Устройство для экспресс-анализа тягово-сцепных свойств движителей тракторов

 

Использование: изобретение относится к испытательной технике, в частности к оборудованию для исследования тягово-сцепный свойств колесных движителей тракторов, оснащенных валом отбора мощности. Сущность: устройство содержит неподвижную опору, датчик продольной силы, связанный с ней и с трактором подвижной связью, снабженный счетчиком оборотов шкив с закрепленным и намотанным на нем тросом, свободный конец которого прикреплен к неподвижной опоре, редуктор зубчатой передачи, входной вал которого кинематически жестко связан посредством вала отбора мощности с колесами движителя, а на выходном валу неподвижно закреплен шкив, и прицепную тележку, на которой установлен редуктор. При движении трактора сматывающийся со шкива трос создает переменное тяговое сопротивление, вызывающее буксование колес. Тяговое сопротивление и буксование колес регистрируют с помощью датчика продольной силы и счетчика оборотов. По результатам замеров строят зависимость коэффициента буксования от силы тяги. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике для тяговых испытаний тракторов, оборудованных валом отбора мощности с синхронным приводом, преимущественно колесных, и может быть использовано при исследовании тягово-сцепных свойств пневматических шин колесных движителей в условиях эксплуатации на различных естественных и искусственных покрытиях опорной поверхности.

Известен стенд для исследования тягово-сцепных свойств колесного движителя (а. с. СССР N 1437723, кл. G 01 М 17/00, 1987), включающий ведущий и ведомый барабаны, разомкнутую канатную передачу, которой они соединены между собой, неподвижную опору и динамометр. Конструктивное исполнение стенда позволяет задавать и регистрировать величину силы тяги, развиваемой колесами при их частичном и полном буксовании, без измерения численного значения величины буксования.

Известен также стенд для исследования взаимодействия колеса с деформируемым телом (а.с. СССР N 1658009, кл. G 10 М 17/00, 1989), содержащий два барабана, один из которых ступенчатый, а другой гладкий и жестко связан с колесом, причем оба барабана кинематически соединены между собой тросом, а ступенчатый, кроме того, снабжен дополнительным тросом, который намотан на него и прикреплен к нему и к неподвижной опоре. При этом ступенчатый барабан выполнен сменным с различным соотношением радиусов ступеней. Конструктивное исполнение стенда обеспечивает ступенчатое изменение величины буксования колеса, но требует значительных затрат времени на снятие и установку сменного ступенчатого барабана и не позволяет измерять силу тяги.

Известно также близкое по техническому решению и предлагаемому изобретению устройство для исследования буксования гусеничного транспортного средства (а. с. СССР N 1677688, кл. G 01 М 17/00, 1989), содержащее зубчатую передачу с входным и выходным валами, трос, датчик силы и неподвижную опору. Входной вал с помощью цепной передачи соединен с ведущим колесом гусеничного движителя. На выходном валу с возможностью осевого перемещения установлен барабан. На барабане закреплен и намотан трос, свободный конец которого через датчик силы прикреплен к неподвижной опоре. Зубчатая передача выполнена с возможностью ступенчатого изменения передаточного числа путем снятия и установки сменных шестерен. Все элементы устройства, кроме датчика силы, объединены в одном корпусе и установлены на тракторе. Конструктивное исполнение устройства обеспечивает движение трактора с заданным буксованием без бокового увода и позволяет измерять силу тяги, однако оно имеет следующие недостатки: 1/ установка и крепление устройства непосредственно на тракторе сопряжены со значительными затратами времени на подготовку трактора к испытаниям; 2/ предусмотренное ступенчатое изменение передаточного числа зубчатой передачи требует дополнительных затрат времени на перестановку сменных шестерен; 3/ ступенчатое изменение величины буксования удлиняет полный цикл испытания трактора при реализации всех возможных режимов буксования и снижает точность определения зависимости коэффициента буксования от силы тяги.

Задача изобретения повышение точности результатов испытаний и сокращение затрат времени на подготовку трактора к испытаниям и проведение испытаний. Поставленная задача достигается благодаря тому, что в устройстве для экспресс-анализа тягово-сцепных свойств движителей тракторов предусмотрены следующие конструктивные особенности: 1/ жесткая кинематическая связь ведущих колес с выходным валом осуществляется посредством вала отбора мощности, имеющего синхронный привод с ведущими колесами, карданной передачи равных угловых скоростей, разъемного подвижного шлицевого соединения и зубчатой передачи с постоянным передаточным числом; 2/ на выходном валу установлены счетчики оборотов и одноручьевой шкив с намотанным на него в виде архимедовой спирали тросом, причем ширина ручьевой канавки равна диаметру троса; 3/ все элементы устройства, кроме неподвижной опоры, размещены на раме прицепной тележки, буксируемой испытываемым трактором.

На фиг. 1 показана кинематическая схема устройства; на фиг.2 схема соединения устройства с трактором; на фиг.3 продольный разрез шкива; на фиг. 4 поперечный разрез шкива.

