ISPITIVANJE OPRUGA I AMORTIZERA
Nermina Hodžić
Rezime: U ovom seminarskom radu bit će objašnjene uloga, rad i
ispitivanje amortizera i opruga u motornim vozilima. Zadaća opruga
u ovjesu vozila je ublažavanje udaraca koji se prenose sa točkova
na nadgradnju, dok je zadatak amortizera prigušivanje vibracija
opruga, tj. ne dopustiti točkovima odvajanje od podloge. U radu je
objašnjen način ispitivanja opruga i amortizera, kao i mašine na
kojima se vrši testiranje. Pored ispitivanja na mašinama bitno je
pomenuti da je analiza opruga i amortizera moguća i pomoću
softvera.
Ključne riječi: opruga, amortizer, oscilacije, karakteristika
opruge, frekvencija, nosivost
1. Uvod
Motorna vozila se kreću po veoma različitim podlogama, od gotovo
idelno ravnih betonskih ili asfaltnih puteva do bezpuća po kojima
se ponekad kreću terenska vozila. Kretanje vozila u bilo kojim
uslovima bez elastične veze bilo bi nezamislivo već pri malim
brzinama, a da se i ne govori o brzinama savremenih motornih
vozila. [1]
Uloga elastične veze je složena i mogla bi se svesti na
slijedeće:
· da ublaži štetno djelovanje udara nastalih usljed neravnina
podloge, te da te udare prevodi u blaga klaćenja bezopasna po
čovjeka i stabilnost vožnje;
· da omogući brzo prigušenje klaćenja vozila;
· udari i njegovo prigušenje ne smiju imati štetan uticaj na
upravljački mehanizam i sigurnost vožnje.
Vozilo se na elastičnoj vezi klati i to prvenstveno pod uticajem
udara sa podloge (neravnina podloge), a zatim pri naglom kočenju,
ubrzavanju u krivini itd. Klaćenje vozila, a naročito udari utiču
da vožnja bude neudobna, da se teret trese i premješta uz mogućnost
oštećenja, a remeti se i stabilnost vozila. Posebno negativan
uticaj klaćenja vozila ima na čovjeka, jer ga zamara, utiče na
nervni sistem, a određeni udari sa podloge mogu dovesti i do
oštećenja pojedinih odrgana. [1]
2. Zadaća opruga
Zadatak opruga u ovjesu vozila je ublažavanje udaraca koji se
prenose sa točkova na nadgradnju. Energija udaraca pretvara se u
energiju njihanja i toplotu. Osim rotacije, točkovi vozila zbog
neravnina podloge dobijaju i translatorno kretanje u ravni okomitoj
na podlogu. Što je vožnja brža, to se ta kretanja odvijaju u kraćem
vremenu, pa nastaju ubrzanja znatno veća od g. Zbog toga nastaju
velike udarne sile koje su veće sto je veća masa (F = m ∙ a ).
[1]
Opružno djelovanje i prigušivanje vibracija mjerodavno je
za:
· udobnost vožnje – oscilacije karoserije ublažavaju za putnike
neugodne i za zdravlje opasne udarce, te štite osjetljiv teret i
dijelove samog vozila
· sigurnost u vožnji – pri velikim neravninama podloge može se
izgubiti kontakt s podlogom; točkovi u zraku ne mogu prenijeti sile
na podlogu (poprečne i pogonske sile, sile kočenja)
· ponašanje u zavoju – s povećanjem brzine vozila u zavoju ,
zbog slabijeg prijanjanja unutarnjeg točka na podlogu, smanjuju se
poprečne sile vođenja.
Opruge u sistemu ovjesa ugrađuju se između vodilica i
karoserije. Pneumatici takođe spadaju u sistem opruga i djeluju
povoljno na stabilnost vozila. Sjedišta daju dodatnu udobnost,
odnosno opružno djelovanje, ali samo putnicima vozila, (sl.1.).
