Устройство для измерения жесткости пневматической шины

 

Использование: в транспорте с целью экспресс-оценки технического состояния пневматических шин без вскрытия вентиля и без применения специальных стендов. Сущность изобретения: предлагается устройство для измерения жесткости пневматической шины, содержащее колебательную систему, состоящую из цилиндрического постоянного магнита, закрепленного на винтовой цилиндрической пружине. Магнит установлен концентрично в осевых отверстиях катушки возбуждения и катушки измерения. При этом катушка измерения подключена параллельно частотомеру и входу усилителя мощности, а выход усилителя мощности через базовый инвертор подключен к катушке возбуждения. На свободном торце магнита закреплен шток, вводимый в контакт с усилием поджатия с шиной. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для экспресс-оценки технического состояния пневматических шин транспортных средств без вскрытия вентиля и без применения специальных стендов.

Известно устройство для диагносцирования технического состояния пневматической шины [1] содержащее ударный механизм для взаимодействия с шиной и закрепленный на рабочем теле ударного механизма датчик ударных импульсов, подключенный к входу измерителя длительности импульсов.

Недостатком описанного аналога является низкая точность измерения. Это объясняется зависимостью измеряемой длительности ударного импульса не только от жесткости шины, но и от массы шины, степени износа и загрязнения поверхности шины, значительной инструментальной погрешности датчика импульсов и измерителя их длительности за счет изменения температуры окружающей среды и шины, изменения физико-механических свойств материала поверхности шины, его электромагнитных свойств, износа поверхности шины и т.п.

Известно также устройство для измерения давления воздуха в пневматических шинах [2] содержащее ударник с электромагнитным приводом и присоединенный к шине груз с приемником свободных колебаний подключенным к регистратору частоты колебаний.

Недостатком этого аналога, как и аналога [1] является низкая точность измерения, что объясняется зависимостью измеренной частоты свободных колебаний не только от жесткости, но и от массы шины, наличия на поверхности шины постороннего материала, значительной инструментальной погрешностью приемника и регистратора частоты свободных колебаний, необходимостью возбуждения свободных колебаний с достаточной амплитудой всей поверхности шины, имеющей значительную массу, с одновременным увеличением погрешности за счет проявления нелинейных свойств шины при увеличении интенсивности ударного возмущения, возможностью ошибки в идентификации требуемой частоты из спектра собственных частот пневматической шины, являющейся сложной колебательной системой с распределенными параметрами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения давления в шинах [3] содержащее полый цилиндр, выполненный из немагнитного материала, с отверстием на одном конце и резьбовой крышкой на другом конце, размещенный в цилиндре с возможностью продольного перемещения постоянный магнит, закрепленный одним торцом на цилиндрической пружине, контактирующей с резьбовой крышкой, механизмы взвода, спуска и фиксации заданного положения постоянного магнита, индуктивную катушку измерения и регистр, включающий усилитель, детектор, компаратор, пороговый элемент, интегратор, формирователь импульсов, частотомер и два регистрирующих прибора с индикаторами.

Данное устройство принципиально не отличается от устройства [2] но ударник и регистратор в нем конструктивно совмещены в одном корпусе.

Поэтому недостатком прототипа является низкая точность измерения, обусловленная теми же причинами, что и в аналоге [2] а также дополнительно возникновением нелинейных и ударных эффектов за счет возможности периодических нарушений контакта постоянного магнита с шиной в процессе затухающих колебаний. Кроме того, устройство-прототип характеризуется сложностью конструкции как ударного механизма, так и электрической схемы регистрации.

Цель изобретения повышение точности измерения и упрощение конструкции устройства.

Для достижения цели устройство для измерения жесткости пневматической шины содержит полый цилиндр, выполненный из немагнитного материала, с отверстием на одном конце и резьбовой крышкой на другом конце, размещенный в цилиндре с возможностью продольного перемещения постоянный магнит, закрепленный одним торцом на цилиндрической пружине, контактирующей с резьбовой крышкой, индуктивные катушки измерения и возбуждения, частотомер, усилитель мощности с регулируемым ограничением уровня выходного сигнала и инвертор, при этом постоянный магнит снабжен немагнитным штоком, конец которого выведен через отверстие цилиндра за его пределы, а постоянный магнит расположен концентрично в осевых отверстиях катушки возбуждения и катушки измерения, подключенной к частотомеру, при этом вход усилителя мощности подсоединен к катушке измерения, а его выход через инвертор подключен к катушке возбуждения.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство для измерения жесткости пневматической шины содержит колебательную систему, состоящую из цилиндрического груза массой m, выполненного в виде намагниченного в осевом направлении постоянного магнита 1, закрепленного одним торцом на винтовой цилиндрической пружине 2 с продольной жесткостью С и расположенного концентрично с возможностью продольного перемещения в осевых отверстиях катушки 3 возбуждения и катушки 4 измерения. При этом катушка 4 измерения подключена параллельно к частотомеру 5 и к входу усилителя 6 мощности с регулируемым ограничением уровня выходного сигнала, а выход усилителя 6 мощности через фазовый инвертор 7 подключен к катушке 3 возбуждения. Катушка 3 возбуждения и катушка 4 измерения закреплены по наружному диаметру внутри цилиндра 8, выполненного из немагнитного материала, с резьбовой крышкой 9 на одном конце и отверстием 10 на другом конце. Основание пружины 2 прикреплено к резьбовой крышке 9, а на противоположном от пружины 2 торце постоянного магнита 1 закреплен немагнитный шток 11, конец которого выведен через отверстие 10 цилиндра 8 за его пределы с возможностью осевого перемещения и контакта с шиной 12.

