Стенд контроля технического состояния колесных транспортных средств с обгонной муфтой

Устройство относится к области машиностроения, а именно контролю эффективности функционирования интеллектуальных систем колёсных транспортных средств (КТС), а также контроля эффективности функционирования их силовых агрегатов путем проверки на силовых стендах с беговыми барабанами.
Известен стенд СТС-10У-СП тормозной силовой, производства АО «ГАРО-Трейд» [Описание типа средств измерений для Государственного Реестра №56636-14 - Стенды тормозные силовые СТС] для измерения: тормозных сил на колесах КТС, массы транспортного средства приходящейся на ось, усилий на органе управления, усилия вталкивания сцепного устройства прицепов, оборудованных инерционным тормозом, давления сжатого воздуха, принятый за аналог.
Общими признаками с заявляемым устройством является наличие опорных роликовых устройств, по четыре на ось, два на колесо. У каждого опорного устройства беговые барабаны попарно кинематически связаны между собой цепными передачами. При этом каждая пара беговых барабанов кинематически связана с мотор-редуктором с установленными силоизмерительными системами, воспринимающими и измеряющими силовой момент, проходящий через вал одного из роликов. Стенд оборудован роликами системы слежения и датчиками, измеряющими массу транспортного средства, приходящуюся на ось.
Недостатки устройства:
Беговые барабаны в каждой из платформ стенда механически связаны между собой, что приводит к кинематическому рассогласованию сил, действующих на ролики, которое вызвано разностью силовых радиусов колеса из-за перемещения КТС вдоль стенда в процессе контроля. Кинематическое рассогласование вызывает циркуляцию паразитной мощности в замкнутом контуре «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина», которая значительно увеличивает погрешность измерения тормозных сил.
Стенд не позволяет проводить контроль эффективности функционирования силового агрегата и трансмиссии КТС.
Известен стенд СТМ3500М легковой тормозной силовой, производства ООО НПФ «МЕТА» [Описание типа средств измерений для Государственного Реестра № 38044-13 - Стенды тормозные СТМ] для измерения: тормозных сил на колесах КТС, массы транспортного средства приходящейся на ось, усилий на органе управления, принятый за аналог.
Общими признаками с заявляемым устройством является наличие беговых барабанов, по четыре на ось, два на колесо. При этом каждая пара беговых барабанов кинематически связана с мотор-редуктором с установленными силоизмерительными системами, воспринимающими и измеряющими силовой момент, проходящий через вал одного из роликов. Стенд оборудован роликами системы слежения и датчиками, измеряющими массу транспортного средства, приходящуюся на ось.
Недостатки устройства:
Беговые барабаны в каждой из платформ стенда механически связаны между собой, что приводит к кинематическому рассогласованию сил, действующих на ролики, которое вызвано разностью силовых радиусов колеса из-за перемещения КТС вдоль стенда в процессе контроля. Кинематическое рассогласование вызывает циркуляцию паразитной мощности в замкнутом контуре «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина», которая значительно увеличивает погрешность измерения тормозных сил.
Стенд не позволяет проводить контроль эффективности функционирования силового агрегата и трансмиссии КТС.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является гибридный универсальный полноопорный стенд для контроля технического состояния колесных транспортных средств ИРНИТУ [Патент RU № 199093, МПК G01L 5/13 (2006.01), СПК G01L 5/13 (2020.02), опубл. 23.03.2020].
Общими признаками заявляемого устройства с прототипом является наличие беговых барабанов, инерционных маховых масс, электродинамического тормоза и бесконтактных магнитострикционных датчиков. На каждой паре беговых барабанов между инерционной маховой массой и одним из беговых барабанов установлены бесконтактные магнитострикционные датчики для измерения сил на колесах. Стенд оборудован роликами системы слежения, пневматическими выталкивателями и использует бесконтактный метод измерения тяговых сил на каждом ведущем колесе за счет нагружения силовой установки диагностируемого транспортного средства при помощи вихретокового электродинамического тормоза.