[1]
Slika 1. Opružno djelovanje osobnog vozila [1]
3. Djelovanje opruga (oscilacije)
Do oscilacija može doći u tijelima i sistemima koji imaju
elastična i inercijska svojstva. Svaki elastični sistem će
vibrirati ako se pomakne iz ravnotežnog položaja. Kada na sistem ne
djeluju spoljašnje sile, takve vibracije nazivamo vlastitim
vibracijama sistema ( nazivaju se još i slobodne ili prirodne).
Masa vozila i opruge daju sistemu određenu vlastitu frekvenciju
oscilacija (iskazana je kao oscilacijski broj karoserije, OBK).
Mali uticaj na frekvenciju oscilacija ima i prigušenje. Otkloni
vlastitih vibracija zbog prigušenja su sve manji, pa takve
vibracije nazivamo i prigušenim vibracijama, (sl.2.). [1]
Slika 2. Slobodne ,
vibracije s prigušenjem [1]
Kada točak pređe preko neravnine počne oscilirati. Kretanjem
prema gore pritišće oprugu: stvorena sila u pruzi ubrzava
karoseriju u istom smijeru, istovremeno usporavajući točak. U
trenutku izjednačavanja sila opruge i inercije, točak zastane
(dostigao je mrtvu tačku) i potom se počinje vraćati. Sila u opruzi
(akumulirana energija kretanja točka) gura točak i ubrzava ga prema
podlozi. Opruga se rasteže i usporava točak kao i karoseriju koja
se kreće prema gore. Taj se proces ponavlja sve dok se sva energija
kretanja ne pretvori u toplotu trenjem u oprugama, amortizeru i
otporu zraka, (sl.2.). [1]
4. Karakteristika opruge
Karakteristika opruge je kriva koja prikazuje međusobnu ovisnost
njenog opterećenja i deformacije. Opterećenje opruge mjeri se silom
F, a deformacija progibom x (ili momentom M i uglom uvijanja φ), pa
je karakteristika opruge ili krutost opruge c:
Tabela 1. Karakteristika opruge [1]
Opruge
Karakteristika opruge c
Linearne
Krutost opruge je konstantna, (sl. 5.)
Nelinearne
Progresivne
Krutost opruge raste s opterećenjem, (sl. 6.)
Degresivne
Krutost opruge opada s opterećenjem
Slika 3. a) Linearna karakteristika opruge b) Progresivna
karakteristika opruge [1]
5. Vrste opruga 5.1 Lisnate opruge
Najduže primjenjivan tip opruga, danas se ugrađuju prije svega
na vozila sa zavisnim ovjesom. Rijetko se koriste u osobnim
vozilima. Nasuprot tome, u teretnim vozilima to je načešće
ugrađivana vrsta opruga. Ove opruge se sastoje od nekoliko čeličnih
listova stisnutih zajedno.okruglim se završecima lisnata opruga
pričvršćuje na karoseriju automobila, dok je na njenom središnjem
dijelu postavljen kotač. [2]
Slika 4. Lisnata opruga [8]
5.2 Torzijske zavojne opruge
U osobnim vozilima koriste se isključivo kao glavne pritisne
opruge (kao dopunski elastični elementi). U odnosu na lisnate
opruge, torzijske zavojne opruge imaju manje gabarite, duži vijek
trajanja, jednostavniju konstrukciju i ne moraju se održavati.
[2]
Nedostatak im je slabo vlastito prigušenje oscilacija, ne
prenose sile točkova, a zbog male krutosti ne mogu se ugrađivati u
teretna vozila. Da bi se mogao nositi veći teret uz zadovoljavajuću
udobnost praznog vozila, zavojnim oprugama daje se progresivna
karakteristika. To se postiže: različitim usponom namotaja,
različitim unutrašnjim prečnikom opruge (bačvaste, konusne,
strukirane), različitim prečnikom žice, (sl. 5.). [1]
Slika 5. Vrste zavojnih opruga [1]
5.3 Torzijske ravne opruge
Torzijske ravne opruge, (sl. 6.), su čelične šipke koje se
uvijaju polugom na koju je pričvršćen točak. Mogu biti različitih
presjeka: najčešće okrugli, kvadratni i paketi plosnatih.
