Устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием



Устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием
Устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием
Устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием

 


Владельцы патента RU 2470286:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) (RU)

Изобретение относится к техническим устройствам для определения параметров трения качения колес, а именно для определения коэффициентов сцепления и трения качения. Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента сцепления колес с дорожным покрытием. Устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием содержит транспортное средство с измерительным колесом, тягу, соединенную с одной стороны посредством шарнира с рамой транспортного средства, с другой стороны, с помощью шарнира - с верхним плечом двуплечего рычага, установленного на валу измерительного колеса с возможностью поворота, нагружатель с амортизатором, соединенным с верхним плечом двуплечего рычага, измерительную тягу с динамометрическим устройством и регулятором длины, при этом измерительная тяга с помощью шарнира соединена одним концом с нижним плечом двуплечего рычага, а другим - с опорой, закрепленной на кронштейне тяги. При этом в устройство дополнительно введены электродвигатель, тахогенератор, датчик перемещения, компьютер, причем измерительная тяга выполнена в виде двух звеньев, соединенных между собой посредством шарнира, с одной стороны на измерительное колесо установлены электродвигатель и тахогенератор, с другой стороны - двуплечий рычаг, который установлен вертикально и в средней части имеет крестовину с горизонтальной прорезью, в которую вставлена предоконечная часть вала квадратного сечения измерительного колеса, обеспечивающие вместе с элементами крепления к конечной части вала и крестовине эксцентриковое их соединение, в кабине транспортного средства установлен компьютер, электрически связанный с электродвигателем, тахогенератором и датчиком перемещения. 3 ил.

 

Изобретение относится к техническим устройствам для определения параметров трения качения колес, а именно для определения коэффициентов сцепления и трения качения.

Известно устройство для определения коэффициента трения по патенту (RU №2340886. Кл. G01N 19/02. Устройство для определения коэффициента трения. Лобачевский П.Я., Несмиян А.Ю., Хижняк В.И. 2008) - аналог. Оно содержит образец, расположенный на исследуемой поверхности, связанную с грузом нить, а также датчик включения и выключения электросекундомеров, установленных соответственно в начале и конце метрового участка. Образец закреплен в каретке, жестко соединенной с горизонтальным поводком, второй конец которого шарнирно соединен с рамой. Масса поводка значительно меньше массы образца с кареткой, а исследуемая поверхность выполнена в виде цилиндра, жестко соединенного со шкивом равного радиуса, при этом нить намотана на шкив.

Недостатком устройства по патенту RU №2340886 является то, что коэффициент трения определяется для ограниченного угла поворота колеса, коэффициент трения скольжения определяется для пары шкив - образец, что непригодно для пневматических колес.

Известен способ определения коэффициента сцепления колеса с поверхностью аэродромного покрытия (Патент РФ №2390003, кл. G01N 19/02 от 2010 г., авторов Низового А.В. и Луканова Н.И.), в котором определение силы динамического торможения измерительного колеса производится с помощью электродвигателя, работающего в режиме генератора.

Недостатком способа по патенту №2390003 является сложность конструкции и необходимость применять электродвигатель достаточно большой мощности, чтобы преодолевать момент трения сцепления в колесе.

Известно устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием (А.С. СССР №976778, МПК G01N 19/02, авторов Печерского М.А. и др. 1981 г.) - прототип.

Устройство содержит транспортное средство, измерительное колесо, трансмиссию, связывающую измерительное колесо с неведущими колесами транспортного средства, двуплечий рычаг, установленный на оси измерительного колеса с возможностью поворота, тягу, одним концом шарнирно соединенную с одним плечом рычага, установленного под углом φ к горизонту, а другим - с транспортным средством, нагружатель с амортизатором, взаимодействующий с этим плечом рычага, и измерительную тягу с динамометрическим и раздвижным устройством, соединенную с другим концом рычага и с опорой. Угол наклона рычага φ равен φ=π/2-arctgµk, где µk - коэффициент сопротивления качению.

Недостатками устройства по а.с. СССР №976778 являются:

1. Наличие погрешности из-за установки двуплечего рычага под углом φ к горизонту, т.к. в этом случае создается горизонтальная сила от веса нагружателя, которая вопреки утверждению в описании патента не компенсирует силу трения качения. Она приводит к возникновению горизонтальной силы, приводящей к погрешности. Это объясняется тем, что момент трения качения образован парой сил, направленных встречно-вертикально, т.е. с результирующей силой, равной нулю (с.251 - Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение. 1977. - 528 с.), (§30 - Воронков И.М. Курс теоретической механики. - М.: ГИТТЛ, 1955. -552 с.).

