Способ измерения давления в пневматических шинах транспортного средства и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение можно использовать в автомобильном транспорте для оперативного контроля давления воздуха в шинах без вскрытия вентиля и применения специальных стендов. Сущность изобретения: с целью повышения точности измерения, упрощения устройства и облегчения условий его эксплуатации предлагается одновременно вдавливать в шину в разных местах с разными усилиями прижатия два упругих нажимных элемента разной жесткости и определять давление в шине по величине относительного смещения элементов . При зтом предлагается выполнить нажимные элементы в виде обкладок включенного в плечо мостовой измерительной схемы цилиндрического конденсатора, установить обкладки на цилиндрические пружины сжатия с разными продольными жесткостями, при этом обращенные к шине концы обкладок снабдить накладками, для контакта с шиной, выступающим при недеформированных пружинах на одинаковые расстояния из корпуса, имеющего перемещаемый упор для регулировки величины выступления накладок. 1 ил.

(I9) (> <) (5и5 G 01 1 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5038718/10 (22) 20.04.92 (46) 07.09.93. Бюл. М 33 — 36 (71) Ульяновский политехнический институт (72) Белый Д.М. (73) Ульяновский политехнический институт (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В

ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИНАХ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение можно использовать в автомобильном транспорте для оперативного контроля давления воздуха в шинах беэ вскрытия вентиля и применения специальных стендов. Сущность изобретения: с целью повышения точности измерения. упрощения устройства и облегчения условий его эксплуатации и редлагаетИзобретение относится к автомобильному транспорту и может быть использовано для оперативного контроля давления воздуха в шинах транспортных средств без вскрытия вентиля и применения специальных стендов.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи. заключающейся в повышении точности измерения, упрощении устройства и облегчении условий эксплуатации устройства.

Известны способы измерения давления в пневматических шинах. заключающиеся в измерении расстояния между боковыми поверхностями шины (ширины шины) (а.с.

СССР М 1511606, кл. G 01 L 17/00, 1989, а.с.

СССР М 1520368, кл. G 01 1 17/00, 1989). ся одновременно вдавливать в шину в разных местах с разными усилиями прижатия два упругих нажимных элемента разной жесткости и определять давление в шине по величине относительного смещения элементов. При этом предлагается выполнить нажимные элементы в виде обкладок включенного в плечо мостовой измерительной схемы цилиндрического конденсатора, установить обкладки на цилиндрические пружины сжатия с разными продольными жесткостями, при этом обращенные к шине концы обкладок снабдить накладками, для контакта с шиной, выступающим при недеформированных пружинах на одинаковые расстояния из корпуса, имеющего перемещаемый упор для регулировки величины выступления накладок. 1 ил.

Недостатками описанных аналогов являются низкая точность и чувствительность иэмерения, так как при сравнительно малых изменениях давления в шине изменение ее ширины незначительно по сравнению с минимальными или максимальными значениями ширины. Величины изменения ширины шины при малых изменениях давления соизмеримы с вариациями измерений от изменения температуры, износа шины и т.п.

Увеличение точности и чувствительности измерений требует применения специальных сложных устройств.

Известны также способы измерения давления в пневматических шинах, заключающиеся во вдавливании в шину упругого нажимного элемента и фиксации глубины вдавливания относительно недеформиро2000560 ванной поверхности шины (а.с. СССР

N 1511607, кл. G 01 L 17/00, 1989).

Недостатком является низкая точность измерения. Это обусловлено зависимостью результатов измерения от рабочего усилия на нажимном элементе. Как известно из ряда источников, отклонения фактического рабочего усилия от расчетного в процессе эксплуатации может достигать 20-25, что искажает результаты измерений. В способах рабочее усилие на шину создается действующей через рычаг весовой нагрузкой автомобиля, Поэтому при неизменном давлении воздуха в шине величина ее линейных деформаций зависит от весовой нагрузкой автомобиля на шину, а также от колебаний геометрических размеров шины, вызывающих изменение углов разложения силы веса, то есть нормальной составляющей весовой нагрузки на шину. Кроме того, линейная деформация шины может значительно изменяться в зависимости от степени изнОса шины.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ измерения давления в пневматических шинах, заключающийся в том, что вдавливают в шину упругий нажимной элемент и фиксируют глубину вдавливания относительно недеформированной поверхности шины, У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенныа признаки: вдавливание в шину упругого нажимного элемента и фиксации смещений данного элемента.

Недостатком прототипа является низкая точность измерения.

Указанный недостаток обусловлен зааисимостью результата измерения от рабочего усилия на нажимном элементе, веса автомобиля, геометрических размеров шины, степени износа шины.