Postavljaju se u vodoravnoj ravnini, uzdužno ili poprečno na os
vozila. Ovakve opruge ne podnose savijanje pa se često ugrađuju u
cijev koja ih podupire i ujedno štiti. Krajevi opruga (glave za
upinjanje) su ožljebljeni, što omogućava regulisanje visine vozila,
te ravnomjernu napregnutost opruga svih točkova. [1]
Slika 6. Torzijska ravna opruga [1]
Stabilizator
Stabilizator je posebna izvedba torzijske ravne opruge i zadatak
mu je povećati stabilnost vozila na cesti. Najčešće se ugrađuje kao
okrugla šipka, (sl. 7.), isključivo U-oblika.
Središnji dio stabilizatora okretan je u ležajevima na
karoseriji, obe poluge pričvršćene su preko gumenih elemenata na
vodilice točkova (npr. oprečne). [2]
Slika 7. Stabilizator [1]
5.4 Gumene opruge
Gumene opruge zbog vrlo velike elastičnosi i jakog vlastitog
prigušenja koriste se za prigušivanje vibracija visokih frekvencija
i buke. Svi elementi ovjesa pričvršćeni su gumenim oprugama na
karoseriju. Takve gumene opruge preuzimaju na sebe ublažavanje
bočnih udarnih sila.
Gumene opruge, različitih izvedbi (sl. 8.), nikada se ne koriste
kao glavne opruge (osim za manje prikolice osobnih vozila).
Umjesto jednostavnih gumenih elemenata za ovješenje motora danas
se sve češće koriste hidraulični prigušeni elastomeni ležajevi
(hidroležajevi) koji još bolje prigušuju vibracije različitih
frekvencija. [1]
Slika 8. Gumena opruga, hidroležaj [1]
5.5 Plinske opruge
Kod plinskih opruga iskorištava se elastičnosti potisnog plina
(zraka ili dušika). Ideja potiče još iz 1847. godine, a prva
ispitivanja izvedena su 1910.
Zračne opruge
Najviše se koriste, ali tada je potrebno imati uređaj za
potiskivanje zraka (kompresor). Prema tome se pneumatske opruge
koriste u vozilima koja već imaju kompresor zbog kočnica, otvaranja
vrata i sl. (autobusi i teška teretna vozila). [2]
Kako bi se smanjili gubici potisnutog zraka brtvljenje je
izvedeno gumenim mijehom: cilindričnim ili naboranim (sl. 9.).
Slika 9. a) Cilindrični i valoviti mijeh b) Složena osovina sa
cilindričnim mijehom [1]
Hidropneumatska opruga
Hidropneumatska opruga, (sl. 10.), kombinacija je plinske opruge
i radnog hidrauličkog cilindra, pa istovremeno djeluje kao opruga i
amortizer. Visokopritisna uljna pumpa (oko 180 bara) pritiskanjem
ili isisavanjem ulja više ili manje pritišće plin u kugli (obično
dušik konstantne količine). Ulje i plin, koji se nalaze pod
jednakim pritiskom, odvojeni su membranom. Kugla može biti pored
cilindra ili potpuno odvojena od njega, ovisno o raspoloživom
prostoru. Ventili između radnog cilindra i kugle prigušuju protok
ulja i djeluju kao prigušivači oscilacija. [1]
Slika 10. Hidropneumatski
opružni element [1]
6. Testiranje krutosti opruge
Mehanička opruga korištena za bilo koju mašinu ima svoju osobnu
krutost. Za testiranje krutosti opruge mogu se koristiti razne
metode kao što su hidraulični pogoni ili djelovanjem vanjskih
opterećenja na oprugu.
Jedna od metoda testiranja krutosti opruge je pomoću sopstvene
frekvencije. Krutost opruge je moguće izračunati uzimajući u obzir
samo jedan parametar npr. otklon usljed vibracije.
