ПРИЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится дорожному строительству, точнее, к устройствам для оперативного измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным или аэродромным покрытием.
2
В Российской Федерации установлен стандартный метод измерения [ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием»]. Поэтому далее достоинства и недостатки известных устройств будут рассматриваться с точки зрения их эффективности для измерений именно стандартным методом. В этом методе исходным для расчета результатом измерения является максимальное касательное усилие, действующее вдоль дороги на площади контакта сблокированного измерительного колеса с дорожным покрытием при движении со скоростью 60 км/ч по предварительно увлажненной поверхности дороги при норме увлажнения (1±0,2) л/м. Для экономии воды, снижения износа покрышки измерительного колеса и повышения точности и воспроизводимости результатов измерения время, за которое тормоз обеспечивает полное блокирование и деблокирование колеса, должно быть минимально.
Известны устройства для измерения коэффициента сцепления, содержащие, по меньшей мере, одно измерительное колесо, для торможения которого используется соединенный с ними электрогенератор, подключенный к регулируемой активной нагрузке. Увеличивая или уменьшая сопротивление нагрузки, уменьшают или увеличивают степень торможения измерительного колеса [RU 2298166, RU 2390003, RU 2442136]. Такие устройства позволяют точно дозировать тормозную нагрузку на колесо, но имеют малую скорость нарастания тормозного усилия. Из-за инерции ротора генератора, время перехода к полностью блокированному состоянию больше, чем если бы колесо тормозить обычным автомобильным тормозом. Кроме того, генератор со всеми вспомогательными устройствами, способный затормозить измерительное колесо до полной остановки (сблокировать) за то же время, что и обычный гидравлический тормоз, технически сложнее его, а весит и стоит многократно больше.
Известны также устройства для измерения коэффициента сцепления, содержащие, по меньшей мере, одно измерительное колесо, установленное на прицепе и сцепленное через тормозную электромагнитную муфту с корпусом прицепа. Изменяя ток в обмотке намагничивания муфты, регулируют степень торможения измерительного колеса [RU 2211891, RU 2352918, RU 2538839]. Недостатки этих устройств те же, что и у предыдущих аналогов.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является прицепное одноколесное устройство типа ПКРС-2 для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия, включающее раму со сцепным устройством, измерительное колесо, устройство увлажнения дорожного покрытия с дистанционно управляемым клапаном подачи воды и дистанционно управляемую тормозную систему, включающую колесный тормозной механизм и гидравлический привод. Колесный тормозной механизм и его гидравлический привод в приборе использованы стандартные, от легкового автомобиля, только вместо ноги водителя поршень главного тормозного цилиндра приводится в действие электрическим мотор-редуктором через рычаг. При включении режима измерения оператор подает напряжение питания на электромотор, который через зубчатую понижающую передачу и кулачок с заданным профилем, приводит в движение рычаг, последовательно открывающий клапан устройства увлажнения, а затем, спустя 0,5 с, нажимом на шток поршня главного тормозного цилиндра блокирующий измерительное колесо лаборатории [Прибор контроля ровности и коэффициента сцепления ПКРС-2 РДТ. Руководство по эксплуатации РДТ 697.00.00.000 РЭ. ОАО «Саратовский научно-производственный центр «РОСДОРТЕХ»]. Согласно п. 4.1.1 ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием» именно этот прицепной прибор является стандартным средством измерения коэффициента сцепления.
Из-за податливости элементов привода и отсутствия в нем упругого элемента, который мог бы эту податливость компенсировать, измерительное колесо часто деблокируется в ходе испытания. Поскольку время испытания составляет всего 3…4 с, заметить это трудно и погрешность измерения бывает очень большой, а воспроизводимость результатов - низкой.
Усилия, требуемые для блокирования измерительного колеса, являются предельными для использованного механизма привода тормозной системы.
В отличие от автомобилей, где торможение с блокированием колес довольно редкое событие, измерительное колесо прибора в ходе измерений блокируется от 3 до 5 раз на километр. Это приводит к быстрому износу элементов механизма привода тормозной системы, вследствие чего время от подачи команды на измерение до блокирования измерительного колеса варьирует от испытания к испытанию.
Еще одним недостатком известного устройства является то, что его функциональные возможности ограничены низкой управляемостью системы торможения, а именно отсутствием возможности оперативно вносить задержки времени между поливом и блокировкой, а также менять длительность цикла торможения и полива.
Еще одним недостатком известного устройства является повышенный расход воды, используемой для смачивания дорожного покрытия, поскольку при реверсе электромотора вначале деблокируется колесо, и лишь затем закрывается клапан устройства увлажнения. Это приводит к приблизительно 20%-му перерасходу воды, что вынуждает чаще прерывать измерения для пополнения ее запасов. В последней модификации устройства был использован клапан с электромагнитным приводом, что потребовало дополнения прибора источником питания электромагнита клапана и соответствующими силовой проводкой и промежуточным реле. Управляемость клапаном улучшилась, но ценой усложнения прибора.
