УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ДОРОЖНЫМ И АЭРОДРОМНЫМ ПОКРЫТИЕМ
DEVICE TO DETERMINE COEFFICIENT OF ADHESION BETWEEN VEHICLE WHEELS AND ROAD OR AIRFIELD COVERING

Изобретение относится к устройствам для оперативного контроля коэффициента сцепления колеса с сооружаемыми и эксплуатируемыми дорогами и аэродромами с твердым покрытием и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий и нештатных ситуаций приземления воздушных судов.
Известна передвижная установка ПКРС-2У в составе диагностической лаборатории КП-514МП, состоящая из прицепа с установленным на нем с помощью параллелограмма измерительного колеса, дополнительного груза, емкости с водой, тормозящей системы и измерительной системы. Измерительная система состоит из датчика линейных перемещений модели 19500, регистрирующего прогиб металлической пластины под действием на нее усилий от заторможенного измерительного колеса в режиме блокировки (см. ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием»).
Недостатками известной установки являются низкая точность и недостаточная достоверность измерений, вследствие того, что оценка коэффициента сцепления осуществляется не прямым измерением. Кроме того, на оценку влияют факторы состояния поверхности движения (геометрия, уклоны) и состояние измерительных средств (пластина, датчик перемещений). Установка эффективна только при измерениях на ровных поверхностях, что обуславливает его ограниченные технологические возможности особенно на участках дорог с различными уклонами.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием, включающее прицеп с установленными на двух полуосях двумя колесами, тормозящую систему, блок регистрации, связанные с соответствующими полуосями прицепа первый и второй датчики пути, выходы которых соединены с входом блока регистрации. Тормозящая система выполнена в виде имеющей неподвижную электрическую катушку электромагнитной порошковой муфты (ЭПМ), вращающийся элемент которой закреплен на полуоси тормозимого колеса, а неподвижная часть - на прицепе, при этом устройство дополнительно снабжено соединенным с неподвижной электрической катушкой муфты блоком задания тормозящего момента, на который передается сигнал управления с датчика пути свободно катящегося колеса (см. патент РФ №2211891 от 10.09.2003 г.). Устройство позволяет определить коэффициент сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием путем измерения расстояний, пройденных колесами одноосного прицепа при моменте сопротивления вращению одного из колес выше момента сопротивления вращению другого колеса. Момент сопротивления создается за счет использования ЭПМ в системе торможения устройства.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - прицеп с установленными на двух полуосях измерительным и свободно катящимся колесами, датчики чисел оборотов колес, выходы которых соединены с входом блока регистрации, тормозящая система, выполненная в виде электромагнитной порошковой муфты, вращающий элемент которой связан с полуосью измерительного колеса, а катушка намагничивания установлена на прицепе и соединена с блоком регистрации.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является неточность в определении коэффициента сцепления, обусловленная тем, что измеряемые параметры (длины пути, пройденные колесами) не являются величинами, непосредственно определяющими коэффициент сцепления, а являются косвенными параметрами сцепных качеств дорожной поверхности с колесом транспортного средства. Кроме того, внешние факторы (наличие колеи, криволинейные участки дороги, волны дорожной поверхности, выбоины) приводят к потере точности измерения и ухудшают динамические характеристики измерительного устройства.
Задачей изобретения является повышение точности и достоверности оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием, включающем прицеп с установленными на двух полуосях измерительным и свободно катящимся колесами, датчики чисел оборотов колес, выходы которых соединены с входом блока регистрации, тормозящую систему, выполненную в виде электромагнитной порошковой муфты, вращающий элемент которой связан с полуосью измерительного колеса, а катушка намагничивания установлена на прицепе и соединена с блоком регистрации, к полуоси измерительного колеса подсоединен вал, на котором установлен датчик крутящего момента, соединенный с вращающим элементом ЭПМ, а сигнал с датчика крутящего момента передается на блок регистрации.
Признаки предлагаемого устройства, отличительные от прототипа, - наличие вала, соединенного с полуосью измерительного колеса; наличие датчика крутящего момента, установленного на валу измерительного колеса и соединенного с вращающим элементом ЭПМ, сигнал с датчика крутящего момента передается на блок регистрации.
Отличительные признаки в совокупности с известными повышают точность и достоверность оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием.
На фиг.2 показана схема взаимосвязей элементов устройства.
