Capitolul 1. Amortizoare pentru autoturisme

1.1 Rolul si importanta amortizoarelor

Pentru amortizarea vibraţiilor, în suspensia tuturor autovehiculelor moderne s-au

introdus amortizoare hidraulice. Amortizorul este un mecanism folosit pentru disiparea rapidă

a energiei vibraţiilor verticale ale caroseriei şi a vibraţiilor roţilor, ceea ce reprezintă de fapt

asigurarea confortului şi siguranţei circulaţiei. Amortizorul se montează, în suspensia

autovehiculului, paralel cu elementul elastic principal.

Influenţa amortizorului asupra vibraţiilor maselor suspendate şi nesuspendate este

redată schematic în fig. 1.1, în care curbele cu linie subţire reprezintă vibraţiile neamortizate,

iar curbele cu linie groasă – vibraţiile amortizate. Amortizorul este, prin urmare, un element

de bază al suspensiei autovehiculului, element care determină şi caracterizează gradul de

amortizare al vibraţiilor caroseriei, produse de acţiunile cu caracter aleator ale

neregularităţilor îmbrăcăminţii drumului.

Fig. 1.1. Influenţa amortizorului asupra vibraţiilor maselor suspendate

şi nesuspendate ale autovehiculului

În prezent, amortizoarele care se folosesc cel mai mult sunt cele hidraulice telescopice.

Aceste amortizoare au dimensiunile şi greutatea mai mici decât amortizoarele cu pârghie,

precum şi o durabilitate mai mare şi stabilitate în funcţionare. Printr-o montare

1

corespunzătoare, amortizorul telescopic măreşte şi stabilitatea caroseriei.

Folosirea unor amortizoare defecte sau ineficace

(incorect calculate sau alese pentru autovehiculul respectiv) reduce sau anulează temporar

sarcina pe roată, micşorând, respectiv anulând, aderenţa pneului; aceasta favorizează

alunecarea sau patinarea roţii la frânarea, respectiv accelerarea, autovehiculului. În acelaşi

timp se înrăutăţeşte ţinuta de drum a autovehiculului, datorită măririi posibilităţilor de

derapare. Utilizarea unor amortizoare defecte măreşte considerabil uzura pneurilor şi poate

duce chiar la ruperea unor elemente ale suspensiei sau ale saşiului (caroseriei) în punctele de

prindere.

Atât în S.U.A. cât şi în Europa se observă o tendinţă în direcţia îmbunătăţirii calităţii şi

duratei de funcţionare a amortizoarelor telescopice.Pentru proiectarea corectă a unor noi tipuri

de amortizoare telescopice şi pentru îmbunătăţirea performanţelor amortizoarelor actuale, este

necesară cunoaşterea temeinică a elementelor care influenţează nemijlocit asupra calităţii şi

durabilităţii în funcţionare a acestora. Este, de asemenea, necesar să se cunoască cum trebuie

să se facă alegerea gradului şi a caracteristicii de amortizare pentru un anumit tip de

suspensie.

1.2. Scurt istoric al dezvoltarii amortizoarelor auto

Dezvoltarea construcţiei de amortizoare a fost determinată de cerinţele impuse

confortabilităţii autovehiculelor, cerinţe care au crescut pe măsură ce s-a dezvoltat tehnica

automobilistică. În primii ani ai automobilismului nu se acorda o atenţie deosebită

problemelor de confort, deoarece suspensiile aveau ca element elastic arcuri lamelare rigide,

cu o autoamortizare foarte mare. Tendinţele de îmbunătăţire s-au limitat în acea perioadă la

întrebuinţarea arcurilor lamelare suprapuse. Trebuie remarcat faptul că în 1904 a fost

elaborată suspensia independentă pe arc lamelar, dispus transversal, a roţilor din faţă; astfel de

suspensii, deşi unitare, au contribuit la accelerarea dezvoltării construcţiei de amortizoare.

Creşterea pretenţiilor faţă de confortul autovehiculelor a dus la înlocuirea arcurilor

rigide cu elemente mai elastice, ceea ce a impus introducerea de amortizoare în suspensia

autovehiculelor.

Primele amortizoare au fost de tip cu fricţiune. În 1903, s-a creat amortizorul cu

fricţiune cu discuri care a fost folosit în principal până în 1920 când, datorită micşorării

însemnate a rigidităţii suspensiei, a trebuit să fie înlocuit treptat cu amortizorul hidraulic.

2

Amortizorul cu fricţiune cu discuri, este format din câteva discuri, 1 (fig. 1.2 –

amortizorul REPUSSEAU), comprimate de arcul stelat 2 şi piuliţa 3.

Fig. 1.2. Amortizor cu fricţiune cu discuri.

Pentru suspensiile independente, unde dezbaterea este mare, ca urmare a rigidităţii mici a elementului elastic, s-au creat amortizoarele telescopice cu fricţiune (1906). Una din

construcţiile moderne ale amortizorului telescopic cu fricţiune – de tip Automax – este dată în fig. 1.3, construcţie care se mai foloseşte, destul de rar, şi în prezent. Amortizoarele cu

fricţiune s-au mai folosit până în 1935, dar numai la unele tipuri de automobile şi în special la cele de curse. În S.U.A., încă din 1933 nu s-au mai întrebuinţat amortizoare cu fricţiune.

În perioada 1904 – 1914 au fost elaborate construcţiile

pentru aproape toate tipurile principale de amortizoare, inclusiv

pentru amortizorul telescopic care s-a răspândit mult mai târziu.

Primele tipuri de amortizoare hidraulice (1905 – 1906)

au fost amortizoarele cu tambur, sau cu palete. Una din

variantele moderne ale acestui amortizor – produsă de firma

HOUDAILLE – este reprezentată în fig. 1.4. În corpul 1 al

amortizorului sunt dispuse camera de compensare A şi camerele

de lucru B, care comunică între ele prin două canale 2, reciproc

perpendiculare. Camerele B sunt alimentate cu lichid prin

supapa de umplere 3 . Secţiunea de trecere a

Fig. 1.3. Amortizor telescopic cu fricţiune

3

canalelor 2 se reglează prin supapa 4, cu ajutorul ştiftului 5. La cursa de comprimare, lichidul

împins de paletele 6, acţionate de levierul 7, trece aproape liber prin supapa de comunicare 8,

iar la cursa de destindere trece numai prin canalul 2, trebuind să învingă rezistenţa supapei 4.

Fig. 1.4. Amortizor hidraulic cu tambur

Termostatul 9 compensează automat diferenţele de forţe, datorate variaţiei viscozităţii

lichidului ca urmare a creşterii temperaturii de funcţionare. Aceste amortizoare au fost folosite

aproximativ până în 1945.

Tendinţa de mărire a confortabilităţii autovehiculelor a condus la o folosire mult mai

largă a suspensiei independente la roţile din faţă. Aceste suspensii, mult mai elastice, încep să

fie echipate cu amortizoare hidraulice cu piston (denumite şi cu pârghie). În S.U.A. de

exemplu, în 1930 numai 22% din totalul modelelor de autoturisme au fost echipate cu

amortizoare hidraulice cu tambur, 54% fiind echipate cu amortizoare hidraulice cu piston.

În perioada 1914 – 1930, în afară de dezvoltarea construcţiei principalelor tipuri de

amortizoare hidraulice, au fost elaborate multiple sisteme de reglare a rezistenţei

amortizorului în procesul de exploatare a autovehiculului. Însă, deoarece aceste metode nu au

produs o îmbunătăţire simţitoare a confortabilităţii, ulterior nu s-au mai folosit.

După anul 1930 se continuă acţiunea de îmbunătăţire a amortizoarelor hidraulice.

Astfel se elaborează şi încep să se răspândească amortizoarele hidraulice cu pârghie, cu

acţiune dublă, forţa de rezistenţă fiind mai mare la cursa de destindere; aceste amortizoare au

fost folosite pentru prima dată la autocamioane şi autobuze, cam prin anul 1916. În anul 1941,

în S.U.A., din 48 de modele de autoturisme numai 5 au fost echipate cu amortizoare

hidraulice cu pârghie cu acţiune simplă, cu forţa de rezistenţă numai la cursa de destindere.

4

Aproximativ prin anul 1940 a fost creat amortizorul hidraulic cu pârghie – cu acţiune dublă –

cu dispunerea coaxială a cilindrilor şi cu supape de descărcare, folosit pe scară largă până în

anul 1960.

