ДИНАМИЧЕСКИЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ СТЕНД С БЕГОВЫМИ БАРАБАНАМИ

Полезная модель относится к устройствам, используемым в технике проведения опытно-конструкторских работ (ОКР) при процессах исследования и доводки колесных транспортных средств, в частности, автомобилей.
Во время стендовых испытаний, например - по исследованию шума, а также при определении мощностных и экономических характеристик автомобиля в полубезэховой акустической камере на динамическом стенде с беговыми барабанами используется специальная система крепления автомобиля, удерживающая автомобиль от его пространственных перемещений (далее -система крепления). Известные системы крепления, как правило, представляют собой, в частности, набор удерживающих гибких тросов с механизмом натяжения в виде четырех электролебедок, установленных под полом камеры в помещении машинного отделения испытательной камеры. Автомобиль, установленный на динамическом стенде, в этом случае, закрепляется тросами за буксирные зацепы (проушины, крюки). Тросы, выполняя функцию натяжных элементов, через оригинальные крепежные стойки и вмонтированные в пол поворотные пластины лебедок стенда, устанавливаются на барабанах лебедок. Известная система крепления автомобиля и способы установки автомобиля на стенд не обеспечивает безопасность испытательного процесса в случае самопроизвольного ослабления усилия натяжения (чрезмерной деформации или обрыва) одного из крепежных тросов, возникающих при высоких тяговых моментах на колесах и высоких скоростях вращения барабанов. При ослаблении (чрезмерной деформации, обрыве) одного из крепежных тросов незамедлительно возникает боковой увод автомобиля, что может привести к потере устойчивости исследуемого объекта на беговых барабанах стенда и, как следствие, к повреждению как самого автомобиля, так и дорогостоящего оборудования динамического стенда. Кроме того, эта проблема связана с безопасными условиями работы операторов, участвующих в процессе испытаний автомобиля. Оператор, находящийся в салоне исследуемого
автомобиля, при возникновении нештатной ситуации в виде ослабления (обрыва) крепежного троса, не застрахован от получения травмоопасных повреждений.
Из заявки DE 19916699 А1, МПК G 01 M 17/00, публ. 30.11.2000, заявитель Ф. AUDI AG, известно удерживающее устройство для стендовых испытаний автомобилей на беговых барабанах, которое предусматривает фиксированное положение автомобиля на беговых барабанах, исключающее его как продольные так и боковые смещения, что обеспечивается за счет применения жестких продольной и поперечных сцепок, содержащих резьбовые регулирующие вставки, стержни с ввертной частью и стопорные узлы с поворотными шарнирами. Упорные корпуса шарниров жестко вмонтированы в структуру пола испытательного помещения, в котором размещен стенд. Недостатком этой конструкции является применение жестких (без податливых упругих и демпфирующих элементов) ограничительных связей между, в частности, вибрирующим корпусом (кузовом) автомобиля и полом камеры, искажающих виброакустические характеристики кузова, что нежелательно для их применения в акустических полубезэховых испытательных камерах. В этом случае, динамическое возбуждение (вибрации) от силового каркаса кузова, элементов ходовой части автомобиля передается от буксирных зацепов через вибропроводные элементы ограничительных крепежных связей на пол камеры, вызывая, в свою очередь, его динамическое возбуждение (вибрацию) и соответствующее паразитное шумовое излучение, искажающее реальное акустическое поле исследуемого объекта (автомобиля). С другой стороны, наложение жестких силовых ограничительных связей и их воздействие на силовой каркас кузова искажает реальные виброакустические характеристики кузова, что нежелательно при проведении качественных виброакустических исследований автомобиля в акустической камере, оборудованной беговыми барабанами. Кроме того, отсутствие гибких демпфирующих звеньев в структуре ограничительных связей, не позволяет осуществлять следящее компенсирующее поддержание постоянного усилия удержания автомобиля на стенде (следящей реакции) на неустановившихся режимах испытаний (разгоны, торможения) автомобиля, что ведет часто к возникновению импульсных дополнительных нагрузок, как на испытуемый автомобиль, так и на элементы устройства крепления автомобиля на стенде, что в конечном итоге связано с изменением виброакустических характеристик исследуемого объекта (автомобиля).