Предложенная полезная модель направлена на решение задачи построения тормозной системы прицепного устройства с дистанционным управлением, способной безотказно и надежно блокировать измерительное колесо за кратчайшее время, и так же быстр его освобождать. Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение точности и воспроизводимости результатов измерений и сокращение расхода воды.
Указанный результат достигается тем, что в известное прицепное устройство для измерения коэффициента сцепления дорожного покрытия, включающее измерительное колесо, устройство увлажнения дорожного покрытия с дистанционно управляемым клапаном и дистанционно управляемую тормозную систему с гидравлическим приводом, включающую тормозной механизм и главный тормозной цилиндр с поршнем и толкателем дополнительно введен пневматический исполнительный механизм, установленный с возможностью воздействия на толкатель поршня главного тормозного цилиндра, и оборудование для снабжения исполнительного механизма сжатым воздухом.
Кроме того, пневматический исполнительный механизм выполнен поршневым.
Кроме того, пневматический исполнительный механизм выполнен мембранным.
Кроме того, тормозной механизм выполнен дисковым.
Кроме того, тормозной механизм выполнен барабанным.
Кроме того, клапан устройства для увлажнения дорожного покрытия содержит пневматический исполнительный механизм, подключенный к оборудованию для снабжения сжатым воздухом пневматического исполнительного механизма тормозной системы.
Здесь и далее термины «пневматический исполнительный механизм» и «пневмопривод», «толкатель» и «шток» используются как синонимы. Выражение «главный тормозной цилиндр» используется в функциональном смысле и не определяет конструкцию этого устройства. Так, в опытном образце предложенного прицепного прибора для выполнения функции главного тормозного цилиндра использован главный цилиндр привода выключения сцепления легкового автомобиля, как более подходящий к решаемой задаче. Выражение «время блокирования» означает «время достижения сблокированного состояния измерительного колеса».
Благодаря введению пневматического исполнительного механизма (далее -пневмопривода), установленного с возможностью воздействия на толкатель поршня главного тормозного цилиндра, и оборудования для снабжения исполнительного механизма сжатым воздухом, повышается точность и воспроизводимость измерений за счет сокращения времени блокирования, практически полного устранения такой причины погрешностей, как деблокирование измерительного колеса в ходе испытаний. Кроме того, благодаря четкой работе тормозной системы с предложенным пневмоприводом, время блокирования можно сократить до минимально допустимого ГОСТом 30413-96, что позволяет уменьшить на 25% расход воды, используемой для увлажнения дорожного покрытия и увеличить тем самым количество измерений от заправки водой до заправки, в конечном счете, повысить производительность мобильной измерительной лаборатории, использующей предложенный прицепное устройство.
Использование поршневого пневмопривода обеспечивает длинный ход штока поршня и позволяет применить благодаря этому рычажный механизм с большим соотношением плеч. Это, снижая усилие на штоке поршня, позволяет использовать менее дорогой пневмоцилиндр меньшего диаметра.
Использование мембранного пневмопривода позволяет уменьшить продольный размер пневмопривода.
Использование дискового тормозного механизма удешевляет эксплуатацию прибора, поскольку деблокировка измерительного колеса происходит быстрее и его покрышка меньше изнашивается. Он более надежен в жарком климате.
Использование барабанного тормозного механизма повышает точность и воспроизводимость измерений, поскольку он надежнее, чем дисковый, блокирует измерительное колесо и менее чувствителен к грязи, отбрасываемой назад задними колесами автомобиля-тягача. Выбор между тем и другим определяется преобладанием того или иного вида климатических условий в местности, где предполагается использовать предложенное устройство.
Благодаря тому, что клапан устройства для увлажнения дорожного покрытия содержит пневмопривод, подключенный к оборудованию для снабжения сжатым воздухом пневматического исполнительного механизма тормозной системы, уменьшается расход воды за счет сокращения времени открытия и закрытия клапана. Это сокращение обеспечено способностью пневмопривода развивать большое усилие, практически недоступное электромагниту или электродвигателю разумных размеров. Из-за кратковременности процесса измерения, повышение быстродействия даже на десятые доли секунды дает заметную экономию воды. Поскольку источником сжатого воздуха служит оборудование для пневмопривода гидравлической тормозной системы, такое усовершенствование оказывается практически бесплатным.
Существо технического решения поясняется чертежом фиг. 1, где схематически показаны относящиеся к существу предложенной полезной модели элементы тормозной системы и устройства увлажнения дорожного покрытия предложенного прицепного устройства.
