СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БОКОВОГО УВОДА ЭЛАСТИЧНОГО КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель стенда для исследования работы эластичного колеса транспортного средства относится к машиностроению и может быть использована для исследования рабочего процесса в контакте с дорогой шин эластичных колес, находящихся под разными вертикальными нагрузками, с разными типами рисунков протектора шин, разными внутренними давлениями воздуха в них, а также при разных углах бокового увода, создаваемых заданными боковыми силами на плоской опорной поверхности 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 продольного и поперечного коэффициентов сцепления элемента беговой дорожки автомобильной шины с дорогой. [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 продольное и поперечное проскальзывание в контакте определяется только в режиме скольжения фрагмента шины, эксперименты с боковым уводом колеса на этом стенде не возможны.
Известен стенд [Патент №2323 841] 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 бокового увода колеса при его торможении на бетонной поверхности, в виду отсутствия на этом стенде соответствующих датчиков.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является стенд [Патент №138221 от 05.12 2013 г.] с плоской опорной поверхностью, оборудованный конструктивными узлами для установки двух колес на стенд, с целью обеспечения их перемещения и создания заданных нагрузок.
Недостатком этого стенда является то, что он позволят определить проскальзывание двух колес, вызванное касательными напряжениями в контактах шин, только при их плоском качении без бокового увода.
Таким образом, на этом стенде нет возможности исследовать работу одного колеса при его качении по плоской рабочей поверхности при действии на него заданной величины боковой силы.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение ассортимента стендового оборудования предназначенного для экспериментального изучения рабочего процесса эластичного колеса, с действующей на него заданной величиной боковой силы, в варианте его реальной эксплуатационной нагрузки в рабочем режиме транспортного средства.
Технический результат предлагаемой полезной модели позволит проводить углубленное исследование рабочих характеристик эластичных колес, находящихся под действием заданной величины боковой силы, в зависимости от разных эксплуатационных факторов, что существенно расширит диапазон исследований колесных движителей транспортных средств.
Технический результат достигается предлагаемым стендом для исследования рабочего процесса эластичного колеса транспортного средства, с возможностью создания на оси колеса боковой силы заданной величины, содержащим металлическую неподвижную раму и подвижную рабочую платформу с горизонтальной рабочей поверхностью.
Подвижная рабочая платформа размещается на неподвижной раме и выполняет роль опорной поверхности для исследуемого колеса с закрепленным на ней сменным фрагментом, имитирующим определенный тип дорожного покрытия. Между подвижной рабочей платформой и неподвижной рамой в продольных ложементах установлены стальные шарики, выполняющие роль подшипников качения, обеспечивая минимальное трение при горизонтальном перемещении подвижной рабочей платформы относительно неподвижной рамы.
Конструкция стенда содержит узел создания вертикальной нагрузки, узел горизонтального перемещения подвижной рабочей платформы, узел поперечного смещения колеса, узел замера и регистрации.
Узел создания вертикальной нагрузки на исследуемое колесо, состоит из двух упругих вертикальных стоек, на верхней части которых расположены шариковые опоры для оси колеса и двух боковых шкивов, закрепленных на раме с перекинутым через них тросом. На тросе расположен уравновешивающий шкив для сменного груза. Оба конца троса крепятся на упругих опорах, при этом уравновешивающий шкив необходим для строгого совпадения по вертикали средней плоскости колеса с плоскостью центра сменного груза. Для этой цели используется тяговый поводок, прикрепленный с помощью муфты к тросу поперечного перемещения оси колеса.
Узел горизонтального перемещения подвижной рабочей платформы, относительно исследуемого колеса, состоит из шкива, закрепленного на продольном кронштейне рамы и троса, один конец которого прикреплен сменному грузу, а другой перекинут через шкив и прикреплен к самой рабочей платформе.
Узел поперечного перещения колеса обеспечивает создание заданной величины боковой силы и состоит из бокового кронштейна рамы с закрепленным на нем шкивом и перекинутым через него тросом, к одному концу которого прикреплен сменный груз, а другому - ось исследуемого колеса.
Узел замера и регистрации параметров содержит датчик импульсов вращения исследуемого колеса, датчик импульсов вращения шкива продольного перемещения рабочей платформы и датчик импульсов вращения шкива поперечного смещения оси колеса, а также электронный отметчик времени. Все датчики через блок аналого-цифровых преобразователей соединены с компьютером.
