Способ определения жесткости пневматической шины

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ЬЭ

4Р

4Р

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4930021/11 (22) 2204.91 (46) 30.11 93 Бюл. Nc 43-44 (71) Ульяновский политехнический институт (72) Белый ДМ. Ляхов ЮА (73) Ульяновский политехнический институт (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ (57) Использование: для экспресс-оценки технического состояния шины без вскрытия вентиля и применения специальных стендов. Сущность изобретения: вводят в контакт с шиной с заданным усилием поджатия упругого закрепленный груз допол(19) RU (11) 20О3964 С1 (51) 5 G01M 17 02 нительной механической колебательной системы с известными параметрами массы m и жесткости С, возбуждают импульсным воздействием свободные колебания системы, измеряют частоту о свободных колебаний, после чего определяют жесткость шины

С на основании зависимости С = m-С. Изобре2 ш ш тение позволяет увеличить точность измерения и чувствительность за счет исключения из процесса измерения неопределенного и значительного по величине параметра — массы шины, позволяет проводить измерение с заданной степенью точности и с требуемой чувствительностью. 2 ип, 2003964

Изобретение относится к способам для экспресс-оценки технического состояния пневматической шины автомобилей без вскрытия вентиля и применения специальных стендов.

Известен способ диагностирования технического состояния пневматической шины, заключающийся в нанесении удара по поверхности шины свободно подвешенном телом задней массы и замере времени контакта тела с боковой поверхностью шины (а.с. СССР N 1157374, 1988).

Однако данный способ характеризуется низкой точностью и чувствительностью измерения. Низкая точность измерения объясняется целым рядом факторов. Самое главное в том, что время соударения, по которому происходит диагностирование, считывается зависимым только от жесткости шины, эта жесткость и определяет техническое состояние шины. -На самом же деле время соударения зависит, в равной степени как и от жесткости, и от массы шины, Однако массой в способе пренебрегается, и она считается пастоянной.для шин определенного типа. Очевидно, что даже для шин одного типа масса в момент измерения зависит, во-первых, от степени износа протектора шины, во-вторых, — от налипания на поверхности шины внешних материалов (грязи и т.п.), что сразу ведет к непосредственной ошибке измерения, которая никоим образом не может быть учтена. Кроме того, сам принцип измерения времени контакта ударника с шиной предусматривает измерение этого времени .с помощью какого-либо контактного датчика, например датчика с эффектом Холла, и заранее несет в себя значительную инструментальную погрешность. Это объясняется значительной зависимостью измеренного времени контактиравания от качества покрытия шины, степени ее износа, чистоты поверхности, находящегося на поверхности постороннего материала, температуры окружающей среды, температуры разогрева шины, короче, — от значительного количества внешних посторонних факторов, в том числе и от физико-химических свойств материла на поверхности шины, его электромагнитных свойств, обусловливающих погрешность как датчика Холла, как и любого другого датчика, который может быть использован для измерения времени контактирования.

Чувствительность же измерения характеризуется крутизной изменения регистрируемого параметра-времени контактирования — при изменении параметра, содержащего информацию — жесткости

20 шины. Однако согласно принципу измерения эта крутизна будет зависеть ат массы колеса, которая значительна и не может никак быть изменена, чта и определяет низкую чувствительность измерения, Известен также способ диагностирования технического состояния шины, заключающийся в том, что дополнительно со временем контактиравания измеряют ускорения эа время контакта свободно подвешенного тела с боковой поверхностью шины (а.с. СССР N 1356682, 1989), Однако, несмотря на значительное усложнение процесса диагностирования, данный способ также характеризуется низкой точностью и чувствительностью. В отношении чувствительности по сравнению с предыдущим способом ничего не меняется, В отношении точности, ва-первых, нет конкретнаго параметра ускорения, определяющего жесткость шины, Сказано только, что оператор на экране индикатора или íà бумаге снимает график изменения ускорения и судит потом по эталонным шкалам. Это неконкретно, а также трудоемко, т.е. это уже

we экпресс-контроль. Главное же в следующем. Как известно из теории колебаний, характер свободных колебаний, возбуждаемых ударом, без учета затухания

