Lengéscsillapító diagnosztika

Elad: Dr. Lakatos Istvn Ph.D., egyetemi docens Szchenyi Istvn Egyetem, Gyr

LENGSCSILLAPT DIAGNOSZTIKA


A lengscsillapt diagnosztika a kzlekedsbiztonsgi diagnosztika egyik legfontosabb eleme. A lengscsillapt feladata:

Knyelmi (lengsknyelem) szempontok: Kis rtk fggleges irny elmozdulsoknl (kis kerksebessgeknl) a karosszrialengsek amplitdjnak optimlis rtken tartsa.


Talper-stabilits biztostsa: Nagyobb rtk fggleges kerkelmozdulsoknl a talpponti terhelsingadozs cskkentse

KZLEKEDSBIZTONSGI SZEMPONT TAPADS

A lengscsillaptnak mindkt clt el kell ltnia!


LENGSKNYELEM Az emberi szervezet lengsrzkenysge Az emberi szervezet lengsrzkenysge frekvenciafgg: 15 - 18 Hz 18 - 1500 Hz

lengst rzkelnk a brfellet rezgst rzkel


Az emberi szervezet klnsen azokra a frekvencikra rzkeny, amelyeknl egyes testrszei rezonanciba jnnek. EZEKET TEHT KERLNI KELL. Az emberi testrszek rezonancia frekvencii: Fej: 1,8 .. 2,0 Hz s 20 Hz Mell: 4,5 5,0 Hz


LENGSKNYELMI MUTATK A lengsknyelmi mutatk a jrm fggleges irny lengseit rtkelik JAVASOLHAT NFREKVENCIA RTK f0 = 0,75 1,45 (Alatta tengeri betegsg, felette rzs-rzet jn ltre.)


A VDI 2057 sz. ajnls szerinti K lengsknyelmi mutat

K=

18 1 + 0,01 f2

Dz

(Harmonikus lengsekre rvnyes) f - lengsfrekvencia [Hz] Dz - lengsgyorsuls szrs [m/s2] Gpjrmvekre ajnlott rtkek: K = 10 25


Az ISO 2631 sz. ajnls szerinti Dze lengsknyelmi mutat (Ez a 4 8 Hz-es svba reduklt lengsgyorsuls szrs) Redukcis kplet:

Dze =

ai=1

n

2 i

D

2 zi

m [ 2] s

Dzi - az i-edik frekvenciasvhoz tartoz lengsgyorsuls szrs ai - az i-edik frekvenciasvhoz tartoz slyoz tnyez (tblzatban adott)


Jellegzetes reduklt lengsgyorsuls rtkek:

0,10 m/s2 0,315 m/s2 -

- a lengs mg fradtsg nlkl elviselhet az adott szint munkavgz kpessg mg

vltozatlan

0,630 m/s2 - fels hatr (egszsgkrosods nlkl)


TALPER STABILITS A gpjrm felfggesztsnek lengstani modellje (szgk.)felptmny 1 1,7 Hz lengscsillapt +rug c = 200 258 N/cm rugzatlan tmeg 12 15 Hz gumiabroncs c = 1200 1900 N/cm tprofil = GERJESZTS


A legkellemetlenebb lengst az nfrekvencival megegyez gyakorisggal ismtld egyenetlensgek vagy pl. a kerk kiegyenslyozatlansgbl add erhatsok vlthatjk ki. A kerk lengse kzben - a gumiabroncs rugalmassga miatt vltozik a gumiabroncs grdlsi sugara is. Ha a jrm sebessge lland, akkor

BENYOMDOTT ABRONCS kerkfordulatszmot ignyel

nagyobb

GYORSTJA A KEREKEKET


FELFEL MOZDUL KERK kerkfordulatszmot ignyel

kisebb

FKEZI A KEREKET

A szgsebessget cskkent erhats pillanatnyi kerk megcsszsokat okozhat, emiatt az abroncs futfellete sokszglet alakra kopik. A megcsszsok pillanatban nem marad oldalvezet er - a jrm kisodrdhat.