Mjerenje krutoće opruge zahtjeva puno vremena kao i visoku
početnu investiciju. Kao što je vrijeme bitan faktor u industrijama
tako je i tačnost rezultata koji se dobijaju. Ostvariti istu
preciznost i tačnost je teško i oduzima mnogo vremena. [3]
Spirlne opruge su najčešće korištene opruge u automobilskim
industrijama. Kada se koriste kod primjena koje zahtjevaju
kretanje, dizajner mora biti siguran da dimenzije opruge neće
proizvesti rezonanciju djelovanjem sile, rezultirajući prigušenju
napona, jer je unutanje prigušenje opruge slabo. Na osnovu toga
opruga nebi trebala vibrirati svojom uobičajnom frekvencijom.
Rezonantna frekvencija trebala bi biti veća 15-20 puta od
frekvencije koja je prouzrokovana silom kretnja opruge da bi
izbjegli rezonanciju kod harmonijske frekvencije. Prema tome bi se
trebala koristiti niža frekvencija od prirodne frekvencije zbog
sigurnosti i mašine i opruge. Ovaj koncept se koristi za proračun
krutosti opruge. [3]
6.1 Matematski izrazi
Prije samog izvođenja testiranja opruge na mašinama potrebno je
poznavati određene matematske izraze na osnovu kojih se vrše
testiranja.
Jednačina za translatorno vibriranje opruge [5]:
gdje je:
g – gravitaciono ubrzanje, m/s
k – krutost opruge, N/mm
l – duzina opruge, mm
W – težina opruge, N
x – kretanje bilo kojeg dijela opruge na udaljenosti x, mm
Prirodna frekvencija opruge između dvije paralelne ploče data je
izrazom[5]:
Osnovna frekvencija:
Težina aktivnog dijela opruge[5]:
Gdje je:
d- promjer žice, mm
De- vanjski promjer navoja, mm
N – broj aktivnih navoja
γ– specifična težina opruge, N/mm3
Di – unutrašnji promjer navoja, mm
Slika 11. Dimenzije opruge [7]
6.2 Mašine za testiranje opruga
Za testiranje opruga koriste se univerzalne testene mašine (UTM
– Universal testing machine) i mašine za ispitivanje opruga (STM –
Spring testing machine). Od STM mašina najpoznatiji su SF
modeli.
Mašina za testiranje opruge sastoji se od dvije ploče, dva bočna
stuba, baze, mehanizma koji proizvodi vibracije i senzora pomaka.
Sklop se sastoji od gornje i donje ploče. Prilikom testiranja
opruga se postavlja između ove dvije ploče. Gornja ploča se može
prilagoditi visini opruge dok je donja ploča povezana sa mehanizmom
vibriranja.
Kada se pomoću gornje ploče primjeni sila na oprugu, donja ploča
se uzima kao nulta vrijednost. Pokretanjem mašine vibriranjem se
postiže frekvencija koja je manja od prirodne frekvencije opruge.
Senzori pomaka ili vibrometri (amplituda mjernih instrumenata)
bilježi očitavanja i prikazuje ih na ekranu. Dovoljna su 4-5
očitavanja za dobijanje rezultata krutosti.
Slika 12. Mašina za ispitivanje
opruga (model SF1240) [6]
Svi SF modeli mašina za ispitivanje opruga uključuju mehaničke i
elektronske sisteme za zaštitu od preopterećenja. Ova zaštitna
svojstva štite i sam sistem dijelova mašine koji su izloženi
opterećenju i smanjuju mogućnost nastanka štete prilikom testiranja
opruga. Takođe ovaj sistem osigurava tačnost rezultata i minimizira
nastanak grešaka koje su uzrokovane bočnim silama ili
momentima.
Slika 13. Mehanička zaštita od preopterećenja [6]
Tabela 2. Uporedba rezultata opterećenja između UTM i STM mašina
[5]
Izduženje (mm)
Masa (kg)
Sila (N) STM
Sila (N) UTM
0
0
0
0
1
18,1
177,561
165
2
46
454,203
435
3
75,8
743,598
630
4
104,3
1023,183
900
5
132,9
1303,749
1177,5
6
162,1
1590,201
1462,5
7
190,8
1871,748
1755
8
221,4
2171,934
2047,5
9
252,6
2478
2340
10
283,7
2783,097
2647,5
15
458,1
4493,961
4207,5
20
650,6
6382,386
5820
6.3 Mjerenje dužine i opterećenja
Kod testiranja opruge besmisleno je testiranje opterećenja bez
testiranja dužine. Netačna mjerenja dužine mogu drastično uticati
na rezultate, naročito kod krutih opruga.
