3.7. Стендовые и дорожные испытания элементов подвесок

Во время испытаний определяют вертикальную упругую характеристику подвески и ее упругих элементов, а также поперечную угловую упругую характеристику подвески. При снятии вертикальной упругой характеристики устанавливают связь между вертикальной нагрузкой, действующей на подвеску, и деформацией рессор, измеренной над осью. Силы и деформации измеряют в процессе нагружения и разгрузки через равные интервалы изменения сил. По результатам измерений строят упругую характеристику (рис. 3.36). На кривой отмечают рабочий участок, ограниченный нагрузками, приходящимися на подвеску полностью нагруженного , и ненагруженного автомобиля. Жесткость подвески находят как тангенс угла наклона касательной к средней линии х арактеристики на рабочем участке с учетом масштабов графика. Кроме того, по характеристике определяют силу трения в подвеске, эффективный статический прогиб и ход подвески до ограничителей при отбое и сжатии.

Поперечная угловая упругая характеристика подвески представляет собой зависимость момента М, вызьюающего крен рамы или несущего кузова, от угла крена в поперечной плоскости (рис. 3.37). Угловые жесткости каждой подвески (и трение в них) определяют так же, как вертикальную жесткость. Испытания проводят без стабилизатора и со стабилизатором поперечной устойчивости.

В схеме, показанной на рис. 3.38, а момент создается двумя равными по величине грузами Р_г, присоединенными к поперечной штанге, которая закреплена на раме или кузове. Один груз подвешивают к штанге, а второй действует через блок. Постепенным увеличением нагрузки кузов или раму выводят из нейтрального положения до соприкосновения с ограничителями хода При этом угломером измеряют угол наклона кузова (рамы) над осями передних и задних колес.

Моменты, действующие на каждую из подвесок, определяют как произведение разности показаний весов под левым и правым колесами на колею В соответствующей оси. Однако полученная этим методом угловая жесткость подвески автомобиля в тех случаях, когда ось крена расположена выше или ниже поверхности дороги, не может быть использована для анализа крена кузова при криволинейном движении автомобиля. Угловую жесткость подвески более точно можно измерить при приложении кренящего момента по схеме, показанной на рис. 3.38 б. К автомобилю, колеса которого установлены на весоизмеряющих площадках, прикладывают горизонтальную силу на высоте от уровня дороги. Поперечную угловую характеристику определяют точно так же, как и в первом случае. Однако создать стенд для измерения угловой поперечной жесткости подвески автомобиля по схеме, приведенной на рис.3.38 б, достаточно сложно. На применяемом стенде, схема которого приведена на рис. 3.38 в поперечная сила, действующая на автомобиль, возникает при наклоне гидроцилиндром 2 на угол опорной платформы 1, которая поворачивается относительно центра вращения 3.

Величину поперечной силы, приложенной в центре тяжести автомобиля, подсчитывают по формуле:

, (3.8)

г де - масса автомобиля.

Д ля определения характеристик упругих элементов подвесок используют стенды с гидравлическим нагружающим устройством. При этом концы рессор устанавливают в шарнирных опорах стенда, усилие через динамометр передается к центру рессоры.

В стенде, показанном на рис. 3.39 нагружение рессоры осуществляется с помощью гидроцилиндра 1 через динамометр 5. Исследуемый объект 4 размещают на сферических опорах 3, установленных на плите 12, поддерживаемой стойками 2. Расстояние между опорами регулируют с помощью ходовых винтов. Гидравлический привод включает масляный бак 10, насос 8 с электродвигателем 9, золотник 7, обратный 6 и предохранительный 11 клапаны. Стенд оснащен расходным датчиком перемещений 13.

С целью автоматизации испытаний создан специальный блок управления. Блок связывает стенд с управляющей ЭВМ, которая задает режимы испытаний, регистрирует и анализирует их результаты. Графопостроителем вычерчиваются искомые характеристики рессор в соответствии с требованиями ЕСКД (рис. 3.40). Автоматизация стенда позволяет уменьшить продолжительность испытаний в 12 раз. Описываемый стенд можно использовать для испытания упругих элементов на усталость. Однако наиболее часто такие испытания проводят на стендах с циклическим нагружением.

