Стенды для проверки углов и установки колес легковых автомобилей

В автотранспортных организациях для определения углов установки колес используют динамические фиксирующие силы, действующие на элементы стенда (диагностические параметры вращающихся колес автомобиля), и статические стенды (для проверки углов установки колес неподвижного автомобиля).

Принцип действия динамических стендов следующий: колеса автомобиля при проезде площадки стенда или вращении на его роликах создают при контакте шин с опорной поверхностью боковую силу, которая фиксируется специальными устройствами. По типу опорно-воспринимающих устройств динамические стенды подразделяются на роликовые (барабанные) и площадочные. Основной недостаток динамических стендов — невысокая точность измерения. С их помощью можно лишь комплексно оценить установку колес, что затрудняет определение поэлементных неисправностей. Наибольшее распространение, в том числе и в Республике Беларусь, получили динамические площадочные стенды MINC фирмы Маха, применяемые при государственном техническом осмотре для грузовых автомобилей, выезжающих в страны Западной Европы.

Такие стенды представляют собой площадку (площадки), имеющую возможность поперечного перемещения. Если колесо автомобиля по своим углам установки расположено не оптимально, тогда при движении в пятне контакта колеса с дорогой возникает поперечная сила, которая сместит площадку в сторону. Это смещение определяется в метрах на 1 км (рис. 4). По его величине определяют боковую силу, которая зависит от параметров установки управляемых колес. Смещение площадки указывает на общее состояние ходовой части и рулевого управления автомобиля. Стенд для экспресс-диагностики положения колес (рис. 5) имеет рамную конструкцию, предназначенную для проезда через его подвижную контрольную платформу колеса в заданном направлении и измерения ее горизонтального перемещения в направлении, перпендикулярном направлению проезда.

Рис. 4. Принцип определения положения колес

 

Рис. 5. Конструкция стенда для экспресс-диагностики положения колес: 1…3, 6, 7 — салазки; 4 — измерительный датчик; 5 — измерительная плита; 8 — направляющие; 9 — устройство сдвига; 10 — короб

Основными элементами конструкции стенда являются: плита, по которой проезжает колесо проверяемой оси автомобиля; салазки, служащие для перемещения плиты; устройство сдвига, которое связано с измерительной плитой и может передвигаться по направляющим. В свою очередь с устройством сдвига связан измерительный датчик, представляющий собой потенциометр, регистрирующий величину сдвига и направление перемещения плиты при проезде по ней автомобиля.

Нахождение автомобиля на площадке определяется датчиком присутствия, находящимся под подвижной площадкой.

При переезде через измерительную плиту, установленную на уровне пола, она отжимается вправо или влево в зависимости от движения колеса, что отображается на экране (рис. 6). Результаты измерений записываются автоматически последовательно (сначала для переднего, а затем для заднего моста) и отмечаются различными цветами.

Рис. 6. Данные контроля схождения колес автомобиля

Зеленым цветом отображаются положительные результаты проверки (увод колеса находится в пределах 0…7 м/км), оранжевым — удовлетворительное состояние (7…14 м/км), красным — неудовлетворительное (увод больше 14 м/км или результаты увода отрицательные). Неудовлетворительные результаты проверки свидетельствуют о неисправностях шин, колес, подвески, рулевого управления или указывают на необходимость регулировки углов установки управляемых колес.

Площадочные стенды характеризуются высокой производительностью, так как время контроля определяется продолжительностью проезда площадок передними колесами автомобиля со скоростью 3…5 км/ч.

Для более точного определения углов установки управляемых колес необходимо использовать статические стенды на отдельном посту, которые позволяют достаточно точно измерять величину схождения и развала колес, продольного и поперечного наклона шкворня (оси). По типу измерительных устройств эти стенды подразделяются на оптико-электрические, лазерные и электронные.

Из-за небольшой точности измерения оптико-электрические стенды в настоящее время практически не применяются, ограниченное применение имеют и лазерные стенды. К недостаткам вышеуказанных стендов можно отнести невысокую точность и низкую скорость выполнения измерений. Из-за невозможности одновременного измерения параметров передней и задней оси в процессе работы приходится переставлять передние измерительные головки на задние колеса. Кроме того, время операций значительно возрастает в связи с необходимостью проведения большого числа вспомогательных вычислений. При работе на таких стендах не предусмотрена возможность автоматического сравнения результатов измерений со значениями, рекомендуемыми предприятиями-изготовителями.

В настоящее время для проверки углов установки колес применяют, как правило, электронные стенды, к основным преимуществам которых относят: высокую технологичность в работе; хорошие метрологические характеристики; возможность вывода информации о результатах измерения на цифровые и аналоговые индикаторы, экран дисплея, цифро-печатающее и различного рода запоминающие устройства. Применение электронных стендов позволяет проверять углы установки не только передних, но и задних колес, что необходимо для некоторых моделей автомобилей.

Кордовые электронные стенды первых моделей оснащены четырьмя измерительными головками, в которых применяются потенциометрические датчики. Необходимая для измерений кинематическая связь между потенциометрами на соседних головках обеспечивается с помощью специальных резинок (кордов) с крючками на концах, которые зацепляются за рычажки потенциометров перед проведением работ. Кордовые электронные стенды обладают более высокой точностью, чем оптические, а имеющиеся в их составе интерфейсные платы позволяют выводить значения всех измеренных параметров на монитор, автоматически сравнить полученные значения с рекомендуемыми производителем. Передача информации между измерительными головками и центральным модулем осуществляется по проводам.

