СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПО ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель «Стенд для исследования параметров проскальзывания колеса транспортного средства по опорной поверхности» относится к машиностроению и может быть использована для исследования рабочего процесса в локальных областях по всей площади контакта шины колеса с разными типами дорожных покрытий.
Наиболее близкими к предлагаемой полезной модели являются стенды с плоской опорной поверхностью, имитирующие реальную поверхность дороги.
Одним из таких стендов с плоской опорной поверхностью является лабораторный стенд, разработанный в КубГТУ для экспериментальных исследований коэффициента сцепления элемента беговой дорожки автомобильной шины. (Куюков В.В. и др. Экспериментальное исследование сцепления элемента шины автомобильного колеса в лабораторных условиях. Материалы международной конференции, г.Одесса, 2011 г.).
Стенд содержит однополостной пневмобаллон, на нижней обойме которого закреплен фрагмент беговой дорожки шины. Пневмобаллон создает вертикальную нагрузку на фрагмент шины, а его продольное перемещение по опорной поверхности обеспечивается через тензометрическое звено. Величина касательных напряжений, возникающих в контакте фрагмента, определяет проскальзывание в контакте и коэффициент сцепления. Недостатком данного стенда является то, что проскальзывание в контакте определяется только в режиме скольжения фрагмента шины, а не в режиме качения реального колеса.
Известен стенд (Патент №2323841) для диагностирования тормозных качеств автомобиля, колеса которого устанавливаются на плоскую бетонную поверхность.
Процесс торможения автомобиля имитируется путем продольного перемещения бетонной поверхности под колесами автомобиля. Стенд позволяет определить силы трения в контактах заторможенных колес и, таким образом, рассчитать коэффициент сцепления.
Существенным недостатком стенда является значительное трение в опорах бетонной поверхности при ее продольном перемещении, что влияет на точность результатов. Кроме того, нет возможности определить параметры проскальзывания колеса при его торможении на бетонной поверхности, в виду отсутствия на этом стенде соответствующих датчиков.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является стенд (Патент №119879) с плоской опорной поверхностью, оборудованный конструктивными узлами для установки испытуемого колеса на стенд, создания на колесе заданных нагрузок и обеспечения его продольного перемещения по покрытию опорной поверхности.
Недостатком этого стенда является то, что он не позволят определить проскальзывание, вызванное касательными напряжениями в локальных точках по всей площади контакта, из-за которых возникает неравномерный и пятнистый износ беговой дорожки протектора шины.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение ассортимента стендового оборудования для исследования параметров проскальзывания в контакте автомобильной шины, происходящего в локальных областях по всей площади контакта колеса с опорной поверхностью дорожного покрытия.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели стенда является определение пути и скорости проскальзывания, коэффициентов буксования и скольжения в локальных точках по всей площади контакта беговой дорожки шины колеса.
Технический результат достигается предлагаемым стендом для исследования параметров проскальзывания колеса транспортного средства по выбранному типу опорной поверхности дорожного покрытия.