LENGSCSILLAPTSI IGNY LENGSTANI JELLEMZK 1. Relatv csillaptsi tnyez

1 k D= 2 cmAhol: k[Ns/m] a lengscsillaptra jellemz relatv csillaptsi tnyez c [N/m] m [kg] - ruglland - tmeg


2. Nagytsi tnyez

A = qAhol: A q a rendszer lengsi amplitdja nfrekvencin trtn gerjesztskor gerjeszt amplitdD= 1 1 2 2 A 1 q


A 1 = = 1+ q 4 D2D rtkt a szakirodalom 0,25 0,35 kz helyezi. Visszaszmolva: D = 0,25 D = 0,35 = 2,236 = 1,73

Teht a gerjesztett amplitd max. 2,236-szorosa lehet a gerjeszt amplitdnak. Minimlisan pedig 1,73-szorosa kell, hogy legyen ahhoz, hogy a rendszer ne legyen tlcsillaptott.


Vkerk,max = 0,7 1,5 m/s (kritikusan gerjesztett j lengscsillapt) i = b/a Vkerk,max i = Vlcs,max



Kiptett lengscsillapt vizsglat esetn be kell tudni lltani a beptsbl szrmaz V lcs,max rtket s ekkor mrni a csillapt erket.


A csillapt er: F cs = kvn k - csillaptsi tnyez n - a sebessgfggst figyelembe vev tnyez


LENGSCSILLAPTSI IGNYMEZ


Az ignyt csak TBBFOKOZAT lengscsillaptval lehet kielgteni.

A lengscsillapt vizsglata csak akkor kielgt, ha az n. KZLEKEDSBIZTONSGI TARTOMNYBAN minst.


A lengscsillapt vizsglata beptett llapotban:

Lengscsillapt vizsglat a gpjrm ejtsvel (csak a lengsknyelmi tartomnyt rtkeli) Lengscsillapt vizsglat a kerk lengetsvel (a nagytsi tnyezt rtkeli - BOGE) Dinamikus talperingadozs mrs ( E U S A M A)


Mirl ismerhet fel a hibs lengscsillapt? A kerk pattog menet kzben. Ez a jelensg, amely

halads kzben a leginkbb szrecehet. Hullmosra kopott abroncs-futfellet s szaggatott fknyom. Lengscsillaptnl tapasztalhat olajnyomok, amely egyszer szemrevtelezssel llapthat meg. A jrm valamely tengelye krli meghintztatsval. Amennyiben ugyanis a jrm lenyoms utn egyszer felfel tllendl az egyenslyi helyzeten, majd ezt kveten nyugalomba kerl, akkor valsznleg hibtlanok az adott lengscsillaptk.


HIBS LENGSCSILLAPTRA VISSZAVEZETHET PROBLMK A menetkomfort tern:

tegyenetlensgen trtn thaladskor hossz ideig tartanak a jrmfelptmny utlengsei, a gyors egymsutnban kvetkez tegyenetlensgek a felptmny hintzshoz vezetnek.


A menetbiztonsg tern: megnvekedett fkt, rossz tfekvs, elgtelen tapadsi viszonyok. (A fenti htrnyok elssorban a jrmkerk ugrlsnak, pattogsnak ksznhetek. Ameddig ugyanis a kerk a levegben van, addig nem vihet t semmifle er az tra.) A futm tern: az tegyenetlensgek miatt lengsbe jv kerekek a felfggesztst s a kormnyszerkezetet rngatva jrulkos ignybevtelt okoznak. Megn a csapgyak s a gmbcsapok kopsa.


Lengscsillapt vizsglat a gpjrm ejtsvel Ez a vizsglat azon alapul, hogy billenlap vagy sztnyl szerkezet segtsgvel 100 mm magassgbl leejtjk a jrmvet. Ezzel a rugzott tmeget gerjesztjk. Ekzben a jrm karosszrijra rgztett rszerkezettel egy hozz kpest ll regisztrtumpaprra rajzoltatjuk ki a lengskpet. A lengscsillapt megfelel mkdsre az amplitd s a frekvencia cskkensbl, illetve a megtett lengsek szmbl kvetkeztethetnk.


