Стенд для динамических испытаний пневматической шины

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)s G 01 М l7/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (COCIlATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (2,1) 4868731/11 (2 ) 25.09.90 (4)) 15.02.93.БюлМ 6 (71l) Кутаисский политехнический институт и у.H. И, Мусхелиш вили (7 ) Т.П.Русадзе, M.È.Òóðèàøâèëè, Д,Г.Кбилдшвили, O.Ä.Êàðêàøàäçå, З,Г,Жоржолиани и,Т. Русадзе (5 ) Авторское свидетельство СССР М

13 3136, 6 01 М 17/02, 1985, (5 ) СТЕНД ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ (57) Изобретение относится к стендовому обррудованию, в частности к исследовани16 Ы, 1795336 Al ям пневматических шин транспортных средств. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей по исследованию жесткостных и диссипативных характеристик шины путем создания на вращающейся шине колебательных возмущений с различными амплитудами и частотами при ее различных угловых скоростях и ускорениях, Сущность изобретения: опорная поверхность 14 выполнена в виде синхронно связанных между собой ведущего 45 со съемными массами на оси и ведомых роликов, которых установлены во вращательных опорах рамы, установленной на

1795336

10

45 подвижной плите (14) посредством вертикальной поворотной опоры 30. шарнирно связанной плечом 48 с кривошипно-шатунным

Изобретение относится к стендовому оборудованию, в частности, к исследованиям пневматических шин транспортных средств.

Известен стенд для динамических испытаний пневматической шины содержа-щий основание, механизм для установки и вертикальной нагрузки колеса с испытуемой шиной, подвижную в горизонтальном направлении опорную плиту, связанную через кривошипно-шатунный механизм качения с подвижной компенсационной плитой, на которой на опорах установлена каретка с дополнительным устройством вертикального нагружения, измерительные устройства, установленные по обе стороны кривошипно-шатунного механизма, между ними, опорной и компенсационной плитами, элемент фиксации колеса и вибратор, связанный с элементом фиксации колеса посредством вертикальных штанг, установленных в направляющих с воэможностью аксиального перемещения относительно груза, установленного на упругих элементах над вибратором. Стенд снабжен связанным с основанием механизмом углового нагружения колеса и приводом его бокового сдвига, при этом основание стенда установлено с возможностью углового поворота вокруг плавающего центра, основа ие которого выполнено с пазами для прохода фиксирующего болтов, и находящегося под проекцией средней зоны контакта испытуемой шины с опорной плитой на плоскости основания, а подвижная опорная плита выполнена из двух элементов, соединенных между собой с возможностью углового поворота в вертикальной плоскости и снабжена устройством для их фиксации в требуемом положении, выполненным в виде сектора с отверстиями для фиксирующих болтов, причем нижний из этих элементов снабжен упорными роликами, плоскости вращения которых параллельны плоскости основания стенда.

Известный стенд дает возможность определять динамическую жесткость и демпфирование шины как в радиальном, так и тангенциальном направлениях одновременно при одном эксперименте, а также конструкция стенда дает возможность исследовать изменения жесткостных и диссипативных характеристик шины при ее механизмом привода, Корпус вертикальной поворотной опоры 30 одновременно является тензометрическим динамометром. 3 ил. угловом и боковом нагружении; кроме того, в условиях поворота колеса на склоне, что беэусловно повышает точность исследования вышеуказанных характеристик.

Однако, в реальных условиях эксплуатации пневматической шины вышеуказанные упруго-деформирующие характеристики во многом зависят от режима качения колеса, особенно от скорости его движения. Извест-, но, что демпфирование и жесткость вращающейся и невращающейся шин значительно отличаются друг от друга, Недостатком известного стенда является то, что его конструкция не дает возможность создать на вращающейся шине одновременно циклического тангенциального возмущения в контакте шины с опорной поверхностью и радиальной динамической нагрузки (изменяющейся по синусоидальному закону); вместе стем, на вращающейся шине не создаются возмущения, имитирующие угловые колебания — "Шимми" управляемых колес.

Известен также стенд и способ определения динамических характеристик шин, содержащий беговую дорожку, приводимую поочередно с испытываемой. шиной от одной коробки передач посредством общего карданного вала.

