Гибридный стенд с планетарным балансирным редуктором для контроля технического состояния колесных транспортных средств

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно автомобилестроению, и может быть использована для контроля тягово-динамических и тормозных свойств колесных транспортных средств, в том числе имеющих индивидуальные мотор-колеса.
Известен тормозной стенд модели СТМ 3500 фирмы «МЕТА» (см. Руководство по эксплуатации, стенды тормозные универсальные "СТМ") для контроля тормозных свойств колесных транспортных средств, принятый за аналог.
Общими признаками с заявляемым устройством является наличие опорных роликов, роликов следящей системы, балансирных редукторов, силоизмерительных датчиков, возможность измерения силовых параметров на каждом колесе транспортного средства.
Недостатками аналога являются:
- Конструкция стенда, позволяющая проводить контроль тормозных свойств колесных транспортных свойств, выполнена в виде роликовой установки, содержащей две пары опорных роликов, каждая их которых связана с одним из двух балансирно подвешенных электрических мотор-редукторов, выступающих в роли нагружающих и измерительных устройств. Наличие в конструкции стенда только одной роликовой установки не позволяет проводить одновременный контроль тормозных свойств на всех колесах транспортного средства.
- Конструкция стенда, использующая в качестве нагружающего устройства электрические мотор-редукторы, не дает возможности развивать скорость имитации движения транспортного средства более 5 км/ч по той причине, что это приводит к существенному возрастанию потребляемой стендом электрической мощности. Соответственно, стенд не позволяет проводить контроль технического состояния антиблокировочных систем колесных транспортных средств, т.к. такая система начинает срабатывать при скорости свыше 5 км/ч.
- В конструкции стенда не предусмотрены инерционные маховые массы или электродинамический тормоз. Следовательно, стенд не позволяет проводить контроль тягово-динамических свойств колесных транспортных средств.
Известен стенд модели LPS 2020 4WD [Описание типа средств измерений для Государственного Реестра №34784-07 - Стенды роликовые мощностные торговой марки CARTEC серии LPS модели: 2020, 2020 4WD, 2510, 2510 4WD] для контроля тягово-динамических качеств колесных транспортных средств, принятый за аналог.
Общими признаками с заявляемы устройством является наличие двух роликовых установок, включающих опорные ролики и ролики следящей системы, наличие нагружающего устройства в виде электродинамического тормоза, пневматической системы, выталкивающей колеса контролируемого транспортного средства.
Недостатками стенда являются:
- Конструкция стенда, позволяющая проводить контроль тяговых качеств полноприводных колесных транспортных средств, заключается в наличии двух одинаковых платформ. Каждая из платформ имеет опорные ролики, пневматические выталкиватели, электродинамический тормоз и датчик измерения тяговой силы. Опорные ролики двух платформ стенда механически не связаны между собой, что не обеспечивает синхронность вращения всех опорных роликов стенда.
- В конструкции стенда в качестве нагружающего устройства для каждой роликовой установки применяется электродинамический тормоз, закрепленный балансирно. Корпус электродинамического тормоза соединен с силоизмерительным датчиком. Такая конструкция измеряет тяговые усилия целиком на каждой оси транспортного средства и не предоставляет возможности для измерения тяговых усилий на каждом колесе транспортного средства. Эта особенность не позволяет проводить контроль технического состояния колесных транспортных средств, имеющих индивидуальные мотор-колеса.
- В конструкции стенда не предусмотрены инерционные маховые массы. Следовательно, стенд позволяет измерять тяговые характеристики колесных транспортных средств только в установившемся режиме, исключая возможность контроля их тягово-динамических качеств в режиме разгона.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является гибридный полноопроный стенд для контроля технического состояния колесных транспортных средств [Патент RU № 199093, МПК G01L 5/13, опубл. 13.08.2020].
Общими признаками заявляемого устройства с прототипом является наличие двух кинематически соединенных между собой роликовых установок, включающих в себя опорные ролики и ролики следящей системы, наличие электродинамического тормоза и инерционных маховых масс. Одна из секций имеет возможность перемещаться гидроцилиндром.
Недостатком прототипа являются применяемые в качестве силоизмерительных элементов бесконтактные магнитострикционные датчики. При вращении вала, соединяющего опорный ролик с маховой массой и являющегося чувствительным элементом для силоизмерительного датчика, с большой угловой скоростью, соответствующей имитируемой на стенде скорости движения колесного транспортного средства свыше 40 км/ч, происходит намагничивание вала, которое оказывает существенное влияние на показания датчика. Это приводит к снижению точности измерения силовых параметров на каждом колесе транспортного средства, таких как тормозной или тяговый крутящий момент.
«
»
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности новизна.
Техническая задача заявляемого устройства направлена на повышение точности измерения силовых параметров при скоростях свыше 40 км/ч за счет применения в качестве силоизмерительных элементов балансирно установленные планетарные редукторы, корпуса которых имеют возможность вращения вокруг собственной оси, и которые жестко соединены с тензометрическими датчиками измерения сил.
Технический результат достигается тем, что гибридный стенд с планетарным балансирным редуктором для контроля технического состояния колесных транспортных средств, в том числе имеющих индивидуальные электродвигатели на каждом колесе, включающий в себя два блока опорных и поддерживающих роликов, соединенных цепными передачами между собой и соединённых через карданные передачи и редукторы с инерционными маховыми массами и вихретоковым электродинамическим тормозом, согласно полезной модели имеет 4 балансирно установленных планетарных редуктора, корпуса которых имеют возможность вращения вокруг собственной оси, и которые жестко соединены с тензометрическими датчиками измерения сил, что способствует повышению точности измерения силовых параметров на колесах транспортного средства при имитации его движения на стенде со скоростью свыше 40 км/ч.
