Способ и устройство контроля и регулирования давления в шинах
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF PRESSURE IN TIRES

Настоящее изобретение относится к способу управления и регулирования давления в шинах.
Изобретение относится в частности к области шин для сельскохозяйственного применения, но может также использоваться во всех применениях, в которых необходим контроль давления в шинах и в которых существует потребность регулировать давление в зависимости от использования.
Известно, что среди наиболее распространенных целей для шин сельскохозяйственных применений - получение корректной работы в поле и на дороге, что связано с необходимостью иметь соответствующую величину давления накачки шин.
В случае, когда шины используются на сельскохозяйственных машинах, работающих с высокими и изменяющимися во времени нагрузками, это более необходимо, чем когда-либо.
В случае машин с большими размерами (комбайны, разбрызгивающие установки, разбрасыватели, трейлеры и тракторы), ясно, что они подвергаются циклам загрузки и выгрузки и в результате распределяют на шинах нагрузку, которая меняется от минимума (Lmin) в условиях, при которых машина является разгруженной, до максимума (Lmax), когда машина полностью загружена. При изменении приложенной нагрузки и при постоянном давлении форма шины меняется, что предполагает все более плоский профиль с ростом нагрузки. Изменение профиля шины также влечет за собой изменение ее отпечатка на земле, также называемого опорной поверхностью шины и, как следствие, ее сцепление с землей.
В этом контексте в соответствии с настоящим изобретением предлагается решение, целью которого является обеспечение возможности регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственных машин, с целью адаптации опорной поверхности к изменению нагрузки путем подходящего изменения внутреннего давления.
Для этой цели в соответствии с настоящим изобретением предлагаются способ и устройство контроля и регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственного применения, в которых цель адаптации опорной поверхности путем изменения внутреннего давления, когда нагрузка, приложенная к шинам, изменяется, достигается путем калибровки самой опорной поверхности или сплющивания шины под нагрузкой. Эта цель достигается контролем опорной поверхности или деформации и регулированием давления в зависимости от температуры, посредством ряда датчиков в сочетании с электронной системой, которая в зависимости от выполненных измерений воздействует последовательно на компрессор или выпускной клапан.
Целью настоящего изобретения является, следовательно, разработка способа и устройства контроля и регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственного применения, что позволяет не выходить за пределы систем управления в соответствии с предшествующим уровнем техники и получать описанные выше технические результаты.
Следующей целью изобретения является то, что упомянутый способ и упомянутое устройство контроля и регулирования давления в шинах могут быть внедрены с существенно ограниченными затратами, в том, что касается как производственных расходов, так и эксплуатационных расходов.
Еще одной целью изобретения является создание способа и устройства контроля и регулирования давления в шинах, в частности шинах для сельскохозяйственного применения, которые являются простыми, безопасными и надежными.
Следовательно, первый объект настоящего изобретения - это способ контроля и регулирования давления в шинах, в частности для сельскохозяйственного применения, способный обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям приложенной к ней нагрузки, отличающийся тем, что он включает в себя следующие шаги:
- измерение давления в шине,
- измерение опорной поверхности или деформации шины,
- определение расчетного значения нагрузки, приложенной к упомянутой шине, причем упомянутое расчетное значение приложенной нагрузки определяют, в зависимости от упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации и упомянутого измеренного значения давления посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки,
- определение оптимального значения давления, соответствующего упомянутому расчетному значению приложенной нагрузки, причем упомянутое оптимальное значение определяют посредством таблиц характеристик упомянутой шины,
- определение расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления, причем упомянутую расчетную величину опорной поверхности или деформации определяют посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и
если упомянутая расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации:
- изменение давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления, и
повторение шагов способа до тех пор, пока упомянутая измеренная величина опорной поверхности или деформации не достигнет упомянутой расчетной величины опорной поверхности или деформации.
Предпочтительно, в соответствии с изобретением, способ дополнительно включает в себя шаг измерения температуры, причем измеренные значения температуры содействуют определению корреляции между значениями опорной поверхности или деформации, давления и нагрузки.
Кроме того, второй объект настоящего изобретения - это устройство контроля и регулирования давления в шинах, в частности для сельскохозяйственного применения, способное обеспечить адаптацию опорной поверхности шины к изменениям приложенной к ней нагрузки, которое содержит измеритель давления и измеритель опорной поверхности или измеритель деформации шины, электронную систему управления, соединенную на входе с упомянутым измерителем давления и с упомянутым измерителем деформации или измерителем опорной поверхности, компрессор, приводимый в действие упомянутой электронной системой управления, и систему электропитания, причем упомянутая электронная система управления выполнена с возможностью:
- непрерывного определения значения нагрузки, приложенной к упомянутой шине, в зависимости от упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации и от упомянутого измеренного значения давления, посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки,
- определения оптимального значения давления, соответствующего упомянутому расчетному значению приложенной нагрузки, причем упомянутое оптимальное значение давление определяют посредством таблиц характеристик упомянутой шины,
- определения расчетной величины опорной поверхности или деформации в зависимости от упомянутого оптимального значения давления, причем упомянутая расчетная величина опорной поверхности или деформации определяется посредством корреляции, основанной на экспериментальных данных, значений давления, опорной поверхности или деформации и приложенной нагрузки, и
если расчетная величина опорной поверхности или деформации отличается от соответствующей упомянутой измеренной величины опорной поверхности или деформации:
- изменения давления в шине для уменьшения разницы между упомянутым измеренным значением давления и упомянутым оптимальным значением давления, и
повторения шагов способа до тех пор, пока упомянутая измеренная величина опорной поверхности или деформации не достигнет упомянутой расчетной величины опорной поверхности или деформации.