Устройство содержит одноосную прицепную тележку 1 (фиг.1, 2) на пневматических колесах 2 с рамой 3 и дышлом 4, которое снабжено сцепной петлей 5. Дышло 4 и сцепная петля 5 соединены между собой посредством датчика продольной силы 6. На раме 3 установлен конический зубчатый двухступенчатый редуктор 7 с входным 8 и выходным 9 валами, ступени которого образованы парами конических 10 и 11 цилиндрических 12 и 13 шестерен. Входной вал 8 редуктора 7 с помощью шлицевого карданного вала 14 равных угловых скоростей подвижно соединен с валом отбора мощности 15. На выходном валу 9 закреплены счетчик оборотов 16 и шкив 17, причем шкив 17 выполнен одноручьевым и установлен в вертикальной плоскости, проходящей через ось сцепной петли 5 дышла 4 прицепной тележки 1. Наружная поверхность ступицы 18 шкива 17 ( фиг. 3, 4) выполнена в виде архимедовой спирали, при этом на ступице 18 закреплен и намотан спирально трос 19. Максимальный и минимальный радиусы ступицы 18 связаны между собой и с диаметром троса 19 соотношением r_{ст max} r_{ст min}+d_тр Ширина ручьевой канавки b_к шкива 17 равна диаметру d_тр троса 19. В одной плоскости со шкивом 17 на раме 3 установлен с возможностью регулирования по высоте обводной блок 20, который охвачен сбегающей со шкива 17 ветвью троса 19. Регулируемая установка обводного блока 20 необходима для соосного расположения троса 19 и прицепного крюка 21 трактора 22. Свободный конец троса 19 прикреплен к неподвижной опоре 23. Передаточное число редуктора 7 выбрано из условия
где d_шк наружный диаметр шкива 17;
r_ко радиус качения ведущих колес 24 при движении трактора 22 без нагрузки на крюке 21;
i_вом передаточное число передачи ведущие колеса 24 вал отбора мощности 15.

Принцип действия устройства заключается в следующем. При движении трактора 22 вал отбора мощности 15 сообщает вращательное движение шкиву 17, в результате которого происходит разматывание троса 19 с постепенным уменьшением радиуса его намотки, появлением и плавным увеличением силы натяжения троса 19 и буксования колес 24. Буксование колес 24 возникает вследствие того, что поступательному движению оси 25 колеса 24 со скоростью V_ко, соответствующей движению трактора 22 без тягового сопротивления на крюке 21, препятствует сила сопротивления качению колес 26 прицепной тележки 1 и сила натяжения троса 19, в результате действия которых мгновенная поступательная скорость V_к движения оси 25 колеса 24 определяется мгновенной линейной скоростью V_тр сматывания троса 19 со шкива 17.

v_к = v_тр = ω_к·r_шк·i_р·i_вом (*)
где ω_к угловая скорость вращения колеса 24;
r_шк -текущий радиус намотки троса 19 на шкиве 17.

r_ш r_{ст min}+d_тр·N_тр
где N_тр количество витков троса 19, намотанного на шкиве 17. Определяемый по известной зависимости коэффициент буксования колеса

где v_ко = ω_к·r_ко, можно выразить, с учетом выражения (*) зависимостью

используемой при расчете его значений по результатам испытания. Радиус r_ко может быть определен в результате измерения пройденного осью 25 колеса 24 пути S за N_к сделанных колесом 24 оборотов по известной зависимости . В процессе разматывания троса 19 непрерывно регистрируют с помощью счетчика оборотов 16 и датчика продольной силы 6 количество витков N_тр троса 19 на шкиве 17 и соответствующую этому количеству силу тяги на крюке 21. Замеры производят вплоть до полного разматывания троса 19, после чего испытания прекращают. По результатам замеров рассчитывают в соответствии с выражением (**) значения коэффициента буксования δ_к и строят график его зависимости от силы тяги на крюке 21. Кроме того, измеренное максимальное значение силы тяги на крюке можно использовать для определения коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью по формуле

где P_{т max} максимальное значение силы тяги на крюке 21;
P_f сила сопротивления качению ведомых колес 26 трактора 22;
G_к вес трактора 22, приходящийся на ведущие колеса 24.

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами:
1/ обеспечивает оперативное подсоединение элементов устройства к трактору, не требуя установки и крепления на нем дополнительных деталей;
2/ обеспечивает воспроизведение всех возможных режимов буксования и получение результатов испытаний за один цикл нагружения движителя трактора плавно изменяющимся тяговым сопротивлением.

Положительный эффект выражается в значительном сокращении затрат времени на испытания движителей тракторов, что особенно важно в условиях эксплуатации, и повышении точности определения зависимости коэффициента буксования колес движителя от силы тяги на крюке.

Формула изобретения

1. Устройство для экспресс-анализа тягово-сцепных свойств движителей тракторов, оборудованных валом отбора мощности с синхронным приводом, преимущественно колесных, содержащее неподвижную опору, датчик продольной силы, связанный с ней и с трактором подвижной связью, барабан с закрепленным и намотанным на нем тросом, свободный конец которого прикреплен к неподвижной опоре, зубчатую передачу с постоянным передаточным числом, входной вал которой кинематически жестко связан с колесами движителя, а на выходном валу неподвижно закреплен барабан, отличающееся тем, что оно снабжено прицепной тележкой, дышло которой через датчик продольной силы присоединено к прицепному крюку трактора, а на раме установлен редуктор зубчатой передачи, причем кинематическая связь входного вала зубчатой передачи с колесами движителя осуществлена посредством карданной передачи равных угловых скоростей, разъемного подвижного шлицевого соединения и вала отбора мощности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что барабан выполнен в виде одноручьевого шкива, ширина ручьевой канавки которого равна диаметру троса, намотанного на шкиве в виде спирали.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наружная поверхность ступицы шкива образована архимедовой спиралью, при этом максимальный r_ст.max и минимальный r_ст.min радиусы ступицы шкива связаны между собой и с диаметром троса d_тр соотношением
r_сm.max r_сm.min + d_тр.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что шкив установлен в вертикальной плоскости, проходящей через ось сцепной петли дышла прицепной тележки.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на раме прицепной тележки в одной плоскости с шкивом установлен с возможностью регулирования по высоте обводной блок, который охвачен тросом.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что входной вал зубчатой передачи снабжен счетчиком оборотов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4