В патенте США №3520180, МПК G 01 M 7/00, 17/04, публ. 14.07.1970, описана система крепления автомобиля на динамическом стенде с беговыми барабанами, содержащая, в частности, шесть стоек с электрическими лебедками, кинематически
связанных посредством гибких элементов (тросовых растяжек) с кузовом автомобиля. Стойки предназначены для исключения вертикальной составляющей силовой нагрузки от системы крепления за счет горизонтальной установки ветвей крепежных элементов (тросов), замыкающих вертикальные блоки с буксирными зацепами автомобиля (по одной стойке - расположенные спереди и сзади автомобиля) и для исключения поперечного увода автомобиля по две пары стоек -находящихся справа и слева от кузова автомобиля в зонах переднего и заднего бамперов, предназначенных для исключения поперечного увода автомобиля. Последние находятся в зонах плоскостей переднего и заднего бамперов автомобиля, т.е. в зонах прямого непосредственного излучения звука шинами, моторным отсеком и срезом выхлопной трубы (в плоскостях бамперов). Это создает дополнительные звукоотражающие эффекты от массивных поверхностей стоек и искажения реального звукового поля движущегося автомобиля по автомобильной автостраде, что нежелательно для качественных объективных измерений внешнего и внутреннего шума автомобиля в акустической полубезэховой камере с беговыми барабанами, на которых установлен исследуемый автомобиль. С другой стороны, такая система крепления автомобиля на барабанном стенде требует применения большого числа дорогостоящих звеньев регулировки натяжения тросов - шесть электролебедок с соответствующими тормозными устройствами.
Известна система крепления автомобиля на динамическом стенде с беговыми барабанами, описанная в свидетельстве на полезную модель Российской Федерации №23503, МПК7 G 01 M 17/00, публ. 20.06.2002, БИ №17. Известная система крепления автомобиля на динамическом стенде с беговыми барабанами, содержащая установленный на беговых барабанах автомобиль, снабженный спереди и сзади буксирными зацепами, пространственное перемещение которого ограничено удерживающими гибкими элементами, закрепленными в смонтированных на полу стенда крепежных устройствах, выполненных в виде двух пар неподвижных вертикальных поворотных стоек, расположенных попарно относительно передней и задней частей кузова автомобиля, и одной пары подвижных в направлении продольной оси автомобиля стоек; неподвижные вертикальные поворотные стойки снабжены вращающимися в горизонтально расположенных осях блоками, причем оси блоков смонтированы с возможностью селективной выборки и фиксации по высоте стойки; подвижные стойки смонтированы спереди автомобиля, в пазовых направляющих, расстояние между которыми превышает ширину кузова автомобиля, с возможностью селективной
установки и жесткой фиксации и снабжены вращающимися в вертикальных осях блоках, причем блоки имеют возможность фиксированного перемещения по высоте стойки; ветви гибких элементов закреплены спереди и сзади автомобиля к единому буксирному зацепу; подвижные стойки расположены между буксирным зацепом и неподвижными стойками, таким образом, что ветви гибких элементов образуют тупой угол с вершиной в вертикальной оси блока подвижной стойки. Недостатком данной системы крепления автомобиля является отсутствие предохранительных ограничительных элементов, препятствующих и предотвращающих дальнейшее развитие бокового увода (поперечного смещения) автомобиля в случае самопроизвольного ослабления усилия натяжения (чрезмерной деформации или обрыва) одного из крепежных тросов при высоких скоростях вращения барабанов, что может привести к возникновению аварийной ситуации в процессе испытаний. Кроме этого, отсутствие защитных ограждений в районе вращающихся беговых барабанов отрицательно сказывается на безопасность условий труда операторов стенда, увеличивает риск случайного доступа испытателя на вращающиеся поверхности, что недопустимо с точки зрения охраны труда.