După anul 1930 începe să se răspândească amortizorul hidraulic telescopic, în special

la suspensia autoturismelor; în anul 1932 a apărut amortizorul hidraulic telescopic MONROE

(S.U A.). La început, acest tip de amortizor avea un singur cilindru, iar funcţionarea era

greoaie. În continuare, aceste construcţii s-au îmbunătăţit mult, ajungând ca încă în anul 1950,

25% din totalul autoturismelor să fie echipate cu astfel de amortizoare. În prezent, toate

autoturismele şi marea majoritate a autobuzelor sunt echipate cu amortizoare hidraulice

telescopice. Amortizoarele telescopice nu au fost montate la toate tipurile de autocamioane,

dar acest lucru devine din ce în ce mai necesar; se găsesc în special la axa din faţă a

autocamioanelor.

Dezvoltarea ulterioară a amortizoarelor telescopice a dus la crearea în 1948 a

amortizorului monotubular modern, iar în 1950 la apariţia amortizorului telescopic

monotubular hidropneumatic (DE CARBON) care se răspândesc tot mai mult.

Pentru asigurarea unui confort optim de călătorie, indiferent de condiţiile de exploatare

ale autovehiculului, au început să se folosească amortizoare reglabile.

În prezent, marea majoritate a amortizoarelor hidraulice telescopice se fabrică în

întreprinderi specializate, ceea ce a permis obţinerea unui plus de calitate şi siguranţă în

exploatare.

5

1.3. Constructia si functionarea amortizoarelor hidraulice

telescopice

Pentru ca amortizorul hidraulic telescopic să corespundă scopului este necesar ca

acesta să îndeplinească următoarele condiţii:

- să asigure o amortizare corespunzătoare a vibraţiilor caroseriei şi roţilor

autovehiculelor;

- să asigure stabilitatea caracteristicii de amortizare în diferite condiţii de exploatare

şi climaterice;

- să aibă durată mare de funcţionare, greutate şi dimensiuni de gabarit mici, precum

şi o construcţie tehnologică;

- să se monteze uşor în cadrul suspensiei autovehiculului.

Caracteristica de amortizare. Amortizorul hidraulic din suspensia auto disipează

energia vibraţiilor relative ale caroseriei faţă de vibraţiile roţilor prin transformarea

ireversibilă a energiei menţionate în energia termică a unui lichid comprimat. Energia termică

a lichidului comprimat se datorează frecării lichide (vâscoase) care apare la scurgerea acestuia

prin orificii-drosel mici şi prin supapele de descărcare.

Rezistenţa hidraulică a unui amortizor telescopic este definită de expresia generală:

Pa= c vi, (1.1)

în care: c este coeficientul de rezistenţă al amortizorului; v – viteza de deplasare verticală

relativă a roţii faţă de caroserie (respectiv a pistonului); i – indicele de putere. În funcţie de

construcţia supapelor şi de viscozitatea lichidului, indicele de putere i poate fi mai mare, egal,

sau mai mic decât unitatea.

Caracteristica externă a unui amortizor reprezintă dependenţa dintre forţa de rezistenţă

a amortizorului Pa şi viteza pistonului vp, adică Pa= f(vp). În funcţie de indicele i, caracteristica

externă a unui amortizor poate fi liniară dacă i = 1, progresivă dacă i 1 sau pătratică dacă i =

2 şi regresivă dacă i 1. Avantajul amortizorului cu caracteristică progresivă constă în faptul

că rezistenţa acestuia este neînsemnată la viteze mici ale roţii în raport cu caroseria şi creşte

rapid odată cu creşterea vitezei vibraţiilor. Avantajul amortizorului cu caracteristică regresivă

îl reprezintă forţele de rezistenţă mai mici la viteze mari ale vibraţiilor şi deci transmiterea

unor forţe mai mici la caroserie.

Caracteristica optimă de amortizare este o caracteristică de formă pătratică

(parabolică), care asigură un confort de călătorie corespunzător. De asemenea, vibraţia axei

6

autovehiculului se amortizează mai repede după legea pătratică, valorile extreme ale

acceleraţiei axei devenind astfel minime. Se obţine în felul acesta o siguranţă mai mare în

circulaţie, ceea ce este foarte important pentru autovehiculele moderne.

În funcţie de raportul dintre coeficienţii de rezistenţă pentru cursa de comprimare cc şi

pentru cursa de destindere cd, amortizoarele hidraulice telescopice pot fi cu dublu efect sau cu

simplu efect (cc = 0); amortizoarele cu dublu efect au caracteristica simetrică (cc = cd) sau

asimetrică (cc cd).

Fig. 1.5. Caracteristica externă a unui amortizor.

Marea majoritate a amortizoarelor actuale au caracteristică de amortizare asimetrică

(fig. 1.5), forţa de amortizare la cursa de comprimare fiind mult mai mică decât la cursa de

destindere. Folosirea unei astfel de caracteristici este motivată prin tendinţa de a micşora

efectul unor şocuri unitare, la trecerea autovehiculului peste denivelări proeminente, printr-o

amortizare mai mică la cursa de comprimare. În construcţiile actuale există raportul:

cd = (2…5) cc. (1.2)

Cu cât suprafaţa îmbrăcăminţii drumului pe care circulă autovehiculul este mai

neregulată, cu atât trebuie să fie mai mare diferenţa dintre coeficienţii cd şi cc. Când roata

autovehiculului trece peste o denivelare proeminentă, viteza masei nesuspendate creşte şi prin

amortizor se va transmite o forţă însemnată, excluzând elementul elastic al suspensiei; această

forţă poate fi micşorată prin micşorarea coeficientului cc. În cazul circulaţiei pe drumuri cu

neregularităţi lungi, line (şosele cu beton asfaltic sau autostrăzi), este neraţională o diferenţă

mare între coeficienţii cd şi cc; la trecerea peste denivelări sub formă de adâncituri se poate

pierde contactul roţii cu solul, deoarece componenta orizontală a roţii este mult mai mare

decât componenta verticală. Coeficientul mediu de rezistenţă al amortizorului c este definit de

relaţia:

C = (cd + cc) /2 (1.3)

şi are valori determinate pentru diferite clase de autovehicule, conform tabelului 1.1.

7

Tabelul 1.1

Valorile medii ale coeficientului de rezistenţă al amortizorului cu supapele închise, în Ns/m

Autovehicululcc cd c

Faţă Spate Faţă Spate Faţă Spate

Autoturisme cu:- microcilindree- cilindree mică şi medie- cilindree mare

Autocamioane *):Ga 90*103 NGa 90*103 N

AutobuzeGa 105 N

36010301380

11101660

860

450900920

1530

900

300038804440

587014300

13800

331041004470

11700

13400

168024552890

34907980

7330

188025002695

6615

7150

*) Ga – greutatea totală a autovehiculului.

Coeficientul c se alege astfel ca amortizarea vibraţiilor suspensiei să asigure confortul

pasagerilor şi protejarea mărfurilor în condiţiile circulaţiei autovehiculului pe drumuri cu

suprafeţe neregulate. O intensitate mare de amortizare a vibraţiilor de frecvenţă joasă duce la

apariţia de acceleraţii supărătoare pentru pasageri; din această cauză se recomandă limitarea

forţei de amortizare la o anumită viteză critică vcr (fig. 1.5), prin deschiderea unor supape care

micşorează forţa de rezistenţă a amortizorului. La amortizoarele moderne, viteza critică vcr are

valori cuprinse în limitele 0,15 – 0,4 m/s. Această viteză constituie în acelaşi timp un criteriu

pentru determinarea forţelor maxime de rezistenţă Pcr ale amortizorului, obţinute în regimul

de funcţionare a orificiilor-drosel, forţe ce caracterizează începutul funcţionării supapelor de

descărcare ale amortizorului.

Clasificarea amortizoarelor telescopice. Schema clasificării principiale a

amortizoarelor hidraulice telescopice este dată în figura 1.6.

Marea majoritate a uzinelor de automobile din lume folosesc de preferinţă amortizoare

telescopice bitubulare. Amortizorul telescopic bitubular, comparativ cu amortizorul

monotubular, are lungimea mai mică, iar inelul de etanşare nu este supus presiunii ridicate a

lichidului. În schimb, amortizorul monotubular are, la un diametru exterior egal cu al

amortizorului bitubular, un diametru al pistonului mult mai mare (până la 50%) şi o răcire mai

bună în timpul funcţionării, fiind mai uşor cu 25 – 30% comparativ cu amortizorul bitubular.

Amortizorul monotubular este mai sensibil la şocurile produse de neregularităţile drumurilor

8

de categorie inferioară, având o durabilitate mai mică. Din această cauză, producătorii de

automobile din S.U.A. folosesc amortizoare telescopice monotubulare pentru piaţa internă şi

bitubulare pentru piaţa externă.