Mivel ezzel a mdszerrel csupn a karosszria lengsi nfrekvencijval megegyez (kb. 1,5 Hz) gerjeszts hozhat ltre, ami kis vizsglati lengsi sebessget eredmnyez, ezrt kzlekedsbiztonsgi diagnosztikra nem alkalmas.


Lengscsillapt vizsglat a kerk lengetsvel - BOGE 1. hajtmotor 2. nyomrug 3. regisztrltrcsa 4. kerktrcsa A: kerk B: rug C: lengscsillapt D: tengely E: felptmny f1 > ffutm nfrekvencia

Gerjeszt frekvencia: f1=14,7 Hz


A gerjeszt motor lekapcsolsa utn a rendszer lassul s thalad az ffutm nfrekvencia rtken

Bell az Amax rtk

Mivel xg ismert, ezrt kpezhet a nagytsi tnyez

Amax 1 = = 1+ 2 xg 4 D


Teht a max. amplitd rtke kapcsolatban van a D rtkvelAz RTKELS HELYES


AZ ELJRS HIBJA A prbapad a jrm futmvhez vizsglat kzben jelents tmeget kapcsol. S a gerjesztett rugkon keresztl kzli A kapcsolt rendszer nfrekvencija megvltozik CSKKEN fBOGE = 5 - 9 Hz Igy nem a valsgos kzlekedsbiztonsgi tartomnyban mrnk!



Lengscsillapt vizsglat dinamikus talper mrssel EUSAMA A MRS ELVI ALAPJAI Tkletesen sk tfelleten a tapadsi er lland:F = G

ahol - tapadsi tnyezG - kerkterhels


Ha viszont az t nem tkletesen sima (valsg), akkor a tapadsi er folyamatosan vltozik a kerkfelfggeszts rugalmas elemeitl fggen. FONTOS a felfggesztsi elemek llapotvizsglata. A RUGZATLAN TMEG LENGSEI Adott jrm s adott tviszonyok mellett a tapadsi er vltozik, mgpedig a tengelyterhels vltozsa fggvnyben egy min. s egy max. rtk kztt. Az tlagrtk a nyugalmi kerkterhels.


A tapadsi er szempontjbl pusztn a rugzatlan tmeg lengseinek van jelentsge. A legrosszabb tapadsi felttelek rezonancia llapotban jelentkeznek. PLDUL A fent emltett legrosszabb felttel hatsra, a tapadsi er c %-ra cskken: F = c G Ha a jrm ppen kanyarban halad, akkor a r hat centrifuglis er:

G v2 Fcp = g r


A csszsi hatron: F = Fcp

Teht:

V2 = cg r

Fggetlen a jrm tmegtl! Hasonl egyenletek rhatk fel fkezsre s gyorstsra is. (A c-rtk nem biztos, hogy azonos valamennyi kerkre.)


MRRENDSZER A mrrendszer a statikus s a dinamikus talper viszonyt (A%) mri: F

A[%] = 100

G

min

A% rtkre elmletileg az albbi tnyezk gyakorolnak hatst: - jrmkonstrukci - lengscsillapt tpusa s llapota - a gumiabroncs tpusa s llapota - a kerkterhels - a kerktmasz lengsi amplitdja (EUSAMA ajnls szerint 6 mm)


A talperingadozs %-os rtke a rugzatlan tmeg rezonancia llapotban nem fgg a jrm tpustl. gy globlis tlet alkothat segtsgvel. EUSAMA-ajnls szerint a kirtkelsre az albbi rtkek hasznlhatk: 60 45 30 20 1 100 % nagyon j 60 % j 45 % gyenge 30 % elgtelen 20 % veszlyes 0 % nincs rintkezs a talajjal


Ha 0 %-ot mrnk, akkor a kerk a talajtl val elszakads hatrhelyzetben van. A kerkterhels ilyenkor 0 s 2Gstat kztt vltakozik. KT AZONOS TENGELYEN LEV KERK MRT RTKEINEK KLNBSGE NEM LEHET NAGYOBB 20 25 %-NL!


A MRS EREDMNYT BEFOLYSOL TNYEZK

1. JRM KONSTRUKCI Termszetesnek tnik, hogy nagyobb tmeg jrm nagyobb tapadsi ert eredmnyez. A valsgban azonban szt kell vlasztani a rugzott s a rugzatlan tmeget.