Известны устройства для измерения давления в пневматических шинах, cîäåðжащие подвижную пгатформу с направляющими для шины, нажимной механизм в виде двуплечих рычагов с установленными на них подпружиненными нажимными элементами и щупами для контакта с шиной, связан" ными с индикатором перемещений, Недостатками прототипа являются низкая точность измерения, сложность конструкции и условий эксплуатации.

Это обьясняется как принципиальной зависимостью результатов измерения от нажимного усилия (веса автомобиля), что описано при характеристике способа, так и воэможнос1 ью fit= ppKocB автомобиля, а Значит, и изменени нормагьнои Ог тавлаю5

55 щей весовой нагрузки, действующей на рычаги. Индикация малых деформаций шины механическим стрелочным индикатором также не позволяет получить высокой точности измерения, Устройство довольно сложно, стационарно. не позволяет оперативно провести измерения не на стенде, а в любых условиях. Сложна эксплуатация устройства, в зависимости от типа шины необходима переналадка на контролируемый размер при помощи направляющих.

Цель изобретения — повышение точности измерения, упрощение устройства и облегчение условий его эксплуатации.

Для достижения цели способ измерения давления в пневматических шинах транспортного средства и устройство для

его осуществления содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки. совокупность которых направлена на решение только одной связанной с целью изобретения задачей.

Способ измерения включают одновременно вдавливание в шину в разных местах и с разными неконтролируемыми усилиями прижатия к шине двух упругих нажимных элементов разной жесткости и определение давления в шине по величине относительного смещения элементов, Устройство содержит два упругих нажитлных элемента, выполненных в виде обкладок включенного в плечо мостовой измерительной схемы цилиндрического конденсатора, установленных в корпусе одноименными торцами íà витых цилиндрических концентричных пружинах сжатия с разными продольными жесткостями, противоположные торцы обкладок снабжены накладками для контактирования с поверхностью шины, накладки выступают при недеформированных пружинах на оди; аковые расстояния из корпуса, последний имеет перемещаемый упор для регулировки величины выступания накладок при недеформированных пружинах.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки, между которыми и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь. В способе измерения одновременное вдавливание в шину двух упругих элементов в разных местах и с разными усилиями прижатия к шине и определение давления именно по величине oTHQсительного смещения элементов, то есть дифференциальный характер измерения, поэволяет исключить влияние рлдн;тчего усилия rl3 нажимном эт. ° м нн .;; кже ве:» автомООилй и < ii . . (ii f i:i н н,i ilа

2000560

45

50 зультат измерения и Tele самым повысигь точность измерения, В устройстве введение вторсго упругоro нажимного элемента и выполнение элементов с разными продольными жесткостя 1и позволяет floBE1cèòü точность измерения за счет нового принципа действия устройства, Выполнение нажимных элеглентов в вид» обкладок цилиндрического конденсатора, включенного в плечо мостовой измерительной схемы, позволяет повыси1ь точность измерения за счет замены механического стрелочного индикатора.

Одинаковое выступанис накладок из корпуса и перемещаемый упор для регулировки выступания обеспечива)ат возможность прижатия с неконтролируемы ли усилиями при независимости от величины самих усилий и, как слсдствие, повышение точности и облегчение условии эксплуатации устройства. Вся пcðå÷èсленная совокупность отличительных признаков устройства по отношению к прототипу обеспечивает упрощение конструкции и облегчение условий эксплуатации устройства.

На чертеже приведена электромеханическая схема заявляемого устройства.

Устройство содержит два упругих нажимных элемента, выполненных в виде подвижных концентричных обкладок 1 и 2 цилиндрического конденсатора, разделенных цилиндрическим неподвижным диэлектриком 3, выполняющим одновременно функции направляющих для обкладок 1 и 2.

Обкладки 1, 2 и диэлектрик 3 размещены в кольцевом отверстии цилиндрического корпуса, состоящего из жестко соединенных стакана 4 и основания 5, При этом обкладки

