УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЮ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОЛЕС

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к установкам для определения сопротивления качению пневматических колес.
Известна установка для определения сопротивления качению пневматических колес при свободном замедленном качении колеса с испытываемой шиной по барабану. Установка представляет собой раму, на которой установлены беговой барабан с испытываемым пневматическим колесом, оси которых находятся в горизонтальной плоскости. Привод бегового барабана осуществляется при помощи электродвигателя через клиноременную передачу. На раме установки также имеется рычажное устройство с навесными грузами, при помощи которых испытываемое колесо прижимается к беговому барабану, то есть изменяется нормальная деформация шины. [1]
К недостаткам данной установки относится то, что беговой барабан имеет значительную кривизну (обычно диаметр барабанов не превышает 2…2,5 м). При этом деформация шины в контакте с беговым барабаном больше чем деформация шины в дорожных условиях, вследствие чего получаемая величина коэффициента сопротивления качению превышает действительную величину, а также данная установка имеет очень сложную конструкцию.
Известна еще установка для определения сопротивления качению пневматических колес в ведомом и тормозном режимах качения представляющая собой основание, на котором установлена бесконечная беговая поверхность с приводом. Колесо, опирающееся на беговую поверхность, установлено свободно на оси и снабжено тормозом, при этом ось закреплена на траверсе, имеющей механизм перемещения вдоль качающей рамы, снабженной балансиром, а также ось рамы совмещена с беговой поверхностью в зоне контакта с колесом и связана с динамометрической муфтой, закрепленной в поворотном устройстве. Поворотная стойка, в которой расположена ось, установлена в опорной втулке и зажата фиксатором. [2]
Данная установка имеет такой же недостаток как выше описанная - это сложность конструкции, а также то, что на этой установке нет возможности произвести замер сопротивления качению пневматических колес в ведущем режиме, в котором оно достигает максимального значения.
Известна также установка для определения суммы моментов сопротивления качению ведущего и тормозящего пневматических колес [3]. Установка представляет собой сварную раму из швеллера. Колеса устанавливаются на валы посредством подшипников качения. Один вал жестко крепится на раме, второй вал крепится на салазки, сваренные из уголка и свободно перемещающиеся в горизонтальном направлении по раме при помощи регулировочного винта. При повороте регулировочного винта изменяется межосевое расстояние колес (нормальная деформация шин). Для измерения начального положения колеса на его диск закрепляется круговая градусная шкала. Для фиксирования начального положения колеса используются электромагнитные клапаны, которые крепятся к раме установки. Питание электромагнитных клапанов производится от аккумуляторной батареи. Для получения вращающего момента был изготовлен маятниковый противовес, который жестко крепится на колесо. Противовес представляет собой две стальные полосы закрепленных с обеих сторон диска колеса. В полосах имеется отверстие для установки грузов. Датчик угла поворота колеса установлен непосредственно на вал ступицы колеса. Следящая рейка, передающая колебания колеса на датчик угла поворота, жестко соединена с диском колеса и валиком датчика угла поворота. Датчики соединены с аналого-цифровым преобразователем, который в свою очередь соединен с персональным компьютером [3].
Недостатком данной установки является то, что на ней нет возможности производить замеры сопротивления качению пневматических колес в ведущем и тормозном режимах качения колес по отдельности.
На основании выше перечисленных недостатков уже существующих установок для определения сопротивления качению пневматических колес в различных режимах качения перед нами была поставлена задача, создать установку, с помощью которой можно определить сопротивление качению пневматических колес как в ведущем так и в тормозном режимах качения, которая будет проста по конструкции.
Для решения этой задачи нами была усовершенствована уже существующая установка для определения суммы моментов сопротивления качению ведущего и тормозящего пневматических колес, которая имеет простую конструкцию.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой полезной модели, которая представляет собой сварную раму 1 на двух стойках с горизонтальными опорами. Колеса 2 устанавливаются на валы посредством подшипников качения. Один вал жестко крепится на раме, второй вал может перемешаться в горизонтальном направлении по прорезям и по опорным пластинам 3 рамы установки на шариковых подшипниках 4 при помощи регулировочных винтов 5, с целью изменения силы прижатия колес к опорной площадке 6. При повороте регулировочных винтов изменяется межосевое расстояние колес (нормальная деформация шин). Силу прижатия замеряем при помощи динамометра. Для задания вращательного момента на колесах изготовлен маятниковый противовес 7, на который навешиваются грузы 8 определенной массы. Он представляет собой стальные полосы с отверстиями для установки грузов, закрепленные с обеих сторон диска колеса. Для фиксирования начального угла и удержания колес в фиксированном начальном положении на раме установки имеются электромагнитные клапаны 9, которые также освобождают эти колеса из неравновесного состояния. Питание электромагнитных клапанов производится от аккумуляторной батареи. Маятниковые противовесы каждого колеса устанавливаются в начальное неравновесное фиксированное положение таким образом, чтобы они находились под углом 45° к горизонтали и были разведены в противоположные стороны с целью получения как ведущего так и тормозного режимов качения. Маятниковые противовесы можно устанавливать под различными углами от 0° до 90°, но для удобства проведения измерения принимаем оптимальный угол равный 45°, т.к. малое значение угла в ведущем режиме качения и наоборот большое значение угла в тормозном режиме качения будет представлять технические затруднения с определением сопротивления качению. Для замера угла поворота колес на установке установлены датчики углового перемещения 10, записывающие информацию о положении колеса, а полученная информация выводится на персональный компьютер через аналого-цифровой преобразователь, в виде таблицы, для последующего анализа. Для передачи колебаний пневматических колес на датчики углов поворота на установке установлены следящие рейки 11. Следящие рейки жестко связаны с валиками датчиков угла поворота. А датчики углов поворота соединены с аналого-цифровым преобразователем, который соединяется с персональным компьютером.