AZ ELS FELFGGESZTS METSZETE


A FELFGGESZTS MODELLJE


Az albbi bra arra mutat pldt, hogy a rugzott (M) s a rugzatlan (m) tmeg arnya hogyan befolysolja A% rtkt.


A diagrambl lthat, hogy minl nagyobb a rugzott tmeg arnya, annl kedvezbbek a tapadsi viszonyok.

Minl kisebb a rugzatlan tmeg, annl elnysebbek a viszonyok. (Ha pl. utasok s csomagok nvelik M-et, akkor nvekszik a dinamikus talper (s a tapads is), mivel m rtke nem vltozott.) A msik alapvet konstrukcis elem a rug, amelynek merevsge kihat a tapadsi viszonyokra. Ha ugyanis vltozik a rugmerevsg (cskken), akkor cskken a tapads s megvltozik a rezonancia frekvencia is.


2. LENGSCSILLAPTK A lengscsillapt llapotnak romlsa (csillaptsi tnyezjnek cskkense) az adhzis er cskkenshez vezet.


Az elhasznldsi folyamat nhny jellemz vonsa: nhny szzad mm dugattykops felre cskkenti a

hatsossgot a lengscsillapt elhasznldsa az albbi tnyezkre vezethet vissza: 80 % - olajviszkozits cskkens 10 % - kops 10 % - korrzi az els lengscsillaptk ltalban gyorsabban hasznldnak el, mint a htsk Az a-grbe elmleti szmtsokkal lett meghatrozva a Fiat Ritmo 60-ra, mg a tbbi ksrletileg lett felvve, gy hogy j (=100%) lengscsillaptt ugyanolyan tpus, de cskkentett csillaptsi tnyezjvel cserltk ki.


A DIAGRAMMBL LEVONHAT KVETKEZTETSEK =50 %-ig A% lassan cskken, majd innt intezvebben ha a j llapot hatrt A=50%-ban llaptjuk meg, akkor ez tpusfggen ms s ms -rtknek felel meg: =80 % Pl: Peugeot 104 Ford Granada 2800 =57% mg pl. McPherson felfggesztsnl egszen 18 %-ig leeshet rtke mg j tapadsi viszonyok mellett is ! =15 % krli rtknl viszont mr megsznhet a talaj-

kerk kapcsolat.


MIKOR KELL LENGSCSILLAPTT CSERLNI ? Ha a talper viszony kisebb, mint a megengedett rtk, vagy azonos tengely kt kereke kztti klnbsg meghaladja a 20 25 %-ot. Nem biztos azonban, hogy ilyen esetekben rgtn a csere a megolds, mivel a kerkfelfggeszts elemei klcsnhatsban vannak egymssal.


Ebbl a szempontbl hrom lnyeges elem van: a lengscsillapt a gumiabroncs tpusa (radil, diagonl, stb.) a gumiabroncs nyomsa

Ha pl. klnbz gumiabroncsok vannak felszerelve, akkor emiatt mrhetnk eltr A% rtkeket!


Lengscsillapt hatsfok Az elz brkon kzlt diagrammok rtkei a lengscsillapt adott dugattysebessg-amplitdja vonatkoztak. Az albbi bra a grbje a Peugeot 104-re vonatkozan 0,25 m/s referenciasebessg (amely a felfggeszts rezonancia llapotra vonatkozik) mellett lett felvve.


Ha a sebessg nvekszik, akkor n a csillaptsi er is, gy az elbbitl eltr b grbt kapjuk. TEHT A SEBESSG FONTOS JELLEMZ !


3. GUMIABRONCSOK

Az tegyenetlensgek csillaptsban a gumiabroncs sajt rugalmassga s a benne lev leveg sszenyomhatsga is szerepet jtszik. Az abroncs csillaptsi tnyezje tpustl s gyrtmnytl fgg, de nem gyakorol jelents hatst a gpjrm lengsre. A GUMIABRONCS NYOMSA AZONBAN JELENTS BEFOLYSOL TNYEZ !