SF modeli mašina su dizajnirani da bi bili krući od većine
standardnih univerzalnih mašina za testiranje i uključuju ugrađeni
kompenzacioni sistem.
Prilikom testiranja opruga pruža određeni otpor pa dolazi do
opterećenja naponske ćelije i okvira pri čemu se stvaraju odtupanja
u mjerenju dužine. Na slici 14. je prikazan Instron program za
korekciju grešaka prilikom testiranja. [6]
Slika 14. Instron – program za korekciju grešaka [6]
6.4 CFD analiza opruge
Model i analiza rađeni su u programu SolidWorks.
Model opruge uzet je iz kataloga opruga dimenzija prema tabeli
4.
Tabela 3. Dimenzije opruge [7]
Na slici 15. prikazano je djelovanje opterećenja od 500 N na
oprugu i raspored pritisaka u opruzi.
Slika 15. Raspodjela pritisaka u opruzi djelovanjem
opterećenja
7. Zadaća amortizera
Zadatak amortizera je prigušivanje vibracija opruga, tj. ne
dopustiti točkovima odvajanje od podloge. Prema tome amortizeri
povećavaju sigurnost i udobnost. Ugrađuju se između karoserije i
vodilica točkova.
Hod razvlačenja – točak se kreće prema podlozi i razvlači
teleskopski amortizer. Prigušenje je veliko.
Hod pritiska – točak se kreće od podloge prema karoseriji.
Amortizer se skrauje, a prigušenje je manje.
Promjenom prigušenja amortizeri se prilagođavaju svojstvima
vozila. Prigušenje se mijenja promjenom veličine otvora
ventila.
U amortizerima se energija oscilacija pretvara u toplotu.
8. Vrste amortizera8.1 Dvocijevni uljni amortizer
U osnovi se hidraulički amortizer sastoji iz jednog cilindra u
kojem se nalazi klip sa klipnjačom. Kod dvocijevnog amortizera
(sl.16.), klipnjača sa zaštitom kapom učvršćena je na karoseriju, a
cilindar na vodilicu točka. [1]
Clindar čine unutarnja i vanjska cijev. U unutarnjoj cijevi
nalazi se klip koji se kreće u radnom prostoru potpuno ispunjenom
uljem. Prostor između vanjske i unutrašnje cijevi stvara prostor za
izjednačenje (egalizacijski volumen) i samo je djelimično ispunjen
uljem. Zadatak mu je prihvatiti ulje koje istiskuje klipnjača
ulaskom u radni prostor. Osim toga, zagrijavanjem se ulju povećava
zapremina, pa prostor za izjednačenje preuzima i taj višak.
Razvlačenjem amortizera ulje iz prostora za izjednačenje usisava se
u radni prostor. [1]
Slika 16. Dvocjevni uljni amortizer [1]
8.2 Jednocijevni plinski amortizer
Jednocijevni plinski amortizer, ( sl.17. ), ponaša se u radu
poput dvocijevnog, ali nema poseban prostor za izjednačenje, već tu
ulogu preuzima plinski jastuk. Prema tome ovaj amortizer nema
vanjsku cijev. [1]
Inertni plin na 20 – 30 bara, obično dušik, odvojen je od uljnog
prostora međuklipom (tzv. plivajućim klipom, klipom bez klipnjače).
Uronjavanjem klipnjače u cilindar, kao i zagrijavanjem ulja,
pritisak raste.