Стенд для испытаний упругих элементов на усталость, с циклическим нагружением изображен на рис. 3.41. Он представляет собой замкнутую систему, состоящую из верхней 13 и нижней 17 неподвижных плит, жестко соединенных между собой четырьмя колоннами 16, по которым перемещается стол 15. На плите 13 размещен механизм статического нагружения рессор 7, который состоит из электродвигателя 10 с двумя выходными валами, двух червячных редукторов 8, соединенных с электродвигателем втулочно-пальцевыми муфтами 9. К плите через кронштейн 11 крепится балансирный рычаг 12. На рычаге имеется два места установки испытуемых узлов. Он приводится в движение (качание) кривошипно-шатунным механизмом. Стол 15 фиксируется на колоннах 16 с помощью цанговых зажимов и винтов 6. На поверхности стола имеются Т-образные пазы для крепления передвижных опор 14.

Кривошипно-шатунный механизм включает опорную стойку 4, в которой установлен приводной вал кривошипа, и шатун 5. Механизм регулирования длины кривошипа состоит из червячной пары и конусного колеса. Привод стенда размещен на отдельной подставке и состоит из электродвигателя 1, редуктора 2, соединенных между собой клиноременной передачей, и муфты 3. Стенд оснащен механическим счетчиком циклов нагружения испытуемых рессор и мерной линейкой для определения их прогиба.

В ходе комплексных испытаний подвески также определяют эффективность работы и исправность её гасящих элементов. В большинстве конструкций современных подвесок таковыми являются гидравлические или гидропневматические амортизаторы. На исправную работу амортизатора влияет его герметичность. Её проверяют прокачиванием на стенде (рис. 3.45) с частотой 1,7 - 4,2 Гц при ходе поршня от 70 мм до предельно допускаемого конструкцией амортизатора. Кроме того, на подобных стендах определяют плавность работы, уровень шума при работе амортизатора, а также устанавливают зависимость сопротивления амортизатора от температуры (в диапазоне положительных и отрицательных значений).

П ри определении шумности работы амортизатора на стенде (рис. 3.43) обеспечивается частота колебаний 0,33 - 3,3 Гц и изменение хода поршня на 10 - 200 мм. Стенд должен находиться в изолированном от шума помещении. Измеряют уровень шума с помощью стандартной шумоизмерительной аппаратуры. Одним из основных видов стендовых испытаний амортизаторов являются испытания на удар. Принципиальная схема установки для проведения таких испытаний показана на рис. 3.42. Установка включает динамометрическую скобу 1 для измерения силы удара, которому подвергают испытуемый амортизатор 2. Нижним концом амортизатор соединен с двуплечим рычагом 4, являющимся ударной массой. Удар по амортизатору осуществляется при помощи специального запорного устройства 3, а регулирование силы удара вверх и вниз производится деформацией пружин 5 винтами 6 и 7. Возникающие при этом ускорения составляют 20 g и более.

Важным параметром, характеризующим качество амортизатора, являются его надежность и долговечность. Испытания на надежность подвески и ее агрегатов, включая сопротивление усталости упругих элементов, амортизаторов, шарниров, проводят на стендах, на которых можно создавать пульсирующую и знакопеременную нагрузку с изменяемыми амплитудой и частотой; стенды оборудуют счетчиками числа циклов нагружений. Испытания проводят при постоянных значениях амплитуды и частоты или, и это в большинстве случаев, при их изменении по специальной программе.

Н адежность амортизаторов, а также стабильность их характеристик, долговечность и износостойкость уплотнений определяют при испытании амортизаторов методом циклических нагружений, режимы которых обычно соответствуют эксплуатационным. Для полной оценки надежности амортизатора его подвергают воздействию колебаний и низких частот при переменной амплитуде. При испытании амортизаторов стремятся поддерживать их температуру, близкую к температуре в реальных условиях. Однако температура амортизаторов не должна превышать 100—105° С, так как в противном случае результаты, полученные при испытаниях на стенде, будут плохо согласовываться с ресурсом работы амортизаторов в эксплуатации.