Стенд содержит металлическую неподвижную раму корытообразной формы с горизонтальной контактной опорной поверхностью для установки испытуемого колеса, на которой размещен сменный фрагмент, имитирующий определенный выбранный тип дорожного покрытия. По краям рамы стенда установлены стойки с включателем и конечным выключателем, для ограничения продольного движения колеса при эксперименте. Узел создания вертикальной нагрузки на колесо состоит из Г-образной серьги, установленной на оси колеса и сменного груза, прикрепленного к вертикальной оси серьги, а узел горизонтального перемещения колеса, состоит из шкива, установленного на одном конце рамы и троса прикрепленного к горизонтальной оси серьги и к сменному грузу. Узел создания крутящего и тормозного моментов, состоит из двойного силового шкива, установленного на валу колеса, а также сдвоенного шкива, закрепленного на другом конце рамы и троса, концы которого закреплены на двух частях двойного силового шкива и перекинуты через сдвоенной шкив и уравновешивающий шкив со сменным грузом. Узел замера и регистрации, включает в себя датчик импульсов и электронный отметчик времени, соединенные через аналого-цифровой преобразователь с компьютером. Предлагаемая полезная модель стенда отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит узел кинематической связи между угловой и линейной скоростями колеса, состоящий из верхнего и нижнего контактных дисков, зубчатой рейки, шестерни, набора сменных проставок и второго датчика импульсов. Серьга стенда выполнена Т-образной формы, а горизонтальная контактная поверхность стенда и покрытие выполнены с продольной прорезью. Верхний контактный диск установлен на валу над колесом с возможностью точечного контакта с верхней частью беговой дорожки шины колеса, а нижний контактный диск установлен на валу под горизонтальной контактной поверхностью с покрытием в их прорези, с возможностью точечного контактирования с той частью беговой дорожкой шины, которая находится в соприкосновении колеса с покрытием. Верхний и нижний валы контактных дисков содержат два датчика импульсов, один из которых установлен на верхнем контактном диске, а другой - на нижнем контактном диске. Для обеспечения легкого вращения валы закреплены с помощью подшипников в корпусе серьги. Зубчатая рейка закреплена на боковой части рамы стенда, а шестерня установлена на валу нижнего контактного диска и находится в зубчатом зацеплении с зубчатой рейкой, при этом радиус делительной окружности шестерни равен радиусам окружностей обоих контактных дисков.
Сменные проставки установлены на валу колеса между двойным силовым шкивом и стенками корпуса серьги для обеспечения поперечного смещения колеса вдоль вала.
Отличительные признаки полезной модели позволяет рассчитать линейную теоретическую скорость качения испытуемого колеса по покрытию, что обеспечивается применением на стенде верхнего контактного диска совместно с датчиком импульсов и электронным отметчиком времени. Применение же на стенде нижнего контактного диска совместно с датчиком импульсов и узлом кинематической связи позволяет рассчитать линейную действительную скорость качения колеса и другие параметры проскальзывания в контакте. Кроме того, за счет сменных проставок имеется возможность контролировать параметры проскальзывания шины колеса по всей площади контакта с покрытием.
На фиг.1, показана общая схема стенда для исследования параметров проскальзывания колеса транспортного средства по опорной поверхности;
на фиг.2, показан вид сверху стенда;
на фиг.3, показан корпус Т-образной серьги с валом колеса;
на фиг.4 показано зубчатое зацепление шестерни с зубчатой рейкой; Стенд содержит:
гр1
гр2
гр3
1 - раму; 2 - испытуемое колесо; 3 - нижний контактный диск; 4 - груз с массой m ; 5, 10 датчики импульсов; 6 - включатель стенда; 7 - груз с массой m ; 8, 18 - тросы; 9 - верхний контактный диск; 11 - Т-образная серьга; 12 - электронный отметчик времени (ОТ); 13 - включатель электропитания стенда (ВК); 14 - блок аналого-цифровых преобразователей (БАЦП); 15 - блок электропитания (БП); 16 - персональный компьютер (ПК); 17 - конечный выключатель стенда; 19 - груз с массой m ; 20 - прорезь рамы; 21 - двойной силовой шкив; 22 - зубчатая рейка; 23 - шестерня; 24 - набор сменных проставок; 25 - горизонтальная контактная поверхность с фрагментом дорожного покрытия; 26 - шариковые подшипники; 27 - стопорное кольцо; 28 - вал колеса; 29 - вал верхнего контактного диска; 30 - вал нижнего контактного диска; 31 - сдвоенный шкив; 32 - шкив; 33 - уравновешивающий шкив
Стенд содержит узел создания вертикальной нагрузки на колесо и горзонтального перемещения колеса, узел создания крутящего и тормозного моментов, узел замера и регистрации.
