СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ И НЕУПРУГОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ И СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН
METHOD OF DETERMINATION OF STIFFNESS AND NONELASTIC RESISTANCE OF AUTOMOBILE TYRE AND TEST BENCH FOR AUTOMOBILE TYRES TESTS

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к испытаниям автомобильных шин.
Известен способ определения неупругого сопротивления автомобильных шин по кривым свободных затухающих вертикальных колебаний надколесной массы, которые регистрируются при ее сбрасывании.
Способ можно осуществить на стенде рычажного типа, представляющего собой шарнирно закрепленную раму, момент инерции которой относительно оси крепления, а следовательно, вертикальная нагрузка на испытываемую шину изменяется числом балластных грузов. Устройство для сбрасывания представляет собой рычаг, с помощью которого надколесная масса приподнимается до момента начала отрыва автомобильной шины от опорной поверхности и сбрасывается, что вызывает ее свободные затухающие колебания. В свою очередь, свободные затухающие колебания регистрируются с помощью вибрографа и обрабатываются. Обработка кривой свободных затухающих колебаний надколесной массы сводится к определению коэффициента затухания. Один из первых стендов рычажного типа был разработан в МВТУ им. Баумана [1].
В настоящее время для испытаний автомобильных шин методом сбрасывания применяют более совершенные стенды, имеющие в своей конструкции пневмогидравлические устройства для подъема и сбрасывания надколесной массы, а регистрация колебаний осуществляется аналого-цифровыми преобразователями электронных вычислительных машин и электрическими реохордными или лазерными датчиками вертикальных перемещений [2].
Тем не менее, недостатками существующих стендов этого типа является ступенчатое изменение вертикальной нагрузки на испытываемую шину и высокая трудоемкость снятия и установки балластных грузов.
Известен способ определения коэффициентов жесткости и неупругого сопротивления автомобильных шин по характеристикам их нормальной упругости, которые регистрируются при бесступенчатом нагружении вращающегося колеса нормальной силой [3].
Способ можно осуществить с помощью стенда [4], нагружающее устройство которого представляет собой электромеханический привод, состоящий из мотора-редуктора, пары конических шестерен и пары гайка-винт. Для нагружения автомобильной шины вертикальной силой поступательное движение вертикально расположенного винта преобразуется в поворот рамы стенда относительно оси шарнирного узла ее крепления. Измерение вертикальной нагрузки на испытываемую шину осуществляется с помощью тензометрической ступицы [5], а для измерения вертикального перемещения рамы, определяющего радиальную деформацию шины, используется датчик линейных перемещений также тензометрического типа. Для имитации качения колеса с испытываемой шиной по плоской опорной поверхности применяется площадка с роликами малого диаметра, к одному из которых подводится крутящий момент от вала электродвигателя.
При всей универсальности стенда, к его недостаткам можно отнести то, что он не позволяет регулировать вертикальную нагрузку на испытываемую шину бесступенчато при определении ее неупругого сопротивления, в случае необходимости, методом сбрасывания. Кроме того, условия нагружения шины крутящим моментом не в полной мере соответствуют реальным условиям ее работы, особенно в ведущем режиме.
Технический результат заключается в определении жесткости и неупругого сопротивления автомобильной шины при соответствии условий нагружения реальным условиям ее работы, а также в уменьшении трудоемкости проведения испытаний автомобильных шин.
Технический результат достигается тем, что в процессах нагружения и сбрасывания к ступице колеса с испытываемой автомобильной шиной постоянно подводится крутящий момент; бесступенчатое нагружение шины вертикальной силой, также как и разгружение осуществляются изменением момента инерции рамы стенда относительно оси ее крепления путем продольного перемещения грузовой тележки нагружающего устройства, а нагружение колеса крутящим моментом производится с помощью электродвигателя через понижающий редуктор и цепную передачу; нагружающий винт расположен параллельно продольной оси рамы стенда и, в зависимости от направления вращения, может перемещать грузовую тележку с грузовыми пластинами, оборудованную роликами с ребордами, по направляющим вдоль рамы стенда; крутящий момент подводится цепью непосредственно к звездочке, закрепленной на фланце тензометрической ступицы колеса с испытываемой шиной; тензометрическая ступица состоит из втулки с двумя фланцами, один из которых расположен на ее торце и предназначен для крепления приводной звездочки цепной передачи, а другой фланец съемный, расположен в центральной части втулки и служит для крепления колес различных типов и размеров; в центральной части оси с тензометрическими датчиками, подверженной наибольшей деформации при приложении к шине вертикальной силы, имеет плоские поверхности для приклеивания тензометрических датчиков, электрические провода которых уложены в продольный открытый паз, а также проходят через сквозное отверстие, соединяющее противоположные плоские поверхности центральной части оси.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема стенда для испытаний автомобильных шин, а на фиг.2 - конструкция тензометрической ступицы для измерения вертикальной нагрузки на испытываемую шину.
Стенд для испытаний автомобильных шин (фиг.1) представляет собой установленную на опоре 12 шарнирно закрепленную раму 4, к которой крепится тензометрическая ступица 15, предназначенная для измерения вертикальной нагрузки на колесо с испытываемой автомобильной шиной 3. Крутящий момент к тензометрической ступице подводится от электромотора-редуктора 13 через цепную передачу. Регулировка натяжения цепи 14 осуществляется перемещением электромотора-редуктора вдоль рамы 4. Опорой испытываемой шины является площадка 1 с роликами малого диаметра 2, которые позволяют имитировать качение автомобильной шины по плоской поверхности без скольжения. В зависимости от размеров испытываемой шины положение опорной площадки может изменяться по высоте.
