Niewyważenie kół - cz.2: więcej o procesie wyważania

W poprzednim artykule wyjaśniałem, czym jest niewyważenie kół, jaki ma wpływ na jazdę oraz na stan pojazdu, którym się poruszamy. Pora na coś z pozoru banalnego, gdzie jednak na niewprawne i nieświadome osoby czyha wiele potencjalnych zagrożeń – dziś więcej o samym procesie wyważania kół.

To, jak zmieniały się pojazdy na przestrzeni lat, ma odzwierciedlenie również w rodzajach opon i obręczy, które się w nich stosuje. Jeśli spojrzymy wstecz, przykładowo do lat 80., to wtedy zdecydowana większość felg była stalowa, a te aluminiowe montowane były jedynie w samochodach sportowych.

Mało tego, same felgi stalowe wyglądały inaczej – wykonane były z blachy stalowej do głębokiego tłoczenia, w dodatku o bardzo gruboziarnistej i niejednorodnej strukturze. Dlatego wtedy wystarczyło zakładanie ciężarków ze stopu ołowiu z antymonem, zakleszczanych na zewnętrznej krawędzi felgi, a o pełną dokładność wyważenia mało kto dbał.

Dziś wygląda to zdecydowanie inaczej – wzrósł znacznie odsetek obręczy aluminiowych, a nabijanie ciężarków na zewnętrzną krawędź ładnych "alufelg" wydaje się być zbrodnią dla estetyki. Inne są także rozmiary kół i samej proporcji felgi do opony, co spowodowało znaczną rewolucję także na rynku maszyn używanych przez wulkanizatorów.

Osobną kwestią jest dostosowanie wyważania do wymagań odbiorcy i do rosnącej świadomości technicznej właścicieli samochodów. Auta osiągają coraz większe prędkości, a ze względu na ich coraz większą doskonałość techniczną nawet drobne niewyważenie jest bardziej wyczuwalne niż kiedyś. Wpływ niewyważenia na wielkości dynamiczne układu koło-jezdnia jest nie bez znaczenia.

"Drobne" 10 gramów niedokładności powoduje przy prędkości 100 km/h powstanie w przybliżeniu masy 1700 gramów, która powoduje powstanie siły działającej udarowo i nieustannie unoszącej i dociskającej koła. Podczas jazdy z prędkością 150 km/h jest to już 3800 gramów, a koło wykonuje wtedy ~1000 obrotów na minutę.

Nawet jeśli drgania nie są tak znaczne, by przeszkadzały kierowcy i pasażerom, to wpływają na ogólny poziom ekspozycji na amplitudy drgań i wpływają na ocenę komfortu jazdy podczas dłuższej podróży, przekładającą się na ogólne zmęczenie organizmu po pokonanej wielokilometrowej trasie. Osobną kwestią jest aspekt zdrowotny. Jednak poziom drgań, na który narażają nas nowoczesne samochody nie jest aż tak znaczny, by stanowiło to realne zagrożenie (jeśli nie spędzamy w aucie więcej niż 8-10h dziennie).

Rosnące wymagania sprawiły, że warsztaty oponiarskie odeszły od metod ściśle mechanicznych, opierających się w znacznej mierze na wiedzy pracowników, na rzecz rozwiązań, które pozwalają automatyzować proces wyważania. W teorii jest to słuszny kierunek, który zapewnia powtarzalność pomiarów i efektywniejsze oraz skuteczniejsze wyważenie koła.

Pierwszym czynnością po zdjęciu koła z auta, choć rzadko spotykaną, jest oczyszczenie felgi i opony. Ułatwić to mogą specjalne maszyny do czyszczenia kół, które myją koło mechanicznie szczotką (koło się wtedy obraca) lub za pomocą granulatu.

To oczywiście rzadkość wśród serwisów oponiarskich, ale warto nawet przy zwykłej wymianie kół, aby te nie były na tyle zanieczyszczone, by piasek czy brud zaburzał wyniki pomiarów. Takie maszyny są jednak rzadko spotykane i należy przyjąć, że koło nie powinno mieć większych, widocznych gołym okiem zabrudzeń. Reszta zależy już od rodzaju maszyny pomiarowej. W tych mniej zautomatyzowanych pracownik serwisu ręcznie wprowadza parametry koła, te bardziej zaawansowane potrafią wykonać to samodzielnie.

Sam pomiar zależy od samej maszyny, bowiem te mądrzejsze potrafią uwzględniać nawet kształt ramion felgi, aby wskazywać montowanie ciężarka w sposób niewidoczny z zewnątrz. O samych maszynach, ich funkcjach oraz automatyzacji procesu wyważania napiszę jednak w oddzielnym artykule.

Zazwyczaj pracownik wybiera po pierwsze rodzaj obręczy (stalowa/aluminiowa), a następnie wstępne miejsce montażu ciężarka. Po tych czynnościach rozpoczyna pomiar koła zamocowanego do maszyny za pomocą przykręcanego uchwytu montażowego. Koło po wykonaniu pełnego obrotu jest zdiagnozowane – maszyna wskazuje gdzie i jaki ciężarek powinno się zamontować.

Tutaj zaczynają się pierwsze schody, bowiem to dopiero początek pomiaru i powinien on zostać ponowiony po zamontowaniu ciężarka. Patrząc na pracę serwisantów nie jest to takie oczywiste. Zazwyczaj na jednym pomiarze się nie kończy i potrzebne jest dołożenie kolejnych ciężarków. Łączna ich masa nie powinna przekraczać ~60 gramów. To jednak w rzeczywistości wartość często przekraczana, bo z łatwością można spotkać przypadki, gdy na jednym kole montuje się 100–150 gramów w postaci dodatkowej masy nieresorowanej ciężarków.

