Устройство для определения максимального коэффициента сцепления

Описание полезной модели
Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при определении фрикционных свойств образцов с плоской рабочей поверхностью на плоской опорной поверхности с различными типами покрытий.
Известно "Устройство для измерения коэффициента сцепления аэродромного и дорожного покрытий" (RU 2134415 C1, G01N 019/02 (1995.01), 10.08.1999), которое предназначено для оценки состояния дорожного покрытия механическим способом. Устройство содержит измерительное колесо, которое установлено на отдельной раме, соединенной с балкой заднего моста зажимным устройством. На раме установлен шарнир с измерительным датчиком. Измерительное колесо через полуоси соединено с задающим колесом. Для вертикальной нагрузки на измерительное колесо в измерительной системе устройства имеется груз, закрепленный шарнирно. Усилие нагрузки передается пружинным амортизатором.
В известном устройстве значение коэффициента сцепления определяют путем измерения продольной силы сцепления измерительного колеса с поверхностью покрытия при постоянной его пробуксовке.
Недостатком известного устройства является то, что измерительное колесо принуждается к постоянному механическому скольжению по поверхности покрытия, что увеличивает погрешность измерений. При этом измерение коэффициента сцепления осуществляется на заданной скорости -50 км/час.
Другим известным устройством является "Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием" (авторское свидетельство №630982, кл. G01N 19/02, 30.03.1981).
Известное устройство содержит измерительное колесо, блокировочную муфту, редуктор, измерительный элемент, вычислитель, пульт управления, измерительный прибор, раму измерительной тележки, центральную тягу, боковую тягу, направляющую тягу и ведущее колесо.
Определение коэффициента сцепления известным устройством заключается в том, что при движении измерительной тележки из-за разницы в диаметрах ведущего и измерительного колес, соединенных редуктором через блокировочную муфту, осуществляется движение измерительного колеса с заданной пробуксовкой относительно покрытия. Соотношение диаметров ведущего и измерительного колес обеспечивает заданную пробуксовку измерительного колеса. Вследствие пробуксовки измерительного колеса возникает продольная сила сцепления. Недостаток известного устройства заключается в том, что при определении коэффициента сцепления устанавливается скорость движения, равная 40-50 км/час, при этом появляется занос измерительной тележки и возникает поперечная сила торможения, что занижает точность измерения коэффициента сцепления. Занос измерительной тележки обусловлен наличием разных диаметров у измерительного и ведущего колес.
Кроме того, известно «Устройство для определения коэффициента сцепления колеса с аэродромным покрытием» (RU №2259569 C1, G01P 15/08 (2000.01), 27.08.2005). Представленное устройство отличается сложностью конструкции.
В существующих устройствах для определения коэффициента трения необходимо изготавливать сложные дорогостоящие детали.
В качестве прототипа принято устройство для определения максимального коэффициента сцепления образца с плоской поверхностью, состоящее из основания с двумя жестко закрепленными на нем ушками с отверстиями, причем основание выполнено в виде тарельчатого диска с полой выемкой цилиндрической формы в нижней части, обращенной к испытуемой опорной поверхности трения, с возможностью помещения в основание и фиксации испытуемого образца, имеющего форму и размеры, соответствующие выемке, при этом ушки расположены в вертикальной плоскости параллельно друг другу, кроме того, в ушках выполнены два отверстия соосно друг другу, и в отверстия ушек установлена ось с возможностью вращения и фиксации в осевом направлении, кроме того, к оси жестко прикреплен стержень, причем стержень выполнен с возможностью установки и фиксации грузов различной массы, при этом грузы прикреплены к стержню штифтом, также к верхней части стержня прикреплена нить, а к нити присоединен динамометр, фиксирующий продольное усилие, возникающее в горизонтальной плоскости, и стержень с ручкой, который шарнирно прикреплен к неподвижному грузу, при этом соединение стержня с ручкой с грузом выполнено аналогично присоединению основания к стержню, кроме того, в сборе при натянутой нити устройство представлено в виде параллелограммного механизма, обеспечивающего положение нити параллельно опорной поверхности трения (RU 207175 U1 G01N 19/02(2006.01), 15.10.2021). Недостатком предлагаемого устройства является сложность конструкции.
Задача полезной модели заключается в упрощении конструкции устройства для определения максимального коэффициента сцепления образца с плоской рабочей поверхностью и повышении точности измерения.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения.
Устройство для определения максимального коэффициента сцепления образца с плоской поверхностью содержит основание 1 с двумя жестко закрепленными на нем ушками 2 с отверстиями, расположенное на опорной поверхности 3. Основание 1 выполнено в виде части боковой поверхности цилиндра с возможностью фиксации испытуемого образца любым известным способом, например с помощью клея, специальных прижимов обеспечивающих неподвижное сопряжение между основанием 1 и испытуемым образцом. В качестве прижимов применяют струбцины, прищепки, зажимы. Кроме того крепить испытуемый образец можно с помощью саморезов непосредственно к основанию 1. При креплении испытуемого образца предотвращают выступание фиксирующих элементов за поверхность трения.