Fig. 1.6. Schema clasificării amortizoarelor hidraulice telescopice.

Amortizoarele la care lichidul se scurge în acelaşi sens au o serie de avantaje faţă de

amortizoarele la care scurgerea lichidului este alternativă. Astfel, la amortizoarele din prima

categorie se realizează mai uşor forţe mari de rezistenţă la cursa de comprimare; acestea au o

răcire mult mai bună, deoarece lichidul vine mai des în contact cu peretele exterior al tubului

– rezervor. În schimb, apare o cantitate mai mare de emulsie de lichid, iar amplasarea

supapelor este îngreunată.

9

1.4. Amortizoare telescopice nereglabile

1.4.1. Amortizoare bitubulare nereglabile

Construcţia unui amortizor telescopic bitubular nereglabil este reprezentată în figura

1.6.

Subansamblurile principale ale amortizorului sunt:

— pistonul 2 cu orificii de trecere şi supapa de destindere;

— ansamblul 1 al orificiilor de trecere şi supapei de comprimare prin care se face

legătura între compartimentul A de sub

piston şi compartimentul C de compresie;

— sistemul de ghidare şi etanşare 3.

La partea suspendată a automobilului este

montat capătul superior 4 al amortizorului, prin

intermediul unei bucşe elastice din cauciuc 5.

Solidare cu capătul superior 4 sunt tija 6 a pistonului 2

şi tubul de protecţie 7 al tijei. La partea nesuspendată

este montat capătul inferior 10, prin elementul elastic

11. Tubul rezervor 9 face legătura între capătul

inferior 10, şi sistemul de ghidare şi etanşare 3,

constituind în acest fel corpul amortizorului. Cilindrul

de lucru 8, în care culisează pistonul 2, este montat

prin presare în corpul sistemului de ghidare şi

etanşare 3, şi se sprijină pe capătul inferior 10.

Volumul interior al cilindrului de lucru 8, împărţit de

piston în două compartimente A şi B, este umplut cu

lichid vâscos. Datorită deplasărilor relative dintre

masa suspendată şi nesuspendată, la deplasarea

pistonului 2 în cilindrul de lucru 8, lichidul se deplasează dintr-un compartiment în altul prin

orificiile din piston. Întrucât, la apropierea maselor, tija pistonului intră complet în

compartimentul B, o parte din lichid, egală cu volumul tijei, trebuie evacuată prin ansamblul 1

în rezervorul de compensare C format între cilindrul de lucru 8 şi tubul rezervor 9. Rezervorul

de compensare C, umplut parţial cu lichid, are rolul de a asigura aşa-numitul proces de

10

Fig. 1.6. Construcţia amortizor- ului hidraulic telescopic bitubular nereglabil.

recuperare, adică schimbul de lichid dintre cilindrul de lucru şi rezervorul de compensare la

introducerea şi scoaterea consecutivă a tijei 6.

În figura 1.7 se prezintă funcţionarea amortizorului în diferite regimuri la cele două

curse.

Fig. 1.7. Funcţionarea amortizorului hidraulic telescopic bitubular cu dublu efectcu circulaţia lichidului în ambele sensuri.

11

La cursa de comprimare (fig. 1.7, a), în cazul vitezelor mai mici decât viteza critică,

lichidul trece din compartimentul A în B, prin orificiile 3, după ce învinge forţa foarte slabă a

arcului disc 2. Compensarea volumului tijei introduse în compartimentul B se face prin

trecerea lichidului din compartimentul A în C prin secţiunea mică din piuliţa supapei de

comprimare 8 şi canalele 7. la viteze mai mari decât viteza critică, lichidul nu mai are timp să

se scurgă prin orificiile 3. În acest caz, creşte presiunea lichidului din compartimentul A, iar

forţa de presiune pe supapa de comprimare 8 deplasează în jos plunjerul supapei, eliberând o

secţiune de trecere mai mare, ceea ce face ca creşterea forţei de rezistenţă a amortizorului,

după viteza critică, să fie mai mică.

La cursa de destindere (fig. 1.7, b), lichidul din partea superioară (compartimentul B)

este comprimat şi, ca urmare, arcul disc 2 este presat pe piston, închizând orificiile 3. Lichidul

trece prin orificiile 1 şi ajunge la rondela obturatoare 4 a supapei de destindere. În cazul în

care viteza relativă de deplasare a pistonului este mai mică decât viteza critică, forţa de

presiune a lichidului este mai mică decât forţa de precomprimare a arcului 5, iar scurgerea

lichidului se efectuează prin nişte fante din rondela obturatoare 4.

Cum volumul eliberat de sub piston nu poate fi umplut cu lichid din compartimentul B

(datorită tijei ce iese în afară), se creează o depresiune care ridică supapa 6, formată dintr-un

inel liber. În acest fel, se creează o comunicare între compartimentele A şi C, care permite

completarea volumului de lichid din compartimentul A la urcarea pistonului. La viteze mai

mari decât viteza critică, timpul de trecere a lichidului din compartimentul B în A, prin

orificiile mici din rondelele obturatoare 4, devine insuficient. În acest caz, presiunea din

compartimentul B creşte şi învinge forţa de precomprimare a arcului 5 al supapei de

destindere, provocând îndepărtarea rondelelor de pe scaun şi formarea unei secţiuni de trecere

mai mare.

La un asemenea amortizor, într-un ciclu complet de lucru, între cilindrul principal şi

rezervorul de compensare se vehiculează o cantitate de lichid egală cu volumul tijei. Datorită

volumului mic de lichid ajuns în rezervorul de compensare aflat în contact nemijlocit cu aerul,

schimbul de căldură este îngreunat.

În figura 1.8 este reprezentată construcţia unui amortizor bitubular cu direcţie unică de

scurgere a lichidului (de tip Armstrong).

Pentru asigurarea circulaţiei totale, supapa de destindere, formată din rondela 3, arcul

elicoidal 2 şi piuliţa de reglare 1, este montată în tubul deversor antispumă 4, făcând

comunicarea între compartimentele A şi C, iar supapa de comprimare 9 este montată în corpul

pistonului, făcând comunicarea între compartimentele A şi B.

12

Fig 1.8. Construcţia amortizorului hidraulic telescopic bitubular cu circulaţia lichidului în sens unic.

Funcţionarea amortizorului este următoarea:

La cursa de comprimare, în cazul vitezelor mici de deplasare ale pistonului, lichidul se

scurge din compartimentul A în compartimentul B, prin nişte frezări calibrate de pe partea

frontală a piuliţei 10. Deoarece volumul disponibil în compartimentul B este mai mic decât

cel dislocat de piston în A, un volum de lichid egal cu volumul tijei este trecut prin tubul

deversor 4, prin deschiderea supapei de destindere, în rezervorul de compensare C. La viteze

relativ mari ale pistonului, presiunea din

compartimentul A creşte şi deschide supapa de

comprimare 9, oferind lichidului o secţiune de

trecere mai mare.

La cursa de destindere, la viteze mici ale

pistonului, lichidul se scurge din compartimentul B

în A, prin frezările frontale din piuliţa 10. Volumul

A nu se poate umple numai cu lichidul scurs din B,

diferenţa necesară completându-se prin lichidul

aspirat din camera de compensare C, care pătrunde

în volumul de sub piston, învingând forţa slabă a

arcului 11 al supapei de compensare 12. Când

viteza pistonului se măreşte, timpul de scurgere a

lichidului prin frezările din piuliţă este insuficient.

Creşterea presiunii lichidului din compartimentul

B, care, prin tubul 4, acţionează

asupra supapei de destindere, deplasează în jos

rondela 3. Se formează astfel o secţiune mai mare

de trecere a lichidului. Lichidul, scăpat pe lângă

tija pistonului, se întoarce în camera de compensare prin tubul 7. Inelul 8, montat în camera

de compensare, are rolul de a împiedica

emulsionarea lichidului în timpul funcţionării

amortizorului. Manşonul de cauciuc 6 îndeplineşte

rolul elementului elastic limitator al suspensiei pentru cursa de comprimare.

13

La acest amortizor, datorită amplasării exterioare a supapei de destindere, diametrul

cilindrului exterior este mai mare decât la alte amortizoare, ceea ce duce la o răcire mai bună

în timpul funcţionării. În plus, schimbul de căldură este îmbunătăţit şi prin vehicularea în

rezervorul C, la un ciclu de funcţionare, a întregului volum de lichid din cilindrul de lucru al

amortizorului. Dezavantajul principal al acestor amortizoare faţă de cele cu circulaţia

lichidului în ambele sensuri constă în forţe de presiune mai mari la diametre exterioare egale,

cu consecinţe nefavorabile asupra durabilităţii supapelor de descărcare.