Jednocijevne plinske amortizere moguće je ugraditi u bilo kojem
položaju. Kod posebnih izvedbi s udarnim pločama, klipnjača mora
ležati dole. [1]
Slika 17. Jednocijevni i dvocjevni
plinski amortizer [1]
8.3 Dvocijevni plinski amortizer
Svojom konstrukcijom dvocijevni plinski amortizer sličan je
dvocijevnom uljnom, s razlikom što je u prostoru za izjednačenje
inertni plin pod pritiskom od 3 do 8 bara. Plin spriječava
pjenjenje ulja i stvaranje parnih mjehurića, čime se poboljšava
prigušenje oscilacija na gotovo cijelom frekvencijskom području.
Amortizeri na vozilima sa mogućnošću prevoženja velikih tereta
moraju imati jako prigušenje, čime znatno smanjuju udobnost kod
praznog vozila. Dodavanjem jednog ili više žlijebova (sl.18.), u
zidove cilindra postiže se željena promjena prigušenja dvocijevnih
plinskih amortizera. [1] Slika 18. Dvocijevni plinski amortizer
s promjenjivim prigušenjem [1]
9. Provjera amortizera
Amortizeri se mogu provjeriti demontažom s vozila ili bez
nje.
9.1 Provjera demontiranih amortizera
Radi snimanja karakteristike prigušenja, amortizer se učvrsti u
mjerni uređaj. Klipni mehanizam uređaja dovodi amortizer u gibanje,
a nastale prigušne sile mjere se i iscrtavaju na dijagramu: za
konstantni hod pritiskanja i razvlačenja to su zatvorene krivulje,
(sl.19.). povećanjem hoda klipnog mehanizma povećava se i hod
amortizera, a time i prigušne sile (veći hod uz konstantan broj
okretaja znači veću brzinu gibanja klipa amortizera). [1] Slika 19.
Ispitni dijagram plinskog amortizera [1]
9.2 Provjera bez demontaže amortizera
Na mjernom uređaju (Shocktester) istovremeno se ispituju svi
amortizeri jedne osovine: lijevi i desni točak leže na vibrirajućoj
ploči uređaja koju pogoni elektromotor preko ekscentra i pritisne
opruge. [1]
U provjeri se prolazi cjelokupno područje oscilacija, a na
pločastom dijagramu grafički se prate pomaci. U rezonantnom
području oscilacije poprimaju maksimalne amplitude: usporedbom
izmjerenih s maksimalno dopuštenim veličinama amplituda utvrđuje se
ispravnost amortizera.
Slika 20. Dijagram oscilacija dva amortizera [1]
10. Testiranje amortizera
Testiranje amortizera se može podijeliti u tri kategorije:
1. rig testiranje dijelova ili cijelog amortizera
2. testiranje na cesti
3. godišnja sigurnosna certifikacija vozila.
Rig testiranje uključuje:
1. testiranje performansi ( karakteristika )
2. provjera izdržljivosti
3. testiranje teoretskog modela.
Ispitivanje karakteristika potrebno je zbog provjere prototipa
ili uzorka prigušivača, tj. potrebno je utvrditi da li su ispunjene
specifikacije unutar tolerancija. Takođe ovo ispitivanje je
potrebno da bi se provjerilo da li se ventil ponaša očekivano ili
ne, i da li su amotrizeri usklađeni u paru.
Teorijsko testiranje potrebno je zbog provjere metoda analiza i
pruža određenu sigurnost kod dizajniranja. Ovo testiranje se odnosi
na provjeru pojedinih dijelova,npr. kompletnog ventila uključenog
na kolo stalnog protoka, zatim izdržljivost klipa, efektata trenja
klipa itd.
Testiranje izdržljivosti ponekad se karakteristiše kao rig
testiranje i može biti korisno za početno ispitivanje novih
materijala ili metoda same proizvodnje, ali primarni test
izdržljivosti je zapravo testiranje na cesti.
Testiranje na cesti se može podijeliti u četiri kategorije:
1. testiranje izdržljivosti na dužim javnim cestama
2. testiranje na kratkim udaljenostima na posebnim test putevima
sa mnogo prepreka
3. vožnja i rukovanje na javnim putevima
4. vožnja i rukovanje na posebnim test putevima.
