УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКАЧКИ ШИНЫ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к области технического обслуживания транспортных средств, а именно к устройствам накачки, регулирования и измерения давления воздуха в шинах автомобилей, тракторов и т.п.в автоматическом режиме.
Известно устройство для накачки шин автомобиля, которое содержит блок подачи сжатого воздуха, блок задатчика времени, регулятор давления, распределитель с ручным приводом, снабженным манометром, балансировочный узел, а также клапан управления подачи сжатого воздуха, пневматически связанный с балансировочным узлом и наконечником, соединенным с вентилем накачиваемой шины. Кроме того, устройство содержит распределительно-клапанный элемент со звуковым сигнализатором [Авторское свидетельство СССР №1687481, кл. B60S 5/04, публ. 30.10.91. в бюл. №40]. Все перечисленные выше узлы, блоки и т.п. смонтированы в корпусе на его передней (лицевой) и задней панелях.
Балансировочный узел выполнен с двумя мембранами, образующими три полости А, Б и В, средняя из которых А сообщается с атмосферой. Вторая полость Б пневматически связана с блоком задатчика времени и с блоком подачи сжатого воздуха через клапан управления, а, в конечном итоге, с наконечником. Третья полость В соединяется через регулятор давления с блоком подачи сжатого воздуха и через распределитель с ручным управлением с манометром. Пневматическая магистраль, соединяющая клапан управления с наконечником, снабжена дросселем с обратным клапаном.
Работает вышеописанное устройство следующим образом.
Включают в работу блок подачи сжатого воздуха. Сжатый воздух поступает в клапан управления, который открыт, далее через дроссель с обратным клапаном заполняет воздухораздаточный шланг с наконечником, предварительно подсоединенным к вентилю шины. Одновременно сжатый воздух поступает в полость Б балансировочного узла и на вход задатчика времени, настроенного на определенный временной цикл. Через заданный временной цикл срабатывает задатчик времени и сжатый воздух (управляющий) поступает на вход клапана управления и на вход распределительно-клапанного элемента. При этом клапан управления закрывается, распределительно-клапанный элемент, связанный с полостью Б, открывается. В полости В балансировочного узла устанавливается по манометру требуемое давление посредством задатчика давления вручную. Далее, при надевании наконечника на вентиль шины открывается обратный клапан, встроенный в наконечник, и сжатый воздух начинает поступать в шину, при этом падает давление в полости Б балансировочного узла. При достижении величины давления в полости Б ниже заданной величины давления в полости В обе мембраны за счет перепада давления прогибаются и следствием этого является то, что полость Б соединяется с распределительно-клапанным элементом через нормально закрытый клапан. Сжатый воздух уходит из полости Б через распределительно-клапанный элемент и звуковой сигнализатор в атмосферу, при этом подается звуковой сигнал. Одновременно падает давление на входе блока задатчика давления, пневматически соединенного с полостью Б, что приводит к тому, что задатчик времени переключается в исходное положение. Сжатый воздух (управляющий) уходит из пневматической магистрали клапана управления и распределительно-клапанного элемента через блок задатчика времени, возвращая первые в исходное состояние. После этого клапан управления снова открывается и новая порция сжатого воздуха из блока подачи последнего поступает через дроссель в шину и одновременно в полость Б балансировочного узла и на вход задатчика времени. Цикл накачки повторяется аналогично описанному выше.
Если после срабатывания блока задатчика времени и отключения подачи воздуха клапаном управления давление в полости Б, не снижается ниже давления в полости В, заданного регулятором давления, то клапан балансировочного узла не открывается и подача звукового сигнала прекращается, что означает завершение процесса накачки.
Для контроля давления в шине манометр вручную переключается посредством соответствующего распределителя на пневматическую магистраль, соединяющую его с наконечником.
Недостатками устройства - прототипа являются следующие:
- во-первых, конструктивная сложность системы управления и, как следствие этого, низкая эксплуатационная надежность. Основу системы управления составляют два устройства - это блок задатчика времени и балансировочный узел. Последний представляет собой сложную механическую систему, образованную парой гибких мембран, механически связанных друг с другом и формирующих три полости, каждая из которых имеет пневматическую связь с различными элементами пневмосистемы, т.е. блоком регулирования давления, блоком задатчика времени и наружным пространством. Кроме того, одна из полостей через нормально замкнутый клапан связана с распределительно-клапанным элементом, а через него и клапан управления подачи сжатого воздуха с собственно блоком подачи этого воздуха. Работа системы управления (см. описание прототипа, данное выше) определяется сложным взаимодействием всех перечисленных ее узлов и блоков, каждый из которых вносит свою погрешность в точность реализации конечной цели - подкачка воздухом шины автомобиля. В конечном итоге все определяется надежностью работы гибких мембран, точностью их взаимодействия и интегрального взаимодействия на нормально закрытый клапан. Если учесть, что сжатый воздух, как рабочая и управляющая среда, не подвергается предварительной обработке, например, в виде сушки, и поступает в пневмосистему с различной степенью влажности при различных температурах, то совершенно не исключается остановка работы устройства в целом, особенно в периоды пониженных внешних температур. Это может быть вызвано изменением физических свойств материала мембран, образованием льда в дроссельных отверстиях блока регулирования давления, задатчика времени, обратном клапане и т.п. Отказ в работе устройства может наступить как из-за отказов в отдельных элементах пневмосистемы, так и во всей их совокупности;
- во-вторых, контроль за давлением сжатого воздуха на выходе из регулятора давления и из шины осуществляется с помощью одного и того же манометра посредством ручного распределителя при условии прекращения подачи сжатого воздуха. В случае нестабильности в работе устройства, по какой либо причине, такая процедура носит циклический характер, увеличивая время подкачки, снижая точность и производительность;
- в-третьих, устройство вообще неработоспособно в случае, когда в шине имеет место повышенное относительно нормы давление.