Указанные недостатки устранены в конструкции динамического стенда с беговыми барабанами, представленного в свидетельстве на полезную модель Российской Федерации №28772, публ. 10.04.2003, Бюл. №10, принимаемого в качестве ПРОТОТИПА. В известном динамическом стенде с беговыми барабанами применено дополнительное защитное устройство в виде жесткого звукопрозрачного сетчатого ограждения, имеющего возможность целенаправленно перемещаться и фиксироваться напротив вращающихся колес автомобиля в зависимости от его конкретной базы, при этом, защитное устройство содержит упорный ограничительный ролик, целенаправленно перемещающийся и фиксирующийся в необходимом положении в зависимости от колеи испытуемого автомобиля, и препятствующий развитию бокового увода автомобиля (поперечного смещения) в случае самопроизвольного ослабления усилия натяжения (чрезмерной деформации, обрыва) одного из тросов. Недостатком данной конструкции динамического стенда с беговыми барабанами может являться дополнительное шумовое излучение, возникающее в случае периодических или постоянных контактов вращающихся колес автомобиля с поверхностью упорных ограничительных роликов, отрицательно влияющих на точность и достоверность акустических исследований автомобиля, установленного в безэховой камере на беговых барабанах динамического стенда. Дополнительное паразитное излучение шума обусловлено как зоной контакта при вращении подшипникового узла упорного
ролика с боковой поверхностью шины, так и передачей динамического возбуждения от силового каркаса кузова, элементов ходовой части автомобиля через вибропроводные элементы ограничительных роликов на пол камеры, вызывая его динамическое возбуждение (вибрацию) и соответствующее паразитное шумовое излучение, искажающее реальное акустическое поле исследуемого объекта (автомобиля). Также, реализуемое в конструкции динамического стенда с беговыми барабанами защитное устройство с упорными ограничительными роликами, не приемлемо, например, при исследовании тяговых и экономических характеристик автомобиля вследствие непредсказуемого увеличения сопротивления качения шины.
Сущность полезной модели заключается в том, что в установленном в полубезэховой камере известном динамическом исследовательском стенде с беговыми барабанами, приводимыми в движение машиной постоянного тока, применена система бесконтактного ограничительного в пространстве позиционирования автомобиля на стенде, состоящая из четырех автономных защитных исполнительных элементов, установленных с небольшим зазором относительно внешних поверхностей порогов кузова, по обе стороны автомобиля, в пазовых направляющих стенда; каждый из исполнительных элементов содержит концевой выключатель, поджатый упруго подвешенным рычагом. В торце рычага смонтирована направляющая втулка с вставленным в нее «поводком», свободный конец которого располагается под порогом исследуемого автомобиля, при этом, детали исполнительного элемента смонтированы в едином корпусе со съемной крышкой, установленном на трубчатой стойке с возможностью регулировки положения корпуса и «поводка» по высоте, концевые выключатели соединены последовательно в электрическую цепь через быстроразъемные соединения и подключены к штатной системе аварийного останова стенда. Сущность полезной модели поясняется на чертежах.
На фиг.1 показан заявляемый в качестве полезной модели динамический исследовательский стенд с беговыми барабанами с установленным на нем испытуемом автомобилем, (вид спереди).
На фиг.2 изображен вид сверху заявляемого динамического стенда с беговыми барабанами.
Позициями на фиг.1-2 обозначены:
1 - полубезэховая акустическая камера;
2 - звукопоглощающие кулисы акустической камеры;
3 - пол полубезэховой акустической камеры;
4 - пружины бетонной оболочки камеры и фундамента стенда;
5 - беговые барабаны стенда;
6 - пазовые направляющие элементы стенда;
7 - испытуемый автомобиль;
8 - крепежный трос;
9 - машина постоянного тока;
10 - автономный защитный исполнительный элемент системы позиционирования автомобиля на стенде.
На фиг.3 представлен фрагмент конструкции динамического исследовательского стенда с беговыми барабанами, содержащий автономный защитный исполнительный элемент в сборе (вид спереди).