30 о можно описать выражением х = — sinkt, где

k — собственная частота колебаний, Чо— начальная скорость, сообщаемая колебательной системе. Характер изменения уско35 рения х = -Чйз!пИ, фиксируемое же время контактирования tc = zt/k. Сравнивая два эти выражения видно, что при заданной начальной скорости характер изменения уско40 рения зависит только от частоты К или, что то же самое, ат времени t<, т.е. измерение ускорения не несет дополнительно никакой информации. Кроме того, для удара отводят ударное тело ат вертикали на угол 40 — 60;

45 т.е. разброс 20 . На это же совсем разные начальные скорости, соответственно разный характер ускорений, который больше будет зависеть от угла отклонения, чем от жесткости шины. Таким образом, неабходи5р ма дополнительно предельно жестко задавать угол отклонения ударного тела от вертикали.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является

55 способ измерения давления воздуха в пневматических шинах, заключающийся в том, что возбуждают свободные колебания поверхности шины приложением к шине ударного воздействия, измеряют частоту колебаний шины и по соответствующей тари2003964

10

20

55 ровочной зависимости определяют величину давления в шине (а.с. СССР М 1397757, 1986).

Хотя данный способ претендует на измерение давления в шине, здесь также можно говорить об измерении жесткости, Тарировочная зависимость, по которой определяют давление, снята для эталонной шины определенного качества с определенной степенью износа протектора и т.п. Для реальной шины все это, конечно, будет другое. Поэтому можно говорить об интегральной оценке жесткости шины как эа счет внутреннего давления воздуха, так и за счет покрышки (Кнороза B.È., Кленников Е,В.

Шины и колеса, M., 1975, с. 68 — 72).

Однако известный способ измерения жесткости шины характеризуется низкой точностью и чувствительностью измерения.

Низкая точность обьясняется тем, что жесткость шины определяется по измеренной собственной частоте колебаний шины, которая зависит не только от жесткости, но и

В равной степени от массы шины. 3а счет

Возможности изменения массы в реальной шине и возникает погрешность измерения жесткости при фиксации жесткости не напрямую, а косвенно — через собственную частоту, причем эта погрешность случайна и никак не может быть учтена.

Низкая чувствительность обьясняется тем, что собственная частота в качестве регистрируемого параметра содержит инфориацию не только о жесткости, но и о массе шины, которая значительна по величине, Этим снижается крутизна изменения частоты при изменении жесткости, т.е. снижается чувствительность измерения. Кроме того, известный способ предусматривает необходимость возбуждения в свободных колебаний всей шины, причем ударное устройство и измеритель колебаний шины разнесены. Поэтому малая интенсивность ударного возбуждения обуславливает низкую чувствительность самого способа измерения, требует применения высокочувствительного датчика для регистрации свободных колебаний шины. Увеличение же интенсивности ударного возмущения приведет к еще большему снижению точности измерения, так как при значительной интенсивности начнут проявляться не линейные свойства шины (с возрастанием нагрузки жесткость шин возрастает, т.е. начинает проявляться нелинейность).

Желательно было бы разработать способ измерения жесткости пневматическойшины, при реализации которого жесткость шины измеряется не косвенно по времени контактирования либо собственной частоте шины, а непосредственно, при этом в измерительную цепь никоим образом не должна входить масса шины, так как этот параметр плавающий и при экспресс-методе измерения жесткости не может быть учтен. Кроме того,для получения максимально возможной чувствительности и возможности получения заранее заданной чувствительности измерения в качестве регистрируемого параметра должен использоваться параметр, не содержащий такие неинформативные параметры, как масса шины, снижающие чувствительность измерения, который, к тому же не может быть выбран заранее с целью получения заданной чувствительности измерения.