Таким образом, задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства, повышение надежности его работы в любых условиях, универсальность и автоматизация процесса подкачки шины.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для подкачки шины автомобиля, включающем пневмосистему, образованную последовательно связанными между собой блоком подачи сжатого воздуха, блоком регулирования его давления и наконечником, охваченных общей системой управления, последняя образована электронным контроллером, снабженным цифровым индикатром задаваемого давления в шине и связанным с электрической сетью. В пневмосистеме после блока регулирования давления воздуха введены датчик давления, манометр через клапан, а также клапаны накачки и сброса воздуха в шине, при этом как датчик давления, так и все перечисленные клапаны электрически связаны с контроллером. Кроме того, блок регулирования давления воздуха и система управления заключены в герметичный корпус, снабженный датчиками внешней и внутренней температуры воздуха, а также средством нагрева последнего во внутреннем объеме корпуса, включающем блок коммутации и тепловентилятор, электрически связанные с контроллером и электрической сетью. Входной рукав подачи сжатого воздуха в корпус и выходной рукав из корпуса, несущий наконечник, выполнены с электрообогревом и связаны с электрической сетью через блоки питания, а с контроллером через блоки коммутации. Решению поставленной задачи содействует и то, что в пневмосистеме перед наконечником установлен фильтр обратного потока, а в систему управления введен цифровой индикатор задаваемого давления в шине, связанный с контроллером.
На чертеже, прилагаемом к описанию, дана принципиальная схема предлагаемого устройства для накачки шин автомобиля.
Устройство содержит блок 1 подачи сжатого воздуха, который представляет собой поршневой одноступенчатый компрессор, включающий силовой агрегат, ресивер и блок пневмоавтоматики (на чертеже не показаны). Посредством входного рукава 2, пневмомагистрали 3 и крана 4 блок 1 связан с блоком 5 регулирования давления, состоящего из соединенных последовательно между собой, собственно регулятора 6 давления, манометра 7 и механизма 8 автоматического сброса конденсата. Элементы 6, 7 и 8 объединены в едином корпусе, называемом блоком подготовки воздуха. Пневмомагистраль 3 трансформируется в выходной рукав 9, снабженный на своем конце наконечником 10, в рабочем положении сопрягаемым с шиной 11. Система управления устройством представлена электронным контроллером 12, который через блок 13 питания подключен к электрической сети 14 с напряжением 220 В. Следует отметить, что основным напряжением работы всех элементов системы управления является напряжение 24 В, обеспечивающее безопасность обслуживания и надежность работы устройства. Далее, к пневмомагистрали 3 после блока 5 регулирования давления сжатого воздуха подсоединяются датчик давления 15, образцовый манометр 16 через клапан 17, а также клапан 18 накачки и клапан 19 сброса воздуха в шине 11. Все упомянутые клапаны (17, 18, 19), а также датчик 15, электрически связаны с контроллером 12. Блок 5 регулирования давления, пневмомагистраль 3, относящиеся к пневмосистеме устройства, а также все элементы системы управления, названные выше и ниже, смонтированы в герметичном корпусе 20, который несет на себе датчик внешней температуры 21 и датчик 22, температуры внутри корпуса 20. Оба датчика электрически замкнуты на контроллер 12 и задействованы в системе поддержания оптимального температурного режима внутри корпуса 20, обеспечивающего надежность работы всей находящейся в нем аппаратуры. Для нагрева воздуха во внутреннем объеме корпуса 20 предусмотрен блок коммутации 23 для тепловентилятора 24, которые оба связаны с электрической сетью 14, а блок 23 - и с контроллером 12. Каждый из входного 2 и выходного 9 рукавов пневмосистемы, расположенных вне корпуса 20, оснащены греющими кабелями 25 и 26 соответственно. Последние связаны с электрической сетью 14 через блоки питания - 27 для входного рукава 2 и 28 для выходного рукава 9. Кроме того, блок 28 имеет последовательно с ним включенный в электрическую сеть блок 29 коммутации, связанный с контроллером 12. В пневмомагистраль 3, в пределах объема корпуса 20, перед выходным рукавом 9 включен фильтр 30 обратного потока воздуха. Непосредственно на контроллер 12 подключен цифровой индикатор 31 задаваемого давления воздуха в шине 11. К органам управления устройства в целом относятся кнопка «ОК» 32, кнопка «ОТМЕНА» 33 и ручка «УСТАНОВКА» 34. Наряду с индикатором 31 к средствам индикации относятся зуммер 36, лампа «ОК» 35 и лампа «ОЖИДАНИЕ» 37. Все органы индикации и управления выведены на лицевую панель корпуса 20, которая в темное время суток освещается лампой 38 подсветки. Клапан сброса 19 соединен с помощью трубопровода 39 с механизмом 8 автоматического сброса конденсата и наружным пространством.