14

Fig. 1.9. Construcţia amortizorului monotubular hidro-pneumatic.

1.4.2. Amortizoare monotubulare nereglabile

Amortizoarele telescopice monotubulare în comparaţie cu cele bitubulare au, la

diametre exterioare egale, un diametru al pistonului mai mare cu până la 50%, sunt mai uşoare

cu 25…30% şi au o răcire mai bună. În schimb, amortizoarele monotubulare sunt mai

sensibile la şocurile produse de neregularităţile drumului.

La amortizoarele monotubulare, camera de compensare este dispusă axial, în

prelungirea cilindrului de lucru. Lichidul şi gazul din camera de compensare pot fi separate

între ele sau în contact direct. După presiunea gazului din camera de compensare,

amortizoarele monotubulare se împart în două categorii: cu presiune joasă şi cu presiune

înaltă (hidropneumatice).

În figura 1.9 este reprezentată construcţia amortizorului

monotubular hidropneumatic de tip De Carbon. În camera de

compensare 1 se introduce azot sub presiunea de circa 2,5 N/mm2.

Perna de aer este separată de lichid prin intermediul unui piston

flotant 2. Compensarea necesară a volumului, datorită micşorării

lui la cursa de comprimare, se obţine prin comprimarea pernei

elastice de gaz şi deplasarea pistonului flotant în sus. La cursa de

destindere, volumul care se eliberează este ocupat de gazul din

compartimentul 1, care se destinde şi deplasează în jos pistonul

flotant. La acest amortizor, orificiile de trecere şi supapele de

descărcare sunt montate în pistonul 3.

Datorită elasticităţii camerei de compensare, amortizorul

îndeplineşte şi rolul de element elastic suplimentar al suspensiei.

15

1.5 Amortizoare telescopice reglabile

Pentru un anumit profil de drum, o anumită viteză de deplasare şi o anumită stare de

încărcare a automobilului, există un singur reglaj optim al caracteristicii de amortizare.

Schimbarea parametrilor de mai sus în timpul exploatării automobilului ar necesita şi o

schimbare a reglajului în vederea menţinerii condiţiilor de confort şi stabilitate. De aici a

apărut necesitatea utilizării unor amortizoare cu caracteristică reglabilă. Posibilitatea reglării

caracteristicii de amortizare permite folosirea aceleaşi tipodimensiuni de amortizor la

automobile diferite, precum şi refacerea reglajului iniţial după parcurgerea unui anumit număr

de kilometri.

Modificarea caracteristicii de amortizare se poate realiza prin:

16

- modificarea orificiilor calibrate de trecere pentru viteze vp vcr

- modificarea presiunii de deschidere a supapelor de descărcare, prin modificarea

prestrângerii arcurilor de supape pentru viteze vp vcr.

Fig. 1.10. Construcţia amortizorului reglabil cu dublu efect.

17

În figura 1.10 este reprezentată o secţiune prin amortizorul reglabil Armstrong –

Anglia, care permite modificarea caracteristicii de amortizare pentru ambele curse. Reglajul

se face prin modificarea secţiunii orificiului calibrat Oc (fig. 1.10, a) de formă inelară, prin

deplasarea axială a vârfului tronconic al şurubului de reglare (comandat prin rotirea rozetei 2).

Fixarea rozetei într-o anumită poziţie este asigurată de bila opritorului 3. Dezavantajul

construcţiei constă în faptul că forţele de amortizare la destindere şi la comprimare se

condiţionează reciproc, un reglaj independent al celor două forţe fiind imposibil.

Pentru echiparea autoturismelor Rolls-Royce, firma a realizat o variantă de amortizor

cu comandă electromagnetică la distanţă (fig. 1.10, b), realizată printr-un buton de pe tabloul

de bord de către conducătorul auto. Prin acţionarea butonului, miezul 5 al electromagnetului

4, apăsând asupra roţii cu clichet 7 (fixată cu tachetul 6), roteşte la un unghi determinat

sertarul 8 în care sunt practicate patru orificii calibrate Oc. Celor patru poziţii ale butonului de

comandă le corespunde trecerea lichidului prin patru, trei, două sau un singur orificiu calibrat,

realizându-se următoarele condiţii de funcţionare:

— deplasarea pe asfalt cu viteze până la 55 km/h;

— deplasarea pe drum rău;

— deplasarea cu jumătate din sarcină;

— deplasarea cu sarcină maximă.

În figura 1.11 este reprezentată construcţia unui amortizor I.C.P.A.T.-Braşov, care

permite intervenţia manuală independentă asupra caracteristicii de amortizare pentru cursa de

comprimare şi destindere la viteze ale pistonului ce depăşesc viteza critică.

18

Fig. 1.11. Construcţia amortizoru- lui hidraulic cu dublu efect, cu reglare independentă a caracteris- ticii de amortizare pentru comprimare şi destindere.Reglarea se realizează astfel:

- La cursa de destindere, (amortizorul fiind demontat de pe automobil) prin

răsucirea tijei faţă de corp, după ce tija a fost în prealabil apăsată spre interior astfel încât

capul hexagonal al corpului supapei de destindere 1 să pătrundă în degajarea corespunzătoare

a corpului supapei de comprimare 2. Prin aceasta, se modifică prestrângerea arcului 3 al

supapei de destindere. Şaiba elastică 4 asigură şase poziţii fixe la o rotaţie completă;

- La cursa de comprimare, (amortizorul nefiind demontat de pe automobil)

prin rotirea şurubului de reglare 5. Aceasta, prin intermediul conului de presiune 6, modifică

prestrângerea arcului 7 al supapei de compresie.

În figura 1.12 este prezentat principiul de funcţionare al amortizoarelor Bilstein cu

reglare automată a caracteristicii la destindere în funcţie de sarcina care acţionează asupra

suspensiei.

Fig. 1.12. Principiul de funcţionare al amortizoarelor cu reglare automată acaracteristicii de amortizare.

19

Soluţia din figura 1.12, a este o variantă cu acţionare asupra orificiilor de trecere, iar

soluţia din figura 1.12, b cu acţionare asupra talerului supapei de descărcare. La ambele

variante, tija amortizorului 6, de formă tubulară este legată de camera de comandă 1, care

comunică cu elementele pneumatice ale suspensiei, prin conducta 2. La varianta din figura

1.12, a, la creşterea sarcinii utile, are loc şi creşterea presiunii aerului din elementele

suspensiei, creşterea care, prin intermediul diafragmei 4, învinge rezistenţa arcului 3 şi, prin

intermediul tijei 9, deplasează plungerul 5, care obturează treptat orificiile calibrate 7, mărind

forţa de amortizare la viteze mici ale pistonului 8. În varianta din figura 1.12, b, la creşterea

sarcinii, tija 4 măreşte apăsarea asupra talerului supapei de destindere, prin intermediul

ciocului 5, ceea ce duce la creşterea forţei de amortizare la viteze mari ale pistonului.

1.6 Lichidul de amortizor

Lichidul de amortizor fiind mediul de lucru al pistonului amortizorului, constituie unul

din elementele constructive principale.

În timpul funcţionării, lichidul este solicitat termic şi mecanic. Principalele condiţii pe

care trebuie să le îndeplinească lichidul de amortizor sunt:

— variaţie mică a viscozităţii la variaţii de temperatură;

— să nu se emulsioneze;

— să asigure o ungere corespunzătoare;

— să nu formeze reziduuri;

— temperatura de fierbere să fie cât mai ridicată;

— temperatura de aprindere mare;

— să nu corodeze piesele componente ale amortizorului;

— la temperaturi mari viscozitatea să fie mai mare iar la temperaturi joase mai mică;

— temperatura de congelare: - 40º…- 70ºC.

Exemplu de notare:

Ulei HA 9 STAS 8853 – 79

Ulei HA 15 STAS 11560 – 82

în care:

20

- literele HA: destinaţia (hidraulic pentru amortizoare),

- cifra 9 respectiv 15: viscozitatea medie la 50ºC, [cSt].

1.7 Influenţa regimului termic asupra caracteristicii de

amortizare

Forţele dezvoltate în interiorul amortizorului fiind determinate de viscozitatea

lichidului, pe măsura încălzirii lichidului scade suprafaţa diagramei P – S, care este

proporţională cu lucrul mecanic de amortizare.

