Стенд для исследования работы спаренных колес транспортных средств

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для исследования рабочего процесса в контакте с дорогой шин спаренных колес, находящихся под разными вертикальными нагрузками, с разными типами рисунков протектора шин и разными внутренними давлениями воздуха в них, а также на разных типах дорожных покрытий.
Аналогом предлагаемой полезной модели является стенд для исследования параметров проскальзывания колеса транспортного средства по опорной поверхности.(Патент №126463 от 27.03 2013 г. Бюл. №9)
Существенным недостатком стенда является то, что он позволят определить проскальзывание только для одного колеса, на этом стенде нет возможности исследовать работу спаренных колес.
Известен стенд для диагностирования тормозов автотранспортных средств, колеса которого устанавливаются на плоскую бетонную поверхность. (Патент №2323841 от 10.05. 2008 г. Бюл. №13)
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 каждого из спаренных колес при его торможении на бетонной поверхности.
Прототипом предлагаемой полезной модели является стенд для исследования работы спаренных колес грузовых транспортных средств, (Патент №138221 от 10.03.2014 г. Бюл. №7.), содержащий металлическую неподвижную раму корытообразной формы с горизонтальной контактной поверхностью для установки колеса, на которой размещен сменный фрагмент, имитирующий определенный тип дорожного покрытия, по краям рамы установлены стойки с конечным включателем и конечным выключателем для ограничения движения колеса, узел создания вертикальной нагрузки на исследуемое колесо, состоящий из Г-образной серьги, установленной на оси колеса и сменного груза, прикрепленного к вертикальной оси серьги, узел горизонтального перемещения колеса, состоящий из шкива, установленного на одном конце рамы и троса, прикрепленного к горизонтальной оси серьги и к сменному грузу, узел создания крутящего и тормозного моментов, состоящий из сдвоенного силового шкива, установленного на оси колеса, двойного шкива, закрепленного на другом конце рамы и троса, концы которого закреплены на двух частях силового шкива и перекинуты через двойной шкив и уравновешивающий шкив со сменным грузом, узел замера и регистрации, включающий датчик импульсов и электронный секундомер, соединенные через аналого-цифровой преобразователь с компьютером, при этом на оси исследуемого колеса дополнительно установлена ступица с подшипниками для закрепления на ней второго из спаренных колес совместно с датчиком импульсов, кроме того, на оси спаренных колес установлены сменные распорные проставки разной длины, находящиеся между самими исследуемыми колесами и стенками Г-образной серьги для изменения расстояния между спаренными колесами, и съемный фиксирующий штифт для блокировки ступицы на ось, а сменный груз для создания вертикальной нагрузки на спаренные колеса прикреплен к вертикальной оси Г-образной серьги через компенсирующий шкив.
Недостатком этого стенда является то, что на нем нет возможности провести длительные ресурсные дорожные испытания каждого из спаренных колес и, следовательно, определить влияние на их износ реально циркулирующей мощности в контуре жестко спаренных колес транспортных средств.
Задачей предлагаемой полезной модели является усовершенствование конструкции стенда, позволяющее исследовать работу спаренных колес транспортных средств при их жестком соединении и каждого колеса в отдельности, а также расширение функциональных возможностей предлагаемого стенда.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности исследований зависимости численных величин проскальзывания колес от сцепных свойств покрытий, расширение диапазона исследований.
Технический результат достигается предлагаемым стендом для исследования работы спаренных колес транспортных средств, содержащим металлическую неподвижную раму корытообразной формы с горизонтальной контактной поверхностью для установки спаренных колес, на которой размещен сменный фрагмент, имитирующий определенный тип дорожного покрытия, по краям рамы установлены стойки с включателем и конечным выключателем, для ограничения движения колеса, узел создания вертикальной нагрузки на колесо, состоящий из Г-образной серьги, установленной на оси колеса и сменного груза, прикрепленного к вертикальной оси серьги, узел горизонтального перемещения колеса, состоящий из шкива, установленного на одном конце рамы и троса прикрепленного к горизонтальной оси серьги и к сменному грузу, узел создания крутящего и тормозного моментов, состоящий из сдвоенных силовых шкивов, которые установлены на оси колеса, один из шкивов, закреплен на другом конце рамы и троса, концы которого закреплены на двух частях силового шкива и перекинуты через двойной шкив и уравновешивающий шкив со сменным грузом, узел замера и регистрации, включающий датчик импульсов и электронный отметчик времени, соединенные через аналого-цифровой преобразователь с компьютером, на оси исследуемых колес установлена ступица с подшипниками, совместно с датчиком импульсов при этом, ступица выполнена составной из двух частей - неподвижной части, жестко закрепленной на валу распорными втулками, и подвижной части, входящей в неподвижную часть, закрепленную контргайкой, установленную на подшипниках, которые обеспечивают свободное вращение исследуемых колес относительно друг друга, кроме того для жесткого соединения двух исследуемых колес, предусмотрена блокировка ступицы на ось с помощью фиксирующего штифта, а для изменения угла наклона колес используется контргайка.
Повышение точности исследований зависимости численных величин проскальзывания колес от сцепных свойств покрытий достигается за счет применения ступицы, выполненной из неподвижной части, жестко закрепленной на валу распорными втулками, и подвижной части, входящей в неподвижную часть, закрепленную контргайкой, установленную на подшипниках, за счет возможности проведения испытаний спаренных колес при жестком закреплении двух колес при блокировке ступицы на ось с помощью фиксирующего штифта, при жестком соединении с осью, и в случае свободного качения, как двух, так и каждого колеса в отдельности, а также под разными углами наклона, которые регулируются контргайкой.
