СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕС, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДИСКОВ

Полезная модель относится к области испытательной техники, точнее к устройствам для определения прочностных свойств элементов автотракторных колес.
Известно устройство, предназначенное для испытания шин (SU 1704007, 1992 г.), представляющее собой опорный узел, в роликовых направляющих которого размещено эластичное ленточное кольцо, выполненное подвижным от электропривода и представляющее собой плоскую беговую дорожку. Испытуемая шина помещается внутри эластичного ленточного кольца и вращается вместе с ним, при этом с помощью гидроцилиндра к нему прикладывается вертикальная нагрузка. Такое устройство из-за отсутствия механизма создания дополнительной нагрузки (например радиальной) не пригодно для определения комплекса нагрузок.
Известно устройство с более расширенными функциональными возможностями, например, устройство для измерения усилий, действующих на колесо, (RU 2181194, 2002 г.), состоящее из основания в виде наружной и внутренней рам, внутри которых испытуемое колесо крепится на поперечном валу, где смонтирован механизм задания тормозной силы. Испытуемое колесо опирается на горизонтально расположенную беговую дорожку, снабженную приводом перемещения. В качестве механизма нагружения радиальной силой используются сменные грузы, устанавливаемые на подвесе, а приложение осевой силы ограничено углом поворота поперечного вала относительно беговой дорожки. Для измерения усилий, действующих на колесо, а также для фиксации силы сопротивления качению, устройство оборудовано силоизмерительными датчиками. Недостаток такого устройства состоит в том, что в нем приложение осевой силы обеспечивается в недостаточно полной мере - и это ограничивает его использование.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является стенд для испытания пневматических шин и упругих элементов транспортных средств (RU 2133459, 1999 г.), содержащий основание с вертикальными стойками, узел для базирования ступицы колеса, механизм нагружения колеса осевой силой и механизм нагружения колеса радиальной силой с приводом, а также средства измерения радиальной и осевой сил, связанные с механизмами нагружения, и тензодатчики, установленные на исследуемом элементе колеса. В нем механизм нагружения колеса радиальной силой представляет собой кривошипно-шатуный механизм с электроприводом, толкатель с опорными элементами в виде роликов, на которые через гусеничную ленту со сменными неровностями опирается испытуемые элементы. Узел для базирования ступицы колеса выполнен в виде поворотной вилки с закрепленной на ней осью ступицы испытуемого колеса. В качестве механизма нагружения колеса осевой силой может служить поворотная вилка.
В прототипе обеспечивается возможность комплексного нагружения колеса с целью проведения испытаний катящегося колеса без и с боковым уводом и определения виброзащитных свойств колеса и подвески, что оправдывает излишнюю громоздкость и сложность его конструкции. Однако ограниченные возможности по приложению осевой силы обусловленные тем, что вилка имеет возможность поворота только на небольшой угол, препятствуют использованию таких стендов для исследований, где требуется реализовать величину осевой силы в достаточно полной мере, например при определении прочностных характеристик дисков колес, поскольку именно осевая и радиальная силы являются сновными силовыми компонентами, определяющими его прочность.
Задача полезной модели и технический результат, получаемый от ее использования, заключаются в расширении арсенала испытательной техники и создании стенда для испытания колеса при нагружении его радиальной и осевой силами
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что в стенде для определения прочностных характеристик элементов колес, преимущественно дисков, методом приложения к статичному исследуемому колесу задаваемых по величине сил: радиальной и осевой, адекватных эксплуатационным, содержащем основание с вертикальными стойками, узел базирования ступицы колеса, механизм нагружения колеса осевой силой и механизм нагружения колеса радиальной силой с приводом, а также средства измерения радиальной и осевой сил, связанные с механизмами нагружения, в отличие от прототипа основание имеет рамную конструкцию с двумя диагонально расположенными вертикальными стойками, соединенными между собой верхней перекладиной, узел для базирования ступицы исследуемого колеса выполнен в виде неподвижной горизонтальной оси, установленной с возможностью наладочной перестановки вдоль вертикальных стоек и закрепленной на стойках с помощью захватов, механизм нагружения колеса радиальной силой представляет собой подвижную вдоль вертикальных стоек траверсу, размещенную между основанием и узлом базирования колеса параллельно им, которая в качестве привода перемещения снабжена гидроцилиндром со штоком, воздействующим на нее снизу вверх по оси, совпадающей с вертикальной осью исследуемого колеса, а механизм нагружения колеса осевой силой выполнен в виде предназначенной для взаимодействия с колесом опорной площадки, размещенной на каретке, установленной в направляющих, имеющихся на верхней плоскости траверсы, с возможностью перемещения от собственного привода перемещения в поперечном направлении перпендикулярно вертикальной оси колеса.
Дополнительные отличия состоят в том, что:
- средство измерения радиальной нагрузки выполнено в виде установленного на гидроцилиндре и связанного с его рабочей полостью манометра, отградуированного с построением зависимости "давление внутри рабочей полости - усилие на штоке";
- в качестве гидропривода перемещения траверсы используется типовой гидравлический автомобильный домкрат;
- привод перемещения каретки выполнен в виде ходового винтового механизма и пружины сжатия;
- для измерения осевой нагрузки служит отградуированная упомянутая пружина привода каретки;
- в нем имеется система регистрации и обработки данных, связанная с измерительными средствами.