Az albbi bra klnbz auttpusokra mutatja A% vltozst a gumiabroncs nyoms fggvnyben.


A ksrleti eredmnyekbl vonhatak le:

az

albbi

kvetkeztetsek

a tapads cskken az abroncsnyoms nvekedsvel, a fggvny jellege fgg a jrm tmegeloszlstl (pl. orrmotor, farmotor), az tlagjrmvekre (se tl knny, se tl nehz) az albbi klszably alkalmazhat: minden 0,5 bar abroncsnyoms vltozs 10 %-os tapadsi er vltozst eredmnyez.


ELNYS LENNE TEHT AZ ABRONCSNYOMS CSKKENTSE

DE 0,5 baronknt mintegy 100 kg-al cskken az abroncs teherbr kpessge a hajtogatsi munka miatt az abroncs lettartama mintegy 40%-al cskken, ha a nyomst 0,5 barral cskkentjk az elrthoz viszonytva.


MEGJEGYZS15 oC krnyezeti hmrsklet-nvekeds mintegy 30 % abroncsnyoms nvekedst eredmnyez.

NYRON, HOSSZABB TON SZIGNIFIKNSAN CSKKEN A TAPADS


A RADIL abroncsok tapadsa mintegy 20 %-kal magasabb mint a DIAGONL abroncsok, de gyrtmnytl fggen a radil abroncsok kztt is mintegy 10 % a szrs. 4. JRMTERHELS S TERHELS ELOSZLS A kerkterhels nagy hatssal van a tapadsi er nagysgra. Knnyen belthat, hogy nagyobb kerkterhels - egybknt azonos felttelek mellett - nagyobb tapadsi ert eredmnyez.


A terhelseloszls hatst az brn lthat esetekre vizsgljuk.

A tapadsi er nem pusztn a terhelstl fgg, hanem az M/T (rugzott tmeg / terhels) viszony fggvnyben vltozik.


A diagramm 4 utas terhels jrm talper vltozst mutatja az res jrmhz viszonytva. (Ha pl. az res jrm talper viszonya A=50 %, akkor ehhez viszonytva, ngy ember esetn 8 %-os nvekmny jelentkezik.) Az elbbiekbl kvetkezen, bent l vezetvel, a vezet oldalon mintegy 3 %-al nagyobb A rtket mrnk. Ennek ellenre a mrseket ajnlatos bent l vezetvel elvgezni.


5. A HMRSKLET HATSA A hmrsklet jelents hatst gyakorol az olajviszkozitsra s gy a lengscsillapt csillaptsi tnyezjre is. (Ha pl. Az olaj hmrsklete -15-rl +60 oC-ra vltozik, akkor a csillaptsi tnyez akr 30 %-kal is cskkenhet.) Emiatt ltalban az els vizsglati ciklus mindig magasabb talpert mutat, mint az azt kvetk.


Az albbi bra a dinamikus talper vltozst mutatj az olajhmrsklet fggvnyben.


A dinamikus talper vltozsa az egymst kvet mrsi ciklusok sorn

A gyakorlatban elegend EGYETLEN (+esetleg mg egy ellenrz) MRST vgrehajtani, ennek a hatsnak nincs jelentsge.


A TALPERMR LENGSCSILLAPT VIZSGL PRBAPAD MKDSNEK ELMLETI ALAPJAI A lengscsillapt-vizsgl prbapad modellje


Ez egy tbbszabadsgfok lengrendszer, matematikai kezelse meglehetsen bonyolult.

amelynek

EGYSZERSTETT MODELLRE VAN SZKSG Egyszerst felttelek: a C csillaptsi tnyez magban foglalja a lengscsillapt, a gumiabroncs s a srldsos csillapts hatst elhanyagoljuk a kerktm tmegt s rugalmassgt


Az egyszerstett modell

Ha az excenteres hajtst mozgsba hozzuk, akkor a kerktm szinuszos gerjesztst kap.