Более высокую точность измерений имеют стенды, в которых определение углов установки колес производится с использованием инфракрасного излучения (рис. 7). В сравнении с кордовыми стендами у них более высокая точность измерений и отсутствуют соединительные провода между измерительными головками. На каждой головке вместо потенциометров установлены источники, связанные между собой посредством канала инфракрасного излучения, а также имеется матрица из специальных чувствительных элементов. Электронная система определяет, какой из них «засвечен» поперечным лучом источника от противоположной головки; по расстоянию от «засвеченного» элемента до центра матрицы определяется величина схождения для каждого из колес.

Рис. 7. Общий вид электронного стенда для проверки углов установки колес: а — монитор с клавиатурой; б — измерительная головка; 1 — монитор; 2 — клавиатура; 3 — графический планшет; 4 — корпус

Инфракрасные лучи, направленные вдоль автомобиля, служат для определения продольной оси его симметрии. Оснащение такого стенда персональным компьютером позволяет, помимо всего прочего, сохранять результаты проведенных регулировок. Как правило, в совокупности со стендом применяется подъемник.

Перед определением углов установки колес измерительные головки с помощью специальных уровней устанавливаются в строго горизонтальное положение относительно плоскости подъемника. Информация о положении закрепленных на колесах автомобиля измерительных головок относительно горизонтальной и вертикальной плоскостей подъемника передается в электронный блок.

Анализируемые сигналы в виде цифровой, буквенной или графической информации поступают на экран дисплея. На основании полученной информации производятся соответствующие регулировки. Для сравнения нормативных и действительных значений параметров в памяти электронного блока хранится соответствующая информация по маркам и моделям автомобилей. В случае отсутствия информации ее можно вводить.

В блок памяти стенда встраивается постоянно обновляемая база данных автомобилей, производимых в разных странах, с допусками на основные параметры, схемами и анимацией регулировок, ведется также архив клиентов, в котором хранятся данные на каждый отрегулированный автомобиль. По окончании работ выдается распечатка с результатами измерений, а также нормативными значениями параметров.

В настоящее время все большее распространение находят компьютерные стенды с использованием 3D-технологий, например, Geoliner фирмы Hofmann, FWA 4630 фирмы Bosch, «Техно Вектор 7» фирмы «Технокар» (Россия).

Стенд такого типа состоит из персонального компьютера и стойки, на которой перемещается в вертикальном направлении поперечина с двумя камерами с встроенной видеосистемой (рис. 8).

Рис. 8. Общий вид стенда с использованием 3D-технологий: а — измерительный модуль на стойке; б — измерительный модуль напольного типа; 1 — компьютер; 2 — лазерный луч; 3 — камера с встроенной видеосистемой; 4 — стойка с измерительным модулем; 5 — мишень

На колеса автомобиля навешиваются специальные отражатели (мишени) — метки круглой или прямоугольной формы, выполненные на квадрате (рис. 9). Отражатели являются пассивными, т.е. действуют без подвода каких-либо электронных или радиосоединений. Каждая камера контролируется двумя видеокамерами: одна отслеживает переднюю мишень, другая — заднюю. Из камеры лазерный луч с частотой 2 раза в секунду освещает круги квадрата (мишень) вспышкой и, отражаясь, попадает в камеру видеосистемы. Синхронизированные с появлением вспышек видеокамеры фиксируют изображение меток. Автомобиль при проверке перекатывается вперед и назад на 15…25 см. В зависимости от положения установленных на колесах мишеней (которое зависит от величины углов установки колес автомобиля) меняется и проекция светоотражающих элементов на светочувствительную матрицу видеокамеры. По степени изменения проекции светоотражающих элементов на матрицу система рассчитывает все углы установки колес автомобиля.

 

Рис. 9. Мишени и их установка на колеса автомобиля

Стенд измеряет геометрические параметры с точностью 1 мм на дистанции 6 м, рассчитывает траектории движения меток и определяет положение осей вращения всех четырех колес. При повороте колес на 11..13° измеряется разность углов поворота колес.

Главное достоинство стенда — исключение операций по вывешиванию колес и компенсации биения, что значительно сокращает время проверки.

Наиболее совершенными технологиями при проверке углов установки управляемых колес являются роботизированные системы, например система WAB 01 (Германия; рис. 10). Перед въездом автомобиля на подъемник ножничного типа 3 передние и задние площадки 4 с поворотными кругами 1 автоматически занимают положение, соответствующее расстоянию между осями обслуживаемого автомобиля, которое выбирается из базы данных. Измерительные головки 6 имеют привод, позволяющий им перемещаться от одной оси к другой, а инфракрасные сенсоры автоматически находят центр колеса проверяемого автомобиля и проводят компенсацию.

Рис. 10. Роботизированная система WAB 01 для проверки и регулировки углов управляемых колес: 1 — поворотный круг; 2 — платформа; 3 — подъемник ножничного типа; 4 — площадка; 5 — адаптер; 6 — измерительная головка

Измерения производятся без участия оператора: на измерительной головке имеется адаптер 5 в виде трехлучевой звезды, опорные лапки которого автоматически подводятся к диску колеса. В основании адаптера находятся датчики, позволяющие по их положению на колесе определять углы установки колес. В зависимости от требований автопроизводителя, оператор может находиться либо внутри, либо снаружи автомобиля.

Автомобиль в процессе измерений остается неподвижным, а его колеса автоматически приводятся во вращение за счет разнонаправленного движения передних поворотных кругов и задних площадок, встроенных в платформы подъемника. При повороте колеса измерительные головки автоматически отслеживают его движение. По завершению процесса головки возвращаются в первоначальное положение. Время измерения углов установки колес составляет 4 мин.

Для более точного определения углов установки управляемых колес необходимо применять статические стенды на отдельном посту.