Недостатки устройства гибридного универсального полноопорного стенда для контроля технического состояния колесных транспортных средств ИРНИТУ:
- Беговые барабаны каждой из платформ стенда кинематически связаны между собой, что приводит к появлению циркуляции паразитной мощности в замкнутых контурах «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина», которую вызывает разность силовых радиусов колеса из-за перемещения КТС вдоль стенда в процессе контроля. Кинематическое рассогласование значительно увеличивает погрешность измерения сил на колесах транспортных средств.
- В конструкции стенда не предусмотрена система измерения нагрузки на колеса КТС, что не позволяет определять удельные тормозные силы КТС по утвержденной методике.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Техническая задача заявляемого устройства направлена на расширение функциональных, диагностических функций стенда за счет добавления возможности вращения передних беговых барабанов стенда с угловыми скоростями, отличными от скоростей задних барабанов, что позволит устранить циркуляцию паразитной мощности в замкнутых контурах «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина», производить измерения сил на колесах транспортных средств более точно.
Технический результат достигается тем, что стенд контроля технического состояния колесных транспортных средств с обгонной муфтой, содержащий раму с беговыми барабанами и четырьмя инерционными маховыми массами, кинематически связанными между собой посредством валов, муфт и цепных передач, ролики системы слежения, предназначенные для измерения скорости вращения колес, а также бесконтактные магнитострикционные датчики для измерения тормозных сил на колесах транспортного средства, расположенные на валах привода беговых барабанов, согласно полезной модели, дополнительно содержит обгонные муфты в приводах цепных передач, установленные на валах передних беговых барабанов взамен звездочек, не имеющих возможности кинематического разъединения цепных передач.
Стенд контроля технического состояния колесных транспортных включающий в себя блоки беговых барабанов, расположенных парами на колесо, соединенных обгонными муфтами в каждой паре беговых барабанов и позволяет при возникновении циркуляции паразитной мощности в замкнутых контурах «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина» кинематически отсоединить передний барабан от приводной звездочки, путем срабатывания обгонной муфты. Обгонная муфта может быть установлена и использована в силовых стендах с беговыми барабанами для предотвращения кинематического рассогласования и устранения паразитной циркулирующей мощности в замкнутом контуре «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина».
Схема заявляемого устройства изображена на фигуре 1, где:
1 - инерционная маховая масса; 2 - датчик частоты вращения беговых барабанов; 3 - передний беговой барабан; 4 - бесконтактный магнитострикционный датчик; 5 - датчик частоты вращения ролика системы слежения; 6 - ролик системы слежения; 7 - задний беговой барабан; 8 - обгонная муфта; 9 - датчик силы электродинамического тормоза; 10 - электродинамический тормоз; 11 - редуктор; 12 - карданная передача.
Схема заявляемого устройства обгонной муфты изображена на фигурах 2, 3, где:
3 - передний беговой барабан; 7 - задний беговой барабан; 13 - наружное кольцо; 14 - обойма; 15 - ролик; 16 - цепная передача.
Устройство состоит из рамы, представляющей собой два блока передних беговых барабанов 3 и поддерживающих беговых барабанов 7, соединенных обгонными муфтами 8 и цепями между собой. Обгонные муфты 8, установленные на валах передних беговых барабанов 3, состоят из обойм, установленных на шпоночное соединение, роликов и обоймы со звездочкой цепной передачи. Один из блоков имеет возможность перемещаться для изменения расстояния между осями колесного транспортного средства. Каждый из блоков соединен через редуктор 11 с инерционной маховой массой 1 и вихретоковым электродинамическим тормозом 10. Электродинамический тормоз 10 установлен балансирно, с собственным датчиком силы 9, по показаниям которого устанавливается начальная сила торможения колесного транспортного средства. У беговых барабанов стенда 3 и 7 и роликов системы слежения 6 имеются датчики частоты вращения беговых барабанов 2 и роликов системы слежения 5, благодаря чему возможно отследить скорость колёс транспортного средства и барабанов стенда. На приводных валах беговых барабанах установлены бесконтактные магнитострикционные датчики 4 для измерения силы тяги на каждом колесе. В конструкции рам стенда установлены тензометрические датчики веса, позволяющие измерять нагрузку на колеса транспортного средства (на схеме не показаны).