Общее конструктивное исполнение и основные элементы прицепного устройства совпадают с вышеупомянутым одноколесным прибором контроля ровности и коэффициента сцепления ПКРС-2 РДТ. Поэтому на чертеже показаны только элементы, относящиеся к предложенному усовершенствованию. Также все элементы гидравлической тормозной системы прицепного устройства: тормозной механизм, соединительные шланги, главный тормозной цилиндр, в конструктивном отношении полностью совпадают с элементами легкового автомобиля (в ПКРС-2 используются элементы ВАЗ 2109 и ГА3-3302) и потому, за исключением части главного тормозного цилиндра 1, на чертеже также не показаны.
Поскольку прицепное устройство предназначается только для измерения коэффициента сцепления, то достаточно, чтобы у его тормозной системы было только два предельных состояния: полностью расторможено или полностью заторможено. Это упрощает схему управления тормозной системой.
Поршень 2 главного тормозного цилиндра приводится в движение толкателем 3, соединенным с коротким концом двуплечего рычага 4, длинный конец которого сцеплен со штоком 5 пневмоцилиндра 6. Для управления пневмоцилиндром служит направляющий пневмораспределитель 7. Для снабжения пневмопривода сжатым воздухом он включает компрессор 8 с приводом от электромотора 9, ресивер 10, и вспомогательные элементы: регулировочный клапан 11, предохранительный клапан 12, манометр 13, воздушный фильтр 14, реле давления 15.
По правилам измерения коэффициента сцепления, согласно ГОСТ 30413-96, увлажнение дорожной поверхности должно начинаться не позднее, чем за 0,5 с до начала торможения измерительного колеса и прекращаться одновременно с прекращением торможения. Общая продолжительность испытания должна составлять (3…4) с. Для сокращения расхода воды клапан подачи воды должен открываться и закрываться за минимальное время строго синхронно с графиком измерительного цикла. Регулировать расход воды в ходе измерений не требуется и клапан должен иметь только два рабочих состояния: полностью закрыт и полностью закрыт.Этому требованию хорошо отвечают нерегулируемые клапана с пневматическим приводом.
В предложенном прицепном приборе водяной клапан 16 отсечного типа с пневмоприводом включен в трубопровод 17, снабжающий водой оросительный насадок 18. Для управления пневмоклапаном служит направляющий пневмораспределитель 19, а расход воздуха задается регулировочным клапаном 20.
Управление пневмораспределителями 7 и 19 осуществляется из автомобиля-тягача по проводной или беспроводной связи. В последнем случае на прицепное устройство дополнительно устанавливаются соответствующие устройства связи и промежуточные реле. Источником управляющих сигналов является вычислительное устройство на основе персональной ЭВМ, одновременно выполняющее функции регистрирующего устройства.
Работает предложенное прицепное устройство следующим образом.
Оператор нажатием кнопки подает команду вычислительному устройству начать измерительный цикл. Это устройство (через необходимые промежуточные элементы) включает подачу сжатого воздуха через клапан 20 и пневмораспределитель 19 на привод водяного клапана 16, последний открывается и вода через насадок 18 увлажняет дорожное покрытие перед измерительным колесом.
Спустя 0,5 с вычислительное устройство включает подачу сжатого воздуха через клапан 11 и пневмораспределитель 7 на пневмоцилиндр 6, шток 5 которого втягивается и через рычаг 4 надавливает на толкатель 3, который, в свою очередь, надавливает на поршень 2 главного тормозного цилиндра 1, приводя в действие тормозной механизм системы. Измерительное колесо прицепного устройства блокируется, и соответствующие устройства измеряют действующее на него горизонтальное усилие, величина которого используется вычислительным устройством для расчета коэффициента сцепления. Спустя заданное время по команде вычислительного устройства оба пневмораспределителя переключаются: пневмораспределитель 7 на подачу воздуха с другой стороны пневмоцилиндра 6, а пневмораспределитель 19-па выпуск воздуха из камеры клапана 16. Измерительное колесо растормаживается, увлажнение дороги прекращается.
Главными достоинствами предложенного прицепного устройства с пневмоприводом тормозной системы, обусловливающими достижение заявленного технического результата, в сравнении с электромеханическими видами привода (магнит или мотор) являются:
- возможность почти мгновенного развития усилия на поршне главного тормозного цилиндра, обеспечивающая гарантированное блокирование измерительного колеса за минимальное время. Привод с электромотором отличается медлительностью, а привод с электромагнитом разумных размеров не может развить требуемого усилия (до 3 кН);
- упругость привода, выражающаяся в том, что при любых изменениях зазоров или деформациях механических элементов тормозной системы усилие на тормозных колодках будет сохранять величину, определяемую заданным давлением воздуха в приводе.