Недостатком известного стенда является то, что он не имеет воэможности воспроизведения угловых колебаний на шину в горизонтальной плоскости, а также стационарного поворота и бокового сдвига колеса.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей стенда по исследованию жесткостных и диссипативных характеристик шины путем создания на вращающейся шине колебательных возмущений, с различными амплитудами и частотами при различных ее угловых скоростях и ускорениях, Поставленная цель достигается тем, что на стенде для динамических испытаний пневматической шины, содержащем основание, механизм для установки и вертикальной нагрузки колеса с испытуемой шиной, подвижную в горизонтальном направлении опорную плиту с опорной поверхностью, связанную через кривошипно-шатунный механизм с подвижной компенсационной плитой, на которой на опорах качения установлена каретка с дополнительным устрой1795336 ством вертикального нагружения, измерительные устройства, установленные по обе стороны кривошипно-шатунного механизма, между ним, опорной и компенсационной плитами, элемент фиксации колеса и вибратор, связанный с элементом фиксации колеса посредством вертикальных штанг, установленных в направляющих цилиндрах с возможностях аксиального перемещения относительно груза, установленного на упругих элементах над вибратором, связанным с основанием механизмом углового нагружения колеса и приводом его бокового сдвига, причем основание стенда, выполненное с пазами для прохода фиксирующих болтов, установленного с возможностью уг лового поворота вокруг плавающего центра и находящейся под проекцией средней зо ны контакта испытуемой шины с опорной поверхностью на плоскости основания, Опорная поверхность выполнена в виде

:синхронно связанных между собой ведущето со съемными маховыми массами на оси и ведомых роликов, которые установлены во вращательных опорах рамы, установленной на подвижной плите посредством верти кальной поворотной опоры, и шарнирно связанной плечом с кривошипно-шатунным механизмом привода, при этом корпус вер тикальной поворотной опоры одновремен но является тензометрическим динамометром для измерения вертикаль,ной реакции в контакте шины с опорной . поверхностью, На фиг.1 изображен предлагаемый стенд, общий вид сбоку; на фиг.2 — схема устройства для нагружения шины, вид спе реди; на фиг.3 — схема привода стенда устройства для углового нагружения

Испытуемого колеса, вид сверху, Стенд для динамических испытаний пневматической шины содержит колесо с пневматической шиной 1 со ступицей 2, установленной в опорах вращения, 3,4 и 5, вязанных с обеих сторон со штампами 6, еремещающихся в направляющих цилинд рах 7, Штанги 6 связаны с горизонтальной плитой 8, на которой жестко закреплены упругие элементы 9, нагружаемые грузом

10, и вибратор 11, закрепленный на грузе

12, и приводимый в действие электродвигателем постоянного тока (на фиг, не показан).

Кривошипно-шатунным механизмом 13 осуществляется возвратно-поступательное движение подвижной опорной плиты 14.

Между подвижной опорной плитой 14 и пол.Зуном 15 с помощью сферических шарниров становлен тензометрический динамометр б. На оси крепления колеса установлен тензометрический датчик 17 для измерения

50 водного шатуном 52 кривошипа 53 привод ного вала 54. На валу ведущего ролика 45

5

45 возмущающего радиального усилия. Кривошипно-шатунный механизм 13 с помощью шатуна 18, ползуна 19 и тензометрического динамометра 20 связан с компенсационной подвижной плитой 21, на которой установлена подвижная нагрузочная каретка 22, нагружаемэя винтом 23. Перемещение подвижной опорной плиты 14 в горизонтальном направлении записывается реохордным датчиком 24, Для обеспечения равномерного вращения кривошипа предусмотрен маховик 25, Изменение амплитуды колебания производится за счет радиального смещения гайки 26 по винту 27.

Реохордным датчиком 28 записывается перемещение оси шины 1 в вертикальном направлении, Вертикальное усилие в контакте шины с опорной поверхностью измеряется тензометрическим датчиком 29, наклеенным на корпусе вертикальной поворотной опоры 30. При помощи винта 31 нагружают шину 1 боковым усилием, которое измеряется тензометрическим динамометром 32, расположенным между винтом 31 и ползуном 33. К поверхности фундамента 34 болтами 35 крепится поворотная плита 36, на которой установлены механизмы фиксации и нэгружениях колеса. Поперечное перемещение подвижной опорной плиты 14, установленной на рельсах 37, исключается роликами 38. Электродвигателем 39 приводится в действие редуктор 40, связанный с винтом 31 шлицевым соединением. Для углового нагружения испытуемого колеса служит рычаг 41, соединенный шлицами с датчиком тензопреобразователя 42 и электромеханизмом 43 типа АПС-4МД, который обеспечивает поворот поворотной плиты 36 вокруг болтов 35. Параметры силового нагружения шины при испытаниях измеряются при помощи стандартных преобразователей типа PA. На вертикальной поворотной опоре 30 установлена рама

