УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ СХОЖДЕНИЯ И РАЗВАЛА КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ

Предлагаемое устройство относится к средствам измерения параметров, используемых при техническом обслуживании и ремонте автомобилей, а именно оборудованию для измерения углов установки управляемых колес.
Анализ патентов, справочников, научно-технической литературы и других информационных источников показывает, что тенденция развития данного оборудования заключается в переходе от стационарных электрооптических стендов к портативным устройствам, позволяющим существенно сократить затраты на измерение углов установки управляемых колес и обеспечить требуемую точность измерений.
Известен стенд для определения углов установки управляемых колес транспортного средства [1], содержащий ведущие беговые барабаны, кинематически связанные с приводом, ведомые измерительные барабаны, подвижные в осевом направлении, и измерительное устройство. В установившемся режиме движения на стенде, в случае отклонения углов установки управляемых колес от заданных значений в местах контактов левого и правого колес с барабанами, возникают дополнительные боковые силы, стремящиеся переместить вдоль оси измерительные барабаны. Смещение измерительных барабанов вдоль оси вращения тем больше, чем больше сила бокового увода, что регистрируется датчиками усилия и передается на измерительный прибор.
Существенным недостатком рассмотренного стенда является сложность его конструкции и сравнительно низкая точность косвенных измерений, так как измерения осуществляются на основе определения боковых сил, которые зависят от состояния протектора колеса и поверхности ведомого барабана.
Известно так же устройство измерения углов развала и схождения управляемых колес автомобиля, содержащее заднюю и переднюю платформы, которые снабжены горизонтальными трубами и жестко закреплены на колесах автомобиля. Внутри трубы передней платформы с возможностью поворота в двух ортогональных плоскостях закреплена измерительная труба, контактирующая наружной поверхностью с регулировочными винтами, положение которых относительно стенки наружной трубы определяется по рискам скоб-указателей. Для установки измерительного устройства на ноль на свободном конце измерительной трубы закреплена площадка с лазером и экраном, а на трубе задней платформы в вертикальной плоскости установлено зеркало [2].
Это устройство как наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому выбрано в качестве прототипа. К недостаткам прототипа следует отнести его низкую точность, которая определяется количеством рисок на продольных шкалах регулировочных винтов.
Технической задачей подаваемой заявки является разработка портативного устройства, в котором измерение углов установки управляемых колес осуществлялось бы простым способом и с высокой точностью.
В соответствии с назначением предлагаемое устройство может быть представлено в виде двух модулей. При измерении угла схождения (модуль 1) поставленная задача решается тем, что в предлагаемой полезной модели, содержащей заднюю и переднюю установки, на поворотных горизонтальных трубах которых неподвижно закреплены дополнительные опорные площадки, выставляемые в горизонтальной плоскости при помощи уровня путем поворота трубы относительно продольной оси.
На опорной площадке задней установки перпендикулярно оси трубы неподвижно закреплен задний лоток, телескопически связанный с передним лотком, который свободно опирается на опорную площадку передней трубы. В зоне контакта переднего лотка с опорной площадкой в лотке выполнена прямоугольная прорезь, позволяющая закрепить на опорной площадке измерительный блок, состоящий из лазера, линейки с метрической шкалой и с отверстием для прохода луча лазера. Размеры прорези лотка выполняются с припусками, что обеспечивает свободное перемещение измерительного блока в горизонтальной плоскости в рабочих диапазонах измерений углов схождения и развала.
Для повышения точности измерений за счет увеличения длины луча лазера, в задней части переднего лотка на заданном расстоянии от упора, в плоскости перпендикулярной его продольной оси на шаровом шарнире установлено зеркало.
При измерении угла развала (модуль 2) используется только передний лоток, который закрепляется на штативе и устанавливается в вертикальном положении при помощи регулировочных болтов и отвеса. Опорная площадка переднего колеса с закрепленным на ней измерительным блоком так же выставляется вертикально, а контакт лотка с опорной площадкой осуществляется при помощи магнита.
В другом варианте исполнения измерительного блока для представления результата измерений в виде электрического сигнала на непрозрачной шкале выполнена клиновидная прорезь, а за шкалой установлен фотоэлемент с милливольтметром.
Основными отличительными признаками предлагаемого устройства измерения являются телескопически соединенные лотки, днища которых являются базовой измерительной поверхностью и измерительный блок, состоящий из лазера, зеркала и линейки со шкалой. При изменении угла установки передняя труба вместе с закрепленным на ней измерительным блоком поворачивается относительно оси поворота, что вызывает изменение углов падения и отражения луча лазера относительно поверхности неподвижного зеркала. Отсчет величины угла установки, в отличие от прототипа, осуществляется по положению отраженного луча на метрической шкале или шкале милливольтметра.
Благодаря наличию этих признаков точность измерений углов установки колес кратно повышается за счет использования лазера и зеркала не только при установке устройства на ноль, как это осуществляется в прототипе, но и в процессе измерений. Если учесть, что в процессе измерения луч лазера, 4 отражаясь от зеркала, отображается на шкале, то тангенс угла установки (tgα) определится по следующей формуле:
tgα=a/2L,
где: а - отсчет по шкале, мм;
L - расстояние от шкалы до зеркала, мм;
Как видно из формулы величина отсчет по шкале пропорциональна удвоенному расстоянию до зеркала, что обеспечивает достаточно высокую чувствительность устройства и высокую точность измерений.