10.1 Tranzientno testiranje
Laboratorijska ispitivanja prigušivača imaju veoma dugu
povijest. Neki od najranijih testova su bili testovi na slobodne
vibracije. Prednost ovakvih testova je lahka izvedba, relativno su
jeftini i ne zahtijevaju posebnu opremu, dok su nedostaci: osnovni
rezultati su manje jasni nego kod ponavljajućeg sinusoidalnog
testiranja, brzina je ograničena jer je i maksimalni početni otklon
ograničen.
Maksimalna brzina se dobije na slijedeći način:
pa slijedi:
Npr. za početni otklon od 100 mm od ravnotežnog položaja,
maksimalna brzina će biti 0,6 m/s.
Na slikama (21. , 22. i 23.) prikazani su tranzientni grafici
kretanja u zavisnosti od X(t), V(t), FD(t), FD(V), za različite
amotrizere i sile trenja.
Slika 21. Priodne vibracije masa + opruga + prigušivač za X=X0 i
V=0. a) Coulombovo trenje b) statičko + dinamičko
Slika 22. Priodne vibracije masa + opruga + prigušivač za X=X0 i
V=0. a) linerano simetrično trenje b) kvadratno simetrično
trenje
Slika 23. Priodne vibracije masa + opruga + prigušivač za X=X0 i
V=0. a) asimetrično Coulombovo trenje b) linearno asimetrično
Hidraulički testeri
Ovi testeri se koriste u slučajevima kada je potrebna velika
ulazna snaga i fleksibilna kontrola. Hidraulički klip obično ima
dvostrano djelovanje, radi pod pritiskom od 1 MPa snagom od 10 kN.
Ovaj sistem je veoma skup jer zahtjeva vrlo kvalitetne ventile,
precizan dovod ulja i veliku pumpu.
10.2 Sinusoidalni teorijski test
Uzevši u obzir jednostavni linearni amortizer sa koeficijentom
prigušenja CD [ Ns/m ], hoda s, amplitude X=S/2 i frekvencije f [
Hz ] , gdje vrijedi:
rezltujuća sila prigušenja će biti:
Rasipna energija je:
Energija za jedan ciklus:
Osnovna snaga:
Tipičan amortizer putničkog automobila može imati srednji
efektivni koeficijent prigušenja oko 2 kNs/m i bit će testiran sa
apsolutnom brzinom od 2 m/s; npr. ako je hod klipa 64 mm tj.
amplituda je 32 mm tada je frekvencija 2 Hz. Ovakav ekstremni
slučaj daje maksimalnu silu od 4 kN, energiju rasipanja od 404 J po
ciklusu i srednju snagu od 4 kW.
Na slici (24) je prikazan dijagram odnosa maksimalne brzine i
snage amortizera. Npr. za brzinu od 0,3 m/s snaga će biti 100
W.
Slika 24. Dijagram odnosa maksimalne
brzine i snage amortizera
Standard ISO 2416
Ovaj standard utvrđuje minimalnu nosivost putničkih vozila.
Prema ovom standardu uzimaju se u obzir slijedeći podaci: [7]
· n0 – broj putnika
· mp = 68 kg – prosječna masa jednog putnika
· mb = 7 kg – masa prtljaga po osobi
Nominalna nosivost će biti:
Tabela 4. Minimalna nosivost putničkog vozila [1]
Broj putnika
Masa putnika [ kg ]
Masa prtljaga [ kg ]
Ukupni teret [ kg ]
2
136
14
150
3
204
21
225
4
272
28
300
5
340
35
375
10.2 Testiranje amortizera na mašinama
Na slici 25. je prikazana eksperimentalna izvedba ispitivanja
amortizera. Amortizer se fiksira na kraju cijevi koristeći
pričvršćivač oblika U, koji se nalazi na ploči testnog postolja.