44 во вращательных опорах (не показаны), на которой установлены ведущей ролик 45 со съемными маховыми массами 46 и ведомые ролики 47, Рама 44 плечом 48 сферическим шарниром 49 через тензометрический динамометр 50 связана с ползуном 51 приустановлен тормоз 55. Ведомые ролики 47 кинематически связаны с ведущим роликом

45 посредством прямой цепной передачи (на фиг. не показана). Для торможения колеса с шиной 1 с разным тормозным моментом применяется клиновой тормозной механизм. Клин 56 связан с диафрагмой 57 тормозной камеры 58. Регулированием давления воздуха в тормозной камере 58.

1795336 создается различный момент сопротивления через ступицы 2 на полуоси 59 колеса 1, Пружина 60 служит для возвращения клина

56 в исходное положение, Полуось 59 колеса

1 и ось (на фиг,не показана) ведущего ролика 45 поочередно приводтяся в действие посредством карданной передачи 61 от углового редуктора 62, приводимого вместе с приводным валом 54 от электродвигателя 63 через муфту 64 коробок передачи 65, 66 и редуктора 67, с двумя выходными валами, посредством карданных передач (не показаны), Боковое смещение колеса 1 измеряется реохордным датчиком 68, а вертикальное перемещение подрессоренной массы измеряется реохордным датчиком 69, В качестве демпфера в подвеске колеса использованы гидравлические амортизаторы 70. Изменеwe момента на валу ведущего ролика 45 и на полуось 59 колеса 1 передается тахосьемниками 71 и 72 от датчиков 73 и 74, а частота вращения — тахометром 75. Угловые колебания рамы 44 в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси с помощью опоры 30 измеряются реохордным датчиК0М 76. Для измерения тормозного момента колеса предусмотрен тензометрический датчик 77, который наклеен на цапфе 78, Основание стенда 79 закреплено на ползунах 33, которые перемещаются на направляющих цилиндрах 80.

Стенд для динамических испытаний пневматической шины работает следующим образом, Крутящий момент от электродвигателя

63 через фрикционную муфту 64 посредством карданных валов (не показаны) передается коробкам передач 65 и 66 и редуктору

67 с двумя выходными валами, через которые крутящий момент посредством карданных валов передается на приводной вал 54 кривошипа 13 и через угловой редуктор 62 с помощью кэрдэнного вала 61 на полуось

59, который, в свою очередь, передает крутящий момент ступице 2 и колесу с пневматической шиной 1. Для торможения колеса с шиной 1 с разным тормозным моментом применяется клийовой тормозной механизм. Клин 56 связан с диафрагмой 57 тормозной камеры 58. Регулированием давления воздуха в тормозной камере создается различный момент сопротивления на полуоси 59. Пружина 60 служит для возвращения клина 56 в исходное положение, Величина тормозного момента измеряется тензометрическим датчиком 77, который на-. клеен нэ цапфе 78.

Вертикальные синусоидальные колеба ния на вращающейся шине создаются виб5

55 ратором 11, который закреплен на грузе 12.

Сумма масс груза 12 и механизма установки колеса представляет неподрессоренную массу, приходящуюся на колесо 1, а масса груза 10 — подрессоренную. В приводе вибратора 11 предусмотрен электродвигатель постоянного тока (не показан), регулируемый частотой вращения. С помощью такой конструкции на колесе создаются вертикальные колебания с различными частотами и амплитудами, С помощью тензометрического датчика 29 измеряется усилие.в контакте с опорной поверхностью, а радиальная деформация шины измеряется реохордным датчиком 28. По этим измеряемым величинам строится динамическая пет-. ля гистерезиса и вычисляется радиальная жесткость и демпфирование шины.

Создание тангенциальной циклической возмущающей силы в контакте вращающейся шины с опорными роликами 45, 47 осуществляется следующим образом. При колебании подвижной плиты 14 в горизонтальном направлении, перемещение которой записывается реохордным датчиком 24 (укэзанное перемещение равно перемещению центров опорных роликов). Ввиду того, что существует сцепление шины 1 с опорными роликами 45,47 и наличие съемных маховых масс 46, которые жестко закреплены на оси ведущего ролика 45, представляющих собой инерционный нагружатель, происходят дополнительные угловые смещения роликов 45, 47 при их вращении то в одну, то в другую сторону, т.е, угловые колебания роликов. Вращения ведомых роликов 47 производятся от ведущего ролика 45 посредством прямой цепной передачи. Амплитуда колебаний зависит от момента инерции

Jm маховых масс и от амплитуды колебаний опорной плиты 14, а частота колебаний от частоты колебания опорной плиты 14.