Pentru aprecierea stabilităţii caracteristicii amortizoarelor, se foloseşte graficul

denumit caracteristica termică, adică dependenţa forţei de amortizare şi a temperaturii

amortizorului de timpul de funcţionare. În fig. 1.13 se prezintă caracteristica termică a

amortizorului Armstrong pentru un regim de răcire artificial cu w = 13 m/s, curbele trasate cu

linie plină reprezentând curbele de temperatură, iar curbele cu linie întreruptă – variaţia forţei

de amortizare; curbele 1 reprezintă încercările efectuate la vp = 0,150 m/s, curbele 2 – la

vp=0,214 m/s, curbele 3 – la vp = 0,268 m/s, iar curbele 4 – la vp = 0,375 m/s. Se constată că se

măreşte intensitatea creşterii temperaturii pe măsură ce creşte solicitarea amortizorului.

21

Fig. 1.13. Dependenţa forţei de amortizare şi a temperaturii amortizorului

de timpul de funcţionare.

Pe măsură ce creşte temperatura lichidului, amortizorul îşi pierde din eficacitatea sa

iniţială de amortizare. Un exemplu de variaţie a forţei de amortizare (în %), în funcţie de

temperatura amortizorului, este prezentat în fig. 1.14, pentru vp = 0,268 m/s, curba 1

reprezentând amortizorul Standard, curba 2 – Armstrong şi curba – Fichtel-Sachs.

Micşorarea forţelor de amortizare cu creşterea temperaturii rezultă şi din fig. 1.15,

unde este dată caracteristica unui amortizor de autocamion pentru diferite temperaturi.

Calitatea lichidului de amortizor are o influenţă deosebită asupra variaţiei forţei de

amortizare în funcţie de temperatură. Micşorarea forţei de amortizare (la 100C) este cu 50%

mai mică în cazul folosirii unui lichid cu o variaţie mică a viscozităţii în funcţie de

temperatură, comparativ cu lichidul cu o variaţie mare a viscozităţii.

22

Fig. 1.14. Variaţia forţei de amortizare în

funcţie de temperatura amortizorului.

Fig. 1.15. Caracteristica unui amortizor de autocamion pentru diferite temperaturi.

Se poate conchide că scăderea eficacităţii de amortizare variază între 15 şi 25% la

temperaturi de 90 – 100C, valoarea mai mare a procentului de micşorare corespunzând

amortizoarelor cu lichide de calităţi inferioare.

Capitolul 2. ÎNCERCAREA AMORTIZOARELOR PENTRU

AUTOVEHICULE RUTIEREÎn prezent, marea majoritate a parametrilor constructivi şi funcţionali ai amortizoarelor

hidraulice telescopice se pot stabili prin calcul. Cu toate acestea, este necesară şi cercetarea

experimentală a acestora, care trebuie să determine calitatea execuţiei, caracteristicile

funcţionale, eventuala necesitate a refacerii reglajului iniţial în exploatare, necesitatea unor

îmbunătăţiri constructive, parametrii optimi de amortizare pentru fiecare autovehicul în parte

şi durata de funcţionare a amortizoarelor.

2.1. Metodica de încercare a amortizoarelor

Încercările amortizoarelor hidraulice se clasifică, în funcţie de scop (fig. 2.1), în:

- încercări de omologare;

- încercări de control şi recepţie a producţiei de serie;

- încercări de studii şi cercetări.

23

Fig. 2.1. Clasificarea încercărilor de amortizoare.

Încercările de omologare au scopul de a stabili dacă amortizorul prototip corespunde

din punct de vedere calitativ şi dacă parametrii de amortizare corespund parametrilor necesari

pentru obţinerea unui confort optim la autovehiculul pe care se vor monta amortizoarele. În

cadrul încercărilor de omologare se depistează deficienţele de ordin constructiv, în vederea

remedierii acestora. Tot în cadrul încercărilor de omologare intră şi încercările seriei zero. La

încercările de omologare se verifică şi durata de funcţionare a amortizorului, prin încercările

de durabilitate în condiţii de laborator şi pe parcurs.

Încercările de control şi recepţie se efectuează pentru a se verifica dacă procesul de

fabricaţie asigură şi menţine calitatea amortizoarelor la nivelul stabilit prin condiţiile tehnice

generale. Încercările de control periodic se fac asupra unui număr mic de amortizoare din

fabricaţia de serie.

Încercările de studii şi cercetări ştiinţifice au ca scop studierea influenţei

dimensiunilor şi a formei orificiilor calibrate asupra caracteristicii de amortizare, determinarea

influenţei calităţii lichidului asupra funcţionării amortizorului, studierea influenţei

parametrului elementului elastic al supapelor asupra caracteristicii acestora, studierea

influenţei caracteristicii de amortizare asupra confortului de călătorie etc.

Încercările termice şi încercările la durabilitate pot fi cuprinse în încercările

susamintite, dar pot fi şi încercări de sine stătătoare. Prin încercările termice se stabileşte

influenţa regimului termic al amortizoarelor asupra eficacităţii de amortizare a acestora.

Încercările termice şi încercările la durabilitate se efectuează atât în condiţii de laborator, cât

şi pe parcurs.

Încercările termice ale amortizoarelor pe parcurs au drept scop stabilirea temperaturii

limită a amortizoarelor, pentru condiţii de exploatare pe diferite categorii de drumuri şi cu

24

viteze diferite de circulaţie, şi a timpului de stabilizare a temperaturii de regim în aceste

condiţii.

După efectuarea încercărilor de durabilitate, se procedează la demontarea

amortizorului pentru a se constata mărimea uzurii elementelor componente ale acestuia,

comparativ cu valorile respective măsurate precis şi consemnate înaintea începerii

încercărilor.

Încercările amortizoarelor hidraulice se pot efectua în condiţii de laborator,

amortizorul fiind demontat sau montat în suspensia autovehiculului respectiv, şi pe parcurs.

Încercările amortizoarelor montate în suspensia autovehiculului sunt îngreunate de

necesitatea unei aparaturi complexe şi de imposibilitatea determinării precise a lucrului

mecanic, determinare absolut necesară pentru bilanţul termic al amortizorului; în plus, prin

aceste încercări se obţine întotdeauna imaginea unei perechi de roţi şi nu a unui singur

amortizor, aşa cum ar fi de dorit. Cercetările amortizoarelor montate în suspensie (în condiţii

de laborator sau pe parcurs) sunt totuşi importante, deoarece au scopul de a stabili reglajul

optim pentru obţinerea unei confortabilităţi corespunzătoare, temperatura limită a

amortizoarelor în condiţii de exploatare pe drumuri de diferite categorii, durata maximă de

funcţionare.

La încercările în laborator (pe standuri speciale) a amortizoarelor montate în suspensie

se înregistrează vibraţiile libere ale autovehiculului respectiv cu şi fără amortizoare, şi

vibraţiile forţate. La încercările pe parcurs se înregistrează vibraţiile forţate (în condiţiile

neregularităţilor unitare, artificiale şi în condiţii naturale de drum).

Prin urmare, este de dorit ca cercetarea experimentală să se efectueze în condiţii de

laborator. De fapt, unele cercetări au arătat că poate fi efectuat un studiu destul de amplu al

funcţionării amortizorului şi în condiţii de laborator; în acest caz trebuie să se reproducă pe

cât posibil mai fidel condiţiile de funcţionare reale ale amortizorului hidraulic telescopic.

2.2. Instalaţii şi aparatură pentru încercarea amortizoarelor

Instalaţiile şi aparatura de încercare a amortizoarelor hidraulice telescopice se pot

clasifica, în funcţie de încercările la care sunt folosite, în instalaţii şi aparatură pentru

încercarea amortizoarelor demontate de pe autovehicul şi pentru încercarea amortizoarelor

montate în suspensia autovehiculului. Din prima categorie fac parte instalaţiile cu care se

încearcă în laborator amortizorul propriu-zis, iar din a doua categorie – instalaţiile folosite la

încercarea suspensiilor autovehiculelor echipate cu amortizoare telescopice (în condiţii de

laborator şi pe parcurs).

25

2.2.1 Instalaţii pentru încercarea amortizoarelor în laborator

Sunt foarte răspândite încercările amortizoarelor demontate de pe autovehicul şi

montate mai apoi pe instalaţii de încercat, care au posibilitatea să imprime amortizoarelor

diferite curse, deci diferite viteze de funcţionare. Acest tip de instalaţii (standuri de încercat)

sunt denumite şi standuri dinamometrice.