Цель изобретения — повышение очности и чувствительности процесса измерения жесткости пневматической шины.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения жесткости пневматической шины, включающем возбуждение свободных колебаний и определение жесткости шины по зафиксированной частоте колебаний, вводят в контакт с шиной с заданным усилием поджатия упруго закрепленный груз дополнительной механической колебательной системы с известными параметрами массы m и жесткости С, возбуждают импульсным воздействием свободные колебания данной системы, измеряют частоту в свободных колебаний, после чего определяют жесткость шины сщ на основании зависимости

С - иР m-c.

Предложенный способ по сравнению с аналогами отличается принципиальной новизной. Здесь . не измеряются динамические характеристики шины: ни собственная частота, ни время контактирования с ней, что практически то же, что собственная частота. Измеряются динамические характеристики дополнительной колебательной механической системы, параметры массы и жесткости которой могут быть подобраны любыми с высокой точностью для обеспечения заданной точности и чувствительности процесса измерения. Шина просто включается в измерительную цепь как дополнительный элемент, влияющий на изменение динамических характеристик эталонной дополйительной колебательной системы. На данное изменение характеристик прямо влияет тот параметр шины, который надо измерять, а именно жесткость шины. Подчеркиваем, что влияет он напрямую, именно жесткость шины определяет собственную частоту дополнительной колебательной си2003964 стемы. Этим сразу устраняются все проблемы. Ва-первых, достигается точность, так как сразу из рассмотрения исключается масса шины, ана вообще не влияет на процесс и результат измерения, играет роль только масса дополнительной колебательной системы и жесткости; во вторых, достигается высокая чувствительность, причем ее можно заранее регулировать.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для реализации способа измерения жесткости; на фиг.2 — обобщенная физическая модель процесса измерения..

Устройство для измерения содержит колебательную систему, состоящую иэ цилиндрического груза 1, выполненного в виде намагниченного в осевом направлении постоянного магнита и закрепленного одним торцом нэ винтовой цилиндрической пру>кине 2 с продольной жесткостью С, Груз 1 установлен концентрично в осевых отверстиях катушки возбуждения 3, подключенной к выходу дифференцирующей цепи 4, и катушки измерения 5, подключенной к частотомеру 6. Катушки закреплены по наружному диаметру внутри немагнитного полого стакана 7, имеющего резьбовую крышку 8 с одного торца и отверстие 9 с другого, Основание пружины 2 жестко прикреплено к резьбавой крышке 8, а на противоположном от пружины торце груза 1 закреплен немагнитный (пластмассовый) шток 10, имеющий вазможность свободного перемещения в отверстии 9 стакана 7 и вхождения в контакт с шиной 11. Соотношение диаметра пружины 2 с ее высотой ыполнено достаточным для обеспечения устойчивости продольного перемещения пружины без радиальных. деформаций.

Способ измерения с помощью данного устройства осуществляет следующим образом. B начальный момент при отсутствии шины 11 пружина 2 находится D свободном состоянии и конец штока 10 черо | отверстие

9 выступает наружу стакана 7, Величина этого выступания может быть отрегулирована перемещением резьбовсй крышки 8 относительно стакана 7. Конец штока 10 вводят в контакт с шиной 11 и прижимают с усилием поджатия Г|| до. полного ухода штока 10 в отверстие 9 и упора шины 11 в дно стакана 7, Таким образом, необходимое усилие поджатия штока 10 к шине 11 может быть заранее отрегулировано перемещением реэьбовой крышки 8; Масса m груза 1 и продольная жесткость с пружины 2 известны с требуемой степенью точности. Замыканием ключа (не показан) подают с выхода дифференцирующей цепи 4 в катушку возбуждения 3 электрический импульс типа ка50

В известном способе (прототипе) для определения жесткости Сш шины используется зависимость и = m, где m — масса шины, Правда, там измеряется не жесткость, а Р— давление воздуха в шине, однако на самом деле измеряют С||, но считают для эталонного колеса, что зто одно и то же (что, естественно, приводит к погрешности измерения для реального колеса). Так как и у нас и в прототипе фиксируемый параметр о>, а информативный параметр С||, то, определяя чувствительность измерения в том и другом способах как бю /дс||| - S, получим для прототипа S = — —. Для

27сшп1Ш раткий удар, длительность которого меньше периода колебаний механической колебательной системы. За счет взаимодействия импульсного поля с постоянным магнитом возникают свободные колебания груза 1, зажатого между двумя пружинами: пружиной

2 и пружиной, роль которой выполняет шина

11 (фиг.2). Частотомером 6 фиксируется частота свободных колебаний в, после чего

10 жесткость шины С||| вычисляется на основании зависимости С||| =- аР m - С.