При вращении маховых масс с ускорением, колебания которых соответствуют синусоидальному закону, р= p sIn(Pt+ V) (1) где р- амплитуда колебаний, P — частота колебаний, Ч - начальная фаза, t — произвольное время.

Производится инерционный момент: м =-

cI (2) где Jm — момент инерции маховых масс, 2 — ускорение маховых масс, dt в, — частота вращения маховых масс.

Подставляя значения р в формуле (2), получим:

1795336

55

M)= J ãï фЪ P з1п(Рс+Ч )=-Mp 81п (Р1+Ч ) (3) где Mo=Jm р,Р— амплитуда колебаний мо2 м ента, В результате этого инерционный момент, меняющийся по синусоидальному закону, производит соответствующую тангенциальную циклическую силу (меняющемуся по синусоидальному закону) в зоне контакта шины с каждым опорным роликом, которая равна (например, для ведущего ролика 45):

Р=М1/ Fp з п(Р+Ч ) (4) где Fp=Mp/г — амплитуда колебаний тангенЧиальной силы. А суммарное тангенциаль ое усилие в зоне контакта шины со всеми контактирующими роликами будет равно:

F= g FI (5)

i =1 где n — число контактирующих роликов.

Циклическое усилие, измерение которогр происходит по синусоидальному закону, вызывает циклическую вынужденную деформацию шины в тангенциальном направлении, Частота вынужденной циклической деформации зависит от частоты колебаний опорной плиты 14, а амплитуда — от момента

Инерции маховых масс 46 и от амплитуды колебания опорной плиты 14, Момент на оси ведущего ролика, который равен моменна осях остальных роликов, передается т хосъемником 71 от тензометрического атчика 73, а перемещение опорной повижной плиты с опорной поверхностью изеряется реохордным датчиком 24, Для создания на вращающейся шине 1 углового колебания рама 44 вместе с роликами 45, 47 имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси с помощью поворотной опоры

30. Угловое колебание осуществляется посредством плеча 48, который шарнирно сое цинен с тензометрическим динамометром

50, шарнирно соединенным с ползуном 51, п риводимым в движение шатуном52 кривои ипа 53 от приводного вала 54.

Для обеспечения равномерного враще. ния кривошипа предусмотрен маховик 25.

Изменение амплитуды колебания произво-. дится за счет радиального смещения гайки

26 по винту 27, а изменение частоты ползунов 15 и 51 производится с изменением частоты вращения кривошипов 13 и 53, т.е, с изменением частоты вращения приводног вала 54, которое осуществляется с помощью коробок передач 65 и 66. Колебание ползуна 51 в горизонтальном направлении с помощью сферического шарнира 49 и плеча 48 преобразуется в угловое колебание

40 рамы 44, с роликами 45 и 47, что вызывает угловую циклическую деформацию вра дающейся шины. Угловое смещение рамы 44, т,е. угловая деформация шины, записывается реохордным датчиком 76. Изменение момента поворота рамы 44 измеряется следующим образом: тензометрическим динамометром50 записывается усилие Р, действующие на шарнир 49. Момент поворота рамы 44 равен:

M=P R (6) где Р— горизонтальное усилие, R — радиус плеча, который равен расстоянию от центра находящегося под проекцией средней зоны контакта испытуемой шины с опорной поверхностью.

По измеряемым величинам угловое смещение и момента поворота рамы 44 строится динамическая петля гистерезиса и вычисляются угловая жесткость и демпфирование шины при различных частотах и амплитудах углового колебания рамы 44 и различных частотах вращения шины 1.