Se cunosc două metode de încercare mai răspândite. O metodă foloseşte curse diferite

(25, 50, 75 şi 100 mm) şi aceeaşi turaţie a arborelui de antrenare (100 rot/min) pentru toate

cursele, viteza maximă a pistonului fiind de 0,52 m/s. Cealaltă metodă (întrebuinţată în

S.U.A.) foloseşte o cursă constantă a pistonului (75 mm) şi turaţii diferite (între 50 şi 200

rot/min).

Parametrul principal care trebuie determinat la încercările amortizoarelor este forţa de

amortizare, atât pentru cursa de comprimare cât şi pentru cursa de destindere. La majoritatea

instalaţiilor de încercat amortizoare se înregistrează diagrama de funcţionare a amortizoarelor,

adică dependenţa dintre deplasarea tijei amortizorului şi forţa de amortizare ce produce

această deplasare.

Înregistrările se efectuează pe cât posibil pentru amplitudini şi viteze de deplasare ale

pistonului corespunzătoare celor ce au loc în realitate la circulaţia automobilului. La

diagramele înregistrate au însemnătate nu numai forţele maxime de amortizare, ci şi alura

curbelor ascendente şi descendente care arată dacă amortizorul funcţionează dur sau nu, dacă

are sau nu ulei, dacă au pătruns cantităţi însemnate de aer etc. Întreaga suprafaţă a diagramei

constituie, de fapt, o măsură a energiei absorbite şi disipate de amortizor în timpul unui ciclu.

Încercând acelaşi amortizor pe mai multe standuri dinamometrice se observă că

măsurările forţelor de amortizare vor fi diferite, chiar în condiţii constante de încercare

(temperatură şi frecare).

În cazul în care tija amortizorului este fixă, iar tubul rezervor este legat de culisa

mecanismului bielă-manivelă al standului, viteza relativă a pistonului este egală cu viteza

tubului amortizorului. Dacă se înlocuieşte prinderea fixă cu un element elastic (arc), atunci

pistonul va parcurge un spaţiu cu atât mai mare cu cât arcul va fi mai elastic; caracteristicile

arcurilor fiind diferite şi rezultatele măsurărilor vor fi diferite.

26

Fig. 2.2. Standul SPAT – 468 pentru încercarea amortizoarelor.

În fig. 2.2 se prezintă schema

principială a unui stand de tip

dinamometric (SPAT-468), proiectat şi

realizat la Institutul politehnic Braşov.

Mişcarea se transmite de la motorul electric

1, prin cutia de viteze 2, la volantul cu

excentric 3. Prin intermediul unei biele,

mişcarea de rotaţie a volantului se

transformă într-o mişcare vibratorie de

translaţie a culisei 4. De culisă este prins,

cu capătul inferior, amortizorul 5, supus

încercărilor, capătul superior al acestuia

fiind fixat de pârghia 6 a elementului

elastic, în cazul acesta – bara de torsiune 7.

În timpul unei rotaţii complete a volantului

3, amortizorul 5 este supus consecutiv

tracţiunii şi compresiunii. Forţele de

rezistenţă ce apar în acest caz acţionează

asupra pârghiei 6, tensionând bara 7.

Creionul indicatorului pârghiei 9 şi

tamburul 8 au mişcări oscilatorii în direcţii

reciproc perpendiculare, în urma cărui fapt linia descrisă de creion se dovedeşte a fi o curbă

închisă (diagrama P – S). Fără amortizor, creionul indicatorului ar trasa pe diagramă o linie

orizontală – linia zero; abaterea curbei în sus de la linia de zero determină, la scară, forţa de

rezistenţă la destindere a amortizorului, iar abaterea în jos – forţa de rezistenţă la comprimare.

Cunoscând curba de etalonare a elementului elastic, se pot determina cu uşurinţă forţele la tija

amortizorului în orice punct al traiectoriei curbei, deoarece practic unghiul de răsucire al barei

de torsiune este direct proporţional cu forţa la tija amortizorului.

Forma diagramei P – S înregistrată pe acest stand pentru diferite curse este prezentată

în partea stângă a fig. 2.3, în partea dreaptă indicându-se caracteristica externă Pa – vp a

amortizorului, obţinută prin transformarea diagramei P – S.

27

Fig. 2.3. Diagrama P - S şi caracteristica externă a amortizorului înregistrate pe standul dinamometric.

Există instalaţii de încercat amortizoare care înregistrează electronic caracteristica

externă a amortizoarelor hidraulice telescopice. Schema unui astfel de stand, folosit la

Universitatea tehnică din Braunschweig (Germania), este indicată în fig. 2.4.

Standul este antrenat de motorul electric de curent continuu 1, cu turaţie variabilă.

Volantul 3 asigură o rotire uniformă. Cu ajutorul celor două cutii de viteze 2, de automobil se

poate obţine orice valoare a frecvenţei, care poate apărea în practică. Prin intermediul unui al

doilea volant 3’, este antrenat excentricul reglabil 4 al unui mecanism de culisă 5, de care este

prins (articulat) amortizorul 6. Forţa se măsoară, practic, fără deplasare, cu ajutorul benzilor

de măsurare extensibile 7. Capătul superior al amortizorului este legat, printr-o articulaţie de

tip cardan 8, la un dispozitiv de etalonare 9, cu ajutorul căruia se poate solicita la tracţiune şi

compresiune suportul benzii extensibile de măsurare, prin nişte greutăţi etalonate. Deplasarea

culisei este înregistrată de un potenţiometru 11, prin intermediul unui contact cu perii. Viteza

de deplasare este determinată fie prin diferenţierea deplasării, fie cu ajutorul unei bobine de

inducţie 10, care se deplasează într-un câmp magnetic omogen. Tensiunea de la traductorul de

deplasare, respectiv de la traductorul de viteză, este transmisă la un oscilograf catodic 15,

printr-un amplificator 14, iar tensiunea de la traductorul de forţă

28

Fig. 2.4. Stand pentru încercarea amortizoarelor cu înregistrarea electronicăa caracteristicii externe.

este transformată printr-o punte Hottinger 13. Alimentarea instalaţiei este asigurată de la o

baterie 12 de 6 V. Diagramele de pe ecranul oscilografului sunt fotografiate. Acest stand este

foarte sensibil şi înlătură în mare parte erorile care apar la măsurarea forţelor din

amortizoarele hidraulice telescopice.

Un stand asemănător este folosit de firma Bilstein (fig. 2.5). Mişcarea de translatie

alternativă a pistonului amortizorului se realizează cu ajutorul unui excentric cu braţ reglabil

(adaptabil la diferite valori ale cursei), prin intermediul unei culise ghidate pe două coloane

29

verticale, de care este prins capătul inferior al amortizorului. Capătul superior al amortizorului

este prins de rama standului prin intermediul unui traductor de forţă, al cărui

Fig. 2.5. Stand dinamometric utilizat de firma Bilstein la încercarea amortizoarelor.

semnal este amplificat şi introdus în sistemul de înregistrare şi vizualizare. Deplasarea relativă

a celor două părţi ale amortizorului este preluată cu ajutorul unui traductor de deplasare

inductiv, al cărui semnal este de asemenea amplificat şi transmis la aparatul de înregistrare,

fie direct, fie după trecerea printr-un amplificator de diferenţiere, a cărui caracteristică scade

brusc la frecvenţe mai mari ca ale semnalului (spre a filtra semnalele perturbatoare); în acest

fel, semnalul de la traductorul de deplasare este proporţional fie cu cursa, fie cu viteza tijei

antrenate a amortizorului. Introducând simultan cele două semnale de la traductoare în

canalele X şi Y ale unui osciloscop, se obţine diagrama de lucru şi caracteristica

amortizorului.

La încercările de studii şi cercetări ştiinţifice sunt necesare şi o serie de instalaţii care

să permită studiul scurgerii lichidului de amortizor prin orificiile calibrate şi prin supape. Un

astfel de stand este prezentat în fig. 2.6.

Înregistrarea parametrilor necesari se efectuează semiautomat, cu ajutorul unui sistem

electromagnetic de urmărire. Standul este compus dintr-un cilindru pneumatic 1, pentru

crearea presiunii în amortizor, un rezervor 2, cu aer comprimat, presa 3, pentru montarea

amortizorului 4, şi reazemul 5 cu un cric, pentru reglarea înălţimii la montarea

dinamometrului 6 şi a amortizorului 4. Contactul de pornire 9 cuplează aparatura de

înregistrare. Acţionarea electromagnetică 10 a creionului înregistrator şi a cuplării

30

cronometrului 7 este dispusă pe tija cilindrului pneumatic, în urma cărui fapt cursa tijei se

înregistrează fără erori pe banda de hârtie milimetrică 8. Forţa amortizorului se înregistrează

prin dinamometrul 6.