Дополнительно стенд содержит узел жесткой кинематической связи между угловой и линейной скоростями испытуемого колеса (фиг.4), состоящий из зубчатой рейки 22, шестерни 23 и наборов сменных проставок 24, размещенных на валу 28 колеса.
Рейка 22 закреплена на боковой части рамы 1 стенда, а шестерня 23 вместе с нижним контактным диском 3 закреплены на валу 30. В середине опорной поверхности рама 1 стенда имеет продольную прорезь 20, (фиг.2).
Верхний контактный диск 9 размещается на валу 29 в подшипниках корпуса серьги 11 и точечно контактирует с верхней частью беговой дорожки шины колеса 2, разгруженной от касательных напряжений, (фиг.1).
Вал 30 размещается в подшипниках корпуса серьги, а его диск 3 размещается в прорези 20 и точечно контактирует с нижней частью беговой дорожки шины, нагруженной касательными напряжениями, (фиг.1).
Полезная модель стенда работает следующим образом:
Испытуемое колесо устанавливается на рабочую поверхность стенда с выбранным типом дорожного покрытия.
Перед началом экспериментов средина беговой дорожки колеса 2 совмещается с продольной прорезью 20 рамы и колесо 2 принудительно прокатывается по раме 1 стенда в крайнее левое положение до размыкания конечного включателя 6, после чего блок питания 15 подключается к схеме управления.
В момент начала качения колеса по стенду срабатывает конечный включатель 6, подключающий 14 к компьютеру 16 датчики импульсов 5 и 10 и электронный отметчик времени 12 через преобразователи БАЦП.
Колесо, в соответствии с выбранным режимом, вместе с серьгой 11 и валом 30 принудительно перемещаются по опорной поверхности покрытия вдоль рамы 1 с линейной (действительной) скоростью Vд.
Угловая скорость ω3 вращения диска 3 и шестерни 23 жестко соответствует действительной скорости Vд, за счет зубчатого зацепления шестерни 23 с зубчатой рейкой 22.
Компьютер 16 рассчитывает угловые скорости ω3 и ω9 дисков 3 и 9, а также линейную теоретическую УТ и линейную действительную Vд скорости продольного перемещения колеса по покрытию, обрабатывая сигналы датчиков импульсов 5 и 10 и электронного отметчика времени 12, (фиг.4):
VT=ω9·r9, V∂=ω3·r3.
Кроме того, показания датчика 5 и отметчика времени 12 позволяют рассчитать также путь качения колеса по покрытию опорной поверхности.
Разность путей качения колеса на заданном участке поверхности стенда по показаниям датчиков импульсов 5 и 10 определяет интегральное значение пути проскальзывания шины в каждой локальной точке по всей площади контакта, а относительная разность путей качения по показаниям датчиков импульсов 5 и 10 ко времени прохождения этого же участка определяет среднюю скорость проскальзывания в той же локальной точке площади контакта.
Относительная разность теоретической VT и действительной Vд скоростей позволяет определить коэффициент буксования δ и скольжения S:
δ=(VT-Vд)/VT;
S=(Vд-VT)/Vд.
При экспериментах, по исследованию параметров проскальзывания по всей площади контакта беговой дорожки шины, перед началом испытаний снимаются стопорные кольца 27 и вал 28 вынимается из подшипников 26 серьги 11. За счет набора разной толщины сменных проставок 24, в соответствии с поставленным экспериментом, колесо перемещается по валу 28 в поперечном направлении вправо или влево, относительно прорези 20 рамы. Затем вал 28 вставляется обратно в подшипники 26 серьги и фиксируется стопорными кольцами 27.
Зависимость величин параметров проскальзывания шин, по локальным точкам площадей их контактов, от сцепных свойств покрытий является необходимой информацией для отработки антиблокировочной (АБС) и противобуксовочной (ПБС) систем транспортных средств, особенно если они оборудованы шинами с ассиметричным рисунком протектора.