На фиг. 1, показана общая схема стенда. Стенд содержит раму 1; испытуемые колеса 2, 3; груз с массой m гр1 4; компенсирующий шкив 5; сдвоенные силовые шкивы 6; серьгу 7; датчики импульсов 8,9 вращения колес 2, 3; рабочую поверхность 10 стенда; трос 11; неподвижную часть 12 ступицы; подвижную часть 13 ступицы; подшипники 14 ступицы; отверстие 15 под съемный фиксирующий штифт; контргайки 16, 17; распорные втулки 18, 19, 20, 21; регулирующую шайбу 22; фланец 23;отверстие 24 для жесткого соединения колес.
Полезная модель стенда работает следующим образом:
Исследуемые колеса 2 и 3 устанавливают на рабочую поверхность 10 стенда с разблокированной от оси неподвижной 12 и подвижной частью 13 ступицы для независимого вращения колес 2 и 3.
Перед началом экспериментов, колеса 2 и 3 вместе с серьгой 7 принудительно прокатывают на выбранном типе дорожного покрытия по рабочей поверхности стенда в крайнее левое положение до размыкания конечного включателя, после чего подключают включателем блок питания к схеме управления.
Эксперименты проводят в двух вариантах:
1-й вариант - при независимом качении спаренных колес;
2-й вариант - при жестком соединении спаренных колес
2
3
При проведении эксперимента по 1-му варианту, в момент начала качения спаренных колес 2 и 3 по рабочей поверхности 10 стенда срабатывает конечный включатель, подключающий датчики импульсов 8 и 9 и электронный отметчик времени к аналого-цифровому преобразователю и к компьютеру. Спаренные колеса 2 и 5, в соответствии с выбранным режимом, вместе с серьгой 7 и осью принудительно перекатывают по опорной поверхности покрытия вдоль рамы 1. Так как каждое из спаренных колес 2 и 3 снабжены датчиками импульсов 8 и 9, то их сигналы, совместно с сигналом электронного отметчика времени, позволяют компьютеру рассчитать угловые скорости ω и ω каждого из них.
В ведомом режиме определяют теоретические скорости каждого из исследуемых колес 2 и 3:
T2
T3
где r, r - теоретические радиусы качения колес 2 и 3, соответственно.
В тормозном или ведущем режиме определяют действительные скорости каждого из исследуемых колес:
∂2
∂3
где r, r - действительные радиусы качения колес 2 и 3, соответственно.
Теоретические и действительные радиусы колес 2 и 3 отличаются друг от друга за счет влияния на них разных эксплуатационных факторов.
Показания датчиков импульсов 8, 9 и отметчика времени позволяют рассчитать также пути качения каждого из исследуемых колес 2 и 3 по опорной поверхности.
Разность путей по сигналам датчиков 8 и 9 или по показаниям счетчиков импульсов определяет интегральное значение пути проскальзывания шины каждого из исследуемых колес зоны контакта на заданном участке качения колес, а отношением разности путей по сигналам датчиков импульсов 8 и 9 или по показаниям счетчиков импульсов и отметчика времени ко времени прохождения участка определяют средняя скорость проскальзывания, в той же точке контакта.
T
∂
Относительная разность теоретической V и действительной V скоростей позволяет определить коэффициенты буксования и скольжения каждого из исследуемых колес:
где δ - коэффициент буксования каждого из исследуемых колес 2 и 3 в ведущем режиме;
где S - коэффициент скольжения каждого из исследуемых колес 2 и 3 в тормозном режиме.
В случае необходимости проводят эксперименты, когда колеса 2 и 3 исследуют под разными углами наклона за счет изменения положения регулирующей шайбы 22. При изменении углов наклона колес 2 и 3 на рабочей поверхности 10 стенда, изменяется площадь контакта шин с поверхностью.
При исследовании по 2-му варианту предусмотрена блокировка неподвижной части 13 ступицы колеса 3 на ось съемным фиксирующим штифтом, а также предусмотрено отверстие 15 для жесткого соединения колес 2 и 3 между собой.
В этом случае, в контуре: «опорная поверхность - колесо 2 - ось колес - колесо 3 - опорная поверхность» возникает циркуляции мощности ΔN, что характерно для реальной эксплуатации автомобиля, при этом действительные радиусы колес 2 и 3 могут существенно отличаться друг от друга. Итак, в тормозном режиме:
T
где P - тормозная сила в контакте;
g - ускорение свободного падения.
В тяговом режиме:
к
где Р - тяговая сила в контакте.
Таким образом, ΔN - зависит от эксплуатационных факторов, вызывающих буксование или скольжение в контактах спаренных колес и является причиной повышенного сопротивления движению автомобиля, а в реальной эксплуатации это влечет за собой существенное повышение износа шин.
Стенд позволяет исследовать колеса при жестком их соединении и каждого колеса в отдельности, в случае свободного качения и под разными углами. Таким образом, расширение диапазона исследований позволяет повысить точность исследований зависимости численных величин проскальзывания колес 2 и 3 от сцепных свойств покрытий, что является необходимой информацией для рационального подбора шин спаренных колес.