Fig. 2.6. Stand utilizat la studiul scurgerii lichidului de amortizor

prin orificiile calibrate şi prin supape.

Desigur, încercările amortizoarelor demontate de pe autovehicul nu pot reprezenta

regimul real de funcţionare al acestora în exploatare. Încercările trebuie efectuate împreună şi

cu suspensia, masele suspendate şi nesuspendate ale autovehiculului respectiv.

31

Fig. 2.7. Standul Boge-Dual pentru încercarea amortizoarelormontate în suspensia autovehiculelor.

Pentru determinarea eficacităţii amortizoarelor hidraulice telescopice montate în

suspensia autovehiculului respectiv, se folosesc standuri speciale de probă, care reproduc

vibraţii forţate în regim de rezonanţă. Un astfel de stand, Boge-Dual, produs de firma Boge,

este prezentat în fig. 2.7. Acesta este format din platforma vibrantă 1, mecanismul bielă-

manivelă 2, care pune în mişcare platforma, arcul 3 şi scala specială 4 de măsurare a

amplitudinilor mişcării vibratorii. Verificarea amortizoarelor se face separat pentru fiecare

roată, în scopul eliminării influenţei amortizorului din partea opusă asupra rezultatelor

măsurării.

2.2.2. Instalaţii pentru încercarea amortizoarelor pe parcurs

Metodica, instalaţiile şi aparatura necesară pentru încercarea amortizoarelor montate

în suspensia autovehiculelor, în condiţii de parcurs sunt identice cu cele folosite la încercarea

suspensiilor pe parcurs. În plus, amortizoarele se supun unor încercări termice şi de

durabilitate, în condiţiile circulaţiei autovehiculelor pe diferite categorii de drumuri.

Măsurarea temperaturii se poate efectua prin folosirea termometrelor electrorezistive

(mărci tensiometrice de temperatură) sau prin folosirea termocuplelor, lipite pe peretele

exterior al amortizoarelor. Mărcile tensiometrice de temperatură au avantajul că au

dimensiuni mici, nu au inerţie la variaţia temperaturii iar indicaţiile sunt puţin sensibile la

vibraţii. Mărcile tensiometrice se execută din sârmă de wolfram şi se lipesc pe cilindrul

amortizorului; cuplarea lor la amplificator şi la oscilograf se face în general după aceleaşi

scheme ca şi pentru celelalte tipuri de mărci tensiometrice.

Pentru modelarea în laborator a condiţiilor reale de funcţionare ale amortizoarelor pe

autovehicul, este necesară determinarea vitezei curentului de aer care spală amortizorul

montat în suspensie. Măsurarea în diferite puncte a vitezei curentului de aer se poate efectua

cu ajutorul unor termoanemometre electrice.

La încercările de durabilitate ale amortizoarelor hidraulice telescopice pe parcurs,

autovehiculul efectuează un anumit număr de kilometri, pe diferite categorii de drumuri. Se

urmăreşte funcţionarea corectă a amortizoarelor şi aproximativ după fiecare 10000 km

amortizoarele se demontează şi se verifică diagrama P – S pe standul dinamometric. După

terminarea parcursului prevăzut, amortizoarele se demontează, măsurându-se piesele

componente pentru a li se stabili uzura.

32

Pentru încercarea amortizoarelor hidraulice telescopice în condiţii de exploatare a

autovehiculelor (în întreprinderi de transport sau de reparaţii auto), este necesară o aparatură

care să fie în acelaşi timp simplă în deservire şi precisă în rezultatele măsurărilor, trebuind să

permită determinarea rapidă a stării tehnice a amortizoarelor şi efectuarea la timp a reglajului

acestora. Verificarea amortizoarelor hidraulice telescopice trebuie efectuată la viteze de

încercare, care să corespundă pe cât posibil regimului de exploatare pe diferite categorii de

drum. Din această cauză nu se recomandă folosirea instalaţiilor simple, la care amortizorul se

încarcă prin greutăţi şi se măsoară durata încercării. Standurile dinamometrice, fără instalaţii

suplimentare, pot fi folosite şi la încercările amortizoarelor hidraulice telescopice, executate la

întreprinderile de transport şi reparaţii auto. Rezultatele obţinute cu aceste instalaţii sunt mult

mai precise şi mai edificatoare.

Capitolul 3. Încercarea suspensilor pentru autovehicule

rutiere

Scopul principal al încercărilor suspensiei autovehiculelor este de a determina dacă

aceasta asigură o confortabilitate corespunzătoare cu destinaţia în condiţiile de exploatare ale

autovehiculului. La încercarea complexă a suspensiilor auto trebuie determinată, de asemenea,

influenţa acestora asupra ţinutei de drum şi a stabilităţii transversale a autovehiculului

respectiv. În altă ordine de idei, trebuie măsurată variaţia sarcinii dinamice pe roată pentru a

stabili influenţa suspensiei asupra siguranţei în circulaţie.

33

În figura 3.1 este dată schema clasificării principiale a încercărilor de suspensii,

acestea fiind subîmpărţite în încercări pe parcurs şi pe standuri de probă.

Fig. 3.1. Clasificarea încercărilor de suspensii.

La încercările pe parcurs se compară diferite autovehicule între ele (autovehicule ale

unor firme diferite sau autovehicule ale aceleaşi firme dar cu suspensii diferite), pentru a le

aprecia calitatea, sau se măsoară valorile absolute ale vibraţiilor şi sarcinilor, pentru a se putea

întocmi programul încercărilor pe standul de probă. Datele obţinute experimental se pot

analiza în funcţie de nişte valori admisibile sau recomandabile sau în funcţie de datele unui

autovehicul similar, considerat etalon.

Încercările pe standuri de probă (în condiţii de laborator) cuprind atât încercările

suspensiei asamblate (la vibraţii, durabilitate, determinarea caracteristicilor funcţionale etc.),

cât şi a elementelor principale ale acesteia (arcurile, amortizoarele etc.). De asemenea, se

încearcă şi autovehiculul în întregime, pentru a-i aprecia confortabilitatea şi influenţa

diferiţilor parametrii constructivi asupra confortabilităţii, care de multe ori, reies mai greu din

încercările pe parcurs. Din această cauză există o corelaţie bine definită între teorie şi

încercările pe standuri de probă.

3.1. Metodica de încercare a suspensiilor

34

Autovehiculul este un sistem vibrant în care fiecare element (masele, elementele

elastice, amortizarea) au funcţii determinate şi influenţează diferit asupra comportării

autovehiculului la diferite regimuri vibratorii. Din acest motiv trebuie acordată o mare atenţie

regimului de vibraţii care se reproduce la încercările suspensiilor, pentru ca rezultatele

obţinute să fie în deplină concordanţă cu fenomenul real. Ca urmare a naturii şi a efectului

diferit al vibraţiilor autovehiculului, suspensiile se supun încercărilor la vibraţii libere şi

forţate (cu perturbare determinată sau aleatoare).

Încercările la vibraţii libere sunt cele mai simple şi permit determinarea frecvenţei

proprii a vibraţiilor, aprecierea gradului de amortizare şi aprecierea orientativă a frecării din

suspensie. Vibraţiile libere se reproduc, de obicei, în condiţii de laborator prin:

— trântirea părţii din faţă sau din spate a autovehiculului de la o anumită înălţime,

obţinându-se caracteristica vibraţiilor libere atât pentru caroserie, cât şi pentru

axele autovehiculului;

— trântirea sau tragerea în jos a caroseriei, urmată de eliberarea ulterioară a acesteia,

obţinându-se numai caracteristica vibraţiilor libere ale caroseriei;

— tragerea în jos a axei autovehiculului, ceea ce permite obţinerea unei caracteristici

clare a vibraţiilor axei, în special când caroseria rămâne nemişcată în timpul

vibraţiilor.

Rezultatele cele mai stabile se obţin în cazul reproducerii vibraţiilor libere prin metoda

tragerii în jos a caroseriei, în timp ce rezultatele înregistrării vibraţiilor libere prin metoda

trântirii sunt cele mai puţin precise. În figura 3.2 se prezintă exemple de înregistrare a

vibraţiilor libere prin metoda trântirii (fig. 3.2, a) şi a tragerii în jos a caroseriei (fig. 3.2, b).

Valorile amplitudinilor succesive z0, z1, z2, …şi rapoartele lor permit obţinerea unei aprecieri

aproximative a valorii şi caracterului amortizării.