Предлагаемая полезная модель стенда отличается от прототипа тем, что для создания бокового увода колеса специально разработан узел поперечного смещения оси колеса по подвижной рабочей платформе, а вращение колеса на оси обеспечивается за счет узла горизонтального перемещения подвижной рабочей платформы по неподвижной раме, причем с минимальными потерями на трение.
В результате применяемых узлов и дополнительного оборудования, на стенде возможно проведение широкого диапазона экспериментов с оценкой влияния разных нагрузочных режимов, разных сцепных свойств покрытия рабочей поверхности платформы, разных величин боковой силы, действующей на эластичное колесо, а также и других эксплуатационных факторов, влияющих функционирование эластичного колеса в режиме бокового увода.
На фиг. 1, показан вид сверху стенда и его электрическая схема;
на фиг. 2, показан поперечный разрез стенда;
на фиг. 3, показан вид сбоку стенда.
Полезная модель стенда содержит: 1 - исследуемое колесо; 2 - датчик импульсов вращения колеса; 3, 9 - тросы; 4, 10, 19, 20 - шкивы; 5, 11, 21 - грузы; 6, 12 - датчики импульсов вращения шкивов; 7 - подвижная рабочая платформа; 8 - неподвижная рама стенда; 13 - электронный отметчик времени; 14 - блок аналого-цифровых преобразователей; 15 - компьютер; 16 - включатель питания электрической схемы; 17 - блок питания; 18 - подшипники упругой опоры оси колеса, 22 - поводок уравновешивающего шкива, 23 - шарики; 24 - упругие опоры оси колеса; 25 - фрагмент дорожного покрытия; 26 - пружина; 27 - ось колеса; 28 - продольный кронштейн, 29 - боковой кронштейн; 30 - муфта крепления поводка
Полезная модель стенда работает следующим образом:
Перед началом экспериментов, на подвижную рабочую платформу 7 монтируется фрагмент выбранного дорожного покрытия 25.
гр21
гр5
Исследуемое колесо 1 устанавливается на поверхность 25 подвижной рабочей платформы 7 к ее стороне, противоположной боковому кронштейну 29 и нагружается вертикальной нагрузкой с помощью груза 21 с подобранной массой m, (фиг. 1), при этом упругие опоры 24 с пружинами 26 обеспечивают равномерную вертикальную нагрузку на обе стороны оси колеса, (фиг. 2). Колесо 1 принудительно нагружается боковой силой с помощью троса 3, шкивов 4 и груза 5 с подобранной массой m. Поводок 22 уравновешивающего шкива 20 устанавливает груз 5 по вертикали, в соответствии со средней плоскостью колеса 1.
Далее подвижная рабочая платформа принудительно перемещается по раме 8 в крайнее правое положение, после чего оператор подключает включателем 16 блок питания 17 к схеме управления.
Эксперименты проводятся в следующем порядке:
гр11
В процессе эксперимента продольное перемещение платформы 7 обеспечивается подобранной массой m груза 11.
При проведении эксперимента вращение исследуемого колеса 1 начинается в момент начала движения платформы 7, что имитирует процесс качения колеса по фрагменту покрытия 25.
Вследствие действия боковой силы, имитируемый процесс качения колеса в продольной направлении сопровождается его боковым смещением по рабочей поверхности от одной стороны платформы 7 к другой ее стороне.
x
y
Продольное перемещение рабочей платформы и поперечное смещение оси колеса можно представить двумя векторами скоростей - продольной скорости - V и поперечной скорости - V.
y
x
Модули скоростей V и V рассчитываются по формулам (1) и (2), используя показания датчиков импульсов вращения шкивов 6 и 12, а путь и время, пройденные колесом за время эксперимента контролируются датчиком импульсов вращения колеса 2 и отметчиком времени 13
4
4
где n, r - частота вращения и радиус шкива 4, соответственно.
10
10
n, r - частота вращения и радиус шкива 10, соответственно.
Путь S перемещения колеса 1 по площадке рассчитывается по формуле (3):
к
где r - радиус колеса 1, соответственно.
t - продолжительность (время) эксперимента
x
В результате качения колеса 1 под действием боковой нагрузкой возникает угол увода δ, который определяется соотношением скоростей Vy и V по формуле (4):
Таким образом, в результате использования разработанных узлов и дополнительного оборудования, на стенде обеспечивается проведение экспериментов с оценкой влияния разных эксплуатационных факторов на увод исследуемого эластичного колеса.