеличивающееся колебание кузова при движении по неровному дорожному покрытию; неравномерное и неустойчивое движение колес (подпрыгивание) при движении в определенном диапазоне скоростей, в том числе и на поворотах; отклонение от заданной траектории движения автомобиля при торможении; неустойчивое прохождение поворотов и занос автомобиля; увеличенный износ шин, характеризующийся стиранием рисунка шин; появление щелчков и постороннего шума при движении автомобиля.
Существует несколько методов определения состояния амортизаторов:
— визуальный осмотр;
— раскачивание автомобиля;
— проверка степени нагрева;
— оценка поведения автомобиля в движении;
— стендовая диагностика.
Визуальный осмотр. Прежде всего данный метод предусматривает выявление на поверхности корпуса амортизатора подтеков масла, что свидетельствует о потери герметичности и частичного или полного выхода амортизатора из строя.
Раскачивание автомобиля. Данный метод заключается в раскачивании кузова стоящего автомобиля и оценке состояния амортизаторов по количеству колебательных движений кузова до момента полной остановки. Если амортизаторы рабочие, после прекращения раскачки кузов становится неподвижным уже на первом или втором (в зависимости от интенсивности раскачки) «свободном» качке.
Проверка степени нагрева. Принцип действия гидравлических амортизаторов основан на преобразовании энергии колебаний в тепловую. Из этого следует, что чем теплее амортизатор, тем эффективнее он выполняет свою функцию. Более низкая температура того или иного амортизатора по сравнению с другими — доказательство снижения эффективности его работы. Если на общем фоне сильно нагревается только один амортизатор, значит остальные полностью или частично потеряли способность гасить колебания.
Оценка поведения автомобиля в движении. При неисправных амортизаторах уже на скорости 80…90 км/ч автомобиль начинает приобретать плохую управляемость на дороге, особенно неровной, появляется продольная и поперечная раскачка, снижается курсовая устойчивость. Раскачка имеет слабо затухающий характер и при очередных неровностях ее амплитуда увеличивается. При движении по кривой автомобиль может плохо или с большим опозданием реагировать на поворот рулевого колеса.
Стендовая диагностика. Это самый точный способ определения состояния амортизаторов. Существует два метода данной проверки: на автомобиле, установив его колеса на рабочие площадки вибрационного стенда, а также сняв амортизатор и проверив величину демпфирующего усилия на специальном измерительном стенде. Второй метод дает более точные результаты, однако из-за неудобств и сложностей, вызванных необходимостью снимать амортизаторы, он не нашел широкого применения, тогда как первый метод достаточно распространен.
Для оценки состояния подвески (в первую очередь, амортизаторов) автомобиля в процессе эксплуатации применяются стенды, имитирующие движение автомобиля по неровностям. Их действие основано на моделировании резонанса в подвеске автомобиля, который возникает в результате воздействия внешней силы от неровностей опорной поверхности. При этом частота колебаний подвески оказывается близкой к частоте свободных колебаний неподрессоренной массы. При резонансе резко возрастают амплитуды и ускорения вынужденных колебаний масс, а их уровень зависит от качества (технического состояния) амортизаторов.
Одним из объективных методов стендовой диагностики является шок-тест (shock-test). Он проводится на стенде, состоящем из небольшого пневматического подъемника и устройства с подпружиненными рычагами, отслеживающего вертикальные перемещения кузова. Колеса испытуемой оси приподнимаются на высоту 10 см, а затем резко опускаются, вызывая колебания кузова. По результатам измерения колебаний компьютер стенда вычисляет коэффициент затухания колебаний для каждого амортизатора испытуемой оси и сравнивает с предельно допустимой разницей. Однако этот метод не дает информацию о реальном состоянии амортизаторов, поэтому он не получил широкого распространения.
Наиболее распространены два основных метода стендовой диагностики амортизаторов — метод EUSAMA (Европейская комиссия по стандартизации вибрационных методов испытаний в машиностроении), при котором анализируются вибрационные колебания измерительной пластины с заданной частотой и резонансный метод измерения амплитуды колебаний BOGE/MAHA.
Стенд, применяемый для проверки по указанным методам, представляет собой две площадки, на которые устанавливается автомобиль последовательно передними и задними колесами (рис. 20.20). Каждая из площадок снабжена встроенными датчиками для измерения как статической, так и динамической нагрузки на колеса автомобиля. Колебания площадок производятся с помощью эксцентрика 5, приводимого в движение электродвигателем 3.
При подключении стенда платформы начинают совершать вертикальные колебания с различными: амплитудой (6,0, 7,5 или 9,0 мм) и частотой возбуждения, изменяющейся от максимальной (16 или 23 Гц), превосходящей резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы, до нулевой (при отключении стенда). За счет пружин малой жесткости в приводе стенда обеспечивается постоянный контакт колес автомобиля с платформами.
При достижении максимальной частоты источник питания электродвигателей отключается, и система начинает совершать свободные затухающие колебания. В случае приближения частоты собственных колебаний неподрессоренной массы к области высокочастотного резонанса происходит увеличение амплитуды колебаний; чем оно значительнее, тем хуже работает амортизатор.