2. В колесе имеет место качение и практически отсутствует сила трения скольжения, для создания скольжения должно быть тормозное устройство, обеспечивающее независимое от транспортного средства торможение измерительного колеса, при котором появляется сила трения скольжения и при котором возможно измерение этой силы, а следовательно, коэффициента сцепления Ксц. Из книги (Физика. Большой энциклопедический словарь / Гл. редактор академик A.M.Прохоров. Научн. изд-во БРЭ, М.: 1998 г., с.766-767) имеем формулу:

Ксц=F/N,

где F - неполная сила трения скольжения; N - нормальная сила реакции измерительного колеса. В прототипе эта сила, видимо, создается при торможении неведущих колес транспортного средства. Это сложно конструктивно и не контролируемо.

3. Погрешность от негоризонтальности дорожного покрытия. Она может быть устранена путем проезда измерительного колеса по участку дороги взад-вперед. Но для этого случая не предусмотрена в конструкции смена знака угла φ при отрицательной скорости движения.

Задачей данного технического решения является устранение указанных выше недостатков прототипа, а именно устранение горизонтальной составляющей силы от давления нагружателя на колесо, обеспечение создания сил торможения скольжения, что обеспечивает условия для определения коэффициента сцепления, в том числе при изменении знака скорости движения транспортного средства. Указанные меры направлены на повышение точности устройства.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении условий повышения точности определения коэффициента сцепления и обеспечении измерения указанных параметров при смене знака скорости движения колеса.

Поставленная задача решается тем, что в состав устройства для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием, содержащего транспортное средство с измерительным колесом, тягу, соединенную с одной стороны через посредство пары шарниров с рамой транспортного средства, с другой стороны, с помощью шарнира - с верхним плечом двуплечего рычага, установленного на валу измерительного колеса с возможностью поворота, нагружатель с амортизатором, соединенным с верхним плечом двуплечего рычага, измерительную тягу с динамометрическим устройством и раздвижным устройством, при этом измерительная тяга с помощью шарнира соединена одним концом с нижним плечом двуплечего рычага, а другим - с опорой, закрепленной на кронштейне тяги, дополнительно введены электродвигатель, тахогенератор, датчик перемещения, компьютер, при этом измерительная тяга выполнена в виде двух звеньев, соединенных между собой через посредство шарнира, причем на том из звеньев, которое с помощью шарнира соединено с нижним плечом двуплечего рычага и содержит динамометрическое устройство, установлен датчик перемещения его чувствительного узла, с одной стороны на измерительное колесо установлены электродвигатель и тахогенератор, с другой стороны - двуплечий рычаг, который установлен вертикально и в средней части имеет крестовину с горизонтальной прорезью, в которую вставлена предоконечная часть вала квадратного сечения измерительного колеса, обеспечивающие вместе с элементами крепления к конечной части вала и крестовине эксцентриковое их соединение, в кабине транспортного средства установлен компьютер, электрически связанный с электродвигателем, тахогенератором и датчиком перемещения.

На фиг.1 изображена плоская кинематическая схема соединения устройства для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием для транспортного колесного средства в виде автомобиля. На фиг.2 изображена конструктивная схема измерительного колеса. На фиг.3 представлена схема сил и моментов сил в измерительном колесе.