При заданных параметрах С и m колебательной системы шкала частотомера 6 не15 посредственно градуируется в единицах жесткости Сщ, т.е. нет необходимости каждый раз проводить вычисление. Как видно иэ принципа измерения, практически иск-лючена воэможность появления погрешности изменения; величины С и m задаются, а

20 величина и измеряется с любой степенью точности, что обеспечивает требуемую точность процесса измерения. Усилие Е | предварительного поджатия штока 10 к шине 11 выбирается из совокупности условий:оно не должно быть очень велико, так кэк шток 10 вдавливается о шину 11 внутрь стакана 7 вручную при значительных деформациях шины возникает нелинейность, что вызовет погрешность при определении в. но с другой стороны, не должно быть очень малым, чтобы при заданной интенсивности возбуждающего электрического импульса при колебаниях системы не происходит отрыв штока 10 от поверхности шины 11.

Вывод расчетной зависимости

Как известно, собственная частота колебательной системы ш = m, где Сэ— эквивалентная жесткость, Для данной схемы подключения механической системы (фиг.2) Сэ = С + С|||. Тогда аР= (С + С|||)/m, откуда и получаем расчетную зависимость для определения Сш, Сравнение чувствительности.

2003964

10 предлагаемого способа S =

Для обозначения чувствительности в предложенном способе в знаменателе вместо массы шины стоит масса груза, т.е. чувствительность в несколько раз больше. К жесткости шины прибавляется в знаменателе жесткость пружины, что несколько уменьшает чувствительность, однако несмотря на это чувствительность значительно повышается..

Пример реализации способа измерения

Реализация способа была проведена для шины легкового автомобиля размером

6;45-13. В устройстве для измерения масса груза в 0.04 кг, жесткость пружины

С = 3000 Н/м, шток выступает на 0,01 м, т.е. усилие поджатия для его полного углубления в стакан Рп = 30 Н, длительность импульса с дифференцирующей цепи t = 20 10 с. Измеренное значение частоты f = 130,57

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ; включающий возбуждение свободных колебаний и определение жесткости шины по зафиксированной частоте колебаний, отличающийся тем, что вводят в контакт с шиной с заданным усилием поджатия упруго закрепленГц (и = 820 с ). Вычисляем по формуле

-1 жесткость шины Сщ - 23900 Н/м.

Вычислим чувствительность способов при указанных данных по приведенным б выше формулам: для способа-прототипа

S = 0,0026 с/кг, для предлагаемого способа S = 0,015 с/кг. Таким образом, чувстви- тельность предлагаемого способа практически в шесть раэ выше чувствительно10 сти прототипа.

Построив график зависимости.жесткости шины Сщ от давления Р воздуха в шине для эталонной шины, данный способ, как и способ-прототип, можно использовать для

15 измерения давления воздуха в шине. Однако такое измерение весьма приближенно и может быть использовано только для приближенной экпресс-оценки давления воздуха.

20 (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1397757, кл. G 01 М 17/02. 1986. ный груз дополнительной механической колебательной системы с заданными параметрами массы m и ж еeс т кKоoс тTи СC, возбуждают импульсным воздействием свободные колебания данной системы, из. меряют частоту м свободных колебаний, а жесткость шины Сш определяют на основании зависимости С = и rn — С.

2003964

Составитель Д,Белый

Редактор Т.Павловская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор:. M,äåì÷èê

Закаа 3322

Тирахс Подписное

НПО "Поиск " Роспатента

113035, 1Ласкеа, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-иэдательский комбинат к"Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101