Ennek elmozduls egyenlete komplex szmskon:

U = U0 e jtAhol: U0

A kerktm teljes fggleges irny elmozdulsa teht 2 U0 A felfggeszts lengsi egyenlete az albbi formban adhat meg:

- gerjesztsi krfrekvencia

- gerjesztsi amplitd

x = x0 e jt

Ahol: x

-

a kerkfelfggeszts slypontjnak kitrse a nyugalmi helyzethez viszonytva


A ktszabsgfok lengrendszer egyenletei

m (x'' y'') + c (x' y') + km (x y ) = (u x ) kz

M y''+c y'+km y = 0Az egyenletek sajtrtkei a rezonancia frekvencik, amelyek felhasznlsval az albbi alakra jutunk:2 1 a + 2 a j x0 = 2 2 U0 1 a + 2 a j 2[ 1 a + 2 a j + (1 2 a j)]

(

)

(

(

)

)


Ahol:

M 2 = = K m a2 a

2

a = rugzott tmeg

rezonancia frekvencija:

Km a = Mr = a rugzatlan tmeg

m 2 = = K r r2

2

rezonancia frekvencija:

Kr r = m


C = Cc

Cc = a rendszer kritikus csillaptsa a rugzott s rugzatlan tmeg viszonya

M = m

A fenti paramterek felhasznlsval az egyenlet az albbi alakot lti:2 M 2 2 M 2 1 K + 4 K x0 m m = 2 2 U0 m m M m M M m M 1 2 1 2 2 2 1 2 2 + 4 2 K K K m Km Kr m m r r Kr 1/2


Az albbi bra els elemn a kerk nyugalmi helyzetben van.

A kerk statikus berugzsa:

P f = s Krahol P [kg] - a kerkterhels


Ha a kerktmaszt lengsbe hozzuk, akkor a kzps brn lthat helyzet alakul ki. Ha a lengsi frekvencia kicsi, akkor x0 = U0. Ilyenkor az tlagos dinamikus kerkterhels egyenl a statikus kerkterhelssel. Amennyiben a gerjesztsi frekvencit nveljk, akkor a felfggeszts lengsi sajtossgai eltren fognak viselkedni a gerjesztstl. A talper egy max. s egy min. rtk kztt fog ingadozni. Rezonancia llapotban 90o fziseltolds van x s U kztt. A tapadsi er ugyangy ingadozik. A vizsglat szempontjbl a minimlis rtknek van jelentsge.Ezt viszonytjuk a statikus talperhz.


A lengscsillapt hatsa a tapadsi erre Az elmleti megfontolsokkal levezetett kplet alapjn az albbi diagram vehet fel:


A diagram klnbz csillaptsi rtkeknl brzolja a gerjesztett lengs nagytsi tnyezjt. Az brn a rezonancia frekvencik szpen felismerhetk. A lengstani egyenletek alapjn, a csillaptsi tnyez fggvnyben meghatrozhat a kerktalper %-os vltozsa.


Szemlygpkocsiknl a csillaptsi tnyez ltalban 0,5 0,7. gy j kzeltssel a 0,6-os rtkbl indulhatunk ki. Ennek krnyezete viszont a fenti grbn meglehetsen lapos. Ez azt jelenti, hogy 10 20 %-os csillaptsi tnyez cskkens mg csekly mrtkben cskkenti a tapadsi ert, mg az ennl tovbbi hatsossg romls mr erteljesen rontja a tapadsi viszonyokat.


A tmegek hatsa a tapadsi viszonyokra

Ennl a vizsgldsnl is a lengstani elemzs szolgl alapul. Ha az m-et s az M-et gy vltoztatjuk, hogy viszonyuk lland marad, akkor enyhn n a tapadsi er, ha a tmegek nnek s fordtva.


A msodik bra arra mutat pldt, hogy hogyan vltoznak a tapadsi viszonyok, ha a rugzott tmeget vltoztatjuk (utasok, terhels). A terhels nvelse jelentsen javtja a tapadsi viszonyokat.


A gumiabroncs hatsa a talperviszonyokra Az abroncs tpusnak s nyomsnak megvltozsa mdostja a gumiabroncs rugllandjt. Az albbi bra a gumiabroncs ruglland vltozsnak hatst elemzi.


A rug hatsa a dinamikus talperre

Documents

Lengéscsillapító diagnosztika