Устройство содержит (фиг.1, фиг.2) транспортное средство 1, тягу 2, соединяющую измерительное колесо 3 двойным шарниром с рамой 4 (для обеспечения азимутальной устойчивости движения) транспортного средства 1. Другой конец тяги 2 шарнирно соединен с верхним плечом двуплечего рычага 5, установленного с возможностью поворота на валу 6 измерительного колеса 3. С верхним же плечом двуплечего рычага 5 соединен нагружатель 7, оснащенный амортизатором 8, предназначенным для гашения вертикальных колебаний измерительного колеса 3 при движении его по неровному дорожному покрытию. Измерительная тяга выполнена в виде двух звеньев: первого звена, содержащего два элемента: на первом звене 9 закреплен корпус динамометрического элемента 10 и датчик перемещения 11. Он служит для измерения деформаций чувствительного узла динамометрического устройства 10. Второе звено измерительной тяги состоит из ее элемента 12, включающего в свой состав регулятор длины в виде раздвижного устройства 13. Оно необходимо для ориентирования двуплечего рычага 5 по вертикали места. На противоположной части колеса установлены электродвигатель 14 и тахогенератор 15, причем оба, например, постоянного тока, которые по линиям и цепям связи через электронное устройство сопряжения и усиления соединены с компьютером, например ноутбуком, установленным перед оператором в кабине транспортного средства (не показаны). Левый конец элемента 12 измерительной тяги имеет осевую упругую связь с опорой 16, размещенной на кронштейне тяги 2 и имеющую конструкцию, обеспечивающую восприятие нагрузки как при движении транспортного средства 1 влево, так и вправо. Первое и второе звенья измерительной тяги соединены между собой с помощью шарнира. Имеются аккумуляторные батареи для питания электрических и электронных компонентов устройства. Конструкция двуплечего рычага 5 такова, что он в средней части содержит крестовину 17 с горизонтальной прорезью 18. В прорезь 18 вставлен передний предоконечный квадратного сечения конец вала 19 колеса, крепящегося на его средней цилиндрической части через посредство шарикоподшипников к измерительному колесу 3. На противоположном конце вала крепятся электродвигатель 14 и тахогенератор 15. На передний с резьбой конец вала надеваются гладкая шайба, гайка и контргайка для предотвращения самооткручивания (не показаны). Против прорези на горизонтальной части рычага могут быть нанесены метки с определенным интервалом для определения места крепления вала 19, смещающего крестовину от центра вала вправо эксцентрично или влево эксцентрично согласно расчетам коэффициента сопротивления качения и в зависимости от знака скорости движения транспортного средства 1. Элемент 12 имеет возможность передавать усилия влево-вправо, обеспечивая повороты двуплечего рычага 5 либо по часовой стрелке, либо в обратном направлении в зависимости от величины силы сцепления между колесом 3 и дорожным покрытием 20. Информация, которая должна выводиться на дисплей компьютера, будет пояснена при рассмотрении работы устройства.

Устройство работает следующим образом. При движении транспортного средства 1 измерительное колесо 3 с помощью тяги 2, соединенной с рамой 4, и за счет сил трения между колесом 3 и дорожным покрытием 20 приводится во вращение и движется вместе с транспортным средством 1. Величина силы трения качения обеспечивается нормальной силой, действующей на него со стороны пружины 8, деформируемой нагружателем 7, и за счет коэффициента трения качения. При движении транспортного средства 1 влево возникает момент силы трения качения. Он образован парой вертикальных сил на плече k (фиг.3). Это плечо направлено вперед по ходу движения транспортного средства 1. Для его компенсации ось приложения силы пружины 8, в отличие от прототипа, направлена вертикально вниз через двуплечий рычаг 5 и смещена вправо на расчетную величину k. При определении коэффициента сцепления качению в электродвигатель 14 подается напряжение, задаваемое компьютером. Оно должно быть таких величины и знака, чтобы возникала сила торможения, направленная против движения - это неполная сила трения скольжения, обеспечивающая неполное торможение измерительного колеса. Скорость движения определяется тахогенератором 15. Сила торможения измеряется динамометрическим элементом 10 и преобразуется в электрический сигнал датчиком перемещения 11. От него сигнал передается в компьютер для наблюдения и записи сил, например, во флэш-память, а также для определения коэффициента сцепления. Дифференциальные уравнения его движения представлены ниже. Так, уравнения движения колеса имеют вид (Андронов В.В., Журавлев В.Ф. Сухое трение в задачах механики. - Москва. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 2010. 184 с., стр.17) (фиг.3):

где m - масса колеса с закрепленными на нем элементами; Т - движущая сила, создаваемая транспортным средством 1; J - момент инерции колеса вокруг оси вращения; FCK - сила трения скольжения; Мкач - момент сил трения качения; V - скорость движения центра масс колеса; Мупр - момент упругих сил, развиваемый в двуплечем рычаге; M(t) - момент сил от двигателя. При этом

где Q - нормальная реакция, равная весу измерительного колеса вместе с силой от нагружателя; f - коэффициент трения скольжения; Мкач - момент сил трения качения, равный