Испытательный стенд работает следующим образом: колесное транспортное средство устанавливается колесами на беговые барабаны. Точность позиционирования колес транспортного средства относительно беговых барабанов 3 и 7 стенда обеспечивается передвижением его подвижной платформы с блоком. Колесное транспортное средство фиксируется при помощи 4-х натяжных ремней. В процессе контроля тягово-динамических качеств колесное транспортное средство ведущими колесами приводит в движение беговые барабаны 3 и 7, ролики системы слежения 6 и инерционные маховые массы 1. Ролики системы слежения 6 измеряют проскальзывание колес транспортного средства относительно беговых барабанов 3 и 7.
Обгонные муфты 8, позволяющие вращаться переднему 3 и заднему 7 беговым барабанам с разными скоростями в ходе проведения испытаний, разблокируют наружное кольцо муфты с закрепленной на ней звездочкой и тем самым размыкают кинематическую связь между этими барабанами, посредством отсоединения цепной передачи.
Электродинамический тормоз 10, управляемый от персонального компьютера, создает силу, препятствующую разгону ведущих колес транспортного средства. Возникающие при разгоне колесного транспортного средства тяговые силы воздействуют на беговые барабаны 3 и 7 и их валы с одной стороны, сила сопротивления электродинамического тормоза и сила инерции маховых масс действуют на валы барабанов с другой стороны, в результате чего валы беговых барабанов испытывают напряжения кручения. В системах измерения тяговых или тормозных сил на колесах транспортного средства применяются бесконтактные магнитострикционные датчики 4, которые установлены на подшипниках непосредственно на валах беговых барабанов 3 и 7. Напряжения кручения, действующие в приводных валах беговых барабанов, измеряются магнитострикционными датчиками. Их значения прямо пропорциональны силам тяги на колесах диагностируемого транспортного средства. Сигналы датчиков передаются через блок плат усилителей и преобразователей и АЦП на персональный компьютер.
Доработка предусматривает включение в кинематическую цепь замкнутого контура «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина» обгонной муфты 8. Обгонная муфта 8 устанавливается на вал переднего барабана 3 и приводит его во вращение от цепной передачи 6.
Устройство и принцип работы обгонной муфты более подробно показан на фигурах 2, 3.
При возникновении кинематического рассогласования в замкнутом контуре «шина - передний беговой барабан - цепная передача - задний беговой барабан - шина» вследствие смещения ведущего колеса в сторону переднего бегового барабана 3, нарушается равенство линейных скоростей беговой дорожки шины. Передний беговой барабан 3 стремится вращаться с угловой скоростью, величина которой меньше угловой скорости вращения заднего бегового барабана 7. В тот момент, когда возникает разность угловых скоростей шины на поверхности барабанов, внутренняя обойма муфты 14, проворачиваясь относительно наружного кольца 13, уменьшает прижатие роликов 15 к наружному кольцу 13, чем разблокирует обгонную муфту и происходит автоматическое отсоединение заднего бегового барабана.
Положительный результат заявляемого устройства.
Обгонная муфта 8 устраняет разность линейных скоростей беговой дорожки шины и на поверхностях беговых барабанов при возникновении кинематического рассогласования.
Вышеописанное устройство позволяет:
значительно снижать погрешности контроля технического состояния тормозных систем колесных транспортных средств;
выполнять контроль и значительно снижать погрешности измерения параметров технического состояния силовых установок и трансмиссий колесных транспортных средств.