Боковой сдвиг колеса с пневматической шиной осуществляется следующим образом. Электродвигатель 39 приводит в действие редуктор 40, связанный шлицевым соединением с винтом 31, который в свою очередь сферически шарнирно связан с тензометрическим динамометром 32, шарнирно связанным с ползуном 33, на котором крепится основание стенда 79, При вращении винта 31 с помощью электродвигателя

39 и редуктора 40 ползуны 33 перемещаются в направляющих цилиндрах 80, перемещая одновременно основание стенда 79 и механизм крепления колеса с шиной 1, что при наличии сцепления шины с опорной поверхностью с опорной поверхностью вызывает боковую деформацию шины. Боковое усилие, действующее на колесо, измеряется тензометрическим динамометром 32, а боковое смещение измеряется реохордным датчиком 68, Для имитации стационарного криволинейного движения в стенде предусмотрен механизм поворота колеса, т.е. механизм углового нагружения, Поворот рычага 41 с возможностью изменения длины, который связан с поворотной плитой 36 с закрепленными нэ ней направляющими цилиндрами 80 для ползунов 33 осуществляется электромеханизмом

43 типа АПС-4МД, Поворотная плита 36 sMeсте с основанием 79 при помощи рычага 41 поворачивается вокруг болтов 35, расположенных в пазах плиты 36. Параметры силового нагружения шины при испытаниях измеряются при помощи стандартных преобразователей типа РА, 1795336

10

20

Компенсационная подвижная плита 21 уравновешивает силу инерции опорной подвижной плиты 14. При помощи винта 23 нагрузочная каретка 22 прижимается к компенсационной подвижной плите 21, создавая на ней такую же нагрузку, какая приходится на опорную подвижную плиту

14, благодаря чему происходит уравновешивание сил вращения опорной и компенсационной подвижных плит. Тензометрические динамометры 16 и 20 измеряют суммарную силу инерции и трения:

Р=Р1+Рт (7) где Pi — сила инерции, P — сила трения качения.

На стенде можно проводить исследования упруго-демпфирующих характеристик подвески колеса с амортизаторами и без них, при этом измеряются возмущающее усилие на оси колеса тензометрическим датчиком 17 и относительная деформация подвески реохордным датчиком 69, Строится соответствующая динамическая петля гистерезиса и вычисляются жесткость и деФормула изобретения

Стенд для динамических испытаний пневматической шины, содержащий основание, механизм для установки и вертикальной нагрузки колеса с испытуемой шиной, подвижную в горизонтальном направлении опорную плиту с опорной поверхностью, связанную через кривошипно-шатунный механизм с подвижной компенсационной плитой, на которой на опорах установлена каретка с дополнительным устройством вертикального нагружения, измерительные устройства, установленные по обе стороны кривошипно-шатунного механизма между ним, опорной и компенсационной плитами; элемент фиксации колеса и вибратор, связанный с элементом фиксации колеса посредством вертикальных штанг, . установленных в направляющих цилиндрах с возможностью аксиального перемещения относительного груза, установленного на упругих элементах над вибратором, связанный с основанием механизмом углового нагружения и приводом его бокового сдвига, при этом основание стенда установлено с мпфирование упругого элемента, в данном случае рессор 9, На стенде испытания можно проводить в ведущем, ведомом и тбрмозном режимах качения шины.

В ведущем режиме крутящий момент передается на полуось колеса, При этом клиновым тормозным механизмом осуществляется соответственно замедление и ускорение вращения колеса.

В ведомом режиме крутящий момент передается ведущему ролику 45, который посредством цепной передачи передает крутящий момент остальным роликам.

Торможение колеса в ведущем режиме осуществляется тормозным механизмом 55, а в ведомом режиме клиновым тормозным механизмом колеса.

Предлагаемое изобретение позволяет более приближенно определять жесткостные и диссипативные характеристики шины путем дополнительного нагружения шины колебательными возмущениями в вертикальной и горизонтальной плоскостях, воэможностью углового поворота вокруг плавающего центра, причем основание стенда выполнено с пазами для прохода фиксирующих болтов и находящегося под проекцией средней зоны контакта испытуемой шины с опорной поверхностью на плоскости основания, о т л и ч э ю шийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей по исследованию жесткостных и диссипативных характеристик шины путем создания на вращающейся шине колебательных возмущений с различными амплитудами и частотами при ее различных угловых скоростях и ускорениях, опорная поверхность выполнена в виде синхронно связанных между собой ведущего со сьемными массами на оси и ведомых роликов, которые установлены во вращательных опорах рамы, размещенной на подвижной плите посредством вертикальной поворотной опоры, шарнирно связанной плечом с кривошипно-шатунным механизмом привода, при этом корпус вертикальной поворотной опоры одновременно является тенэометрическим динамометром, 179533б

1795336

Составитель T,Ðóñýäçå

Техред М.Моргентал Корректор Т,Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 425 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5