В связи с этим стенды для испытания амортизаторов на надежность снабжают устройствами для их охлаждения, как правило, проточной водой,

На рис. 3.43 показана схема одного из стендов, применяемых для испытания амортизаторов на надежность. Особенностью стенда является возможность возбуждения низко- и высокочастотных колебаний. При этом плита, к которой прикреплен верхний конец амортизатора, имеет низкочастотный привод 1, имитирующий колебания подрессоренной части автомобиля, а плите с закрепленным на ней нижним концом с помощью устройства 2 передаются высокочастотные колебания, соответствующие колебаниям неподрессоренной части. Штрихпунктирными линиями показаны различные положения, которые может занимать испытуемый амортизатор при создании условий нагружения, близких к действительным на автомобиле.

При проведении стендовых испытаний амортизаторов, а также шарниров подвески создают условия, имитирующие попадание в них пыли, влага, действие отрицательных температур. Схема стенда для испытаний на износостойкость амортизаторов передней подвески автомобилей изображена на рис. 3.44. Электродвигатель 1 через втулочно-пальцевую упругую муфту 2 соединен с червячным редуктором 3. На обоих концах вала червячной шестерни установлены кривошипы, связанные шатунами 4 с коромыслами 5. При вращении вала электродвигателя коромысло 5, второй конец которого с помощью качающегося рычага 6 соединяется с нижней головкой амортизатора 7, совершает колебания и обеспечивает возвратно-поступательное движение корпуса амортизатора. На одном конце рычага 11 торсиона 12 закрепляется верхняя головка амортизатора, на другом - рычаг регистрирующего устройства 10. Рабочая диаграмма изменения усилия на штоке поршня амортизатора записывается на барабан 8, приводимый во вращение гибкой нитью 9, связанной с рычагом коромысла 6. При закручивании торсиона 12 поворот рычага 10 пропорционален приложенному усилию. Автоматическое устройство выключает стенд при температуре в кожухе выше допустимой. Для снятия рабочей диаграммы амортизат ора на циклах отбоя и сжатия, а также для имитации поперечных нагрузок используют стенд специальной конструкции (рис.3.45). Амортизатор 4 устанавливают между нижним 5 и верхним 3 кронштейнами крепления, Вращение вала электродвигателя 13 через редуктор 12 передается кривошипу 11. Вращательное движение последнего вызывает качание на оси 6 опоры 7 связанного с ним рычага 8. При этом нижний кронштейн 5 крепления амортизатора 4 перемещается по дуге, соответствующей плечу рычага 8, на ход, равный радиусу кривошипа 11. Таким способом создаются вертикальная и поперечная нагрузки на амортизатор. Верхний к ронштейн 3 под действием усилия, развиваемого амортизатором, закручивает торсион 2. Тензодатчики 1 выдают электрический сигнал на двухкоординатный самописец 9 и регистратор 10 времени работы (ресурса) исследуемого объекта, который вычерчивает рабочую диаграмму амортизатора (рис. 3.47,а).

Записать рабочую характеристику амортизатора можно на стенде конструкции, разработанной НАМИ (рис. 3.46). Возвратно-поступательное перемещение поршня амортизатора создается эксцентриком 1, который через кривошип 2 соединен с ползуном 3. Ползун вместе с поршнем амортизатора совершает, перемещаясь по направляющим стойкам 4, синусоидальные колебания. Рабочий цилиндр амортизатора опирается на упругий элемент 6, который соединен системой тяг с пером самописца. При необходимости усилия записывают на ленте осциллографа, для чего на упругий элемент наклеивают тезорезисторы. Каретка 7, перемещающаяся по направляющим 8, находится в постоянном контакте с эксцентриком 1 и предназначена для записи перемещения или скорости поршня. С этой целью каретка 7 связана нерастяжимой нитью с барабаном 5 для записи диаграмм. При осциллографировании перемещения ползуна фиксируются реохордным преобразователем. Если эксцентрик расположен, как показано на рис. 5, то на барабане вычерчивается рабочая диаграмма. Если эксцентрик повернут под углом 90° к положению, показанному на рис. 3.46, то записывается его рабочая характеристика (рис. 3.47,б). Площадь рабочей диаграммы амортизатора соответствует величине его работы за один цикл гашения колебаний. Вид рабочей характеристики зависит от вязкости масла, которая уменьшается с повышением температуры. В гидропневматических (газонаполненных) амортизаторах важным параметром также является давление газа, закаченного в воздушную полость. При повышении температуры оно повышается. Поэтому, установив соотношение между площадью диаграммы и температурой масла в амортизаторе, можно построить зависимость абсолютного или относительного уменьшения энергии, поглощаемой амортизатором, от температуры и вязкости масла. Для этого рабочую диаграмму и характеристику записывают на стенде (рис. 3.45) при постоянном ходе и частоте колебаний. Различные температурные режимы получают при обдуве испытуемых амортизаторов потоком воздуха, скорость которого можно регулировать.