Ушки 2 расположены в вертикальной плоскости параллельно друг другу. В ушках 2 выполнены два отверстия или две прорези соосно друг другу. В отверстия ушек 2 установлена ось 4 с гайками с возможностью вращения и фиксации оси 4 относительно ушек 2. К оси 4 жестко прикреплен стержень 5. Причем стержень 5 выполнен с возможностью установки и фиксации грузов 6 различной массы. При этом грузы 6 прикреплены к стержню 5 штифтом 7.
К верхней части стержня 5 (фиг. 1) прикреплена нить 8, с возможностью удерживания стержня в наклонном положении при определении максимального коэффициента сцепления. К нити 8 присоединен динамометр 9, фиксирующий продольное усилие, возникающее в горизонтальной плоскости и стержень с ручкой 10, который шарнирно прикреплен к неподвижному грузу 11. Соединение стержня с ручкой 10 с грузом 11 выполнено подвижным. Соединение основания 1 со стержнем 5 выполнено неподвижным. В сборе при натянутой нити (в напряженном состоянии) устройство представлено в виде параллелограммного механизма, обеспечивающего положение нити 8 параллельно опорной поверхности трения 3.
Настройка устройства для определения максимального коэффициента сцепления заключается в выборе предполагаемого угла наклона ϕ с последующей жесткой фиксацией стержня 5 с основанием 1 гайками на оси 4, которые прижимают к ушкам 2. При этом при определении максимального коэффициента сцепления необходимо стремиться к тому, что бы значение максимального коэффициента сцепления определялось в момент, когда испытуемый образец находился примерно в среднем положении (фиг. 1). Для этого проводят регулировку положения стержня 5 относительно основания 1. Поле ослабления гаек на оси 4, которые прижимают своими торцами ушки 2 выставляют необходимый угол ϕ и затягивают гайки, обеспечивая тем самым неподвижное соединение стержня 5 относительно основания 1.
При определении максимального коэффициента сцепления нить 8 располагают в горизонтальном положении параллельно опорной поверхности, при этом обеспечивают параллельность стержня 5 со стержнем с ручкой 10.
Устройство для определения максимального коэффициента сцепления работает следующим образом.
На плоскую горизонтальную опорную поверхность трения 3 устанавливают устройство для определения максимального коэффициента сцепления таким образом, чтобы испытуемый образец, находился на плоской опорной поверхности трения 3, стержень 5 с грузом 6 находился в наклонном положении, близком к вертикальному, и обеспечивал минимальное натяжение нити 8, к которой присоединены динамометр 9, при этом нить 8 с присоединенным к ней динамометром расположены горизонтально.
тр
Для определения максимального коэффициента сцепления медленно двигают ручку стрежня с ручкой 10 в горизонтальном направлении. При этом поворачивают составные части устройства против часовой стрелки и уменьшают угол ϕ, обеспечивая при этом горизонтальное положение нити 8. Под действием веса груза 6 стержень 5 поворачивается вместе с основанием 1 и испытуемым образцом. При этом усилие на нити 8 возрастает. Испытуемый образец будет находиться в покое относительно опорной поверхности 3 до тех пор, пока горизонтальная сила Р, действующая на него со стороны стержня, не превысит силу трения F покоя образца на опорной поверхности трения 3. В момент начала смещения испытуемого образца по опорной поверхности трения 3 фиксируют максимальное показание динамометра 9 при горизонтальном положении нити. По результатам измерений определяют коэффициент трения покоя образца с плоской рабочей поверхностью на опорной поверхности как отношение величины максимального горизонтального усилия к весу устройства.
Повышение точности измерений обеспечивают уменьшением инертности испытуемого образца в момент начала его микросмещения по опорной поверхности за счет размещения груза 6 на удалении от испытуемого образца и опорной поверхности. Кроме того точность повышается за счет уменьшения пятна контакта в зоне трения. При изменении радиуса R появляется возможность в изменении пятна контакта испытуемого образца с опорной поверхностью. При меньшем радиусе будет меньшее пятно контакта и наоборот.
Предлагаемое устройство для определения максимального коэффициента сцепления позволяет повысить точность измерений.
Источники информации
1. RU 2134415 C1, G01N 019/02 (1995.01), 10.08.1999.
2. Авторское свидетельство №630982, кл. G01N 19/02, 30.03.1981.
3. RU №2259569 C1, G01P 15/08 (2000.01), 27.08.2005.
4. RU 207175 U1 G01N 19/02(2006.01), 15.10.2021.