Метод стендовой диагностики EUSAMA заключается в использовании вибрационных колебаний измерительной пластины с заданной частотой (рис. 20.21).
При этом методе база колебаний в нижней части жесткая и подпружинена только в верхней части. Технология проверки амортизаторов и подвески при использовании метода сцепления колес с дорогой заключается в следующем. Сначала проверяемое колесо автомобиля устанавливается точно посередине измерительной площадки амортизаторного стенда. В состоянии покоя измеряется статический вес колеса. Затем включается привод перемещения одной из площадок в вертикальном направлении (сначала левой, потом правой). С помощью электродвигателя осуществляется периодическое возбуждение колебаний с частотой 24…25 Гц; при этом измерительная площадка перемещается как жесткое звено. Полученный в результате динамический вес колеса (вес на плите при частоте колебаний 25 Гц) сравнивается со статическим весом (вес на плите при частоте колебаний 0…1 Гц) путем деления первого на второй. При этом определяется коэффициент падения веса.
Пример. Пусть статический вес колеса при частоте 0 Гц равен 500 кг, а динамический вес при частоте 25 Гц равен 250 кг. Тогда коэффициент падения веса колеса (в процентах), измеренный по методу сцепления колес с дорогой, составит (250/500) ·100 = 50 %.
При значениях коэффициента падения веса (70…85) % — подвеска в хорошем состоянии. Значения коэффициента (40…70) % оценивают подвеску как работоспособную. При значениях коэффициента менее 40% амортизаторы подлежат замене. При значениях коэффициента менее 20% в амортизаторах, как правило, полностью отсутствует масло.
Результаты оценки состояния амортизаторов не должны различаться более чем на 25 % по бортам транспортного средства. Большое значение разности коэффициентов падения веса по колесам оси говорит о низкой устойчивости АТС на дороге.
Обработка результатов базируется на эмпирических значениях, которые были получены с помощью серийных исследований автомобилей различных производителей. При этом предполагается, что у среднестатистического автомобиля жесткость амортизаторов, как правило, увеличивается с увеличением нагрузки на ось.
Рассмотренный метод имеет следующие недостатки: результаты измерений зависят от давления воздуха в шине диагностируемого автомобиля; при диагностировании обязательно расположение колеса точно посередине площадки амортизаторного стенда; приложение постоянных внешних сил, боковых сил оказывает влияние на боковое перемещение автомобиля, что сказывается на результатах тестирования.
В результате тестируется вся подвеска целиком, а стенд показывает алгоритмически вычисленный коэффициент сцепления с дорогой, колес автомобиля. Данный метод в своих стендах используют такие фирмы, как BOSCH, HOFMANN, Muller Bern, SUN.
Более корректным методом стендовой диагностики является резонансный метод измерения амплитуды колебаний BOGE/MAHA (рис. 20.22).
Площадка стенда подвешена на гибком торсионе, база колебаний подпружинена как в верхней, так и в нижней части, что позволяет измерять не только вес, но и амплитуду колебаний на рабочих частотах.
Технология проверки амортизаторов и подвески по методу измерения амплитуды заключается в следующем. Колесо автомобиля, установленное на площадку стенда, колеблется с частотой 16 Гц и амплитудой 7,5…9,0 мм. После включения электродвигателя стенда колесо автомобиля колеблется относительно покоящихся масс автомобиля, частота колебаний увеличивается до достижения резонансной частоты (обычно 6…8 Гц).
После прохождения точки резонанса принудительное возбуждение колебаний прекращается выключением электродвигателей стенда. Частота колебаний увеличивается и пересекает точку резонанса, в которой достигается максимальный ход подвески. При этом осуществляется измерение частотной амплитуды амортизатора.
Рабочие характеристики амортизатора определяются в «дроссельном» и «клапанном» режимах. В дроссельном режиме, когда максимальная скорость поршня не более 0,3 м/с, клапаны отбоя и сжатия в амортизаторе не открываются. В клапанном режиме, когда в амортизаторе максимальная скорость поршня более 0,3 м/с, клапаны отбоя и сжатия открываются, причем тем больше, чем больше скорость поршня. Диаграммы при испытании амортизатора на стенде записываются в дроссельном режиме при частоте 30 циклов в минуту, ходе поршня 30 мм, максимальной скорости 0,2 м/с. В случае, когда амортизатор испытывается в амортизаторной стойке, ход поршня составляет 100 мм. Диаграммы записываются в клапанном режиме при частоте 100 циклов в минуту, таком же ходе поршня, что и в дроссельном режиме, и при максимальной скорости поршня 0,5 м/с.
Состояние амортизаторов по амплитудному показателю определяется следующим образом: хорошее — 11…85 мм (для задней оси массой до 400 кг — 11…75 мм), плохое — менее 11, изношенное — более 85 мм (для задней оси массой до 400 кг — более 75 мм). Разность хода колес не должна превышать 15 мм.
Такой метод диагностики амортизаторов рекомендован к применения ведущими автопроизводителями (например, «Даймлер-Крайслер», БМВ и др.)
На стендах для проверки амортизаторов, например, фирмы МАХА, можно производить поиск шумов подвески. В этом режиме оператор может сам задавать частоту вращения ротора (от 0 до 50 Гц).