Плавность работы амортизатора исследуют на специальном стенде, позволяющем определить равномерность движения поршня на максимальной длине хода под действием постоянной нагрузки, величину усилия сдвига поршня в начале ходов сжатия и отбоя и время перемещения поршня. Долговечность элементов подвески при стендовых испытаниях определяют на стендах, схемы которых аналогичны приведенным выше. При этом выбирается соответствующая программа испытаний, учитывающая действительный характер нагружения в реальных условиях, а также их особенности конструкции. Полученные результаты затем уточняются в ходе дорожных испытаний.

Испытания подвески и ее элементов в дорожных условиях проводят как с целью определения плавности хода автомобиля, так и для определения срока службы и параметров надежности рессор, пружин, торсионов, износостойкости шарниров, надежности амортизаторов, прочности рычагов и других деталей. Надежность деталей подвески обычно определяют при испытании автомобиля в комплексе, однако в ряде случаев возникает необходимость в специальных испытаниях подвески. Эти испытания осуществляют на различных дорогах, представляющих комплекс участков с разным покрытием, включая асфальт хорошего качества, на котором автомобиль может развивать высокую скорость, покрытие с выбоинами, вызывающими периодические ударные нагрузки. При определении долговечности значительная часть маршрута приходится на участки с булыжным покрытием, при движении по которым интенсивно нагружаются детали подвески. Кроме того, используются дороги со щебеночным покрытием, а также грунтовые с загрязненными участками. При этом для легковых автомобилей и автобусов маршрут по дорогам с неровным покрытием является минимальным, а для грузовых автомобилей, особенно полноприводных, - довольно значительным. Грунтовые дороги позволяют наиболее полно проверить работу шарниров и других трущихся элементов подвески в условиях загрязнения и пыли. В некоторых случаях организуют ускоренные испытания. Их проводят на специальных дорогах типа «бельгийская мостовая» и «стиральная доска», а в условиях дорог общего пользования, как правило, так же на булыжных. По возможности автомобили подвергают пробегу по асфальтовым дорогам с просевшим основанием, вызывающих дополнительные нагрузки от «клевков» и кренов автомобиля, что особенно важно при испытании стабилизаторов поперечной устойчивости. Испытуемые автомобили перед испытаниями проходят необходимую подготовку: градуируются ходы упругих элементов подвески, снимаются характеристики амортизаторов и т.д. Затем они устанавливаются на автомобиль, который должен иметь номинальную загрузку, распределенную по осям, как указано в паспорте; при этом давление воздуха в шинах должно соответствовать значениям, указанным в руководстве по эксплуатации и т.п. Перед проведением испытаний автомобиль совершает обкаточный пробег 300 - 500 км по гладкой дороге с умеренной скоростью для осадки пружин и рессор, а также приработки трущихся поверхностей шарниров подвески и амортизаторов. В протоколе испытаний указывают начальную осадку рессор и пружин, а также все возникающие поломки. После испытания подвеску демонтируют, а рессоры, пружины и амортизаторы проверяют на стендах (рис. 3.45, 3.46). После чего амортизаторы и шарнирные сочленения разбирают и измеряют микрометрами для определения их износа. Поломки анализируют, производя металлографический анализ. По результатам испытаний делают заключение о соответствии параметров надежности подвески или ее элементов техническим условиям и, если это необходимо, разрабатывают рекомендации по доработке конструкции.