Top Banner
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] 1
25

ISPITIVANJE OPRUGA I AMORTIZERA - Univerzitet u Zenici Nermina .docx · Web viewKretanje vozila u bilo kojim uslovima bez elastične veze bilo bi nezamislivo već pri malim brzinama,

Feb 14, 2021

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript

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