Skąd aż tyle? – zazwyczaj z powodu ślepej ufności do pomiarów maszyny. Dla wielu przypadków kolejne pomiary nie będą wskazywały wyniku prawidłowego i maszyna zasugeruje dołożenie kolejnych ciężarków. Jedną z takich sytuacji może być zsumowanie się niewyważeń felgi i opony. Prawidłowo w takich przypadkach należałoby przesunąć oponę na feldze (nawet jeśli oznacza to zdjęcie i powtórne założenie opony) tak, by wzajemne niewyważenia się odejmowały, a nie sumowały. Pozwala to zmniejszyć masy ciężarków często do wartości minimalnych.

Największym problemem przy wyważaniu kół jest jednak czas, bo większość opon wymienianych jest w sezonie jesiennych lub wiosennych sezonowych wymian. Wtedy liczy się szybkość i na jednego klienta nie można przeznaczyć więcej niż 30-40 minut. Pozycjonowanie opony na felgę jest trudniejsze (bo wymaga nieco doświadczenia i wiedzy) oraz bardziej pracochłonne (przesuwanie opony na feldze wymaga użycia siły) i czasochłonne.

Drugim ważnym aspektem przy wyważaniu jest sama dokładność maszyny i to jak często jest kalibrowana. Tolerancję zazwyczaj możemy ustawić, co jest pokusą dla wielu trudną do przezwyciężenia. Najlepiej byłoby, gdyby tolerancję ustawić na 0 gramów, a ewentualne odstępstwa pozostawić do interpretacji wykwalifikowanemu pracownikowi.

Jednak co powiedzieć klientowi, który usłyszy magiczny komunikat maszyny – "koło niewyważone", a następnie zobaczy, że dokładnie takie jest montowane w jego pojeździe. Dlatego zazwyczaj ustawia się tolerancję na 5 gram – czyli wartość najpopularniejszego niewielkiego ciężarka.

Czy to dużo? Raczej nie, bo same koncerny motoryzacyjne w swoich wewnętrznych procedurach zakładają, że koła mogą mieć kilkugramową niedowagę i zazwyczaj nie powoduje to wyczuwalnego bicia podczas eksploatacji. Problem w tym, że wartość tolerancji może być ustawiona też na większe wartości – 10 lub 15 gramów (wyważenie statyczne). Trudno się wtedy dziwić, że po wyjeździe z serwisu użytkownik może nie być zadowolony z powodu drżenia kół podczas jazdy.

Ustawianie odpowiedniej granicy tolerancji można oprzeć na metodzie Smart Weight, w której ustawiana jest ona w zależności od policzonego dla danego rozmiaru koła momentu bezwładności. Oczywistym jest, że inną wartość tolerancji powinno się przyjąć dla niewielkiej 13-stki, a inną dla 20-calowej obręczy z oponą o wysokim profilu.

Moment bezwładności koła można w prosty sposób zmierzyć wprawiając go w ruch na wrzecionie wyważarki. Maszyna potrafi przeliczyć go na wartości ciężarków. I tak dla niewielkiego koła 15x7 cali w przeliczeniu na wartości ciężarków to ~9 g dla drgań pionowych (niewyważenie statyczne) i ~21 g dla niewyważenia dynamicznego.

Zazwyczaj do tych wartości stosuje się współczynnik bezpieczeństwa na poziomie 0,75 wspomnianych wartości. Z obliczeń wynika, że zaniedbywalne niewyważenie statyczne to 7 gramów, a dynamiczne 16 gramów.

Metoda Smart Weight jest kompromisem pomiędzy bardzo dobrym wyważeniem, a czasem i zużyciem ciężarków. Kompromisem, który pozwala dostosować tolerancję do indywidualnego przypadku dla danego koła. Dzięki temu osiąga się pożądany efekt – brak drgań oraz oszczędność nawet do 40 proc. ciężarków i znaczną oszczędność czasową.

Istotą metody jest rozbicie niewyważenia na składową dynamiczną i statyczną. W podejściu tradycyjnym traktowane jest to jednakowo, a okazuje się, że znacznie groźniejsze jest niewyważenie statyczne. Koła zaczynają bić przy wartościach 3-4 krotnie niższych dla wyważenia statycznego niż dynamicznego. Unika się tym samym jednego z poważniejszych błędów, jakim jest właściwe wyważenie dynamiczne przy pozostawieniu niewyważenia statycznego.

Nowoczesne maszyny pozwalają zazwyczaj na stosowanie obu metod (tradycyjnej i Smart Weight) zamiennie. Jednak dla niektórych przypadków powinna być stosowana tylko bardziej zaawansowana metoda Smart Weight. Tak jest w przypadku znacznych niewyważeń przy dużych kołach np. do aut typu SUV.

Potrzebna dla tradycyjnej metody liczba ciężarków (zwłaszcza przy ciężarkach z cynku lub stali nierdzewnej) jest na tyle duża, że zajmuje znaczną przestrzeń na kole i nie trafia we właściwy punkt niewyważenia. W metodzie zaawansowanej ciężarków jest mniej i mogą być precyzyjniej umieszczone. Więcej o wyważaniu już niedługo w części trzeciej.