1, 2 укреплены одноименными торцами на работающих на сжатие витых цилиндрических концентричных пружинах 6, 7 с разными продольными жесткостями, прикрепленных к основани1а 5 через регулировочные шайбы 8, 9, а диэлектрик 3 жестко установлен в кольцевой проточке основания 5. Противоположные торцы обкладок 1, 2 снабжены накладками для контактирования с поверхностью шины, причем накладка на внутренней обкладке 2 выполнена в виде штыря 10 со сферическим торцом, а накладка на внешней обкладке 1— в виде втулки 11 с четырьмя торцовыми выступами 12, равномерно распределенными по окружности втулки 11. Штырь 10 и выступы 12 проходят соответственно через центральное 13 и четыре периферийных 14 отверстия в резьбовой крышке (упоре) 15 и выступают на крышки 15 при недеформированных пружинах 6, 7 на одинаковь|е расстояния, причем зто расстояние онр=делено углам поворота крышки 15 по наруж .ой резьбе стакана 4. Цил;н1дри сский конденсатор, образованный обкладка ми 1, 7, раздсленными диэлектриком 3, BI;flI0,»í в плечо властовой измерительной с.-.;м:",, з",ïIITI,IBàåìoé персме:ным напряжением — 13, образованное постоянным резистором 16, переменным резистооом 17 и кондснсатором 18, в измерительную диагональ которой включен измерительный npuGnp 19 переменного тока для измерения сигнала рассогласования мостовой схемы, Б ста:ане 4 и основании 5 выполнены соотвстств ННо отверстия 20, 2 1 для подклк)чения абкладок 1, 2 конденсатора к

11з1лерительной схеме. Одинаковое Bf,lc fyf1

IIIIo ать,ря 10 и вьчступов 12 из крь шки 15 при над»формированных проушинах 6, 7 достигнуто выбором исходной длины пружин

6, 7 и регул IpoBo÷íûIIH шайбами 8, 9. C13 кан 4, осllof3ание 5 и крышка 15 изготовленf..l из изоляционного пресс-материала АН-48, диэлектрик 3 выполнен из керамического материала Т60 класса тикондов с высокой прочностью и большой диэлектрической проницаемо< тью c = 60. Обкладки 1, 2 конденсатора выполнены из железоникелевого сплава, им»тощего высокую прочность II ма лый коэффициент температурного расшире

I I!1Ë, Способ измсрения давления с помощью огп санного устройства реализуют следующим образам. Предварительной регулировкой резистора 17 и конденсатора 18 урагновешивают мостовую схему, то есть добиваются равенства нулю сигнала на приборе 19. Также предварительно поворотом крышки (упора) 15 добиваются такого выступания штыря 10 и выступов 12, чтобы при оптимальном для эксплуатации усилии прижатия рукой устройства к шине штырь 10 и выcòóïû 12 полностью "уходили" в упор и шину, ITQ произойдет при контакте плоскости упора с недеформированной поверхностью шины. Такую регулировку нуля и поворота крышки 15 достаточно провести один раз, далее при эксплуатации прибора регулировка сохраняется. Заданной регулировке соответствует определенна". величина давления в шине в зависимости ат сигнала на приборе 19 (прибор 19 может быть непосредственно проградуираван в единицах давления). Необходимость переналадки устройства поворотом крышки 15 возникает только при измерениях в принципиально разных типах шин со значитзльными различиями номинальных давлений, Тогда с точки зрения оптимальной чувствительности способа и удобства эксплуатации устройства (не слишком значитель,<ое уси2000560

55 лие прижатия) требуется разное исходное выступание штыря 10 и выступов 12 из крышки 15. Для поворота крышки 15 необходимо нажать на выступы 12 специальным ключом, входящим в отверстия 14, утопить выступы 12 с обкладкой 1 и одновременно этим же ключом повернуть крышку 15.

После регулировки измерение осуществляют следующим образом, Взяв устройство рукой эа боковую поверхность стакана 4, прижимают крышку 15 к шине с произвольными усилиями до упора кр яшки 15 в шину, при этом штырь 10 и выступы 12 частично утапливаются в крышку ".5, а частично — в шину. Обкладки 1, 2 конденсатора за счет разной жесткости пружин 6, 7 при этом смещаются относительно друг друга, причем величина относительного смешения зависит от жесткости шины, то есть давления в ней (далее в теоретической части это будет доказано). При смещении обкладок 1, 2 происходит изменение площади их взаимного перекрытия, изменяется емкост цилиндрического конденсатора и происходит разбаланс мостовой схемы, при агом а ее измерительной диагонали на приборе 19 появляется напряжение раэбаланса. пропорциональное величине давления в шине.

Поясним процесс измерения теоретически. Обозначим через Сш искомую емкость шины, а через С1 и C2 — осевые жесткости внешней 6 и внутренней 7 пружин, причем

С» С2. Пусть исходное выступание, обеспеченное регулировкой, штыря 10 и выступов

12 из крышки 15 равно Л. Вдавим выступающие элементы полностью эаподлицо с крышкой 15, при этом пока считаем шину абсолютно жесткой. Пружины 6, 7 сжались и обкладки 1, 2 сместились влево на чертеже на одинаковые расстояния А при этом в пружинах возникли силы Р1 - С1 Л, Р2