Работает устройство следующим образом.
В качестве примера использования устройства рассматривается процесс накачки шины автомобиля, однако, в любом случае вначале осуществляют подключение устройства к электрической сети 14, подавая, таким образом, энергию, в первую очередь, на контроллер 12 через блок питания 13. При пониженных температурах, в частности зимой, по сигналам, подаваемым с датчиков внешней 21 и внутренней 22 (в корпусе 20) температуры, контроллер 12 производит подключение к электрической сети 14 греющие кабели 25 и 26 через блоки коммутации 27 и 29 соответственно. В случае необходимости через блок коммутации 23 включается в работу тепловентилятор 24, обеспечивающий обогрев внутреннего объема корпуса 20. Лампа подсветки 38 включается при подаче электрического тока из сети 14 в устройство подкачки и выключается с обесточиванием последнего. Подготовительной операцией является подключение пневмосистемы устройства к блоку подачи сжатого воздуха 1, что достигается с помощью крана 4. При этом сжатый воздух заполняет блок подготовки, в котором посредством регулятора давления 6 по манометру 7 выставляется постоянная величина исходного давления, подаваемого в ту часть пневмосистемы, которая отсекается нормально закрытым клапаном 18. Таким образом, устройство подготовлено для выполнения своей основной функции - подкачки шины автомобиля. Далее, наконечник 10 соединяют с ниппелем колеса 11 и с помощью ручки 34 устанавливают на цифровом индикаторе 31 величину требуемого давления в шине. После этого, кнопкой 32 «ОК» включают устройство в работу, что фиксируется загоранием лампочки 37, лампа 35 при этом гаснет. На первом этапе датчиком 15 осуществляется измерение давления в подключенной шине 11 и пропорциональный сигнал с него подается в контроллер 12, где он, в соответствии с заложенным алгоритмом, анализируется и при условии, что давление в шине ниже давления заданного на цифровом индикаторе 31 выбирается оптимальное время соединения шины 11 с источником сжатого воздуха 1 путем открывания клапана 18 накачки. Процесс подкачки осуществляется циклично. Это означает, что через короткий промежуток времени, определенный контроллером 12, последний, воздействуя на клапан 18, перекрывает доступ сжатого воздуха в шину 11, отключая ее от источника сжатого воздуха 1. Датчик 15 измеряет давление в шине 11 после осуществленной подкачки и сигнал пропорциональный новому давлению подается в контроллер 12, где в зависимости от полученного результата (например, давление выросло незначительно) назначается больший период времени включения клапана 18 накачки. После этого процедура измерения нового давления датчиком 15 повторяется и контроллером 12 назначается другой временной интервал подкачки, приближающий давление в шине 11 к величине давления, заданного на цифровом индикаторе 31. Такой метод подкачки можно определить как «метод проб», который выполняется в устройстве предлагаемой конструкции в автоматическом режиме. Как только давление в шине сравняется с давлением, заданным на цифровом индикаторе 31, контроллер 12 включает клапан 17 образцового манометра 16, который призван не только дублировать показания индикатора, но и контролировать его, подтверждая точность выполнения предварительно заданного давления в шине 11. Зуммер 36 коротким сигналом сообщает о выполнении операции подкачки, лампа 37 при этом гаснет, а лампа 35 зажигается. Наконечник 10 отключается от ниппеля шины автомобиля. Следует отметить, что в случае, когда давление в шине окажется больше, чем требуется, в работу включается клапан 19 сброса давления, который работает с контроллером 12 по аналогичному алгоритму, с той лишь разницей, что источник 1 сжатого воздуха отсекается от шины 11 нормально замкнутым клапаном 18. В ситуации, требующей сброса давления в шине, работает фильтр 30 обратного потока, предотвращающий попадание фрагментов резины, пыли и других твердых частиц в пневмосистему, в частности, датчик 15 давления, клапан 19 сброса, клапан 17 образцового манометра и собственно манометр 16.
По состоянию на 4 квартал 2011 года заявителями изготовлены несколько опытно-промышленных образцов предлагаемого устройства, производственные испытания которых подтвердили их высокую эксплуатационную эффективность и надежность в климатических условиях северо-западного региона России.