Бесступенчатое изменение момента инерции рамы относительно оси ее крепления и вертикальной нагрузки на колесо осуществляется путем продольного перемещения грузовой тележки 8, на шпильках 7 которой устанавливаются и закрепляются грузовые балластные пластины 6. Изменение числа грузовых пластин расширяет диапазон бесступенчатого нагружения автомобильных шин вертикальной силой. Перемещение тележки с грузовыми пластинами вдоль рамы стенда производится с помощью электродвигателя 11, редуктора 12 и силовой пары, представляющей собой ходовой винт 9 и гайку. Для уменьшения шума и нагрузки на резьбу силовой пары "винт-гайка" при перемещении вдоль рамы стенда грузовая тележка имеет ролики с ребордами, которые не позволяют перемещаться тележке в поперечном направлении относительно рамы.
Тензометрическая ступица (фиг.2) состоит из втулки 10, к торцевому фланцу которой крепится звездочка 6 цепной передачи для нагружения испытываемой автомобильной шины крутящим моментом. Кроме того, для крепления колесного движителя к ступице служит фланец 4 с отверстиями под болты или шпильки крепления диска колеса. Установка и фиксирование фланца осуществляются с помощью шлицевого соединения и стопорного кольца. Тензометрическая ступица может вращаться на радиально-упорных подшипниках 3 и 8, установленных на оси 1. Регулировка предварительного натяга этих подшипников осуществляется специальными гайками 2 и 7.
Ось 1, на которой установлена тензометрическая ступица, в средней части, наиболее подверженной деформации при нагружении испытываемой шины вертикальной нагрузкой, имеет плоские поверхности А и Д для надежного наклеивания тензометрических датчиков. Сигнал с тензометрических датчиков 5 и 9, наклеенных на ось, поступает через тензоусилитель на аналого-цифровой преобразователь электронной вычислительной машины. Электрические провода (на чертеже не показаны), связывающие тензометрические датчики и тензоусилитель, уложены во фрезерованный продольный открытый паз Б оси, а также проходят через отверстие В, связывающее противоположные плоские поверхности А и Д под тензодатчики.
Для измерения вертикальных перемещений рамы стенда и деформации испытываемой шины применяются датчики вертикальных перемещений реохордного или лазерного типа (на чертежах не показаны), сигнал с которых также поступает на один из каналов аналого-цифрового преобразователя электронной вычислительной машины.
Сбрасывание надколесной массы для возбуждения ее свободных затухающих колебаний производится в следующем порядке. В первую очередь запускается электрический двигатель устройства для нагружения испытываемой шины вертикальной силой, в результате чего происходит перемещение грузовой тележки вдоль рамы стенда и изменение момента инерции рамы относительно оси ее крепления, а следовательно, изменение вертикальной нагрузки на колесо. Необходимое значение вертикальной нагрузки на колесо контролируется с помощью тензометрической ступицы на экране монитора компьютера. После отключения электродвигателя надколесная масса приподнимается до момента начала отрыва испытываемой шины от поверхности роликов опорной площадки с помощью пневмогидравлического подъемника-сбрасывателя упором в раму стенда. При этом начало отрыва контролируется по свободному вращению опорных роликов. Далее запускается электродвигатель устройства для нагружения испытываемой шины крутящим моментом и производится падение штока пневмогидравлического подъемника-сбрасывателя. С помощью электронной вычислительной машины регистрируется сигнал с датчика вертикальных перемещений в виде зависимости входного напряжения на канале аналого-цифрового преобразователя от времени.
Регистрация характеристики нормальной упругости автомобильной шины, при обработке которой определяют коэффициент нормальной жесткости, также осуществляется с помощью компьютера и аналого-цифрового преобразователя, на один из каналов которого поступает напряжение с тензометрической ступицы, на другой - с датчика вертикальных перемещений. В этом случае, в первую очередь, также запускается электродвигатель устройства для нагружения шины вертикальной силой и путем перемещения грузовой тележки вдоль рамы стенда испытываемая шина полностью разгружается, что контролируется на экране монитора компьютера и по свободному вращению роликов опорной площадки. Далее запускается электродвигатель устройства для нагружения автомобильной шины крутящим моментом, а направление вращения ротора электродвигателя устройства для нагружения шины вертикальной силой изменяется в сторону увеличения нагрузки. При достижении заданного значения вертикальной нагрузки на шину, которое контролируется с помощью тензометрической ступицы на экране монитора, направление вращения ротора электродвигателя изменяется на противоположное и шина полностью разгружается.
Источники информации
1. Колесников К.С. Определение внутренних потерь в автомобильной шине // Автомобильная и тракторная промышленность. - 1952. - №9.
2. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Повышение плавности хода автотранспортных средств внутренним подрессориванием колес. В.В.Мазур. - М.: МГТУ "МАМИ", 2004.
3. Рыков С.П. Методы моделирования и оценки поглощающей и сглаживающей способности пневматических шин: Учебное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Братск: БрГУ, 2005. - 128 с.
4. Патент №2199102 (РФ). Способ построения характеристик радиальной упругости шины на вращающемся колесе и устройство для его осуществления / Братский государственный технический университет. С.П.Рыков и В.Н.Тарасюк. - Заяв. 25.12.2000.
5. Авторское свидетельство №1515077 (СССР). Устройство для измерения сил на колесе транспортного средства / Братский индустриальный институт. С.П.Рыков и В.Г.Мелентьев. - Заяв. 04.01.1988.