Измерение жесткости шины с помощью предлагаемого устройства осуществляют следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии контакта с шиной 12 пружина 2 находится в недеформированном состоянии, при этом конец штока 11 через отверстие 10 выступает наружу цилиндра 8. Величина этого выступания для обеспечения требуемого усилия прижатия штока 11 к шине 12 предварительно регулируется поворотом резьбовой крышки 9 относительно цилиндра 8. Далее при включенном частотомере 5 и усилителе 6 мощности конец штока 11 вводят в контакт с шиной 12 и резко прижимают к шине до полного ухода штока 11 в отверстие 10 и соответственно контакта шины 12 с торцом цилиндра 8. При таком резком прижатии неизбежно возбуждаются с малой амплитудой как свободные колебания с частотой ω постоянного магнита 1, зажатого между пружиной 2 шиной 12, так и свободные колебания шины 12 на всем спектре ее собственных частот. Колебания постоянного магнита 1 наведут в катушке 4 измерения ЭДС соответствующего спектра, находящиеся в противофазе с вызывающими их колебаниями магнита 1. Наведенный спектр ЭДС после усиления усилителем 6 мощности и переворота фазы на 180^о фазовым инвертором 7 подается в катушку 3 возбуждения, вступая в электромагнитное взаимодействие с магнитом 1. Для колебательной системы магнит-пружина-шина с собственной частотой ω возмущение с частотой ωэквивалентно резонансному возбуждению, на возмущения же с другими частотами колебательная система практически не реагирует, то есть является как бы фильтром. При этом за счет переворота фазы возмущающий сигнал и собственные колебания системы совпадают по фазе. В результате такое возмущение вызывает нарастающее раскачивание колебательной системы магнит-пружина-шина на собственной частоте ω При этом амплитуда собственных колебаний с частотой ω лавинообразно нарастает, а колебания на всех других частотах из спектра собственных частот шины затухают практически мгновенно. Частота колебаний ωфиксируется частотомером 5, а ограничение максимального уровня выходного сигнала усилителем 6 мощности переводит колебательный процесс в установившийся режим, не позволяя колебательной системе идти в "разнос". Так как ω , где С_э эквивалентная жесткость пружины 2 и шины 12 с измеряемой жесткостью С_ш, причем С_э С + С_ш, то расчетная зависимость для определения жесткости шины имеет вид: С_ш ω²m C.

Как видно из принципа работы устройства, при заданных значениях С и m измеренная частота ω а следовательно, и жесткость шины С_ш определяется только жесткостными свойствами шины и не зависит от массы шины, степени износа и загрязнения поверхности, интенсивности и формы возмущающих воздействий.

Реализация устройства была проведена для шины легкового автомобиля размером 6,45-13. Масса груза m 0,04 кг, жесткость пружины С 3000 Н/м, выступание штока 0,01 м, усилие полного углубления штока F 30 Н, измеренное значение частоты ω820 с^-1, вычисленная жесткость шины С_ш23900 Н/м.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ, содержащее полый цилиндр, выполненный из немагнитного материала с отверстием на одном конце и резьбовой крышкой на другом конце, размещенный в цилиндре с возможностью продольного перемещения постоянный магнит, закрепленный одним торцом на цилиндрической пружине, контактирующей с резьбовой крышкой, индуктивную катушку измерения и частотомер, отличающееся тем, что в него введены индуктивная катушка возбуждения, усилитель мощности с регулируемым ограничением уровня выходного сигнала и инвертор, при этом постоянный магнит снабжен немагнитным штоком, конец которого выведен через отверстие цилиндра за его пределы, а постоянный магнит расположен концентрично в осевых отверстиях катушки возбуждения и катушки измерения, подключенной к частотомеру, при этом вход усилителя мощности подсоединен к катушке измерения, а его выход через инвертор к катушке возбуждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1