Такое выполнение полезной модели с упрощенными конструктивно узлами, обеспечивающими, в отличие от аналогов, реализацию нагрузок в полной мере позволяет упростить техпроцесс по определения напряженно-деформированного состояния диска колеса, упростить способ получения выходных данных, повысить степень их достоверности. При снабжении стенда автоматизированными системами приложения и считывания радиальной и осевой нагрузок, а также автоматизированной системой регистрации и обработки выходных данных может быть автоматизирован процесс работы на нем. Этому же способствует достаточно упрощенное конструктивное решение самих механизмов нагрузок и их приводов. Выполнение стенда с конструктивно независимыми друг от друга механизмами нагрузки позволяет:
- проводить испытания как при одновременном приложении осевой и радиальной сил, так и с приложением каждой из этих сил по отдельности;
- использовать стенд при теоретических исследованиях, т.к. обеспечена возможность создавать осевую нагрузку независимо от величины радиальной силы.
На представленных чертежах: на фиг.1 дан общий вид стенда (пример); на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 - вид сверху на установленное колесо; на фиг.4 - вид сверху на подвижную каретку; на фиг.5 - вид сбоку на подвижную каретку.
Сущность полезной модели поясняется на конкретном примере исполнения стенда для определения прочностных характеристик дисков колес, методом приложения к статичному исследуемому колесу задаваемых по величине сил: радиальной и осевой, адекватных эксплуатационным, как основными силовыми компонентами, определяющими прочность диска.
Основание 1 стенда выполнено рамной конструкции с двумя диагонально расположенными вертикальными стойками 2, соединенными вверху поперечиной 3. Узел базирования испытуемого колеса содержит горизонтальный вал 4 с установленной на нем через подшипники качения ступицей 5, на которой крепится испытуемое колесо 6 с пневматической шиной, и захваты 7 для неподвижного закрепления вала 4 на стойках 2. Вал 4 при переналадке стенда с одного типоразмера колес на другой может переставляться вдоль стоек 2. Механизм нагружения радиальной силой представляет собой подвижную вдоль стоек 2 между основанием 1 и валом 4 траверсу 8 с опорами 9, в которых установлены подшипники скольжения 10 (фиг.10), и привод траверсы в виде силового цилиндра 11 со штоком 12 и контрольным манометром 13, отградуированным с построением зависимости «давление внутри рабочей полости - усилие на штоке». Причем, для удешевления стенда в качестве силового цилиндра 11 может быть использован типовой гидравлический автомобильный домкрат.
Механизм нагружения осевой силой состоит из ходового винта 14, подвижной каретки 15 с опорными роликами 16 и пружины сжатия 17.
Траверса 8 сверху имеет плиту 19 с направляющими 20, служащими для обеспечения строго прямолинейного перемещения опорных роликов 16 с подвижной площадкой 15. Ходовой винт 14 вкручен в торцевую гайку 21, жестко соединенную с плитой 19. Пружина 17 одной стороной упирается в торец опорной площадки 22, а с другого конца поджимается шайбой 23 и через упорный подшипник качения фиксируется гайкой 24 на ходовом винте 14, что позволяет исключить приложение крутящего момента к пружинному динамометру при вращении ходового винта во время нагружения осевой силой. На опорной площадке подвижной каретки 25 может быть сделана насечка 26 для лучшего сцепления с протектором шины.
Средством измерения радиальной силы в конкретном примере исполнения стенда служит манометр 13, а для измерения осевой силы - пружина 17, которая соответствующим образом отградуированна и служит динамометром. Для измерения деформации диска служат тензодатчики (не показаны), выходные сигналы с которых снимаются с помощью, например, системы 18 регистрации и обработки данных.
Работа испытательного стенда заключается в следующем.
В исходном положении испытуемое колесо 6 с надетой на него и накаченной пневматической шиной крепится на ступице 5, после чего ступица присоединяется к валу 4. Траверса 8 опирается на шток 12, который переведен в крайнее нижнее положение путем спуска давления в силовом цилиндре 11.
Разъемные части захватов 7, обхватывающие вертикальные стойки 2, стягиваются болтами с силой, необходимой чтобы возникающее трение препятствовало их перемещению. На захваты устанавливается вал 4 с колесом 6 и закрепляется скобами 27. Высоту установки захватов, и, следовательно, вала 4 выбирают с таким расчетом, чтобы между опорной площадкой подвижной каретки 15 и шиной был небольшой зазор для исключения приложения нагрузки до начала испытания.
На диск колеса наклеиваются тензорезисторы и соединяются в измерительную цепь, подключаемую к измерительной системе 18.
После чего в рабочую полость силового цилиндра 11, например вручную, нагнетается рабочая жидкость и образовавшееся в результате давление толкает шток 12, который, действуя снизу на подвижную траверсу 8, перемещает ее вертикально вверх. После соприкосновения шины с опорной площадкой 25 подвижной каретки 15 появляется радиальная сила на колесе 6, значение которой контролируется с помощью контрольного манометра 13. При достижении необходимой величины радиальной силы, оговоренной методикой испытаний, подача рабочей жидкости в силовой цилиндр 11 прекращается.
Для приложения осевой силы ходовой винт 14 вращается по часовой стрелке вручную или с помощью привода, в результате чего он смещается вправо (по чертежу) перпендикулярно продольной плоскости колеса и сжимает пружину 17 через шайбу 23, которая упирается в торец опорной площадки 22, что заставляет подвижную каретку 15 роликами 16 перемещаться по направляющим 20 в ту же сторону. При достижении заданного значения осевой силы, определяемой по сжатию пружинного динамометра с помощью зависимости «сжатие пружинного динамометра - осевое усилие», вращение ходового винта 14 прекращают.
Предлагаемая полезная модель позволяет упростить конструктивное решение составляющих узлов и стенда в целом, удешевить его изготовление. Изготовление стенда не требует создания специального производства, не требует специального оборудования и дорогостоящих комплектующих и материалов.