Предпочтительно, в соответствии с настоящим измерением, упомянутый измеритель опорной поверхности содержит:
- акселерометры, или
- полимерные материалы, имеющие электрическое сопротивление, изменяющееся в соответствии с деформацией.
Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутое устройство контроля и регулирования давления в шинах содержит, в частности, один или следующих инструментов измерения деформации:
- тензометр,
- лазерную систему,
- инфракрасную систему.
Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутое устройство контроля и регулирования давления в шинах дополнительно содержит измеритель температуры.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутая система электропитания может содержать батарею, встроенную в ступицу колеса, или может получать энергию непосредственно от транспортного средства, на котором установлена упомянутая шина.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, упомянутая система электропитания может быть снабжена парой коллекторов, один для отрицательного полюса и один для положительного полюса, соединенных с помощью скользящего контакта с таким количеством щеток, какое требуется, чтобы обеспечить работу устройства, в свою очередь электрически соединенных с транспортным средством, или может быть снабжена трехфазным двигателем, содержащим статор и ротор и, в свою очередь, электрически соединенным с транспортным средством.
Наконец, устройство контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с изобретением эффективно применяют по отношению к сельскохозяйственным машинам, используемым с изменяющимися во времени большими нагрузками, таким как комбайны, разбрызгивающие установки, разбрасыватели и трейлеры.
Очевидна эффективность способа и устройства согласно настоящему изобретению, которые позволяют адаптировать опорную поверхность шины на земле к изменению приложенной нагрузки посредством контроля параметров, которые могут быть измерены с помощью простых и дешевых датчиков.
Настоящее изобретение будет теперь описано для иллюстративных целей, а не для целей ограничения, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, с конкретной ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
- Фиг. 1 представляет радиальное сечение колеса, использующего способ контроля и регулирования давления в шине в соответствии с настоящим изобретением;
- Фиг. 2 представляет цикл контроля и регулирования давления в зависимости от увеличения нагрузки;
- Фиг. 3 представляет цикл контроля и регулирования давления в зависимости от уменьшения нагрузки;
- Фиг. 4 представляет обод шины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и соответствующий коллектор; и
- Фиг. 5 представляет диаграмму типичного цикла загрузки и выгрузки комбайна.
На чертежах устройство контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения указано с помощью ссылочной позиции 10 и показано установленным на колесе 20, по существу состоящем из обода 21 и шины 22, внутри которой имеется воздушная камера 23.
Устройство контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с настоящим изобретением содержит измеритель 11 давления, измеритель 12 деформации шины 22 (или в качестве альтернативы измеритель опорной поверхности шины), измеритель 13 температуры, электронную систему 14 управления, компрессор 15 и систему 16 электропитания. Кроме того, устройство контроля и регулирования давления в шине в соответствии с настоящим изобретением содержит выпускной и предохранительный клапан 17. Система 16 электропитания может состоять из батареи, встроенной в ступицу колеса, или, как показано в качестве примера, но не для ограничения, со ссылкой на фиг. 4, может получать энергию непосредственно от транспортного средства, на котором установлена упомянутая шина, например, с помощью пары коллекторов 18, один для отрицательного полюса и один для положительного полюса, соединенных посредством скользящего контакта с таким количеством щеток 19, какое требуется, чтобы обеспечить работу всего устройства, в свою очередь, электрически соединенных с двигателем транспортного средства.
Принимая во внимание архитектуру устройства контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с настоящим изобретением, это устройство особенно подходит для комбайнов (и комбайнов/разбрызгивателей), с учетом как частой и с высокой изменчивостью нагрузки в процессе рабочих циклов, так и возможного размещения в пределах обода.
Работа способа и устройства контроля и регулирования давления в шине в соответствии с настоящим изобретением описана в дальнейшем со ссылкой на фиг. 2 и 3, представляющих две диаграммы, на которых ось абсцисс показывает деформацию шины, а ось ординат показывает состояние нагрузки. Две кривые p1 и р2 демонстрируют взаимосвязь между деформацией и состоянием нагрузки, соответственно, для двух значений p1 и р2 постоянного давления. Работа способа и устройства контроля и регулирования давления в шинах в соответствии с настоящим изобретением объясняется со ссылкой на измерение деформации, но аналогичное описание может быть дано для случая, когда измеряемым параметром является опорная поверхность шины.
В частности, как видно на фиг. 2, начиная с начального состояния L1 нагрузки, давление и прогиб составляют соответственно p1 и d1. С увеличением нагрузки до L2 обе переменные возрастают соответственно до p1' и d1'. Устройство регулирования последовательно приводит в действие компрессор, способный увеличить давление до p2, чтобы получить подходящее значение деформации. Значение Δp, которое должно быть введено, получают из экспериментальных испытаний, выполняемых для этой шины, которые связывают значения L, p и d.
Процесс является сходным в случае уменьшения нагрузки, с уменьшением давления, а не ростом, как показано на фиг. 3.
В качестве примера фиг. 5 представляет цикл загрузки и разгрузки, который типичен для комбайнов.
Настоящее изобретение было описано для целей иллюстрации, но не ограничения, в соответствии с его предпочтительными вариантами осуществления, однако следует понимать, что отклонения и/или модификации могут быть выполнены специалистами в данной области техники в пределах объема изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.