-.С2Ь, Теперь считаем, что жесткость шины стала реальной Сш, при этом штырь 10 и выступы 12 несколько вдавятся в шину и обе обкладки 1, 2 переместятся вправо соответственно на расстояния д1 и b2, Так как при этом жесткости С1, Сш и С2, Сш попарно включаются параллельно, то д1 =

С1Л С2 Л вЂ” — à —, оз = — - — и возникает относительное смещение обкладок 1, 2

С1 С2 д1 — А - 4 — з — 1, опредеппе1+ ш 2+ ш мое при заданных значениях Л, С>, С2 только жесткостью шины Сш. Мостовая схема высокочувствительна к разности смещения обкладок д1 — д2 и малейшее относительное смещение обкладок приводит K зна10

50 чител, ому сигналу разбаланса, индицируемому прибором 19. Способ и устройство реализуюг дифференциальный метод измерения, что позволяет резко повысить точность измерения, Как видно из принципа измерения, результат измерения по своей сути не зависит от усилий на нажимных элементах, Здесь все равно, какое приложить усилие к шине, величину усилил даже не надо контролировать, поддерживать постоянным и т,п. — достаточно лишь нажать устройство до упора крышки 15 в шину, то есть утопить штырь 10 и выступы 12. Согласно самому принципу измерения, происходит вычитание деформаций в различных точках шины, и выходной сигнал пропорционален уже не абсол отной деформации о конкретной точке шины, а разности деформаций. То есть измерения как бы приводится к "одному знаменателю", что полностью исключает влияние износа шины, ее дефектов, отклонения формы и т.п, на результат измерения.

Разность деформаций, измеряемая в данном способе, 4TQ характерно для дифференциальных способов измерения, в отличие от абсолютной деформации "очищена" от погрешностей, дефектов шины, ее износа, температурных погрешностей. Разность линейных деформаций в принципе практически не зависит и не чувствительна к усилию прижатия устройства к шине и к колебаниям весовой нагрузки автомобиля.

Результаты опытной проверки показали, что при использовании способа измерения давления в пневматических шинах транспортного средства и устройства для его осуществления обеспечивается повышенная точность измерения, упрощение устройства и облегчение условий его эксплуатации.

Реализация способа была проведена для шины легкового автомобиля размером

6,45 — 13, отрегулировано выступание Л= 3 мм = 3 10 з м, жесткости пружин С1 = 10000

Нlм, С2 = 6000 Н/м. При рабочем давлении в шине измеренная жесткость шины оказалась Сш = 25000 Н/м, при этом смещение обкладок 1, 2 было д1 = 0,9 10 м = 0,9 мм, -з д2 = 0,55 мм, д1 — д2 = 0,32 мм, Заявителем проведен подробный расчет конденсатора и электрической схемы при выбранных электрических и геометрических параметрах конденсатора (расчет может быть представлен по требованию экспертизы). Расчет показывает, что указанное относительное смещение обкладок д1 — д2 обеспечивает значительный разбаланс мостовой схемы l1, как следствие, высо2000560

{2

986 4

Составитель Д.Белый

Редактор А.Кучерякова Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 3077 Тираж Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

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

Произв: лс не««о-; здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 кую чувствительность способа к измеряемому давлению в шинах.

Согласно данным проведенных экспериментов заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и пред- 5 ставляет значительный интерес, позволяя предельно упростить процесс измерения и не менее чем в два — три раза сократить время измерения.

Заявляемое решение не оказывает от- 10 рицательное воздействие на состояние окружающей среды.

Формула изобретения

1,Способ измерения давления в пневматических шинах транспортного средства, 15 включающий вдавливание в шину первого подпружиненного нажимного элементе и фиксацию смещений элемента, о т л и ч а ю щ и йс я тем. что одновременно вдавливают в шину в другом месте и с другим усилием прижатия к 20 шине второй подпружиненный нажимной элемент и определяют давление в шине по величине относительного смещения элементов.

2. Устройство для измерения давления в пневматических шинах транспортного 25

U средства, содержащее подпружиненный первой пружиной первый нажимной элемен г и измерительный узел, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены второй подпружиненный второй пружиной нажимной элемент, при этом пру ины выполнены цилиндрическими разной xeiткости, а нажимные элементы выполнены в виде металлических обкладок цилиндрического конденсатора, установленных во введенном неметаллическом корпусе одноименными торцами на цилиндрических пружинах, которые размещены коаксиально, при этом противоположные торцы обкладок снабжены накладками для контактирования с поверхностью шины, выступающими при недеформированных пружинах на одинаковые расстояния из корпуса, снабженного по торцу со стороны накладок введенным регулируемым упором, а измерительный узел выполнен в виде мостовой измерительной схемы, в одно иэ плеч которой включены обкладки цилиндрического конденсатора.