На фиг.4 представлен вид сверху автономного защитного исполнительного элемента.
На фиг.5 показан корпус автономного защитного исполнительного элемента с демонтированной крышкой.
На фиг.6 представлена принципиальная электрическая схема соединения концевых выключателей автономных защитных исполнительных элементов.
Автономный защитный исполнительный элемент (далее - исполнительный элемент, см. фиг.3-5) представляет собой сборную конструкцию, включающую корпус 11, выполненный, например, из листовой стали или АБС, закрывающийся съемной крышкой 12, которая фиксируется на корпусе установочными винтами 13. В нижней части корпуса смонтирован рычаг 14, изготовленный из стальной трубки прямоугольного профиля. Один конец рычага 14 установлен на корпусе 11 с помощью болта 15, являющегося осью вращения рычага, противоположный конец рычага 14 упруго подвешен на пружине 16, прижимая при этом концевик 17 концевого выключателя 18 (например, типа МП1101ЛУХЛ3). В торце рычага, со стороны упруго подвешенного конца, смонтирована направляющая втулка 19, в которую вставлен «поводок» 20, изготовленный, например, из стального прутка. Свободная, консольно расположенная часть «поводка», выполнена под некоторым углом (3 (преимущественно 30...45°) к горизонтальной плоскости. Корпус 11 исполнительного элемента монтируется на трубчатой опорной стойке 21, имеющей паз 22 для фиксированного перемещения и крепления корпуса 11 с помощью прижимного винта 23. Благодаря пазовой системе крепления корпуса 11, последний имеет возможность перемещаться и фиксироваться в необходимом положении таким образом, чтобы «поводок» 20 исполнительного элемента располагался непосредственно вблизи, с зазором (на расстоянии 2-3 см) от поверхности порога
исследуемого кузова автомобиля. Основание 24 опорной стойки 21 крепится болтами 25 к штатным пазовым направляющим стенда 6, что позволяет перемещаться исполнительному элементу 10 вдоль автомобиля, т.е. варьировать свое пространственное местоположение в зависимости от базы исследуемого объекта. Концевые выключатели 18 соединены между собой последовательно в электрическую цепь через быстроразъемные соединения 26 и подключены к штатной кнопке аварийного останова стенда 27 (схему подключения см. на фиг.6).
Исполнительные элементы 10 устанавливаются по обе стороны исследуемого автомобиля, например, в области передних и задних брызговиков таким образом, чтобы выполненная под наклоном часть «поводка» находилась вблизи порога автомобиля, с небольшим, задаваемым, допустимым по безопасностным условиям испытаний зазором, как правило, 20...25 мм. При ослаблении усилия натяжения например, одного из крепежных тросов, и возникновении вследствие этого бокового увода автомобиля на вращающихся поверхностях беговых барабанов, происходит контакт поверхности порога кузова автомобиля с «поводком» 20 исполнительного элемента, вызывающий отклонение «поводка» от первоначального положения и, соответственно, перемещение рычага 14. Вследствие перемещения рычага 14 происходит отжатие концевика 17 концевого выключателя 18, и, соответственно, размыкание электрической цепи в штатной системе аварийного останова стенда. При срабатывании аварийного останова стенда машина постоянного тока затормаживается до остановки с максимальным крутящим моментом. После этого, машина постоянного тока обесточивается, зажигание ДВС исследуемого автомобиля прерывается. Таким образом, предотвращается процесс аварийной эксплуатации стенда с выявлением и устранением причин бокового увода автомобиля на стенде.
Предлагаемый динамический исследовательский стенд с беговыми барабанами позволяет значительно повысить уровень безопасности процесса испытаний автомобиля на динамическом стенде, а также исключает отрицательное влияние посторонних, не относящихся к объекту исследований, шумовых сигналов, вызванных применением в защитных устройствах стенда упорных ограничительных роликов, на результаты акустических исследований автомобиля в полубезэховой камере.