Установка работает следующим образом.
нв
Для определения сопротивления качению пневматических колес в ведущем режиме устанавливаем маятниковые противовесы 7 каждого колеса 2 в начальное фиксированное положение таким образом, чтобы они находились под углом α=45° и фиксируем в таком положении электромагнитными клапанами 9 (см. фиг.2). Затем навешиваем на маятниковые противовесы 7 обоих колес 2 грузы 8, задавая тем самым ведущий момент на обоих колесах 2 установки. При этом навешиваем на опорную площадку 6 груз 8, но с таким расчетом, чтобы момент создаваемый на опорной площадке 6 грузом 8 был меньше чем суммарный момент создаваемый грузами 8 на маятниковых противовесах 7 обоих колес установки. В этом случае получаем ведущий режим качения колес.
нв
Затем выводим колеса 2 из начального положения при помощи электромагнитных клапанов 9 и наблюдаем затухающие колебания колес 2 перехода их в равновесное состояние с записью этого процесса и выводом его на компьютер. При этом маятниковые противовесы 7 с грузами 8 на колесах 2, которые создают вращающий момент, движутся вниз навстречу друг другу, а опорная площадка 6 с грузом 8 наоборот вверх. Таким образом, угол α уменьшается, при этом уменьшается и ведущий момент создаваемый маятниковыми противовесами 7 и навешенными на них грузами 8, затем колеса 2 останавливаются, когда произойдет равновесие между грузами 8 на маятниковых противовесах 7 и грузом 8 на опорной площадке 6 (см. фиг.2).
кв
После того как колеса остановятся, определяем угол α, под которым они пришли в равновесие. По этому углу можно определить суммарный момент сопротивления обоих колес качению в ведущем режиме нагружения по следующей формуле
где  - сумма моментов сопротивления качению обоих колес в ведущем режиме качения;
g - ускорение свободного падения;
l - длина маятниковых противовесов;
в1
в2
m, m - масса груза на маятниковом противовесе, создающие ведущий момент соответственно на первом и втором колесах;
кв1
кв2
α, α - угол равновесного положения колес соответственно первого и второго колеса;
3
m - масса груза на опорной площадке;
к
r - радиус колеса.
нт
Определение сопротивления качению пневматических колес в тормозном режиме качения осуществляется следующим образом. Устанавливаем маятниковые противовесы 7 каждого колеса 2 в начальное фиксированное положение таким образом, чтобы они находились под углом α=45° и фиксируются в таком положении электромагнитными клапанами 9 (см. фиг.3). Нагружаем маятниковые противовесы 7 и опорную площадку 6 грузами 8, но при этом суммарный момент создаваемый грузами 8 маятниковых противовесов 7 должен быть меньше чем момент создаваемый грузом 8 опорной площадки 6. В этом случае мы получаем тормозной режим качения колес. Затем при помощи электромагнитных фиксаторов 9 выводим колеса 2 из неравновесного состояния и записываем процесс перехода тормозящих колес 2 в равновесное состояние. При этом колеса 2 будут вращаться так, что маятниковые противовесы 7 будут двигаться вверх, а груз 8 с опорной площадкой 6 вниз, то есть будет происходить увеличение тормозного момента на колесах 2 до тех пор, пока не произойдет равновесия между грузами 8 на маятниковых противовесах 7 и грузом 8 на опорной площадке 6 (см. фиг.3).
кт
После того как колеса остановятся, определяем угол α, под которым они пришли в равновесие. По этому углу можно определить суммарный момент сопротивления качению пневматических колес в тормозном режиме качения по формулам:
где  - суммарный момент сопротивления качению обоих колес в тормозном режиме качения;
т1
т2
m, m - масса груза на маятниковом противовесе, создающие тормозной момент соответственно на первом и втором колесах;
кт1
кт2
α, α - угол равновесного положения колес соответственно первого и второго тормозящего колеса.
Данная установка при своей простоте конструкции позволяет с достаточной точностью определять сопротивление качению пневматических колес в ведущем и тормозном режимах качения, а также получаемые результаты не искажаются как на некоторых установках с беговыми барабанами.
Литература
1. Автомобильные шины / Бидерман В.Л., Гуслицер Р.Л., Захаров С.П. и др. - М.: Госхимиздат, 1963. - 384 с.
2. А.С. СССР №492778. Устройство для испытания колеса с эластичной шиной. / В.Г.Анопченко // опубл. в Бюл. №11, 1986 г.
3. Новиков К.В. Определение сопротивления качению при испытаниях колесных тракторов методом отката: Дис. … канд. техн. наук. - Киров, 2005 г. - 143 с. - прототип.