Схема заявляемого устройства изображена на фигуре 1, где:
1 - инерционная маховая масса; 2 - цепная передача; 3 - планетарный редуктор; 4 - тензометрический датчик; 5 - опорный ролик; 6 - датчик частоты вращения ролика; 7 - ролик следящей системы; 8 - поддерживающий ролик; 9 - электродинамический тормоз; 10 - редуктор; 11 - карданная передача; 12 - приводной вал.
Устройство состоит из рамы, представляющей собой два блока опорных роликов 5 и поддерживающих роликов 8, соединённых между собой при помощи приводных валов 12, цепных передач 2 и карданных передач 11. Один из блоков роликов имеет возможность перемещаться для изменения расстояния между осями колесного транспортного средства. Каждый из блоков роликов соединён через редуктор 10 с инерционной маховой массой 1 и вихретоковым электродинамическим тормозом 9. Электродинамический тормоз установлен балансирно, при этом его корпус соединен с тензометрическим датчиком силы 4, по показаниям которого устанавливается начальная сила торможения колесного транспортного средства. У опорных роликов 5 стенда и роликов следящей системы 7 имеются датчики частоты вращения 6, благодаря чему возможно отследить скорость колёс транспортного средства и роликов стенда. На приводных валах 12 балансирно установлены планетарные редукторы 3, корпуса которых соединены с тензометрическими датчиками силы 4, что позволяет измерять силовые параметры на каждом колесе транспортного средства.
Схема силоизмерительного элемента изображена на фигуре 2, где:
1 - инерционная маховая масса; 2 - цепная передача; 3 - солнечная шестерня; 4 - сателлиты; 5 - коронная шестерня (корпус редуктора); 6 - тензометрический датчик; 7, 11 - датчик частоты вращения ролика; 8 - ролик следящей системы; 9 - поддерживающий ролик; 10 - опорный ролик; 12 - приводной вал; 13 - водило сателлитов; 14 - соединительная муфта.
Приводной вал 12 опорного ролика 10 соединен с водилом сателлитов 13 планетарного редуктора. При вращении опорного ролика 10 колесом транспортного средства начинает вращаться водило сателлитов 13, передавая усилие на солнечную шестерню 3 и коронную шестерню 5. Солнечная шестерня 3 редуктора через соединительную муфту 14 и цепную передачу 2 соединена с инерционной маховой массой 1. Коронная шестерня 5, являющаяся корпусом планерного редуктора, установлена на подшипниках и соединена с тензометрическим датчиком 6, что позволяет отслеживать силовые параметры, такие как тормозной или тяговый крутящие моменты, действующие на опорный ролик 10 со стороны колеса транспортного средства.
Испытательный стенд работает следующим образом: колесное транспортное средство устанавливается колесами на опорные ролики 5. Точность позиционирования колес транспортного средства относительно опорных роликов стенда обеспечивается передвижением его подвижной платформы с блоком роликов. Колесное транспортное средство фиксируется при помощи 8-ми натяжных ремней. В процессе контроля тягово-динамических качеств колесное транспортное средство ведущими колесами приводит в движение опорные ролики 5, ролики следящей системы 7 и инерционные маховые массы 1. Ролики следящей системы 7 измеряют проскальзывание колес транспортного средства относительно опорных роликов 5. Электродинамический тормоз 9, управляемый от персонального компьютера, создает силу, препятствующую разгону ведущих колес транспортного средства. В системах измерения тяговых сил на колесах транспортного средства применяются балансирно установленные планетарные редукторы 3, корпуса которых имеют возможность вращения вокруг собственной оси, и которые жестко соединены с тензометрическими датчиками измерения сил. Возникающие при разгоне колесного транспортного средства тяговые силы воздействуют на опорные ролики 5 и их валы с одной стороны, сила сопротивления электродинамического тормоза 9 и сила инерции маховика 1 действуют на валы роликов с другой стороны, в результате чего корпусы планетарных редукторов 3 начинают воздействовать на тензометрические датчики, что позволяет измерять силовые параметры на каждом колесе транспортного средства. Сигналы датчиков передаются через блок плат усилителей и преобразователей и АЦП на персональный компьютер.
Положительный результат заявляемого устройства.
Силоизмерительными элементами являются балансирно установленные планетарные редукторы, корпуса которых имеют возможность вращения вокруг собственной оси, и которые жестко соединены с тензометрическими датчиками измерения сил, что позволяет повысить точность измерений силовых параметров индивидуально на каждом колесе транспортного средства при имитируемой скорости его движения свыше 40 км/ч.
Технический результат достигается за счет применения в качестве силоизмерительных элементов балансирно установленных планетарных редукторов, корпуса которых имеют возможность вращения вокруг собственной оси, и которые жестко соединены с тензометрическими датчиками измерения сил.
Вышеописанное устройство позволяет контролировать техническое состояние колесных транспортных средств, в том числе имеющих индивидуальные электромоторы на каждом колесе, в установившемся и неустановившемся режимах, нагружая при этом колесные транспортные средства так, как они разгоняется в реальных дорожных условиях, измеряя в при этом силовые параметры на каждом колесе с достаточной точностью.