Drugi kraj amortizera spaja se na elektrodinamički „shaker“ koji
služi za stimulisanje amortizera. [4]
Prilikom testiranja stimulisanje amortizera se vršilo
frekvencijom 500 Hz i pomakom 0,05 mm (sl. 25.). [4]
Slika 25. Testiranje amortizera [4]
Tabela 5. Rezultati krutosti i prigušenja testiranja amortizera
[4]
Amortizer
Vrsta podloge
Pomak, mm
Sila, N
Krutost, N/mm
Prigušenje, Ns/mm
prednji
gruba
0,025
1,30
32,73
0,170
prednji
glatka
0,013
0,91
35,19
0,231
zadnji
gruba
0,031
1,64
24,16
0,200
zadnji
glatka
0,019
1,15
25,42
0,231
U tabeli 5. su prikazani rezultati testiranja krutosti i
prigušenja prednjih i zadnjih amortizera u zavisnosti od podloge po
kojoj se kreće automobil.
Testovi koji se izvode na mašinama:
· testiranje na udare
· određivanje sile prigušenja kao funkcije brzine
· testiranje ventila
· određivanje trenja i gasne sile na malim brzinama
· testiranje na velikim brzinama
· testiranje amortizera na bočne sile i momente itd. [6]
Slika 26. Mašina za testiranje amortizera [6]
Softver DampPro
DampPro softver je razvijen na osnovu standarda i testnih
specifikacija automobilske industrije sa osvurtom na maksimalno
pojednostavljenu upotrebu. DampPro kontrolira cijelu testnu
proceduru uključujući pribavljanje podataka, analizu i finalnu
prezentaciju u testnom izvještaju. [6]
Slika 27. DampPro softver [6]
Sa DampPro, novi kompleksni testovi se mogu jednostavnije
odraditi i sačuvati za naknadnu upotrebu. Takva testna procedura bi
mogla izgledati, npr, kao što slijedi:
· test trenja sa određivanjem sile gasa
· određivanje sile prigušenja pri različitim brzinama
· test izdržljivosti
Tokom testne procedure, DampPro kontroliše temperaturu,
uključuje zračno hlađenje i sprovodi cikluse hlađenja ako je to
potrebno. [6]
Zaključak
Zbog veoma široke primjene i povećanog broja motornih vozila ,
sve više se obraća pozornost na njihovu konstrukciju i udobnost.
Kod većine automobila, veći dio težine putnika i prtljage vrši
pritisak na stražnju osovinu, pa je zbog toga pravilno usklađivanje
opruga i amortizera osjetljiv konstrukcijski problem.
Kao što je već navedeno, amortizeri i opruge prije svega služe
za kontrolu brzine gibanja ovjesa. Kada opteretimo amortizer nekom
stalnom silom, većom od „snage“ njegovog ventila, on se počinje
stiskati. Nastavi li tako, karoserija bi se ubrzo našla na podu, pa
se iz tog razloga ugrađuju opruge čija je osnovna namjena nošenje
težine ogibljenih masa.
S obzirom na veoma veliku važnost opruga i amortizera u
prevoznim sredstvima oni bi se trebali redovno provjeravati i
odžavati. Ispravnost amortizera ne samo da utiče na udobnost
prilikom vožnje već je i usko povezana sa efikasnošću kočenja i
smanjuje mogućnost proklizavanja automobila. Takođe ispravni
amortizeri smanjuju rizik od „krivudanja“ pri vuči i omogućavaju
bolju kontrolu skretanja automobila pri djelovanju bočnih
vjetrova.
Literatura:
[1] Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik – Tehnika motornih vozila
[2] Dragan Cvitković: Remont i održavanje motora i motornih
vozila, Sarajevo 1998.
[3] International Journal of Research in Engineering and
Technology: Design and Fabrication of a Spring Constant Testing
Machine and Determination of Spring Constant of a Compression
Spring
[4] Mohan D. Raoa, Scott Gruenbergb: Measurement of Equivalent
Stiffness and Damping of Shock Absorbers
[5] Prathamesh D. Belapurkar, Sushant. S. Jadhav: A New
Methodology for Testing Spring Stiffness
[6] www.instron.com
[7] www.hennlich.hr
[8]
http://www.njuskalo.hr/image-w920x690/podvozje-ovjes-dijelovi/lisnata-opruga-federplata-zadnja-ca165cm-7-listova-mercedesbenz508d-slika-67880361.jpg
[9]
http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=7318
18
