ШИННО-РЕЛЬСОВЫЙ СТЕНД ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
TIRE-RAIL BENCH FOR STATIC TESTS

Изобретение относится к стендовому оборудованию, предназначенному для определения нагрузочных условий шин транспортных средств на комбинированном (дорожно-рельсовом) ходу.
Для определения статических характеристик шин колесных транспортных средств служат испытательные стенды различного типа.
Известны устройства, определяющие статические характеристики пневматических шин [1], [2]. Недостатками указанных устройств являются невозможность их применения для определения статических характеристик пневматической шины в рельсовом режиме эксплуатации транспортного средства на комбинированном ходу, а также недостаточный уровень универсальности для проведения сравнительных испытаний шины.
Также известен принятый за прототип стенд для определения статических характеристик пневматических шин [3], содержащий привод исследуемой шины, электрические датчики нагрузки, продольной и поперечной деформации шины. Колесо с шиной закреплено на оси, которая устанавливается во втулки траверс при помощью захватов. Траверсы перемещаются в вертикальном направлении вдоль колонн, установленных на раме стенда. Перемещение траверс осуществляется при помощи двух ходовых винтов, жестко прикрепленных к траверсам. Привод ходовых винтов осуществляется с помощью редукторов, приводящихся в действие асинхронным электродвигателем. Шинно-рельсовый стенд для статических испытаний имеет силовую плиту, оснащенную динамометрическими датчиками, позволяющими определить величину вертикального усилия.
Указанная конструкция имеет следующие недостатки: невозможность определения распределения нормальных напряжений в пятне контакта шины; определения характеристик шин при взаимодействии с рельсом, а также проведения сравнительных испытаний шин на рельсе и плоскости.
Перечисленные недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.
Решаемая задача - расширение технологических возможностей стенда.
Поставленная задача решается посредством предлагаемой схемы стенда, представленной на фигуре 1 и включающей в себя следующие элементы: 1 - шина, 2 - рельс, 3 - двигатель, 4 - траверса, 5 - захват, 6 - датчик усилия, 7 - колонна, 8 - преобразователь, 9 - редуктор, 10 - силовая плита, 11 - ходовой винт, 12 - манометр, 13 - частотный регулятор, 14 -тензометрическая матрица, 15 - подуклонка, 16 - болт, 17 - шайба, 18 - усилитель, 19 - аналого-цифровой преобразователь, 20 - приемно-регистрирующее устройство.
Техническим результатом изобретения является создание стенда, обеспечивающего статические испытания шин в диапазоне режимов, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации транспортных средств на комбинированном ходу.
Указанный технический результат достигается за счет того, что испытание шины 1 производится с использованием в качестве опорной поверхности рельса 2, фиксируемого на силовой плите 10 при помощи болта 16 и шайбы 17. Возможности данного стенда позволяют производить испытания с наклоном рельса, методом установки подуклонки 15.
При проведении испытаний определяются следующие характеристики:
1. Наружный диаметр, наружная ширина шины, величина прогиба, их зависимость от вертикальной нагрузки;
2. Определение параметров, указанных в п. 1 при различном внутреннем давлении воздуха в шине. Давление воздуха в шине контролируется манометром 12, имеющим класс точности не ниже 0,6 [4];
3. Распределение нормальных напряжений в пятне контакта шины с опорной поверхностью с использованием тензометрической матрицы 14;
4. Разность параметров, указанных в п. 1, п. 2, п. 3 при обжатии шины на рельсах разных типов и плоскости (методом демонтажа поз.2, 15, 16 и 17);
5. Получение данных об остальных явлениях, возникающих при обжатии шины.
Предлагаемая схема стенда функционирует следующим образом: крутящий момент, создаваемый двигателем 3, посредством редуктора 9 преобразуется в поступательное движение винтов 11, жестко соединенных с перемещающейся по колоннам 7 траверсой 4, на которой закреплена ось с размещенной на ней шиной 1. Положение траверсы 4 и соответственно шины 1 определяется количеством оборотов двигателя 3 при известном шаге винтов 11. Двигатель 3 управляется частотным регулятором 13, который, в свою очередь, управляется разностным сигналом между заданным положением траверсы 4 и измеренным количеством оборотов двигателя 3. Количество оборотов двигателя 3 измеряется преобразователем 8, установленным на валу двигателя 3. При перемещении траверсы 4 шина 1 упирается в рельс 2, установленный на силовой плите 10. Возникающая при этом нагрузка измеряется датчиками усилия 6. Распределение нормальных напряжений в пятне контакта шины с рельсом регистрируется тензометрической матрицей 14. Далее, сигнал, обработанный усилителем 18 и аналого-цифровым преобразователем 19, подается на приемно-регистрирующее устройство 20.
При включении привода стенда шина перемещается в заданное положение: в случае измерения габаритных размеров шины (наружных диаметра и ширины) и испытаний на обжатие - до соприкосновения с рельсом 2. В остальных случаях - испытываемая шина нагружается увеличивающейся нагрузкой до заданной величины путем перемещения траверсы 4 по колоннам 7. В процессе обжатия шины с помощью датчиков усилия 6 и тензометрической матрицы 14 измеряется и регистрируется воздействующая на шину нагрузка. С помощью преобразователя 8 измеряется и регистрируется продольная деформация шины как расстояние, пройденное траверсой 4 от положения, в котором производилось измерение наружного диаметра шины, до положения траверсы 4 при номинальной силе обжатия.
Заявляемый стенд позволяет автоматически измерять и регистрировать перечисленные характеристики шины с погрешностью не более ±2%. Максимальная допустимая величина измерения нормальных напряжений тензометрической матрицей составляет 2 МПа, с погрешностью не более ±5%. В процессе обжатия шины осуществляется непрерывное измерение продольной и поперечной деформации шины, с помощью приемно-регистрирующего устройства 20 устанавливаются их зависимости от вертикальной нагрузки. Полученная информация стендовых испытаний шин в обоих режимах служит для оптимизации условий работы шин колесных транспортных средств на комбинированном ходу и формирования основных параметров для выпуска специализированной шинной продукции.
Использованные источники
1. Стенд для определения статических характеристик шин колесных транспортных средств: Пат. RU 130706 U1 Рос. Федерация. МПК G01M 17/02 / А.А. Алипов, А.Н. Блохин, A.M. Носков; №2013102092/11; заявл. 16.01.13; опубл. 27.07.13, Бюл. №21 - 16 с.
2. Стенд для статических испытаний шин: Пат. RU 161103 U1 Рос. Федерация. МПК G01M 17/02 / А.Е. Кондаков, С.М. Огородное; №2015126497/02; заявл. 03.07.15; опубл. 10.04.16, Бюл. №10-8 с.
3. Стенд для определения статических характеристик пневматических шин: Пат. RU 63065 U1 Рос. Федерация. МПК G01M 17/02 / В.И. Мараховский, А.С. Петров, B.C. Роженцев, А.А. Фищиленко, А.В. Шаманин; №2006139146/22; заявл. 07.11.06; опубл. 10.05.07, Бюл. №13- 17 с.
4. ГОСТ 2405-88. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2008. - 32 с.