Мкач=kQ,

где k - коэффициент трения качения, имеющий размерность длины и изображенный на фиг.3 в виде плеча смещения. Нетрудно видеть, что по техническому решению в прототипе при наклоне двуплечего рычага на угол

возникает сила компенсации, направленная влево. При V=const, Т=FCK=fQ, сила компенсации [указанные выше книги] есть:

т.е. при V=const произойдет компенсация силы трения скольжения, и измерения в прототипе будут неточными. То есть из уравнения (2) видно, что момент трения качения будет влиять на точность измерения динамометрического элемента 10. В предложенном решении эта погрешность исключена. При ω=const и при выполнении равенства - Мкач+kQ=0 в правой части уравнения (2) имеем сумму моментов:

Для силы, измеряемой динамометром, из уравнения равновесия двуплечего рычага получили выражение: Fдин=(R+r)(FCK+CMI/r)/2R,

где Fдин - сила, фиксируемая динамометром 10 и преобразованная его упругим элементом, т.е. чувствительным узлом, измеряется датчиком перемещения 11 в виде электрического сигнала, R - длина плеча рычага 5. Он затем отображается в ноутбуке. Сила Fдин через элементы 9 и 12 измерительной тяги развернет вокруг оси вала 6 двуплечий рычаг 5, динамометрический элемент 10 его преобразует в пропорциональную деформацию, а датчик перемещения 11 преобразует в электрический сигнал. Он поступит в компьютер и будет в нем отображен на экране и записан в блок памяти. Из (7) следует, что нужно компенсировать момент трения качения Мкач, что и осуществляется за счет эксцентриситета k на фиг.2, задаваемого путем смещения вала 19 по прорези 18 крестовины 17 и фиксации этого положения. В результате в формуле остаются члены

что свидетельствует о снижении погрешности по сравнению с прототипом. При подаче напряжения от сигналов компьютера на обмотку электродвигателя 14, например постоянного тока, направленного против угловой скорости ω и, следовательно, против направления движения транспортного средства, FCK в (7) увеличится на величину тормозящей силы от двигателя:

FCK+CMI/r=Fдин,

где I, СМ - ток и константа по моменту электродвигателя 14. В этом случае определяют коэффициент сцепления

Ксц=Fдин/Q, Q=N,

что подтверждает работоспособность устройства. К тому же за счет члена CMI/r повышается точность измерения. При изменении знака V плечо k на фиг.3 сменит знак. Соответственно, на фиг.2 нужно будет переустановить колесо так, чтобы сменился знак смещения k на противоположный. Описание устройства и работы предложенного устройства, уравнения движения и функциональные соотношения свидетельствуют об улучшении свойств устройства и повышении его точности перед прототипом.

Устройство для определения коэффициента сцепления пневматических колес с дорожным покрытием, содержащее транспортное средство с измерительным колесом, тягу, соединенную с одной стороны посредством шарнира с рамой транспортного средства, с другой стороны с помощью шарнира - с верхним плечом двуплечего рычага, установленного на валу измерительного колеса с возможностью поворота, нагружатель с амортизатором, соединенным с верхним плечом двуплечего рычага, измерительную тягу с динамометрическим устройством и регулятором длины, при этом измерительная тяга с помощью шарнира соединена одним концом с нижним плечом двуплечего рычага, а другим - с опорой, закрепленной на кронштейне тяги, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены электродвигатель, тахогенератор, датчик перемещения, компьютер, при этом измерительная тяга выполнена в виде двух звеньев, соединенных между собой посредством шарнира, причем на том из звеньев, которое с помощью шарнира соединено с нижним плечом двуплечего рычага и содержит динамометрическое устройство, установлен датчик перемещения его чувствительного узла, с одной стороны на измерительное колесо установлены электродвигатель и тахогенератор, с другой стороны - двуплечий рычаг, который установлен вертикально и в средней части имеет крестовину с горизонтальной прорезью, в которую вставлена предоконечная часть вала квадратного сечения измерительного колеса, обеспечивающие вместе с элементами крепления к конечной части вала и крестовине эксцентриковое их соединение, в кабине транспортного средства установлен компьютер, электрически связанный с электродвигателем, тахогенератором и датчиком перемещения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике и способам определения параметров трения, а именно к способам определения коэффициентов трения качения. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам определения коэффициента трения и напряжения трения при тонколистовой штамповке-вытяжке.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к методам исследования коэффициентов трения материалов. .