Устройство для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием содержит прицеп 1 с установленными на двух полуосях 2 и 3 с помощью подшипниковых опор 4 измерительным 5 и свободно катящимся 6 колесами. Обороты колес контролируются с помощью датчиков чисел оборотов 7 и 8. К полуоси 2 измерительного колеса 5 подсоединен вал 9. На валу 9 установлен датчик крутящего момента 10. Датчик крутящего момента 10 соединен с вращающимся элементом электромагнитной порошковой муфты 11. Сигнал с датчика крутящего момента 10 поступает на вход блока регистрации 12. ЭПМ 11 представляет собой тормозное устройство, катушка намагничивания которого соединена с блоком регистрации 12 и установлена на прицепе 1. При подаче электрического сигнала на катушку намагничивания происходит блокировка измерительного 5 колеса, переводя его в режим скольжения. Блок регистрации 12 содержит два параллельно соединенных блока усреднения 13 и 14, блок вычитания 15 и блок управления 16 ЭПМ. При этом выходы блоков усреднения 13 и 14 подключены к входам блока вычитания 15, а выход блока вычитания 15 соединен с входом блока управления 16 ЭПМ. С выхода блока регистрации 12 сигнал поступает на блок индикации 17. Дополнительный груз 18, размещенный на прицепе 1, обеспечивает нормальную нагрузку на измерительное колесо 5.
Устройство работает следующим образом.
2
Стоящее на месте устройство нагружают дополнительным грузом 18 на прицепе 1 из расчета 50-60 Н/см на площадь контакта измерительного колеса 5 с дорожным покрытием при давлении в колесе 0.2 МПа, что соответствует удельной нагрузке колеса на дорожное покрытие в реальных условиях. Устройство сцепляют жестко с автомобилем, который осуществляет его транспортировку с постоянной заданной скоростью по участку дороги или взлетно-посадочной полосе аэродрома с целью измерения коэффициента сцепления.
2
Увлажняют поверхность дорожного покрытия из расчета 1±0.2 л/м, на котором необходимо произвести замеры коэффициента сцепления (в дальнейшем увлажнение поверхности осуществляется непрерывно во время движения и измерения коэффициента сцепления).
кр
При движении устройства в ведомом режиме по поверхности движения датчики чисел оборотов 7 и 8 генерируют электрические сигналы, пропорциональные числу оборотов обоих колес 5 и 6. В блоках усреднения 13 и 14 производится вычисление средних значений этих сигналов за фиксированный промежуток времени или за пройденный фиксированный участок поверхности движения. По окончании усреднения блоки усреднения 13 и 14 передают на свои выводы средние значения чисел оборотов, которые поступают на вход блока вычитания 15. Блок вычитания 15 определяет разность поступающих на его входы сигналов, соответствующих числам оборотов колес. С поступлением сигнала на торможение колеса 5 с блока управления 16 ЭПМ, блок вычитания 15 устанавливает разность чисел оборотов колес до достижения этой разности, равной числу оборотов свободно катящегося колеса 6. При этом вал 9, соединяющий измерительное колесо 5 и вращающуюся часть ЭПМ 11, закручивается моментом, пропорциональным касательному усилию в зоне контакта измерительного колеса 5 и поверхности движения. Крутящий момент измеряется датчиком крутящего момента 10 (моментомером). Сигнал с датчика крутящего момента 10 поступает на вход блока регистрации 12 и является величиной, пропорциональной касательному усилию в зоне контакта колеса и поверхности движения, то есть М=a·ƒ(T),
кр
где М - крутящий момент;
а - коэффициент пропорциональности;
где f(Т) - функция касательного усилия.
к
Коэффициент сцепления определяется как коэффициент трения скольжения при радиусе измерительного колеса r по соотношению:
,
где ƒ(T) - функция касательного усилия;
к
r - радиус измерительного колеса;
N - нормальная нагрузка на колесо.
Чем меньше коэффициент сцепления, тем меньший крутящий момент будет фиксировать датчик крутящего момента 10. Это соответствует рекомендациям ГОСТ 30413-96 "Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием".
С выхода блока регистрации 12 сигнал поступает на блок индикации 17 в удобной форме, например, цифровой. Данный результат будет отображаться до окончания цикла усреднения сигналов с датчиков чисел оборотов колес 7 и 8. Закон управления ЭПМ 11 определяется временем намагничивания катушки ЭПМ 11 до полной блокировки измерительного колеса 5 и с учетом постоянной времени ЭПМ 11 может соответствовать режиму "экстренное торможение".
Информация с датчика оборотов 8 свободно катящегося колеса 6 может быть использована для привязки измеряемого коэффициента сцепления к пикетажу поверхности движения.
кр
Для получения достоверных данных о величине измеряемого коэффициента сцепления перед началом использования устройства экспериментальным путем устанавливают зависимость величины сигнала датчика крутящего момента 10 от величины коэффициента сцепления с учетом скорости движения на базисных участках поверхности движения с известным коэффициентом сцепления. По результатам испытаний устанавливают зависимость φ=ƒ(M),
где φ - коэффициент сцепления;
кp
ƒ(M) - функция измеряемого крутящего момента.
Предлагаемое устройство за счет измерения крутящего момента, возникающего на валу измерительного колеса от действия силы сцепления колеса и поверхности движения при полной блокировке колеса, позволяет повысить точность и достоверность оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.