Установка шкалы отсчета на подвижной опорной площадке переднего колеса создает дополнительно малую по величине систематическую погрешность, которая значительно меньше случайной. Эта конструктивная особенность значительно повышает точность предлагаемого измерительного устройства в сравнении с прототипом, упрощает выставление базовой измерительной поверхности и установку устройства на «0». Отметим, что в случае необходимости указанная систематическая погрешность может быть учтена при градуировке шкалы.
Наличие фотоэлемента и милливольтметра во втором варианте отсчетного устройства позволяет получить электрический сигнал пропорциональный значению угла установки и использовать предлагаемое измерительное устройство в качестве первичного преобразователя в системах активного автоматического контроля.
Телескопическое соединение лотков и наличие упора на переднем лотке дает возможность использовать предлагаемое устройство для автомобилей с различными расстояниями между передними и задними колесами.
Таким образом, предлагаемое устройство измерения позволяет простыми средствами и с высокой точностью измерять углы схождения и развала передних колес автомобиля и может быть использовано в системах активного контроля в качестве первичного преобразователя.
В целом, совокупность признаков предлагаемой полезной модели необходима и достаточна для решения поставленной задачи и в полном объеме ранее нигде не использовалась для других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критериям существенной новизны и полезности.
Схема и основные элементы конструкции устройства измерения углов схождения и развала колес автомобиля иллюстрируются чертежами на фиг.1, 2, 3.
Фиг.1 - устройство измерения угла схождения (модуль 1);
Фиг.2 - устройство измерения угла развала (модуль 2);
Фиг.3 - измерительный блок с фотоэлементом.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1
В соответствии с чертежом фиг.1 предлагаемое устройство предназначенное для измерения угла схождения (модуль 1) состоит из задней и передней установок, выключающих крепежные скобы 1, платформы 2, и горизонтальные трубы 3, соединенные с платформами с возможностью осевого поворота. На одних концах труб установлены упорные скобы 22 с прижимными винтами 21, а на других неподвижно закреплены опорные площадки 8. На опорной площадке задней установки перпендикулярно оси трубы неподвижно закреплен задний лоток 4, связанный при помощи телескопических трубок 9 с передним лотком 5, который опирающийся на опорную площадку передней трубы. В задней части переднего лотка на шарнире 7 установлено зеркало 6, а в зоне контакта переднего лотка с опорной площадкой в нем имеется прорезь, размеры которой позволяют закрепить на опорной площадке измерительный блок, состоящий из лазера 10, линейки 11 с метрической шкалой 12 и отверстием для прохода луча лазера.
Измерение угла развала колес автомобиля предлагаемым устройством по примеру 1 осуществляется следующим образом. Перед измерением передняя и задняя платформы 2 с трубами при помощи скоб 1 прикрепляются к дискам колес автомобиля, а их опорные площадки поворотом труб относительно продольных осей выставляются горизонтально по уровню. Телескопически связанные между собой задний и передний лотки закрепляются на опорной площадке заднего колеса. Положение переднего лотка относительно передней опорной площадки регулируется телескопическими трубками и фиксируется упором. Установка измерительного устройства на «0» осуществляется поворотом шарнирно закрепленного зеркала при нулевом значении угла развала и включенном лазере. Значение выставленного угла развала отсчитывается по положению светового пятна на шкале измерительного блока.
Пример 2
При измерении угла развала (фиг.2) используется модуль 2, который состоит из переднего лотка 5 закрепленного вертикально на штативе 14 с основанием 16, регулировочными болтами 17 и отвесом 15. Перед измерением опорная площадка переднего колеса с закрепленным на ней измерительным блоком выставляется вертикально поворотом передней трубы, а контакт лотка с опорной площадкой осуществляется при помощи магнита. Установка устройства на «0» и отсчет угла развала осуществляется способом аналогичным примеру 1.
Пример 3
Для представления результата измерений в виде электрического сигнала в устройствах по модулям 1 и 2 используется измерительный блок с фотоэлектрическим преобразователем (фиг.3), состоящим из лазера 10, непрозрачной линейки 11 с горизонтальной клиновидной прорезью, фотоэлемента 19 и милливольтметра 20. Отсчет углов установки осуществляется по шкале милливольтметра, которая градуирована в градусах.
Промышленная применимость
Экспериментальный образец устройства измерения углов схождения и развала колес автомобиля изготовлен и испытан в лаборатории метрологии и автоматизации Томского сельскохозяйственного института НГАУ. Испытания показали работоспособность и перспективность заявляемой полезной модели. В 2013 году планируется определить основные метрологические характеристики предлагаемого устройства и изучить технико-экономические возможности его использования на предприятиях автосервиса.
Источники информации
1. Стенд для определения углов установки управляемых колес транспортного средства. Заявка: 94019597/11, 23.05.1994
2. Устройство для измерения углов развала и схождения колес автомобиля. Заявка: 94027012/11, 18.07.1994.