35

Fig. 3.2. Exemple de înregistrare a vibraţiilor libere prin metoda trântirii (a)

şi a tragerii în jos a caroseriei (b).

Vibraţiile forţate pot fi obţinute prin încercarea autovehiculului în condiţii naturale (pe

parcurs) sau pe diferite instalaţii de laborator.

Încercările în condiţii naturale de drum se efectuează pe porţiuni caracteristice de

diferite categorii de drumuri. O problemă foarte importantă este alegerea tronsoanelor de

drum pe care urmează a se executa probele. Avantajul acestei metode constă în faptul că

testările au loc în condiţii reale, se pot folosi viteze într-o gamă largă şi se pot aplica la mai

multe tipuri de autovehicule. Dezavantajele metodei constau în posibilităţi de înregistrare

limitate de necesitatea echipamentului special mobil şi în caracterul variabil al profilului de

drum în timp.

Pe lângă metodele anterior prezentate şi care necesită deplasarea autovehiculului

există şi metode de încercare cînd autovehiculul este fix, simulându-se deplasarea. Schemele

unora din standurile de probă, care permit reproducerea vibraţiilor forţate ale autovehiculului

sunt indicate în figura 3.3.

La standul cu tambur (fig. 3.3, a), pe suprafaţa tamburelor sunt fixate obstacole

unitare, de obicei sinusoidale, ceea ce permite obţinerea de vibraţii forţate staţionare.

Încercările pe standuri cu tambure au următoarele avantaje: măresc vizibilitatea încercărilor şi

simplifică înregistrările deoarece autovehiculul vibrează pe loc, fără o deplasare rectilinie;

permit efectuarea încercărilor în condiţii stabile, pe tot parcursul anului. Pe acest stand este

însă greu de obţinut ca acţiunea neregularităţilor

asupra roţilor din faţă să fie decalată faţă de

acţiunea asupra roţilor din spate cu acelaşi decalaj

de fază care apare în realitate.

Pe standul cu bandă rulantă (fig. 3.3, b),

neregularitatea trece pe rând pe sub roţile din faţă

şi din spate, obţinându-se astfel vibraţii

nestaţionare.

36

Vibraţiile care apar pe o şosea ondulată sau perturbarea cu caracter periodic pot fi

reproduse pe standul de probă cu tamburi excentrici (fig. 3.3, c) sau pe platforme vibrante

(fig. 3.3, d – cu acţionare hidraulică sau pneumatică şi fig. 3.3, e – cu acţionare

electromagnetică). Frecvenţa perturbatoare (turaţia tamburelor) se poate modifica, treptat sau

continuu, foarte încet.

3.2. Instalaţii şi aparatură pentru încercarea suspensiilor

Instalaţiile de încercare a suspensiilor se pot clasifica, în funcţie de tipul încercărilor,

în instalaţii pentru încercări de laborator şi instalaţii pentru încercări pe parcurs.

Instalaţii pentru încercări de laborator. După cum s-a precizat în laborator se

încearcă atât suspensiile asamblate, cât şi elementele componente ale acestora.

Standul Hydropuls (fig. 3.4.) produs de firma germană Schenk poate reproduce

vibraţiile care apar la circulaţia autovehiculelor pe drumuri cu diferite îmbrăcăminţi.

Cei patru cilindri hidraulici, cu funcţionare independentă asigură o forţă verticală de

1600 daN la o amplitudine reglabilă până la 100 mm. Roţile sunt fixate la partea superioară a

tijelor cilindrilor.

37

Fig. 3.3. Standuri de probă care permit reproducerea vibraţiilor forţate ale autovehiculului.

Fig. 3.4. Standul Hydropuls pentru încercarea suspensiilor:

M – înregistrator pe bandă magnetică; CA-D – convertor analog-digital;

CD-A – convertor digital-analog; CN – calculator numeric;

T – traductor de acceleraţii.

Standul cu bandă rulantă (fig. 3.5), pe care sunt dispuse neregularităţi de diferite forme, se foloseşte pentru studiul multilateral al performanţelor de confort ale autovehiculelor.

Fig. 3.5. Stand cu bandă rulantă pentru încercarea suspensiilor.

Pe o fundaţie este fixată o ramă pe care sunt montate două tambure, 1 şi 2, şi tamburul

de întindere 3, cu dispozitivul de întindere 4, al benzii. Pe tambure sunt montate benzi rulante

cauciucate, viteza de deplasare a acestora fiind indicată de tahometrul 14 şi înregistrată de

electromagneţii 13, 13’ şi 13”. Neregularităţile etalon sunt aruncate pe bandă de dispozitivul

special 5 şi trec pe rând pe sub roţile din faţă şi din spate. Înregistrările se efectuează pe

benzile de hârtie 10, dispuse pe cele două părţi ale autovehiculului şi puse în mişcare de

motorul electric 11. Creionul înregistrator 12 marchează baza de timp. Înregistrarea vibraţiilor

diferitelor puncte ale autovehiculului se efectuează mecanic cu ajutorul tijelor 6, 6’, 7, 7’, 8,

8’ şi 9, 9’, la al căror capăt superior se află creionul înregistrator. Vibraţiile conducătorului se

înregistrează prin fotografierea sau prin filmarea punctelor luminoase (becuri electrice)

montate pe îmbrăcămintea acestuia, pe perna scaunului şi în caroserie.

38

Tot în condiţii de laborator se reproduc şi vibraţiile libere ale suspensiei

autovehiculelor. Spre exemplificare, în fig. 3.6 se prezintă schema principială a instalaţiei

folosite la înregistrarea vibraţiilor libere ale autocamioanelor româneşti, prin metoda trântirii.

Instalaţia este formată dintr-un traductor de deplasări 1, un accelerometru mecanoelectric 2,

două punţi tensiometrice 3, un amplificator 4, şi un oscilograf cu bucle 5. Traductorul de

deplasări este format din două arcuri elicoidale 6 şi un inel 7, pe care au fost montate patru

mărci tensiometrice 8. Acest ansamblu se leagă cu un capăt de axa autovehiculului şi cu

celălalt de caroserie. Accelerometrul este format dintr-o masă dispusă la extremitatea unei

lamele elastice încastrate, iar amortizarea vibraţiilor proprii ale lamelei este asigurată printr-

un filtraj electronic.

Fig. 3.6. Instalaţie pentru înregistrarea vibraţiilor libere ale autocamioanelor româneşti,prin metoda trântirii.

În figura 3.7 se prezintă un exemplu de înregistrare, cu această instalaţie, a vibraţiilor

libere ale suspensiei faţă de la un autocamion de 3*104 N, în cazul trântirii de la înălţimea de

15 cm. În această figură, s-a notat cu 1 – curba deplasărilor, cu 2 – curba acceleraţiilor şi cu

3– baza de timp.

39

Fig. 3.7. Exemplu de înregistrare a vibraţiilor libere ale suspensiei faţă de la un autocamion.

Instalaţii pentru încercări pe parcurs. În timpul încercărilor pe parcurs se

înregistrează, în funcţie de scopul urmărit, acceleraţiile caroseriei în diferite puncte,

deplasările relative ale caroseriei faţă de roţi, forţele de amortizare, temperatura

amortizoarelor, viteza de deplasare a autovehiculului, precum şi profilul drumului pe care

acesta circulă.

Vibraţiile se pot înregistra prin metoda fotografierii sau filmării şi prin metoda

vibrogramelor sau a accelerogramelor, cu folosirea diferitelor traductoare. Fotografierea sau

filmarea procesului vibrator se poate efectua prin înregistrarea pe un film, cu un aparat foto

sau cu un aparat de filmat, a unui punct luminos de pe autovehiculul care circulă prin faţa

aparatului, sau prin înregistrarea cu un aparat de filmat, montat în caroserie. Metodica analizei

foto a înregistrărilor este însă destul de complicată.

Înregistrarea accelerogramelor şi a vibrogramelor la încercările pe parcurs se pot

efectua cu aproximativ aceeaşi schemă a instalaţiei ca şi la încercările la vibraţii libere (v. fig.

3.6). Deplasările, la încercările pe parcurs, se pot înregistra şi cu ajutorul traductoarelor

reostatice, semnalul acestora transmiţându-se printr-un amplificator la un oscilograf.

Amplitudinile vibraţiilor elementului elastic al suspensiei şi acceleraţiile caroseriei

autovehiculelor se pot înregistra şi mecanic cu ajutorul vibrografelor universale, de tip

seismic. Măsurările efectuate sunt afectate însă de erori mari, din care cauză aceste aparate nu

au obţinut răspândire la încercările de suspensii.

40