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента внешнего трения при взаимном перемещении образцов.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к приборам для определения коэффициентов трения и их составляющих.Прибор для определения молекулярной составляющей коэффициента трения содержит основание, механизм нагружения.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к приборам для определения коэффициентов трения и их составляющих. .

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием. .

Изобретение относится к соединительным муфтам для масляно-воздушной смеси в системе масляно-воздушной смазки. .

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к определению динамического коэффициента трения при взаимном перемещении образцов.

Изобретение относится к измерительным устройствам, в частности для определения коэффициента трения скольжения при различных скоростях скольжения

Изобретение относится к технологическому оборудованию, которое применяется в стекольной промышленности для косвенного определения толщины защитного покрытия

Изобретение относится к трибометрии, а именно к устройствам для определения механических характеристик трения фрикционных гибких тел (нить, ремень, лента, канат и др.), применяемых в различных фрикционных передачах разных областей назначения (ременные передачи, текстильные и швейные машины, ленточные транспортеры и пилорамы, кабельное производство и др.)

Изобретение относится к измерительным приборам

Изобретение относится к области исследований и физических измерений

Изобретение относится к материаловедению производств текстильной и легкой промышленности и предназначено для объективной оценки определения силы трения текстильных полотен. Сущность: один из образцов прямоугольной формы закреплен на цилиндрической поверхности барабана, а другой образец одним концом закреплен на пластине с тензодатчиком, а вторым концом в зажиме с грузом, обеспечивающим давление, охватывая барабан, имитируя условия взаимодействия текстильных полотен при эксплуатации одежды. Силу тангенциального сопротивления фиксируют тензодатчиком. Технический результат: повышение достоверности и объективности оценки силы трения текстильных полотен за счет приближения условий испытания к условиям изготовления и эксплуатации одежды. 2 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области изучения трения при обработке металлов давлением, предпочтительно в технологиях ковки. Сущность: осуществляют изготовление испытуемого образца, фиксацию его начальных геометрических параметров, осадку с уменьшением толщины образца, фиксацию геометрических параметров после осадки и установление по изменению этих параметров коэффициента трения. До опыта испытуемому образцу придают форму квадратной в плане заготовки, фиксируют размеры стороны квадрата и толщины. После осадки с обжатием 15…60% фиксируют радиус кривизны образца в плоскости, ортогональной толщине. Определяют параметр a/R, где а - сторона квадрата, R - радиус кривизны образца в плоскости, ортогональной толщине, и с его учетом устанавливают коэффициент трения. Технический результат: снижение трудоемкости подготовки образцов. 11 ил., 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к измерительным приборам. Прибор для определения коэффициента силы трения покоя содержит опорную платформу 1. Также прибор содержит коробку без днища 2, грузовую чашку 3, шнур 4, блок 5 и нажимную платформу 6 с грузами 7. При этом коробка без днища 2 снабжена винтовыми опорами 8. Техническим результатом является повышение точности измерения коэффициента силы трения покоя. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению коэффициента трения покоя. Способ определения коэффициента трения покоя поверхностного слоя электропроводящего материала включает установку образца с возможностью поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Также способ включает установку измерительного щупа, контактирующего с поверхностью образца в одной точке, с возможностью углового перемещения в вертикальной плоскости на гибких связях. Кроме того, способ включает нагружение измерительного щупа и перемещение образца в паре со щупом до их взаимного сдвига. При этом сдвиг фиксируют по скачку электрического напряжения в контакте измерительного щупа с поверхностью образца, а коэффициент трения покоя электропроводящего материала рассчитывают по формуле: f = P G ⋅ S L ⋅ t 2 t 1 , где S - первоначальное расстояние между держателем образца и движителем, задаваемое по эталону концевой мере длины; t1 - время прохождения движителем расстояния S; t2 - время движения образца в паре со щупом до фиксации момента скачка электрического контактного напряжения; Р - вес измерительного щупа; G - дополнительная нагрузка на измерительный щуп; L - длина гибких связей. Техническим результатом является повышение точности определения коэффициента трения покоя при малых нагрузках на поверхностях трения электропроводящих материалов. 1 ил., 3 табл.
Наверх