Анализ конструктивных и метрологических параметров существующих стендов для диагностики элементов подвески автомобиля

В процессе эксплуатации автомобиля его детали, системы подвергаются естественному износу, возникают повышенные люфты в сопряженных деталях, нарушаются регулировки агрегатов и систем, возникают вибрация дисбаланс и другие явления. Основное условие надежной и долговечной работы автомобиля в целом и отдельных его агрегатов – грамотная эксплуатация автомобиля, своевременное выявление и устранение эксплуатационных неисправностей.

Работоспособность и безопасность эксплуатации транспортного средства во многом определяется надежностью элементов подвески. Поэтому вопрос диагностики их технического состояния является актуальным. Сайлентблоки (или резинометаллические шарниры, рис. 1), в отличие от других элементов подвески, допускающих проведение в основном визуального контроля, требуют более тщательной диагностики. Сайлентблоки отличаются большой чувствительностью к нарушениям и отклонениям от номинальных условий как в производстве, так и в эксплуатации.

Рисунок 1 – Сайлентблоки подвески автомобиля

Люфты в элементах подвески оказывают значительное влияние на эксплуатационные показатели автомобиля. При возникновении люфтов ресурс узла резко снижается вследствие возникновения в нем динамических нагрузок, что может привести к его разрушению, а это, в свою очередь, вызывает увеличение эксплуатационных затрат за счет сокращения срока службы сопрягаемых элементов.

Большие люфты в шарнирах передней подвески автомобиля обусловливают:

• –    ухудшение управляемости автомобиля (за счет возникновения поперечных колебаний колес), что отрицательно влияет на безопасность дорожного движения [1];

• –    неравномерное истирание шин (за счет нарушения углов установки колес износ шин может увеличиться в 2–5 раз);

• –    снижение топливной экономичности автомобиля из-за появления дополнительного сопротивления качению.

Методы проверки технического состояния сайлентблока делятся на две основные группы:

• –    не требующие снятия сайлентблока (в сборе с рычагом) с автомобиля;

• –    требующие разборки подвески и снятия сайлентблока (в сборе с рычагом).

Диагностика подвески осуществляется многими методами:

• –    по шумам и стукам при помощи механических и электронных стетоскопов;

• –    по акустическим сигналам с применением виброакустических устройств и приборов;

• –    метод EUSAMA, анализирующий сцепление с дорогой;

• –    резонансный метод измерения амплитуды колебаний MAHA/BOGE;

• –    Shock-test, отслеживающий вертикальные перемещения кузова; по результатам измерений колебаний вычислительное устройство стенда определяет коэффициент затухания колебаний [2].

Эти методы диагностирования в основном оценивают работу демпфирующих свойств амортизаторов автомобиля и не позволяют с достаточной достоверностью контролировать качество работы резинометаллических шарниров, следовательно, влияние на управляемость, устойчивость и активную безопасность транспортного средства.

В настоящее время применяется визуальный метод диагностики сайлентблоков с использованием люфт-детекторов. Основной недостаток такого диагностирования - это:

• –    субъективная оценка результатов осмотра, зависящая от квалификации оператора;

• –    невысокая оперативность диагностирования;

• –    выполнение только общей диагностики;

• –    высокая стоимость;

• –    высокая трудоемкость диагностирования.

Поиск методов контроля параметров подвески без его разборки – одна из наиболее заметных тенденций последнего времени. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что все большее число современных автомобилей оснащаются либо встроенными системами контроля, либо системой датчиков, к которым подключаются стационарные контрольные устройства.

На кафедре «Автомобили» ВСГУТУ разрабатываются методики и алгоритмы для поиска возникающих в сайлентблоках неисправностей, не имеющих ярко выраженных проявлений (разрывы, отслоения и т.п.), но влияющих на его выходные характеристики (снижение жесткости), позволяющих без разборочных операций произвести диагностику объекта, исключая перечисленные недостатки. Кроме того, данный метод диагностирования позволит определять функциональные связи между параметрами технического состояния и диагностическими параметрами.

Сущность предлагаемого метода заключается в измерении силовых характеристик в сайлентблоках, при различных режимах (в зависимости от изменения скорости угла поворота рычага подвески). Для выявления диагностического параметра необходимо математически описать процессы функционирования автомобильного сайлентблока в условиях эксплуатации.

Для достижения поставленной цели необходимо произвести выбор и обоснование диагностических параметров для оценки технического состояния сайлентблоков и использовать диагностический комплекс, позволяющий изменять угол поворота рычага подвески АТС, измерять силовые характеристики сайлентблока, в зависимости от изменения скорости угла поворота рычага, а также обрабатывать и записывать результаты полученных данных.

Экспериментальные исследования проводились на специальной установке (рис. 2), которая состоит из электропривода ( 1, 2 ), измерительной и регистрирующей аппаратуры ( 11–15 ) и задающего механизма ( 3–7, 10 ). Электропривод передает крутящий момент на задающий механизм, который обеспечивает угловое перемещение конца рычага подвески относительно сайлентблоков по гармоническому закону с заданной частотой и амплитудой. Измерительная аппаратура служит для регистрации и записи значений параметров силовых характеристик сайлентблоков, при различных режимах.

Рисунок 2 – Структурная схема стенда для исследования силовых характеристик сайлентблоков: 1 – частотный преобразователь; 2 – электродвигатель; 3 – вариатор; 4 – редуктор; 5 – кривошип;

6 – шатун; 7 – направляющее устройство; 8 – рычаг подвески; 9 – испытуемый сайлентблок;

10 – датчик силы; 11 – усилитель; 12 – аналого-цифровой преобразователь; 13 – компьютер;

14 – датчик перемещения

Стенд предусматривает проведение испытаний снятых с автомобиля рычагов подвески с одним или двумя резино-металлическими шарнирами. Диапазон частоты колебаний рычага с испытуемыми сайленблоками может быть задан от 0 до 1,16 Гц. Амплитуда колебаний, задаваемая регулируемым кривошипом 5 и длиной рычага подвески 8, обеспечивает закручивание сайлентблока от -30 до 30 град.

Тарировка стенда в статическом режиме показала наличие линейной связи между изме- ряемыми параметрами и сигналами датчиков.

С целью регистрации силовых характеристик за один цикл установка оборудовалась из- мерительной системой и комплектом регистрирующей аппаратуры. Силовые характеристики сайлентблока рычага подвески АТС определялась записью петли гистерезиса (рис. 3), в зави- симости от усилия и угла поворота рычага подвески АТС.

Рисунок 3 – Характер изменения площади петли гистерезиса в зависимости от угла поворота рычага и усилия в сайлентблоке

Экспериментальные исследования были выполнены при отдельном снятом рычаге, и сделаны сравнительные испытания сайлентблоков различных образцов по степени износа резинометаллических шарниров.

Выводы

Таким образом, обработка данных показала, что разработанные измерительные устройства и приборы позволяют с достаточной степенью точности регистрировать исследуемый параметр (усилие в сайлентблоке).

Разрабатываемая методика позволит оценить не только техническое состояние сайлентблоков, но и их влияние на изменение управляемости и устойчивости автотранспортных средств в эксплуатации.